IT202100029549A1 - Stampo per lo stampaggio rotazionale - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Titolo: STAMPO PER LO STAMPAGGIO ROTAZIONALE

Campo tecnico dell?invenzione

La presente invenzione riguarda uno stampo per lo stampaggio rotazionale.

Stato della tecnica

Lo stampaggio rotazionale ? una tecnologia di stampaggio impiegata per realizzare prodotti finiti, tipicamente in materiale termoplastico, internamente cavi (con cavit? aperta, ossia in comunicazione con l?ambiente esterno, oppure chiusa). Oggetti tipicamente realizzati mediante la tecnologia di stampaggio rotazionale sono ad esempio: parti di autoveicoli (e.g. tetti per camion, trattori, etc.), imbarcazioni (e.g. kayak), serbatoi/cisterne (e.g. per carburanti, per acqua, etc.), cassonetti, vasi, arredo urbano, giocattoli, arredo da giardino, etc.

Il processo di stampaggio rotazionale comprende tipicamente la predisposizione di uno stampo avente una cavit? (interna) opportunamente controsagomata alla geometria del prodotto finito da realizzare. Lo stampo viene caricato con un materiale polimerico grezzo, tipicamente in polvere, e successivamente chiuso. Lo stampo, una volta assicurato saldamente ad una macchina per lo stampaggio rotazionale, ? posto in rotazione attorno a due o pi? assi di rotazione (tipicamente reciprocamente ortogonali) e contemporaneamente sottoposto ad un programma temporale di riscaldamento/raffreddamento.

La rotazione dello stampo permette di distribuire il materiale polimerico grezzo lungo l?intera superficie utile della cavit? dello stampo, al fine di ricoprire tale superficie con almeno uno strato di tale materiale polimerico. Contestualmente, il riscaldamento dello stampo consente al materiale polimerico grezzo di rammollirsi e sinterizzare, e aderire cos? alla superficie della cavit?, riproducendone la forma.

Successivamente lo stampo viene raffreddato, aperto e il prodotto finito viene estratto. ? noto realizzare il suddetto raffreddamento mediante getti d?aria forzata che vengono direzionati verso la superficie esterna dello stampo (ad esempio mediante l?uso di ventilatori industriali).

Il documento EP 1837148 A1, a nome della stessa Richiedente, descrive uno stampo con condotti di fluido per la regolazione termica.

Sommario dell?invenzione

Nel contesto dei processi di stampaggio rotazionale, la Richiedente ha osservato che le suddette soluzioni note di raffreddamento dello stampo presentano alcuni svantaggi e/o possono essere migliorate in uno o pi? aspetti.

La Richiedente ha infatti riscontrato che l?uso di getti d?aria risulta poco efficiente in termini di tempo e/o di costi.

Infatti, da un lato il raffreddamento mediante aria forzata, necessitando di tempo per abbassare la temperatura dello stampo fino alle temperature desiderate, comporta un allungamento dei tempi di produzione, con conseguenti ricadute negative sulla produttivit? dell?intero processo (talvolta la fase di raffreddamento ad aria risulta essere quella temporalmente pi? estesa dell?intero processo di stampaggio).

Dall?altro lato, la predisposizione di un numero sempre maggiore di ventilatori, per cercare di accelerare il raffreddamento, comporta necessariamente un aumento dei consumi energetici e/o dell?ingombro complessivo.

Inoltre, tali ventilatori, risultando molto rumorosi, peggiorano la salubrit? dell?ambiente lavorativo e/o il comfort del personale addetto.

Inoltre, la Richiedente ha altres? realizzato essere fortemente svantaggioso il ricorso ad una pluralit? di condotti di fluido che si sviluppano con continuit? per lunghi tratti sostanzialmente sull?intera estensione superficiale del corpo dello stampo (sia che tali condotti siano realizzati a partire da scanalature che vengono chiuse mediante un coperchio aggiuntivo, come in EP 1837 148 A1, sia che i condotti siano interamente ricavati nelle pareti dello stampo, e.g. mediante foratura delle pareti).

Infatti, a prescindere dal metodo adottato, la realizzazione dei condotti comporta necessariamente una notevole complicazione nella fabbricazione dello stampo, con conseguente aumento di costi.

Inoltre, la Richiedente ha osservato che tale soluzione a condotti non pu? essere efficientemente implementata su stampi pre-esistenti, in quanto lo spessore finale tipico delle pareti degli stampi ad uso rotazionale non ? sufficiente ad accogliere condotti aventi le desiderate dimensioni. Infatti, poich? le procedure tipicamente adottate nella realizzazione degli stampi ad uso rotazionale prevedono l?asportazione di materiale da un blocco grezzo fino alla realizzazione dello stampo finito avente le dimensioni finali, ? necessario prevedere in anticipo la presenza dei condotti e asportare minor materiale in corrispondenza delle porzioni delle pareti dello stampo destinate ad accogliere i condotti (dunque lasciando un ispessimento localizzato delle pareti, che sono successivamente lavorate per realizzare la scanalatura o forate per realizzare direttamente il condotto).

La Richiedente si ? quindi posta il problema di raffreddare uno stampo per lo stampaggio rotazionale in modo efficiente, ad esempio in termini di tempi e/o di costi, e/o in modo strutturalmente semplice e/o versatile, e.g. rispetto alle possibili variazioni di processo, e/o alle possibili forme dello stampo, anche in caso di stampo preesistente.

Secondo la Richiedente il suddetto problema ? risolto da uno stampo per lo stampaggio rotazionale in accordo con le allegate rivendicazioni e/o aventi una o pi? delle seguenti caratteristiche.

Secondo un aspetto l?invenzione riguarda uno stampo per lo stampaggio rotazionale. Lo stampo comprende:

- un corpo principale avente una cavit? interna e una superficie esterna;

- una pluralit? di elementi raffreddanti fissati su detta superficie esterna,

dove ciascun elemento raffreddante ? in contatto termico con detta superficie esterna del corpo principale,

dove ciascun elemento raffreddante comprende una camera interna avente una bocca di ingresso e una bocca di uscita per un fluido refrigerante,

e dove gli elementi raffreddanti sono distribuiti su detta superficie esterna del corpo principale tra loro spazialmente separati.

Secondo un aspetto l?invenzione riguarda un sistema per lo stampaggio rotazionale comprendente una macchina per lo stampaggio rotazionale e detto stampo per lo stampaggio rotazionale secondo la presente invenzione agganciato a detta macchina, dove detto sistema comprende un circuito di ricircolazione di detto fluido refrigerante collegato a detta bocca di ingresso e a detta bocca di uscita di ciascun elemento raffreddante.

Secondo la Richiedente, grazie alla bocca di ingresso e alla bocca di uscita della camera interna di ciascun elemento raffreddante, ? possibile far scorrere il fluido refrigerante direttamente all?interno degli elementi raffreddanti per raffreddarli e conseguentemente, grazie al contatto termico di ciascun elemento con la superficie esterna dello stampo, raffreddare anche ciascuna rispettiva porzione del corpo principale disposta in corrispondenza dell?elemento raffreddante.

L?incanalamento del fluido refrigerante all?interno delle camere interne degli elementi raffreddanti (dette camere essendo a tenuta di fluido) consente di concentrare il fluido in stretta prossimit? delle superfici da raffreddare, riducendo dispersioni e/o perdite di fluido rispetto ai getti di aria forzata generati dai ventilatori industriali posti a distanza dallo stampo, aumentando dunque l?efficienza e la rapidit? di raffreddamento.

In aggiunta, il fatto che gli elementi raffreddanti siano spazialmente separati tra loro e fissati alla superficie esterna (ossia sono distinti dal corpo principale dello stampo e applicati saldamente al corpo principale successivamente alla loro produzione), consente di semplificare la manifattura degli elementi raffreddanti rispetto ai suddetti condotti continui che, essendo almeno in parte in pezzo unico con il corpo principale, richiedono interventi specifici sul corpo principale di ciascun singolo stampo.

Inoltre, il fissaggio degli elementi raffreddanti sulla superficie esterna dello stampo rende gli elementi facilmente accessibili, semplifica e velocizza l?installazione, e anche la successiva manutenzione, degli elementi raffreddanti (inclusa la sostituzione o la riprogettazione in funzione del ciclo produttivo). ? anche possibile, a fine ciclo vita dello stampo, smontare gli elementi raffreddanti per un possibile ulteriore utilizzo su un altro stampo.

Ancora, grazie al fissaggio degli elementi raffreddanti sulla superficie esterna dello stampo, e dunque, a differenza dei suddetti condotti, senza la necessit? di dover prevedere la presenza dei dispositivi di raffreddamento fin dalla prima realizzazione dello stampo, ? possibile adattare la presente soluzione a qualsiasi tipologia di stampo, anche pre-esistente, con limitati interventi sullo stampo (e dunque con conseguente risparmio economico).

Con il termine ?elettricamente resistivo? si intende un materiale/elemento in grado di fornire desiderate propriet? di resistenza elettrica a fronte di una tensione elettrica applicata al materiale/elemento stesso. Ad esempio i valori di resistenza elettrica possono variare da alcune decine di Ohm per unit? di area, fino anche a 1M? per unit? di area.

Per ?sostanzialmente ortogonale? relativamente ad elementi geometrici (quali rette, piani, superfici etc.) si intende che tali elementi formano un angolo di 90?+/-15?, preferibilmente di 90?+/-10?.

Per ?sostanzialmente parallelo? relativamente ai suddetti elementi geometrici si intende che tali elementi formano un angolo di 0?+/-15?, preferibilmente di 0?+/-10?.

La presente invenzione in uno o pi? dei suddetti aspetti pu? presentare una o pi? delle seguenti caratteristiche preferite.

Preferibilmente detti elementi raffreddanti di detta pluralit? sono uguali tra loro. Con l?espressione ?uguali? si intende che gli elementi (raffreddanti o riscaldanti) hanno tutti la medesima struttura, forma e dimensioni (a meno delle tolleranze fabbricative). In tal modo si semplifica la produzione (e.g. possono essere prodotti in serie) e/o il fissaggio degli elementi, nonch? la realizzazione dello stampo.

Preferibilmente detti elementi raffreddanti sono fissati rimovibilmente e reversibilmente (ossia non distruttivamente) sulla superficie esterna. In tal modo si semplificano ulteriormente le operazioni di fissaggio, manutenzione e/o sostituzione degli elementi. Preferibilmente detti elementi raffreddanti sono in materiale metallico (e.g. acciaio, alluminio, etc.). In tal modo si incentiva lo scambio termico tra il fluido refrigerante e lo stampo.

Preferibilmente detto fluido refrigerante ? acqua. In tal modo si utilizza un fluido semplice da reperire, con desiderate propriet? di scambio termico e al contempo privo di problematiche relative a tossicit? e/o sporcamento (e.g. a differenza dell?olio).

Preferibilmente ciascun elemento raffreddante comprende un?area di contatto termico con detta superficie esterna. Preferibilmente detta area di contatto ? piana. In tal modo si ottiene un desiderato scambio termico.

Preferibilmente detta superficie esterna comprende, per ciascuna area di contatto termico, una corrispondente regione piana. In caso di superficie esterna originariamente non piana, ? vantaggioso ricavare (e.g. per fresatura) la regione piana sulla superficie esterna.

Preferibilmente detta area di contatto termico (eventualmente sviluppata su un piano se non planare) ? inscritta in una circonferenza avente diametro minore o uguale 50 cm, pi? preferibilmente minore o uguale a 30 cm, ancor pi? preferibilmente minore o uguale a 20 cm (ad esempio minore o uguale a 10 cm o minore o uguale a 5 cm). In tal modo, limitando le dimensioni massime dell?area di contatto degli elementi, si facilita la disposizione degli elementi sulla superficie esterna, anche in presenza di una superficie esterna con forma complessa. Inoltre, nel suddetto caso dove viene ricavata una regione piana, i suddetti valori di area di contatto limitano la variazione dello spessore locale del corpo principale in corrispondenza di tale regione, migliorando l?uniformit? di raffreddamento.

Preferibilmente una distanza minima tra ciascun elemento raffreddante e rispettivi elementi raffreddanti pi? prossimi ? maggiore o uguale a 2,5 cm, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 6 cm, ancor pi? preferibilmente maggiore o uguale a 10 cm, e/o minore o uguale a 20 cm, pi? preferibilmente minore o uguale a 15 cm. In tal modo si limita il numero complessivo di elementi raffreddanti.

La Richiedente ha infatti sorprendentemente riscontrato che, nonostante l?azione raffreddante di ciascun elemento raffreddante sia spazialmente localizzata e gli elementi raffreddanti siano distanziati tra loro (in altri termini adottando una discretizzazione dell?azione di raffreddamento), ? possibile ottenere, in corrispondenza della superficie della cavit? interna dello stampo, un?efficienza e/o uniformit? di raffreddamento sufficiente ai fini del processo di stampaggio.

In una forma realizzativa, ciascun elemento raffreddante ? fissato a detto corpo principale tramite un elemento di fissaggio (e.g. vite, bullone, etc.) che attraversa detto elemento raffreddante e che impegna un foro (e.g. filettato) realizzato in detto corpo principale. In tal modo il fissaggio ? semplice e veloce.

Preferibilmente detto stampo comprende inoltre uno o pi? elementi riscaldanti (preferibilmente elettricamente resistivi) distinti da detti elementi raffreddanti e fissati (e.g. rimovibilmente e reversibilmente) a detto corpo principale in modo distribuito su detta superficie esterna del corpo principale. In tal modo si riscalda lo stampo in modo semplice, rapido e termicamente efficiente (ad esempio rispetto all?uso di forni in cui ? inserito lo stampo).

In una forma realizzativa, ciascun elemento riscaldante comprende una rispettiva resistenza elettrica longiforme, che si sviluppa con continuit? su detta superficie esterna. In tal modo l?elemento riscaldante risulta semplice.

Preferibilmente ciascuna resistenza elettrica ? alloggiata, pi? preferibilmente ad incastro mediante interferenza meccanica, all?interno di una rispettiva scanalatura realizzata in detta superficie esterna. In tal modo si ottiene un ampio contatto diretto per agevolare lo scambio termico tra resistenze elettriche e corpo principale.

Preferibilmente ciascun elemento raffreddante ? interposto tra due (porzioni di) elementi/o riscaldanti/o (e/o viceversa). In tal modo gli elementi raffreddanti non interferiscono (fisicamente e/o funzionalmente) con gli elementi riscaldanti.

In una forma realizzativa ciascun elemento riscaldante comprende:

- un corpo di base termicamente conduttivo in contatto termico con detta superficie esterna del corpo principale;

- uno strato elettricamente isolante adeso a detto corpo di base da parte opposta a detta superficie esterna;

- una pista elettricamente resistiva realizzata su detto strato elettricamente isolante. Preferibilmente detti corpi di base sono tra loro spazialmente separati.

Tale tipologia di elementi si ? dimostrata efficiente nel riscaldare il corpo principale e inoltre consente forti sinergie con gli elementi raffreddanti (e.g. in termini di disposizione spaziale, fissaggio e cicli termici ottenibili).

Preferibilmente detti elementi riscaldanti sono uguali tra loro. In tal modo si semplifica la realizzazione degli elementi riscaldanti (e.g. essi possono essere prodotti in serie), nonch? dello stampo.

Preferibilmente detto corpo di base comprende una prima e una seconda faccia reciprocamente opposte, detta seconda faccia essendo rivolta verso detta superficie esterna. Preferibilmente detta seconda faccia ? piana. In tal modo si ottiene un desiderato scambio termico senza la necessit?, come per le resistenze elettriche longiformi, di forzare meccanicamente le resistenze dentro opportune scanalature realizzate sulla superficie esterna (per realizzare l?intimo contatto).

Preferibilmente detta superficie esterna comprende, per ciascuna seconda faccia, una corrispondente regione piana. In caso di superficie esterna originariamente non piana, ? vantaggioso ricavare (e.g. per fresatura) la regione piana sulla superficie esterna. In una forma realizzativa, in corrispondenza di detta regione piana la superficie esterna presenta una sede di alloggiamento di detto corpo di base (e.g. ricavata anch?essa per fresatura della superficie esterna), ad esempio ad impronta anulare. Preferibilmente detta seconda faccia ? contenuta in un?impronta di detta sede di alloggiamento (in altri termini il corpo di base viene inserito nella sede senza interferenza meccanica con le pareti della sede stessa). In tal modo il fissaggio dell?elemento riscaldante risulta reversibile (ossia lo smontaggio dell?elemento non danneggia n? il corpo principale n? l?elemento riscaldante). Inoltre l?elemento riscaldante risulta pi? facilmente accessibile rispetto alle resistenze elettriche longiformi.

Preferibilmente una dimensione massima di detto corpo di base ? inscritta in una circonferenza avente diametro maggiore o uguale a 3 cm, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 6 cm, e/o minore o uguale a 15 cm, pi? preferibilmente minore o uguale a 12 cm. In tal modo si fornisce sufficiente spazio per la pista limitando l?ingombro dell?elemento riscaldante. Inoltre nel suddetto caso di regione piana ricavata sulla superficie esterna per alloggiare l?elemento riscaldante, si favorisce l?uniformit? di spessore del corpo principale in corrispondenza della seconda faccia, in modo analogo a quanto sopra descritto per gli elementi raffreddanti.

Preferibilmente una distanza minima tra ciascun corpo di base e rispettivi corpi di base pi? prossimi ? maggiore o uguale a un sesto, pi? preferibilmente maggiore o uguale a un quarto, ancor pi? preferibilmente maggiore o uguale a un terzo, di detto diametro della circonferenza in cui ? inscritto il corpo di base.

La Richiedente ha realizzato che la suddetta tipologia di elementi riscaldanti a pista resistiva consente di ottenere, anche in caso di ridotta impronta e opportuno distanziamento tra i corpi di base (ossia adottando una discretizzazione anche dell?azione di riscaldamento), sia una desiderata velocit? di riscaldamento sia una desiderata uniformit? di riscaldamento in corrispondenza della superficie della cavit? interna del corpo principale, grazie anche alla elevata potenza termica specifica ottenibile (mediante tensione elettrica applicata alla pista).

Preferibilmente detto corpo di base ? piastriforme, pi? preferibilmente con spessore costante. In tal modo si distribuisce efficacemente la potenza termica.

Preferibilmente lo spessore del corpo di base ? maggiore o uguale a 1 mm, e/o minore o uguale a 3 mm, pi? preferibilmente minore o uguale a 2 mm. In tal modo si limita la resistenza termica senza penalizzare la robustezza strutturale.

In una forma realizzativa detto stampo comprende uno strato di giunzione in materiale termicamente conduttivo (direttamente) interposto tra detta area di contatto termico di ciascun elemento raffreddante e detto corpo principale, e/o un ulteriore strato di giunzione in materiale termicamente conduttivo (direttamente) interposto tra il corpo di base di ciascun elemento riscaldante e detto corpo principale.

Preferibilmente detto strato di giunzione e/o detto ulteriore strato di giunzione comprende, pi? preferibilmente ? interamente realizzato in, una pasta elettricamente conduttiva (e.g. caricata con particelle di elementi chimici metallici per agevolare la conduzione elettrica), pi? preferibilmente termoindurita. La pasta allo stato plastico (ossia non -ancora- termoindurita), riempiendo uniformemente eventuali cavit? superficiali (e.g. microscopiche) del corpo principale e/o dell?elemento raffreddante/riscaldante dovute alle rispettive rugosit? superficiali, permette di migliorare il reciproco contatto fra stampo ed elementi raffreddanti/riscaldanti, e di conseguenza lo scambio termico.

In una forma realizzativa detto strato di giunzione e/o detto ulteriore strato di giunzione comprende, pi? preferibilmente ? interamente realizzato in, un foglio di grafite. In tal modo si semplifica l?installazione.

Preferibilmente detto corpo di base comprende un?apertura (e.g. un foro) passante in corrispondenza di una propria porzione sostanzialmente centrale, pi? preferibilmente il corpo di base ha forma (sostanzialmente) anulare. In tal modo si riduce la potenza termica trasferita al corpo principale in corrispondenza del centro dell?elemento riscaldante (e.g. per ridurre l?insorgenza di punti caldi e/o uniformare la temperatura). In una forma realizzativa detto stampo comprende, per ciascun elemento riscaldante, un rilievo solidale a detta superficie esterna e che impegna detta apertura passante del rispettivo elemento riscaldante. In tal modo si agevola il posizionamento degli elementi riscaldanti, che possono essere calzati sui rispettivi rilievi.

Preferibilmente una dimensione massima di detta apertura passante (pi? preferibilmente un diametro di detto foro) ? maggiore o uguale a 1,5 cm, pi? preferibilmente maggiore o uguale a 3 cm, e/o minore o uguale a 8 cm, pi? preferibilmente minore o uguale a 6 cm. In tal modo si bilanciano robustezza strutturale e ampiezza dell?apertura per ottenere una desiderata riduzione della potenza termica trasferita alla superficie esterna.

Preferibilmente ciascun elemento riscaldante ? basato su una tecnologia di riscaldamento a film spesso, pi? preferibilmente ? un riscaldatore a film spesso (?thick film heater?). Tale tecnologia si ? dimostrata altamente versatile ed efficiente.

Preferibilmente detta pista ? stampata su detto strato elettricamente isolante. In tal modo ? realizzata in modo industrialmente semplice.

Preferibilmente detta pista ? realizzata in una pasta (o inchiostro) resistiva in polimero, pi? preferibilmente comprendente una matrice organica e una polvere di ossidi di metallo dispersa in detta matrice. Tali paste resistive si sono rivelate particolarmente adatte a realizzare elementi riscaldanti in grado di generare la desiderata potenza termica specifica (e.g. per unit? di area), a fronte di costi, ingombri e pesi limitati. Preferibilmente detta pista (preferibilmente unica per ciascun elemento) ? sostanzialmente bidimensionale e pi? preferibilmente si sviluppa su sostanzialmente tutta detta prima faccia. In tal modo si limita la dissipazione di potenza termica in aria in corrispondenza delle superfici laterali (lungo lo spessore) della pista, e/o il surriscaldamento e/o la resistenza termica della pista, migliorando l?uniformit? di riscaldamento.

In una forma realizzativa ciascun elemento raffreddante ? associato ad uno e un solo rispettivo elemento riscaldante, pi? preferibilmente ? disposto in corrispondenza del rispettivo elemento riscaldante. In tal modo si razionalizza l?intervento sul corpo principale dello stampo.

Preferibilmente ciascun elemento raffreddante ? disposto in corrispondenza di detta apertura passante del corpo di base del rispettivo elemento riscaldante (e.g. impegna detta apertura passante). In tal modo, oltre a limitare l?impronta complessiva dei due elementi, si ottiene un desiderato raffreddamento. Inoltre, l?elemento raffreddante in tale posizione sostanzialmente centrale del corpo di base, assorbendo e dissipando parte della potenza termica generata dall?elemento riscaldante, contribuisce a limitare la generazione di punti caldi nella porzione del corpo principale disposta sostanzialmente in corrispondenza del centro del corpo di base (porzione tipicamente pi? soggetta a surriscaldamento in quanto circondata interamente dal corpo di base). Preferibilmente ciascun elemento raffreddante comprende una superficie di battuta conformata per immorsare (e.g. in quanto eccede l?apertura passante) detto corpo di base del rispettivo elemento riscaldante, in cooperazione con detta superficie esterna. In tal modo si fissa l?elemento riscaldante in modo costruttivamente semplice sfruttando il fissaggio dell?elemento raffreddante.

Preferibilmente detta superficie di battuta immorsa almeno parzialmente un bordo di detta apertura passante del corpo di base. In tal modo il fissaggio ? razionale con il suddetto reciproco posizionamento tra due elementi.

Preferibilmente detto circuito di ricircolazione connette gli elementi raffreddanti in parallelo tra loro. In tal modo il fluido refrigerante entra sostanzialmente alla medesima temperatura negli elementi raffreddanti, incentivando l?uniformit? di raffreddamento. Preferibilmente detta macchina comprende un telaio fisso (per sorreggere lo stampo e le parti mobili della macchina) e pi? preferibilmente un sistema di movimentazione accoppiato a detto telaio e strutturato per ruotare detto stampo attorno ad almeno due assi di rotazione (preferibilmente mutuamente ortogonali).

Breve descrizione delle figure

- la figura 1 mostra una vista schematica in sezione di una porzione di uno stampo secondo una prima forma realizzativa della presente invenzione;

- la figura 2 mostra una vista schematica in sezione di una porzione di uno stampo secondo una seconda forma realizzativa della presente invenzione;

- la figura 3 mostra una vista schematica in sezione di una porzione di uno stampo secondo una terza forma realizzativa della presente invenzione;

- la figura 4 mostra una vista laterale schematica di un sistema per lo stampaggio rotazionale secondo la presente invenzione;

- le figure 5 e 6 mostrano rispettivamente una vista schematica in pianta e una vista schematica prospettica di un componente dello stampo nella terza forma realizzativa della presente invenzione.

Descrizione dettagliata di alcune forme realizzative dell?invenzione

Le caratteristiche e i vantaggi della presente invenzione saranno ulteriormente chiariti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme realizzative, presentata a titolo esemplificativo e non limitativo della presente invenzione, con riferimento alle figure allegate (non in scala).

Nelle figure, con il numero 99 ? indicato uno stampo per lo stampaggio rotazionale secondo la presente invenzione. Esemplarmente (fig.4) lo stampo 99 comprende un corpo principale 90 (e.g. in alluminio) avente una cavit? interna 91 (mostrata parzialmente in fig. 3) e una superficie esterna 92. Esemplarmente, per semplicit?, il corpo principale 90 dello stampo ? schematicamente raffigurato a forma di parallelepipedo (fig. 4). Esemplarmente la cavit? interna 91 dello stampo comprende una superficie 105 sulla quale aderisce il materiale polimerico durante il processo di stampaggio.

Esemplarmente lo stampo 99 comprende una pluralit? di elementi raffreddanti 1 uguali tra loro e fissati sulla superficie esterna 92. Esemplarmente gli elementi raffreddanti sono distribuiti (in modo sostanzialmente omogeneo) sulla superficie esterna 92 tra loro spazialmente separati.

In una forma realizzativa (non mostrata) lo stampo comprende due o pi? (e.g. fino a quattro o cinque) pluralit? di elementi raffreddanti, ciascuna pluralit? essendo secondo la presente invenzione, dove gli elementi di ciascuna pluralit? sono tra loro uguali e diversi (in forma e/o dimensioni e/o struttura) dagli elementi delle restanti pluralit?. Ad esempio possono essere previste due pluralit? di elementi raffreddanti aventi in pianta forma circolare ma con differente diametro, e una pluralit? di elementi raffreddanti aventi in pianta forma rettangolare. Quanto sopra pu? valere analogamente per gli elementi riscaldanti comprendenti il corpo di base e la pista resistiva.

In una forma realizzativa (non mostrata) possono essere previste zone della superficie esterna a maggiore densit? di elementi raffreddanti per unit? di superficie e altre con minore densit?.

Esemplarmente ciascun elemento raffreddante 1 ? termicamente conduttivo (a tal fine ? realizzato in materiale metallico, e.g. acciaio) e comprende una camera interna 13 avente una bocca di ingresso 14 e una bocca di uscita 15 per un fluido refrigerante (non mostrato, preferibilmente acqua).

Esemplarmente ciascun elemento raffreddante ? in contatto termico con la superficie esterna 92 e comprende un?area di contatto termico 18 con la superficie esterna 92. Esemplarmente ciascun elemento raffreddante 1 ha simmetria cilindrica attorno ad un rispettivo asse centrale 109 e ha l?area di contatto termico 18 piana e di forma circolare con diametro D4 pari a circa 4 cm.

Vantaggiosamente la superficie esterna pu? comprendere, per ciascuna area di contatto termico, una corrispondente regione piana (e.g. ricavata per fresatura in caso di superficie esterna originariamente non piana). Analogamente pu? valere anche per gli elementi riscaldanti a corpo di base e pista conduttiva.

In una forma realizzativa (non mostrata) l?area di contatto termico pu? essere controsagomata ad una forma superficiale di una rispettiva porzione di superficie esterna 92 destinata al fissaggio dell?elemento (ossia l?area di contatto termico non ? interamente piana). In tal modo si agevola lo scambio termico limitando lavorazioni sullo stampo.

Esemplarmente (fig.4) una distanza minima D3 tra ciascun elemento raffreddante 1 e i rispettivi elementi raffreddanti pi? prossimi ? pari a circa 4 cm.

Esemplarmente (fig. 1-3) ciascun elemento raffreddante 1 ? fissato removibilmente e reversibilmente al corpo principale tramite un elemento di fissaggio 93 (e.g. vite) che attraversa l?elemento raffreddante 1 e che impegna un foro (e.g. filettato) realizzato nel corpo principale.

In una prima forma realizzativa (figura 1) pu? essere previsto riscaldare lo stampo 99 mediante sistemi di riscaldamento ad irraggiamento e/o ad aria calda, come ad esempio forni (non mostrati). In tal caso lo stampo pu? essere privo di dispositivi di riscaldamento fissati al corpo principale.

In una seconda e una terza forma realizzativa (figure 2 e 3, 5, 6) lo stampo 99 comprende esemplarmente uno o pi? elementi riscaldanti 100 distinti dagli elementi raffreddanti 1 e fissati rimovibilmente e reversibilmente al corpo principale 90 in modo distribuito sulla superficie esterna 92.

Nella seconda forma realizzativa (figura 2), ciascun elemento riscaldante 100 comprende una rispettiva resistenza elettrica 50 longiforme (solo parzialmente e schematicamente mostrata) che si sviluppa con continuit? sulla superficie esterna 92. Le resistenze elettriche possono essere pi? d?una oppure una sola che si sviluppa per l?intera superficie esterna.

Esemplarmente ciascuna resistenza elettrica 50 ? alloggiata ad incastro mediante interferenza meccanica, all?interno di una rispettiva scanalatura 51 realizzata nella superficie esterna 92. Esemplarmente ciascun elemento raffreddante 1 ? interposto tra due o pi? (porzioni della) resistenze/a elettriche/a 50.

Esemplarmente (non mostrato), ciascuna resistenza elettrica 50 comprende un nucleo centrale in materiale elettricamente resistivo, uno strato elettricamente isolante in ossido di metallo (e.g. ossido di magnesio) disposto attorno al nucleo centrale e una guaina in materiale metallico (e.g. acciaio inox) disposta attorno allo strato elettricamente isolante.

Nella terza forma realizzativa (figure 3, 5, 6), ciascun elemento riscaldante 100 comprende un corpo di base 2 (mostrato in dettaglio in fig.5 e 6) in materiale metallico (e.g. acciaio), gli elementi riscaldanti essendo tra loro uguali e spazialmente separati. Esemplarmente ciascun corpo di base 2 ? piastriforme con spessore costante pari a circa 1,5 mm e con forma sostanzialmente anulare. Esemplarmente ciascun corpo di base 2 comprende un?apertura passante 3 in corrispondenza di una propria porzione sostanzialmente centrale, dove (fig. 5) un diametro esterno D1 del corpo di base 2 ? pari a circa 9 cm e un diametro D2 di ciascuna apertura passante 3 (esemplarmente misurato in corrispondenza di bordi arrotondati dell?apertura) ? pari a circa 5 cm. Esemplarmente una distanza minima (non mostrata) tra ciascun corpo di base e rispettivi corpi di base pi? prossimi ? pari a circa 4 cm (maggiore di un terzo del diametro esterno D1).

Esemplarmente ciascun corpo di base 2 comprende una prima faccia 4 e una seconda faccia 5 reciprocamente opposte, entrambe piane, la seconda faccia 5 essendo rivolta verso la superficie esterna 92.

Esemplarmente ciascun elemento riscaldante 100 comprende uno strato elettricamente isolante 6 adeso al corpo di base 2 adiacente alla prima faccia 4. Vantaggiosamente (non mostrato) lo strato elettricamente isolante 6 pu? essere stampato, laminato, oppure applicato come rivestimento sul corpo di base.

Esemplarmente ciascun elemento riscaldante 100 comprende una pista 7 elettricamente resistiva stampata (e.g. mediante serigrafia ?screen printing?, deposizione a scrittura diretta ?direct-write deposition?, stampa a getto ?ink-jet printing?, etc.) sullo strato elettricamente isolante 6.

Esemplarmente (non mostrato) la pista 7 ? realizzata in una pasta resistiva in polimero, preferibilmente comprendente una matrice organica e una polvere di ossidi di metallo dispersa nella matrice. Esemplarmente la pista 7 ? realizzata in una pasta resistiva polimerica della serie RS121xx<TM >commercializzata dalla Ferro Corporation<TM>. La pasta resistiva fresca viene dapprima applicata allo strato elettricamente isolante ed in seguito sottoposta ad un processo di indurimento (e.g. polimerizzazione) per realizzare la pista resistiva.

Esemplarmente (fig.5 e 6) la pista 7 ? unica e si sviluppa su sostanzialmente tutta la prima faccia 4.

Esemplarmente la pista 7 ? sostanzialmente bidimensionale, con spessore (in una direzione sostanzialmente ortogonale alla prima faccia 4) pari a circa 18 ?m, e larghezza (in una direzione sostanzialmente parallela alla prima faccia 4 e sostanzialmente ortogonale ad una linea di sviluppo principale della pista) pari a circa 2,5 mm.

Esemplarmente ciascun elemento riscaldante 100 comprende un primo 8 e un secondo connettore (solo uno ? mostrato in fig.3) disposti in contatto elettrico con la pista 7.

Esemplarmente, figure 5 e 6, ciascun elemento riscaldante 100 comprende una coppia di piste elettricamente conduttive 70 (di lunghezza inferiore rispetto alla pista resistiva 7) disposte in corrispondenza di due capi della pista resistiva per realizzare una coppia di aree di contatto elettrico per i due connettori al fine di alimentare la pista resistiva. La pista conduttiva pu? essere realizzata a partire da una pasta elettricamente conduttiva (comprendente tipicamente particelle di un elemento chimico metallico, preferibilmente nobile, ad esempio argento, per agevolare la conduzione elettrica) e mediate tecniche di stampaggio eseguite sullo strato elettricamente isolante 6.

Esemplarmente ciascun elemento riscaldante 100 comprende uno strato protettivo 10 anch?esso elettricamente isolante disposto sulla pista 7 da parte opposta allo strato elettricamente isolante 6 (per proteggere la pista da polvere, acqua, agenti chimici, etc., e/o si migliora la sicurezza dell?elemento riscaldante).

Esemplarmente ciascun elemento riscaldante ? un riscaldatore a film spesso.

Esemplarmente ciascun elemento raffreddante 1 ? associato ad uno e un solo rispettivo elemento riscaldante 100 ed ? disposto in corrispondenza del rispettivo elemento riscaldante 100.

Nella terza forma realizzativa ciascun elemento raffreddante 1 impegna l?apertura passante 3 del rispettivo elemento riscaldante 100, l?elemento raffreddante 1 comprendendo una superficie di battuta 12 conformata per immorsare almeno parzialmente un bordo dell?apertura passante 3 del corpo di base 2 in cooperazione con la superficie esterna 92.

In una forma realizzativa (non mostrata) lo stampo comprende, per ciascun elemento riscaldante, un rilievo solidale (e.g. integrale) alla superficie esterna e che impegna l?apertura passante del rispettivo elemento riscaldante. Preferibilmente ciascun rilievo ha in pianta una forma controsagomata ad una forma in pianta dell?apertura passante del rispettivo elemento riscaldante, e priva di simmetria rotazionale attorno ad un asse sostanzialmente ortogonale alla superficie esterna. In tale forma realizzativa l?elemento raffreddante 1 ? fissato direttamente al rilievo associato al rispettivo elemento riscaldante 100, l?elemento raffreddante avendo in pianta un ingombro (almeno parzialmente) maggiore dell?ingombro in pianta del rilievo per realizzare la suddetta superficie di battuta.

Preferibilmente lo stampo comprende una pluralit? di sonde di temperatura (non mostrate) applicate sulla superficie esterna, dove ciascuna sonda restituisce un rispettivo segnale rappresentativo di una temperatura locale della superficie esterna. In tal modo si campiona la distribuzione di temperatura della superficie esterna. Preferibilmente una potenza termica (specifica) generata da un dato elemento riscaldante (o da un dato sotto-insieme di elementi riscaldanti) ? regolata in funzione di un segnale restituito rispettivamente da una o pi? delle sonde di temperatura disposte con una data relazione spaziale rispetto al dato elemento riscaldante. Esemplarmente ciascun elemento riscaldante 100 pu? fornire una potenza termica specifica compresa nell?intervallo 15-20 W/cm<2>.

Esemplarmente, non mostrato, il segnale rappresentativo della temperatura locale ? utilizzato anche per regolare una portata e/o una temperatura di ingresso del fluido refrigerante negli elementi raffreddanti e nel circuito di ricircolazione (descritto in seguito).

Preferibilmente (non mostrato), lo stampo comprende uno strato di giunzione in materiale termicamente conduttivo interposto tra l?area di contatto termico 18 di ciascun elemento raffreddante 1 e il corpo principale e comprende un ulteriore strato di giunzione in materiale termicamente conduttivo direttamente interposto tra il corpo di base 2 di ciascun elemento riscaldante 100 e il corpo principale.

Preferibilmente lo strato di giunzione e l?ulteriore strato di giunzione comprendono, o sono interamente realizzati in, una pasta elettricamente conduttiva, pi? preferibilmente termoindurita (ad esempio come quella utilizzata per le piste conduttive 70 sopra descritte).

La figura 4 mostra un sistema 95 per lo stampaggio rotazionale comprendente esemplarmente una macchina 96 per lo stampaggio rotazionale e lo stampo 99 per lo stampaggio rotazionale secondo la presente invenzione agganciato alla macchina. Esemplarmente il sistema 95 comprende un circuito di ricircolazione 150 (mostrato solo parzialmente e schematicamente in fig. 4) del fluido refrigerante collegato alla bocca di ingresso 14 e alla bocca di uscita 15 di ciascun elemento raffreddante 1. Esemplarmente il circuito di ricircolazione 150 connette gli elementi raffreddanti 1 in parallelo tra loro. A tal fine, il circuito di ricircolazione 150 comprende esemplarmente un condotto di mandata 151 collegato alle bocche di ingresso 14 degli elementi raffreddanti e un condotto di ritorno 152 collegato alle bocche di uscita 15 degli elementi raffreddanti.

Esemplarmente il circuito di ricircolazione 150 comprende inoltre uno scambiatore di calore 153 (per dissipare il calore assorbito dal fluido refrigerante) e una pompa 154 (entrambi solo schematicamente mostrati).

Esemplarmente la macchina 96 comprende un telaio 97 fisso e un sistema di movimentazione accoppiato al telaio 97 e strutturato per ruotare lo stampo attorno ad un primo 101 e ad un secondo asse di rotazione 102, tra loro ortogonali. Esemplarmente il sistema di movimentazione comprende un braccio a ?L? 103 rotazionalmente fissato al telaio 97 (realizzando il primo asse di rotazione 101), e un piatto 104 rotazionalmente fissato al braccio 103 (realizzando il secondo asse di rotazione 102), lo stampo 99 essendo esemplarmente rigidamente fissato al piatto 104.

In una forma realizzativa, non mostrata, lo stampo 99 pu? essere a sua volta fissato in modo girevole al piatto 104 per realizzare un terzo asse di rotazione ortogonale al primo e al secondo asse di rotazione in almeno una configurazione della macchina. Esemplarmente la macchina 96 comprende un circuito di alimentazione elettrica (non mostrato) per alimentare gli elementi riscaldanti 100, quando presenti, ad esempio disposti in serie a sottogruppi.

In uso, il sistema 95 permette di eseguire un processo di stampaggio rotazionale comprendente almeno una fase di riscaldamento dello stampo (precedentemente caricato con il materiale polimerico grezzo) e, successivamente, almeno una fase di raffreddamento dello stampo mediante gli elementi raffreddanti 1.

La fase di riscaldamento pu? essere esemplarmente realizzata con una delle modalit? precedentemente descritte. Durante la fase di riscaldamento, il circuito di ricircolazione 150 e gli elementi raffreddanti 1 sono preferibilmente privi del fluido refrigerante al loro interno. In tal modo la massa di fluido refrigerante non ? riscaldata e si evita la dispersione della potenza termica generata, aumentando l?efficienza di riscaldamento. Preferibilmente la fase di raffreddamento prevede il riempimento del circuito di ricircolazione 150 e degli elementi raffreddanti 1 con il fluido refrigerante. Preferibilmente il fluido refrigerante ? mantenuto in flusso continuo all?interno del circuito di ricircolazione e degli elementi raffreddanti (esemplarmente mediante la pompa 154). In tal modo si migliora l?efficienza di raffreddamento.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Stampo (99) per lo stampaggio rotazionale comprendente:

- un corpo principale (90) avente una cavit? interna (91) e una superficie esterna (92); - una pluralit? di elementi raffreddanti (1) fissati su detta superficie esterna (92), dove ciascun elemento raffreddante (1) ? in contatto termico con detta superficie esterna (92) del corpo principale (90),

dove ciascun elemento raffreddante (1) comprende una camera interna (13) avente una bocca di ingresso (14) e una bocca di uscita (15) per un fluido refrigerante,

e dove gli elementi raffreddanti (1) sono distribuiti su detta superficie esterna (92) del corpo principale (90) tra loro spazialmente separati.

2. Stampo (99) secondo la rivendicazione 1, dove detti elementi raffreddanti (1) di detta pluralit? sono uguali tra loro e sono fissati rimovibilmente e reversibilmente su detta superficie esterna (92), e dove detti elementi raffreddanti (1) sono in materiale metallico.

3. Stampo (99) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove ciascun elemento raffreddante (1) comprende un?area di contatto termico (18) con detta superficie esterna (92), detta area di contatto termico essendo piana e inscritta in una circonferenza avente diametro (D4) minore o uguale a 50 cm, e dove una distanza minima (D3) tra ciascun elemento raffreddante e rispettivi elementi raffreddanti pi? prossimi ? maggiore o uguale a 2,5 cm e minore o uguale a 20 cm.

4. Stampo (99) secondo la rivendicazione 3, comprendente uno strato di giunzione in materiale termicamente conduttivo interposto tra detta area di contatto termico (18) di ciascun elemento raffreddante (1) e detto corpo principale (90), dove detto strato di giunzione comprende una pasta elettricamente conduttiva oppure un foglio di grafite.

5. Stampo (99) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre uno o pi? elementi riscaldanti (100) distinti da detti elementi raffreddanti (1) e fissati a detto corpo principale (90) in modo distribuito su detta superficie esterna (92) del corpo principale (90).

6. Stampo (99) secondo la rivendicazione 5, dove ciascun elemento riscaldante (100) comprende una rispettiva resistenza elettrica (50) longiforme, che si sviluppa con continuit? su detta superficie esterna (92), dove ciascuna resistenza elettrica (50) ? alloggiata all?interno di una rispettiva scanalatura (51) realizzata in detta superficie esterna (92), e dove ciascun elemento raffreddante (1) ? interposto tra due elementi riscaldanti o porzioni di elemento riscaldante, e/o viceversa.

7. Stampo (99) secondo la rivendicazione 5, dove ciascun elemento riscaldante (100) comprende:

- un corpo di base (2) termicamente conduttivo in contatto termico con detta superficie esterna (92) del corpo principale (90);

- uno strato elettricamente isolante (6) adeso a detto corpo di base (2) da parte opposta a detta superficie esterna (92);

- una pista elettricamente resistiva (7) realizzata su detto strato elettricamente isolante (6),

dove detti corpi di base (2) sono tra loro spazialmente separati.

8. Stampo (99) secondo la rivendicazione 7, dove detti elementi riscaldanti sono uguali tra loro, dove detto corpo di base (2) comprende una prima faccia (4) e una seconda faccia (5) reciprocamente opposte, la seconda faccia (5) essendo rivolta verso detta superficie esterna (92), dove detta seconda faccia (5) ? piana, dove una dimensione massima di detto corpo di base (2) ? inscritta in una circonferenza avente diametro maggiore o uguale a 3 cm, e minore o uguale a 15 cm, dove una distanza minima tra ciascun corpo di base e rispettivi corpi di base pi? prossimi ? maggiore o uguale a un sesto di detto diametro, dove detto corpo di base (2) ? piastriforme, con spessore costante maggiore o uguale a 1 mm, e minore o uguale a 3 mm, dove detta pista (7) ? stampata su detto strato elettricamente isolante (6), ? realizzata in una pasta resistiva in polimero, dove detta pista (7) ? sostanzialmente bidimensionale e si sviluppa su sostanzialmente tutta detta prima faccia (4), dove ciascun elemento riscaldante (100) ? basato su una tecnologia di riscaldamento a film spesso, e dove detto stampo comprende un ulteriore strato di giunzione in materiale termicamente conduttivo, interposto tra il corpo di base (2) di ciascun elemento riscaldante e detto corpo principale (90), e comprendente una pasta elettricamente conduttiva oppure un foglio di grafite.

9. Stampo (99) secondo la rivendicazione 7 o 8, dove detto corpo di base (2) comprende un?apertura passante (3) in corrispondenza di una propria porzione sostanzialmente centrale, dove ciascun elemento raffreddante (1) ? associato ad uno e un solo rispettivo elemento riscaldante (100), dove ciascun elemento raffreddante (1) ? disposto in corrispondenza di detta apertura passante (3) del corpo di base (2) del rispettivo elemento riscaldante (100), dove ciascun elemento raffreddante (1) comprende una superficie di battuta (12) conformata per immorsare detto corpo di base (2) del rispettivo elemento riscaldante (100), in cooperazione con detta superficie esterna (92), detta superficie di battuta (12) immorsando almeno parzialmente un bordo di detta apertura passante (3) del corpo di base.

10. Sistema (95) per lo stampaggio rotazionale comprendente una macchina (96) per lo stampaggio rotazionale e detto stampo (99) per lo stampaggio rotazionale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti agganciato a detta macchina (96), dove detto sistema (95) comprende un circuito di ricircolazione (150) di detto fluido refrigerante collegato a detta bocca di ingresso (14) e a detta bocca di uscita (15) di ciascun elemento raffreddante (1), e dove detto circuito di ricircolazione (150) connette gli elementi raffreddanti (1) in parallelo tra loro.