IT202100009806A1 - Dispositivo dosatore gravimetrico e relativo metodo di controllo - Google Patents
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Description
Dispositivo dosatore gravimetrico e relativo metodo di controllo
DESCRIZIONE
Ambito tecnico
La presente invenzione riguarda un dispositivo dosatore gravimetrico avente le caratteristiche enunciate nel preambolo della rivendicazione principale, nonch? un metodo di controllo di una dosatore gravimetrico. In particolare, l?invenzione trova una preferita, ancorch? non esclusiva, applicazione nel settore della lavorazione delle materie plastiche.
Sfondo tecnologico
Nel settore tecnico sopra richiamato, ? ampiamente noto produrre oggetti in materiale polimerico a partire da una miscela polimerica comprendente uno o pi? materiali polimerici, ad esempio in forma di granuli o fiocchi o polvere, opportunamente addizionati con appropriati materiali additivi in grado di conferire al prodotto finale specifiche caratteristiche chimicofisiche o meccaniche adeguate agli scopi previsti per il suo utilizzo.
Tali materiali additivi possono essere sia di natura organica che di natura inorganica con caratteristiche molto diverse tra loro, in termini di composizione chimica o di forma o di stato fisico.
Esempi di materiali additivi comunemente utilizzate nei processi di lavorazione delle materie plastiche sono: composti stabilizzanti, composti antiossidanti, composti coloranti, composti espandenti o, ancora, composti con propriet? di barriera al passaggio di gas.
In un?ampia casistica di processi di lavorazione di materie plastiche, i materiali additivi sono aggiunti alla miscela polimerica appena prima della fase di stampaggio o di estrusione e, allo scopo, sono comunemente utilizzati dispositivi dosatori gravimetrici, posizionati tipicamente a valle di una tramoggia di alimentazione di una macchina trasformatrice, nella quale la miscela polimerica viene riscaldata ed essiccata.
In termini generali, un dispositivo dosatore gravimetrico comprende una tramoggia, contenente il materiale additivo da aggiungere alla miscela polimerica, e un alimentatore, ad esempio un alimentatore a coclea, che provvede ad immettere nella miscela polimerica il materiale additivo scaricato dalla tramoggia.
Inoltre, sono noti dispositivi dosatori gravimetrici comprendenti un?unit? di pesatura associata alla tramoggia per rilevare nel tempo la variazione di peso e determinare quindi la quantit? di materiale additivo scaricato dalla tramoggia e aggiunto alla miscela polimerica.
In particolare, l?unit? di pesatura pu? comprendere una cella di carico sulla quale ? appoggiata la tramoggia (ed eventualmente anche l?alimentatore), ed ? preferibilmente collegata ad un?unit? di controllo che, sulla base dei dati di peso ricevuti dall?unit? di pesatura, regola in modo opportuno l?operativit? dell?alimentatore, ad esempio aggiustando la velocit? di rotazione della coclea.
La Richiedente ha osservato che in taluni casi, la quantit? di materiale additivo che deve essere aggiunto alla miscela polimerica in lavorazione deve essere molto precisa, con margini di errore estremamente ridotti. In questi casi, la precisione dell?unit? di pesatura assume un?importanza fondamentale cos? che anche piccoli errori di misura possono determinare lo scarto di grandi quantit? di prodotto finale, il blocco della produzione e la perdita di tempo e per il ripristino della corretta operativit? del dispositivo dosatore, che, in genere, comporta una ricalibrazione dell?unit? di pesatura.
La Richiedente ha quindi riscontrato come il dosaggio di materiali additivi diventi frequentemente un passaggio particolarmente critico del processo di lavorazione delle materie plastiche e ha avvertito dunque l?esigenza di mettere a disposizione dispositivi dosatori gravimetrici che consentano di ridurre quanto pi? possibile la possibilit? di errori di dosaggio.
Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con ?materiale polimerico? si intende un materiale in cui almeno il 90% ? formato da uno o pi? polimeri.
Il materiale polimerico pu? essere un qualsiasi materiale adatto e normalmente utilizzato nelle lavorazioni di materie plastiche. Preferibilmente ? un materiale termoplastico, come ad esempio poliolefine, poliesteri, poliammidi o loro copolimeri. Un esempio preferito di materiale polimerico ? il polietilentereftalato (PET).
Preferibilmente, il materiale polimerico ? in forma granulare, con tale termine intendendo una pluralit? di elementi solidi distinti e separati tra loro, aventi dimensioni e conformazione opportune, in funzione della lavorazione da effettuare e del materiale utilizzato, compreso il materiale polimerico in polvere o in fiocchi.
Con ?materiale additivo? si intende un materiale destinato ad essere aggiunto ad un materiale polimerico prima della sua formatura al fine di modificarne una o pi? caratteristiche chimico-fisiche.
In particolare, il materiale additivo ? aggiunto ad un materiale polimerico in frazioni ponderali inferiori al 20%, pi? preferibilmente inferiori al 10%, rispetto alla miscela polimerica formata dal materiale polimerico e dal materiale additivo.
Descrizione dell?invenzione
Il problema alla base della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un dispositivo dosatore gravimetrico nonch? un metodo di controllo di un dispositivo dosatore gravimetrico, strutturalmente e funzionalmente concepiti per superare, almeno in parte, uno o pi? degli inconvenienti sopra lamentati con riferimento alla tecnica nota citata. Questo problema ? risolto dal presente trovato mediante un dispositivo dosatore gravimetrico ed un metodo di controllo dello stesso realizzati in accordo con le rivendicazioni che seguono.
Pertanto, in un suo primo aspetto, la presente invenzione ? diretta ad un dispositivo dosatore gravimetrico, predisposto per addizionare un materiale additivo ad un materiale polimerico.
Preferibilmente, il dispositivo dosatore gravimetrico comprende:
- una tramoggia atta a contenere il materiale additivo,
- un alimentatore, predisposto per ricevere il materiale additivo scaricato dalla tramoggia e trasportarlo verso una apertura di scarico collegata con il materiale polimerico,
- un primo elemento di pesatura predisposto per rilevare il peso del materiale additivo scaricato dal dispositivo dosatore gravimetrico, - un?unit? di controllo predisposta per determinare, sulla base del peso rilevato dal primo elemento di pesatura, la portata di materiale additivo scaricata dal dispositivo dosatore gravimetrico. Preferibilmente, il primo elemento di pesatura ? associato almeno alla tramoggia.
Preferibilmente, il dispositivo dosatore gravimetrico comprende un secondo elemento di pesatura, associato almeno alla tramoggia in modo analogo al primo elemento di pesatura.
Preferibilmente, l?unit? di controllo ? predisposta per regolare l?alimentatore in funzione della quantit? di materiale additivo scaricata dal dispositivo dosatore gravimetrico.
Preferibilmente, l?unit? di controllo ? predisposta per controllare il corretto funzionamento del primo elemento di pesatura mediante il secondo elemento di pesatura.
In un suo secondo aspetto, la presente invenzione ? diretta ad un metodo di controllo di un dispositivo dosatore gravimetrico predisposto per addizionare un materiale additivo ad un materiale polimerico.
Preferibilmente, il dispositivo dosatore gravimetrico ? realizzato secondo il suddetto primo aspetto.
Preferibilmente il metodo comprende le fasi di:
- rilevare, tramite il primo elemento di pesatura, il peso almeno della tramoggia contenente il materiale additivo, e
- determinare, tramite l?unit? di controllo, la portata di materiale additivo scaricato dal dispositivo dosatore gravimetrico in un periodo di tempo predefinito a partire dalle misure di peso rilevate dal primo elemento di pesatura.
Preferibilmente il metodo comprende la fase di regolare l?alimentatore in funzione della portata di materiale additivo scaricato dal dosatore nel periodo di tempo predefinito.
Preferibilmente il metodo comprende la fase di rilevare, in uno o pi? istanti predefiniti, il peso almeno della tramoggia sia tramite il primo elemento di pesatura che, contemporaneamente, tramite il secondo elemento di pesatura.
Preferibilmente il metodo comprende la fase di confrontare i valori di peso rilevati dal primo e dal secondo elemento di pesatura, e, se tali valori di peso differiscono tra loro di una quantit? o di una frazione maggiore di una soglia predefinita, il metodo comprende la fase di emettere un segnale di allarme.
Grazie alle caratteristiche sopra citate, il dispositivo dosatore gravimetrico della presente invenzione ? dotato di un primo elemento di pesatura, utilizzato per rilevare il peso del materiale scaricato e consentire la regolazione del funzionamento dell?alimentatore, e di un secondo elemento di pesatura che viene utilizzato per controllare il corretto funzionamento del primo elemento di pesatura.
In questo modo, la corretta rilevazione del peso effettuata dal primo elemento di pesatura viene controllata con frequenza predeterminata, consentendo una rapida e tempestiva individuazione di eventuali starature, anche leggere, del primo elemento di pesatura, prevenendo o comunque riducendo al minimo i dosaggi scorretti e le conseguenti perdite di produzione.
In almeno uno degli aspetti sopra citati, la presente invenzione pu? inoltre presentare una o pi? delle ulteriori caratteristiche preferite esposte di seguito.
In una forma preferita di realizzazione, l?alimentatore comprende una coclea estesa tra un?uscita della tramoggia e l?apertura di scarico, nonch? un motore predisposto per condurre in rotazione la coclea.
Preferibilmente, l?unit? di controllo determina l?operativit? dell?alimentatore regolando la velocit? di rotazione della coclea.
In una forma preferita di realizzazione, il primo elemento di pesatura, e preferibilmente anche il secondo elemento di pesatura, rileva il peso sia della tramoggia che dell?alimentatore.
In questo modo, si ottiene una maggior precisione nella rilevazione della quantit? di materiale additivo effettivamente scaricato nell?unit? di tempo dal dispositivo dosatore gravimetrico, in quanto viene debitamente pesato anche il materiale additivo presente nell?alimentatore oltre a quello presente nella tramoggia.
Preferibilmente, la tramoggia e l?alimentatore sono montati su una piastra a sua volta collegata in modo rimovibile con un?unit? di pesatura comprendente il primo e il secondo elemento di pesatura.
Tale caratteristica consente di accedere rapidamente agli elementi di pesatura in caso di manutenzione o di sostituzione.
Preferibilmente, il primo e il secondo elemento di pesatura sono posizionati uno adiacente all?altro e sono gravati dal peso degli stessi componenti del dispositivo dosatore gravimetrico.
In questo modo, il confronto tra il peso rilevato dai due elementi di pesatura ? pi? semplice e affidabile.
Preferibilmente, il primo e il secondo elemento di pesatura sono identici tra loro.
In una forma alternativa di realizzazione, il primo elemento di pesatura ? configurato per rilevare un intervallo di pesatura diverso dal secondo elemento di pesatura.
Preferibilmente, gli intervalli di pesatura del primo e del secondo elemento di pesatura sono tra loro sovrapposti per almeno il 50% dei rispettivi intervalli.
Preferibilmente, il primo e il secondo elemento di pesatura sono formati da celle di carico.
In una forma di realizzazione, il peso rilevato dal primo elemento di pesatura e il peso rilevato dal secondo elemento di pesatura sono confrontati tra loro all?inizio e alla fine di un ciclo di caricamento della tramoggia con il materiale additivo.
In questo modo, la congruenza dei valori rilevati dagli elementi di pesatura viene controllata in corrispondenza dei pesi minimo e massimo che sono chiamati a misurare.
In una forma di realizzazione, il segnale di allarme viene emesso quando i valori di peso rilevati dal primo e dal secondo elemento di pesatura differiscono tra loro di almeno il 5%.
Il segnale di allarme pu? essere di un qualsiasi tipo adatto ad informare un operatore del potenziale malfunzionamento del dispositivo dosatore gravimetrico e, ad esempio, pu? comprendere l?emissione di un messaggio di allarme su un monitor di controllo e/o l?emissione di un segnale acustico o, ancora, l?azione diretta sul processo di lavorazione del materiale polimerico.
Breve descrizione dei disegni
Le caratteristiche e i vantaggi dell?invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata di un suo preferito esempio di realizzazione, illustrato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:
- la figura 1 ? una vista schematica in prospettiva di un dispositivo dosatore gravimetrico realizzato secondo la presente invenzione; - la figura 2 ? una vista schematica in alzato laterale del dispositivo dosatore gravimetrico di figura 1,
- la figura 3 ? una vista schematica in prospettiva di un componente del dispositivo dosatore gravimetrico di figura 1.
Modo preferito di realizzazione dell?invenzione
Con riferimento alle figure accluse, con 1 ? complessivamente indicato un dispositivo dosatore gravimetrico, realizzato in accordo con la presente invenzione.
Il dispositivo dosatore gravimetrico 1 ? predisposto per addizionare un materiale additivo ad un materiale polimerico in alimentazione ad una macchina trasformatrice, come ad esempio uno stampo a pressa o un estrusore, in cui il materiale polimerico viene fuso e stampato per formare un articolo desiderato.
Preferibilmente, il materiale polimerico ? in forma granulare e proviene da una tramoggia di essiccamento (in s? convenzionale e non rappresentata nelle figure accluse) dove viene riscaldato ed essiccato prima di essere alimentato alla macchina trasformatrice. In particolare, il dispositivo dosatore gravimetrico 1 immette il materiale additivo all?interno di un condotto 2, rappresentato in tratteggio in figura 2, che collega la tramoggia di essiccamento con la macchina trasformatrice.
Il materiale polimerico ? preferibilmente PET e il materiale additivo, anch?esso in forma granulare, ? ad esempio un composto stabilizzante o un composto colorante.
Il dispositivo dosatore gravimetrico 1 comprende una tramoggia 3 collegata tramite un?uscita 4 ricavata sul fondo della tramoggia 3 ad un alimentatore 5. Quest?ultimo comprende una coclea alloggiata all?interno di un cilindro 6 esteso lungo una direzione longitudinale X tra una prima estremit? 7 e una seconda estremit? 8 dove ? definita una apertura di scarico 9, da cui il materiale additivo ? immesso nel condotto 2.
La coclea dell?alimentatore 5 ? condotta in rotazione da un motore 10 montato in corrispondenza della prima estremit? 7 sul cilindro 6. A sua volta, il motore 10 ? comandato da un?unit? di controllo 11, in modo da regolare la velocit? di rotazione della coclea e, conseguentemente, la quantit? di materiale additivo per unit? di tempo (in altri termini, la portata) presente nell?alimentatore 5 e trasportata verso l?apertura di scarico 9.
La tramoggia 3 e l?intero alimentatore 5 (cilindro, coclea e motore) sono montati su una piastra 12, conformata ad L, la quale, a sua volta ? appoggiata su un?unit? di pesatura 15. Preferibilmente, la piastra 12 ? fissata in modo rimovibile, ad esempio con viti 13, su una corrispondente piastra 14 dell?unit? di pesatura 15.
Quest?ultima comprende inoltre un primo elemento di pesatura 16 e un secondo elemento di pesatura 17, formati ad esempio da due rispettive celle di carico, identiche tra loro, posizionate una a fianco dell?altra e configurate per rilevare il peso della piastra 14 e di tutto quanto appoggiato sulla medesima.
Il primo e il secondo elemento di pesatura 16, 17 sono inoltre indipendentemente collegati all?unit? di controllo 11 che riceve ed elabora i segnali di peso da essi rilevati, con lo scopo principale di determinare la quantit? di materiale additivo per unit? di tempo scaricata dal dispositivo dosatore gravimetrico 1, e per regolare di conseguenza l?alimentatore 5 in modo da rispettare un valore di portata target predefinito.
Il dispositivo dosatore gravimetrico 1 opera nelle modalit? seguenti.
Nella tramoggia 3 viene caricato il materiale additivo da dosare all?interno del materiale polimerico secondo una percentuale predeterminata che viene impostata (manualmente o automaticamente) nell?unit? di controllo 11.
In funzione della portata di materiale polimerico, l?unit? di controllo 11 determina la portata di materiale additivo da immettere nel condotto 2 al passaggio del materiale polimerico e, conseguentemente, regola la velocit? di rotazione della coclea che trasporta il materiale additivo.
Quando il materiale additivo all?interno della tramoggia 3 finisce, o raggiunge un livello minimo, la tramoggia 3 viene caricata con nuovo materiale additivo da immettere nel condotto 2.
Il peso della tramoggia 3, dell?alimentatore 5 e delle piastre 12 e 14 ? rilevato in modo sostanzialmente continuo da entrambi gli elementi di pesatura 16, 17, tuttavia, la regolazione dell?alimentatore 5 posta in essere dall?unit? di controllo 11 ? basata solo sul valore di peso rilevato dal primo elemento di pesatura 16, mentre il valore di peso rilevato dal secondo elemento di pesatura 17 viene utilizzato dall?unit? di controllo 11 solo per controllare il corretto funzionamento del primo elemento di pesatura 16.
In particolare, l?unit? di controllo 11 determina la portata di materiale additivo scaricato dal dispositivo dosatore gravimetrico 1, semplicemente calcolando la diminuzione di peso rilevata nel tempo dal primo elemento di pesatura 16. Infatti, una variazione di peso rilevata dall?elemento di pesatura pu? essere imputabile solo dalla variazione di materiale additivo presente nel dispositivo dosatore gravimetrico 1.
Il valore di portata di materiale additivo calcolato viene confrontato con il valore target e, se necessario, viene eventualmente aggiustata la velocit? di rotazione della coclea.
In corrispondenza di alcuni momenti del processo, l?unit? di controllo 11 provvede a confrontare il valore di peso rilevato dal primo e dal secondo elemento di pesatura 16, 17 per verificare la loro congruenza.
Se i valori rilevati dai due elementi di pesatura sono congruenti o quantomeno differiscono di un intervallo di tolleranza accettabile e predefinito, allora il processo di dosaggio del materiale additivo prosegue nelle modalit? precedenti, mentre invece se i valori rilevati dai due elementi di pesatura differiscono di un valore o di una frazione maggiore dell?intervallo di tolleranza, allora l?unit? di controllo 11 emette un segnale di allarme, come ad esempio una indicazione sul monitor eventualmente accompagnata da un segnale acustico.
A titolo di esempio, l?intervallo di tolleranza pu? essere definito come il 5% del valore di peso rilevato dal primo o dal secondo elemento di pesatura.
A seguito del segnale di allarme, l?operatore, o la stessa unit? di controllo 11, pu? procedere ad interrompere il processo di alimentazione del materiale polimerico e di dosaggio del materiale additivo e ad avviare la manutenzione degli elementi di pesatura, che possono ad esempio prevedere una loro ricalibrazione o una loro sostituzione.
Sempre a titolo esemplificativo, l?unit? di controllo 11 pu? essere programmata per effettuare il confronto tra i valori di peso rilevati dai due elementi di pesatura 16, 17, in occasione dei cicli periodici di caricamento della tramoggia 3, ad esempio misurando i valori di peso prima e dopo il carico della medesima.
Il tecnico del ramo sapr? apportare opportune varianti alla presente invenzione in funzione di eventuali esigenze specifiche, tutte rientranti nell?ambito di protezione definito dalle rivendicazioni accluse.
Ad esempio, il dispositivo di dosatura potr? avere un numero qualsiasi di tramogge.
Claims (9)
1. Dispositivo dosatore gravimetrico (1), predisposto per addizionare un materiale additivo ad un materiale polimerico, comprendente:
- una tramoggia (3) atta a contenere detto materiale additivo, - un alimentatore (5), predisposto a valle di detta tramoggia (3) per ricevere detto materiale additivo scaricato da detta tramoggia (3) e per trasportarlo verso una apertura di scarico (9) collegata con detto materiale polimerico,
- un primo elemento di pesatura (16) associato almeno a detta tramoggia (3) e predisposto per rilevare il peso di detto materiale additivo scaricato da detto dispositivo dosatore gravimetrico (1), - un?unit? di controllo (11) predisposta per determinare, sulla base del peso rilevato da detto primo elemento di pesatura (16), la portata di detto materiale additivo scaricata da detto dispositivo dosatore gravimetrico (1), e per regolare detto alimentatore (5) in funzione di detta portata,
caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo elemento di pesatura (17), associato almeno a detta tramoggia (3) in modo analogo a detto primo elemento di pesatura (16), e dal fatto che detta unit? di controllo (11) ? predisposta per controllare il corretto funzionamento di detto primo elemento di pesatura (16) mediante detto secondo elemento di pesatura (17).
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detta unit? di controllo (11) ? predisposta per confrontare il peso rilevato da detto secondo elemento di pesatura (17) con il peso rilevato da detto primo elemento di pesatura (16).
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto alimentatore (5) comprende una coclea estesa tra un?uscita (4) di detta tramoggia (3) e detta apertura di scarico (9) e un motore di azionamento (10) di detta coclea.
4. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo elemento di pesatura (16) rileva il peso di detto alimentatore (5) e di detta tramoggia (3).
5. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo e detto secondo elemento di pesatura (16, 17) sono posizionati uno adiacente all?altro e sono gravati dal peso degli stessi componenti di detto dispositivo dosatore gravimetrico (1).
6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo e detto secondo elemento di pesatura (16, 17) sono identici tra loro.
7. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui detto primo elemento di pesatura (16) ? configurato per rilevare un intervallo di pesatura diverso da detto secondo elemento di pesatura (17).
8. Metodo di controllo di un dispositivo dosatore gravimetrico (1) predisposto per addizionare un materiale additivo ad un materiale polimerico, detto dispositivo dosatore gravimetrico comprendendo: - una tramoggia (3) atta a contenere detto materiale additivo, - un alimentatore (5), predisposto a valle di detta tramoggia (3) per ricevere detto materiale additivo scaricato da detta tramoggia e per trasportarlo verso una apertura di scarico (9) collegata con detto materiale polimerico,
- un primo elemento di pesatura (16) e un secondo elemento di pesatura (17) associati almeno a detta tramoggia (3),
- un?unit? di controllo (11) associata a detto alimentatore (5) e a detti primo e secondo elemento di pesatura (16, 17),
in cui detto metodo comprende:
- rilevare, tramite detto primo elemento di pesatura (16), il peso di almeno detta tramoggia (3),
- determinare, tramite detta unit? di controllo (11), la portata di materiale additivo scaricato da detto dispositivo dosatore gravimetrico (1) in un periodo di tempo predefinito a partire dalle misure di peso rilevate da detto primo elemento di pesatura (16), - regolare detto alimentatore (5) in funzione di detta portata di materiale additivo scaricato da detto dispositivo dosatore gravimetrico (1) in detto periodo di tempo predefinito,
- rilevare contemporaneamente, in uno o pi? istanti predefiniti, il peso di almeno detta tramoggia (3) tramite detto primo elemento di pesatura (16) e tramite detto secondo elemento di pesatura (17),
- confrontare i valori di peso rilevati da detto primo e da detto secondo elemento di pesatura (16, 17), e
- se detti valori di peso differiscono tra loro di una quantit? o di una frazione maggiore di una soglia predefinita, emettere un segnale di allarme.
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui il peso di almeno detta tramoggia (3) ? rilevato contemporaneamente tramite detti primo e secondo elemento di pesatura (16, 17) all?inizio e alla fine di un ciclo di caricamento di detta tramoggia (3) con detto materiale additivo.
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