ITBO20070658A1 - Vite di estrusione per macchine per estrudere materia plastica. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell invenzione industriale dal titolo:

“Vite di estrusione per macchine per estrudere materia plastica”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una vite di estrusione per macchine per estrudere materia plastica, in particolare per materia plastica con cariche colorate e/o con altri materiali dispersi nella stessa materia plastica, per esempio: polietilene (PE), polivinilcloruro (PVC), materiali tennoplastici in genere, polietilene cross-linked (XLPE), elastomeri poliestere termoplastici detti HYTREL®, polimeri a base di estere e/o fenoli (PPO ossido di polifenile, eccetera), HFFR (Halogen Free Flame Retardanl) ed altri.

Un problema che si riscontra nelle macchine per estrusione per materia plastica con cariche colorate e/o con altre particelle disperse, è la mancanza di una uniforme miscelazione degli additivi nella materia plastica estrusa, che può dar luogo a colorazioni non uniformi e/od a diversità nelle caratteristiche della stessa materia plastica estrusa. Questa mancanza di omogeneità può essere causata da diversi fattori, per esempio: un insufficiente rimescolamento e/o riscaldamento della materia plastica additivata; una insufficiente riduzione delle dimensioni degli additivi; sedimentazione o ristagno degli stessi additivi nella camera di estrusione.

Nelle macchine per trattare materia plastica dotate di una sola vite di estrusione, per eliminare questo tipo di problemi è stato proposto l’utilizzo di diverse viti di estrusione con differenti forme della filettatura e tali viti sono da sostituire in relazione al tipo di materia plastica da estrudere. Questa soluzione è tuttavia costosa perché è necessario avere una dotazione di un certo numero di viti di estrusione differenti per ciascun tipo di materia plastica da estrudere e le viti di estrusione sono di costruzione complessa e costosa, ed inoltre tale soluzione richiede un certo impiego di tempo e di fermo macchina per la sostituzione della vite dell’ estrusore.

Si è cercato quindi di trovare altre soluzioni, ad esempio realizzando delle viti di estrusione con particolari forme per effetto delle quali una stessa vite fosse in grado di trattare diversi tipi di materia plastica. Le viti di questo tipo, presentano ad esempio delle zone di forma composita e tale da rimescolare e da disperdere le cariche e le particelle che si trovano nella materia plastica in fase di estrusione.

Nel brevetto US-2,680,879 è descritta una macchina di miscelazione di materia plastica dotata di un rotore con una pluralità di lame elicoidali o filettature. Le filettature definiscono uno o più canali entro cui è fatta avanzare la materia plastica e le filettature sono inoltre dotate di scanalature oblique che permettono un certo passaggio di materia plastica fra un vano e l’altro. Tali scanalature sono orientate secondo un’elica con un passo diverso da quello delle lame elicoidali o filettature e le stesse scanalature intersecano perciò la filettatura obliquamente, con un angolo acuto.

Nel brevetto EP-1 028 839 B1 è descritta una macchina di estrusione di materia plastica a vite singola, comprendente un tamburo entro cui ruota la vite di estrusione. La vite è dotata di un albero o nocciolo centrale e di almeno un filetto che include una faccia frontale di spinta ed una faccia posteriore. Il profilo di ciascuna faccia frontale di spinta agisce insieme con la superficie interna del tamburo e presenta sulla periferia dei passaggi che si restringono progressivamente ed attraverso i quali passa la materia plastica, in modo da suddividere gli agglomerati e da rimescolarli uniformemente nella stessa materia plastica.

Queste soluzioni note, a causa della collocazione perimetrale ed aperta delle dette scanalature o passaggi di ricircolo, la materia plastica risulta sottoposta ad elevate sollecitazioni di allungamento e di taglio, che non sempre consentono di lavorare materiali a differente densità o viscosità nei limiti delle caratteristiche chimiche e fisiche dei vari componenti della miscela di materia plastica da estrudere.

Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire una vite di estrusione di tipo perfezionato per una macchina di estrusione di materia plastica, essendo tale vite atta a rimescolare ed a fare avanzare in modo ottimale della materia plastica lungo il corpo di un estrusore, senza che si verificilino i detti inconvenienti della tecnica nota.

Un altro scopo dell’ invenzione è quello di fornire una vite di estrusione di tipo singolo, che possa essere impiegata per un’ampia gamma di materie plastiche con eventuali additivi e che sia tale da garantire sempre un rimescolamento ed una dispersione ottimale degli stessi additivi nei vari tipi di materia plastica.

Ancora un altro scopo dell’invenzione è quello di fornire una vite di estrusione che sia di costruzione semplice, economica e contemporaneamente di elevata affidabilità tecnologica.

Questi ed altri scopi vengono raggiunti dalla presente invenzione mediante una vite di estrusione di tipo singolo per una macchina di estrusione per materia plastica come dalla annessa rivendicazione 1) e dalle successive rivendicazioni dipendenti, in cui la macchina comprende un tamburo dotato una superficie intern entro cui ruota la vite, detta vite di estrusione comprendendo una filettatura primaria che forma un vano primario ed una filettatura secondaria che forma un vano secondario, detta filettatura secondaria presentando una cresta disposta ad una certa distanza dalla superficie interna del detto tamburo e formante un passaggio di ricircolo per la materia plastica e caratterizzata dal fatto che la stessa filettatura secondaria è dotata di mezzi supplementari di travaso completamente compresi nel corpo di tale filettatura, ed attraverso i quali la materia plastica può fluire in controcorrente da una faccia all’altra della stessa filettatura secondaria, per consentire il raggiungimento degli scopi voluti di rimescolamento omogeneo della materia plastica con gli additivi e di permanenza del materiale nel corpo dell’estrusore per subire il riscaldamento necessario, anche a fronte di un dimensionamento limitato in lunghezza della machina di estrusione.

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione, appariranno meglio evidenti nel corso della seguente descrizione particolareggiata di alcune forme esecutive preferite della stessa, illustrate a puro titolo d’esempio, non limitativo, nelle figure del l’unica tavola allegata di disegni, in cui:

- La figura 1 è una vista in sezione longitudinale e parziale di una macchina di estrusione, con evidenziazione della zona di miscelazione e dispersione della vite secondo il ritrovato;

- La figura 2 illustra la macchina di estrusione ingrandita ed in parte sezionata secondo la linea ΙΙ-IΙ di figura l;

- La figura 3 illustra ingranditi degli ulteriori dettagli rilevati secondo la linea di sezione IΙΙ-II Ι di figura 1.

Nelle figure, con 1 è indicata schematicamente ed in parte una macchina di estrusione per materia plastica, comprendente un tamburo 2 riscaldato e controllato termicamente da idonei mezzi noti, non illustrati, entro il quale ruota una vite di estrusione 3 atta ad estrudere della materia plastica. Secondo modalità note e perciò non illustrate in dettaglio, la macchina 1 comprende una singola vite di estrusione 3, che a sua volta comprende un tratto iniziale di alimentazione al quale viene fornita attraverso una omonima bocca di alimentazione del tamburo 2, non illustrata, la materia plastica sotto forma dì pellets o granulato, con gli eventuali additivi, il tutto caricato in una apposita tramoggia di alimentazione aneli’ essa non illustrata in quanto nota.

La vite di estrusione 3 comprende inoltre un tratto intermedio che serve a comprimere e ad amalgamare tutti i componenti, cariche, pigmenti ed altre eventuali particelle presenti nel composto della materia plastica ed a far avanzare questo materiale lungo il tamburo 2 con una velocità tale e con un tempo di contatto tali per cui lo stesso materiale riceva dal tamburo 2 il riscaldamento necessario alla fluidificazione, anche in presenza di un dimensionamento limitato in lunghezza della vite 3 e dell’intera macchina di estrusione.

La vite 3 comprende poi un tratto finale che provvede essenzialmente airavanzamento della materia plastica fusa e rimescolata verso la bocca di scarico della macchina 1 che realizza l estrusione del materiale attraverso una matrice o altri dispositivi simili, non illustrati in quanto anch’essi noti e non necessari alla comprensione del trovato.

Nella figura 1 è illustrato solo il tratto intennedio della vite 3, quello destinato all’avanzamento ed al rimescolamento ed alla dispersione dei componenti della materia plastica con gli eventuali additivi e destinato altresì al trattenimento del materiale nel colpo del tamburo 2 per il tempo necessario al riscaldamento ed alla plastificazione dello stesso materiale da estrudere. Secondo quanto illustrato nella figura 1, la materia plastica è fatta avanzare dalla vite di estrusione 3 da destra verso la sinistra di chi guarda tale figura, nella direzione della freccia F.

La vite di estrusione 3 comprende una filettatura primaria 4, dotata di una cresta 7 che forma con la superficie laterale. interna 8 del tamburo 2 e col nocciolo della stessa vite 3, un vano primario 10 e tale filettatura 4, tramite la rotazione della medesima vite 3, produce un primo rimescolamento della materia plastica e la fa avanzare nel senso della freccia F lungo il tamburo 2 per ricevere da questo il riscaldamento necessario a raggiungere la fluidità prestabilita. Secondo soluzioni note, la filettatura 4 può essere caratterizzata dal presentare dall’inizio alla fine della vite 3, dei diametri diversi, usualmente di valore crescente in modo da accentuare inizialmente la fase di rimescolamento e da realizzare poi essenzialmente la fase di trasporto. Nella parte finale, la distanza della cresta 7 della filettatura primaria 4 dalla superficie interna 8 del tamburo 2 sarà minima ma comunque tale da permettere una libera rotazione della vite 3 nello stesso tamburo 2, senza che vi siano sostanziali passaggi o travasi di materia plastica tra la cresta 7 e la superficie interna 8 del detto tamburo 2.

Sempre dalla figura 2 si rileva che per favorire l’avanzamento ed il rimescolamento della materia plastica, la filettatura primaria 4 che forma il vano primario 10 presenta un primo lato con una faccia piana 12 corrispondente al lato di spinta della filettatura 4, tale faccia 12 essendo collegata al fondo del vano 10 con un raccordo di piccolo raggio, mentre il lato opposto presenta una faccia arrotondata 13 con un raggio di raccordo maggiore. La faccia piana 12 favorisce la spinta della filettatura 4 sulla materia plastica e quindi l’avanzamento della stessa materia plastica, mentre la faccia arrotondata 13 favorisce il ricircolo e il rimescolamento della materia plastica all’interno del vano 10.

Lo stesso tratto intermedio della vite di estrusione 3, illustrato nella figura 1, presenta anche una filettatura secondaria 5, detta anche filettatura di ricircolo o di travaso, che inizia a contatto con un tratto dell’elica della filettatura primaria 4, che ha lo stesso senso di avvitamento di questa e che si distanzia progressivamente da tale filettatura primaria in senso longitudinale per poi ri avvicinarsi progressivamente a questa, fino a ricongiungersi con la stessa in una zona R.

Per ottenere questa configurazione, la filettatura secondaria 5 può presentare un passo che varia rispetto a quello della filettatura primaria 4 e/o può essere previsto che vari il passo della filettatura primaria rispetto a quello della filettatura secondaria. Per il raggiungimento degli scopi di cui trattasi è in ogni caso richiesta una variazione reciproca del passo delle due filettature nel tratto nel quale entrambe coesistono. Si deve notare che la zona dove inizia la filettatura 5 si trova alla destra del tratto intermedio della vite 3 illustrato nella figura 1, zona che non è stata illustrata nella stessa figura 1 in quanto perfettamente analoga alla zona illustrata R di ricongiungimento delle due filettature 4 e 5.

La filettatura secondaria 5 forma con l’elica anteriore delia filettatura primaria 4, un vano secondario 11 che inizialmente ha la lunghezza massima del vano primario 10 e la cui lunghezza decresce progressivamente fino ad annullarsi nella detta zona di rincongiunzione R. Anche la filettatura secondaria 5 presenta il fronte anteriore con una faccia piana 14 corrispondente al lato di spinta di tale filettatura 5. A differenza del fronte anteriore della filettatura primaria, la faccia anteriore 14 della filettatura secondaria 5 è collegata al nocciolo della vite 3 con un adeguato raccordo 16. Il fronte posteriore della filettatura secondaria 5 presenta invece una faccia ampiamente arrotondata 15, simile a quella 13 della filettatura primaria. Anche in questo caso, la faccia anteriore e piana 14 favorisce la spinta da parte della filettatura 5 sulla materia plastica, mentre la faccia posteriore ed arrotondata 15 favorisce il ricircolo ed il rimescolamento della materia plastica all’interno del vano primario 10.

La filettatura secondaria 5, allontanandosi secondo la direzione longitudinale dalla filettatura primaria 4 e poi ri avvicinandosi a questa, spazza per tutta l’estensione longitudinale il vano primario 10 e fa si che la materia plastica in fase di estrusione sia costretta a passare da un lato all’altro della stessa filettatura secondaria 5 e quindi a passare dal vano secondario 11 che è a monte, a quello primario 10 che è a valle. Per raggiungere questo scopo, la filettatura secondaria 5 presenta una cresta 9 disposta ad una idonea distanza “d” dalla superficie interna 8 del tamburo 2 (fìg, 2). Questa distanza “d” può essere fissa per tutta la lunghezza del tratto intermedio e composito della vite 3 o può essere variabile. E’ evidente come, per la presenza della filettatura secondaria 5, la materia plastica risulti sottoposta ad un efficace rimescolamento che garantisce la omogenea dispersione in questa di eventuali additivi, che assicura un contatto laminare distribuito della stessa materia plastica con la superfìcie interna e calda 8 del tamburo 2 e che rallenta il transito della stessa materia plastica nella macchina di estrusione, per ricevere da questa le condizioni necessarie di miscelazione e di riscaldamento, anche se la stessa macchina presenta una lunghezza limitata.

Per ottenere il miglior funzionamento della machina di estrusione, in relazione alla gamma di materie plastiche da trattare, sarà possibile variare i suddetti parametri della vite di estrusione 3 e cioè principalmente:

- La lunghezza dei tratto intermedio della stessa vite che partecipa al riscaldamento, al rimescolamento ed alla dispersione del composto della materia plastica;

- La profondità del vano primario 10 e raggio di raccordo della faccia arrotondata 13;

- La profondità del vano secondario 11 e raggio del raccordo anteriore 16 e della faccia arrotondata posteriore 14 della filettatura secondaria 5;

- La lunghezza del tratto di vite 3 nel quale avviene il distanziamento ed il ricongiungimento delle filettature 4, 5, con la variazione relativa del passo tra la filettatura primaria 4 e quella secondaria 5;

- Il diametro della filettatura secondaria 5 e quindi la distanza “d” fra la cresta 9 di tale filettatura e la superfìcie intema 8 del tamburo 2.

Si deve notare che per variare la profondità dei vani 10, 11 fonnati dalle filettature 4, 5 il nocciolo della vite di estrusione 3 può variare di diametro, cioè il nocciolo della vite può essere in parte cilindrico e in parte conico oppure sempre cilindrico o conico ma con diametri diversi.

Un’importante caratteristica della presente invenzione è che la filettatura secondaria 5 presenta degli ulteriori mezzi di travaso 6, completamente realizzati nel corpo della stessa filettatura secondaria 5, attraverso i quali può fluire ulteriore materia piasti -ca da un lato all’altro della filettatura 5 e quindi dal vano secondario 11 al vano primario 10. Questi mezzi di travaso comprendono almeno un condotto di travaso 6 realizzato nel corpo della filettatura secondaria 5 e secondo la versione illustrata nelle figure alle quali si fa riferimento, la filettatura 5 comprende una pluralità di tali condotti di travaso 6 disposti ad intervalli angolari prestabiliti, variabili od uguali. Secondo l’esempio illustrato in figura 3, la filettatura 5 comprende quattro condotti di travaso 6 disposti a intervalli angolari di novanta gradi, anche se deve essere inteso che il numero e la disposizione dei condotti 6 possono essere qualsiasi e variabili nell’estensione longitudinale della stessa filettatura 5.

Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3, i condotti di travaso 6 hanno un andamento conico, con una sezione trasversale maggiore dal lato del vano secondario 11 e una sezione minore dal lato del vano primario 10. Questa configurazione è motivata dal fatto che nei vani 10 ed l i sono presenti pressioni diverse, per cui la conicità favorisce un buon riempimento e rimescolamento del vano primario 10, in quanto il flusso della materia plastica in travaso acquista velocità,

Anche la posizione della bocca di uscita dei condotti di travaso 6, prossima al fondo del vano primario 10, favorisce sia il completo riempimento del vano primario stesso che il rimescolamento del materiale con quello che proviene dalla cresta della filettatura secondaria 5 ed evita stagnazioni dello stesso materiale in corrispondenza del nocciolo della vite 3. I diametri e la conicità con cui sono realizzati i condotti 6 sono determinali in modo da permettere un buon passaggio di materia plastica da un vano all’altro; indicativamente. Il valore di questa conicità potrà variare in relazione al diametro della vite, al diametro interno del tamburo, in funzione delle caratteristiche costruttive di questi componenti e sarà facilmente desumibile per via sperimentale.

Un’importante caratteristica dei condotti di travaso 6, è che tali condotti presentano il loro asse perpendicolare alla superficie della faccia piana 14 della filettatura secondaria, sulla quale si trova la bocca d’entrata e di maggior diametro del condotto stesso, in questo modo, la pressione, esercitata dalla materia plastica sulla faccia piana 14 viene uniformemente distribuita sul perimetro dell’entrata dei condotti 6, evitando la formazione di sedimenti o ristagni di materia plastica nel vano secondario 11. Resta però inteso che i condotti 6 possono essere diversamente orientati, ad esempio in modo che il loro asse abbia a convergere nei confronti del vano primario a valle 10.

A titolo di esempio non limitativo, considerando la configurazione con quattro condotti 6 disposti a 90 gradi e con un diametro esterno della vite 3 di circa 80mm, i condotti 6 possono presentare un diametro di testa di circa 4mm e un diametro di coda di circa 2,5mm. Diminuendo il numero di condotti 6, passando ad esempio a tre condotti 6 disposti tra loro a 120 gradi, si potranno realizzare dei condotti di diametro medio maggiore e viceversa aumentando il numero di condotti 6 si potrà diminuire il loro diametro medio, in modo tale da realizzare, attraverso gli stessi condotti 6, approssimativamente sempre la stessa sezione di passaggio. I condotti 6 possono per esempio essere realizzati per elettroerosione in modo rapido, preciso ed economico.

La vite di estrusione secondo la presente invenzione permette di trattare un’ampia gamma di materie plastiche ottenendo sempre buoni risultati di rimescolamento e dispersione, anche a basso numero di giri della vite 3. Il sistema risulta autoequilibrante sulle pressioni in gioco e riduce le sollecitazioni ed i relativi surriscaldamenti del materiale processato. Ne consegue che è possibile lavorare materiali a differente densità e viscosità, nei limiti delle caratteristiche chimiche e fisiche delle parti che compongono tali materiali.

La detta autoequilibratura delle pressioni, consente di evitare surriscaldamenti localizzati del materiale per incrementi localizzati di pressione. Trattando materia plastica con particelle autoestinguenti, materia plastica che non deve assolutamente raggiungere temperature troppo elevate, per evitare di degradare, è attualmente necessario, per determinati tipi di materie plastiche, raffreddare la vite dell’ estrusore, con notevoli complicazioni costruttive. Al contrario, con la vite di estrusione secondo la presente invenzione è possibile evitare questo impianto di raffreddamento grazie alia presenza dei detti condotti di travaso supplementare, che permettono di evitare surriscaldamenti della materia plastica. Nelle figure 2 e 3 la vite è illustrata con un foro assiale 17 che agevola lo smaltimento dei calore e che può comunque essere impiegato in qualsiasi modo utile al condizionamento e/od al controllo termico della stessa vite.

Naturalmente, la presente invenzione non è limitata alle forme esecutive illustrale e descritte, ma comprende tutte quelle varianti e modifiche alte a conseguire il medesimo risultato e che per questo rientrano nell’ ambito più vasto del concetto inventivo, sostanzialmente come descritto, illustrato e come a seguito rivendicato. Nelle rivendicazioni, i riferimenti riportati tra parentesi sono puramente indicativi e non limitativi dell’ambito di protezione delle stesse rivendicazioni.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Vite di estrusione (3), di tipo singolo, per una macchina (1) per estrudere materia plastica, detta macchina (1) comprende un tamburo (2) riscaldato e controllato termicamente da idonei mezzi e con una superficie interna (8) nella quale ruota la detta vite (3) che comprende almeno una filettatura primaria (4) che forma un vano primario (10) e che comprende almeno una filettatura secondaria (5) che forma un vano secondario (11) e che presenta una cresta (9) disposta ad una certa distanza (d) dalla superficie intern (8) del detto tamburo (2) per formare un passaggio di travaso per la materia plastica, caratterizzata dal fatto che detta filettatura secondaria (5) comprende dei mezzi supplementari di travaso (6) completamente realizzati nel corpo della stessa filettatura secondaria (5), attraverso i quali può fluire ulteriore materia plastica da una faccia (14) all’altra (13) della filettatura secondaria (5).
2. 2) Vite secondo la rivendicazione 1), in cui detti mezzi supplementari di travaso comprendono almeno un condotto di travaso (6) completamente realizzato nel corpo della filettatura secondaria (5).
3. 3) Vite secondo la rivendicazione 2), in cui detto almeno un condotto di travaso (6) è un condotto conico che ha una sezione trasversale maggiore dal lato del vano secondario (11) e una sezione minore dal lato del vano primario (10).
4. 4) Vite secondo la rivendicazione 2) o 3), in cui detto almeno un condotto di travaso (6) è un condotto conico con conicità correlata al diametro della vite (3), al diametro interno del tamburo (2) ed alle caratteristiche costruttive di questi componenti.
5. 5) Vite secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui i detti mezzi supplementari di travaso comprendono una pluralità di condotti di travaso (6).
6. 6) Vite secondo la rivendicazione 5), in cui i condotti di travaso (6) sono disposti sulla circonferenza della filettatura secondaria (5) ad intervalli angolari uguali. 8) Vite secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui i condotti di travaso (6) presentano una uscita prossima al fondo del vano primario (10). 9) Vite secondo la rivendicazione 3), in cui i condotti di travaso (6) presentano il proprio asse perpendicolare alla superficie della faccia piana (14) su cui si trova l’entrata degli stessi condotti. 10) Vite secondo la rivendicazione 3), in cui i condotti di travaso 6) presentano il proprio asse con una inclinazione tale per cui il materiale che li attraversa abbia a convergere verso il nocciolo della stessa vite (3), 1 1) Vite secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il vano primario (10) presenta un primo lato con una faccia piana (12) corrispondente al lato di spinta della filettatura primaria (4), tale faccia (12) essendo collegata al fondo del vano (10) con un raccordo di piccolo raggio, mentre il lato opposto del vano (10) presenta una faccia arrotondata (13) con un ampio raggio di raccordo. 12) Vite secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il vano secondario (11) presenta un primo iato con una faccia piana (14) corrispondente al lato di spinta della filettatura (5), tale faccia (14) essendo collegata al fondo del vano (11) con un raccordo di piccolo raggio (16), mentre il lato opposto del vano (11) presenta una faccia arrotondata (15) con un ampio raggio di raccordo. 13) Vite secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta filettatura secondaria (5) ha lo stesso senso di avvitamento della filettatura primaria (4). 14) Vite secondo la rivendicazione 13) in cui la filettatura secondaria inizia a contatto con un tratto dell’elica della filettatura primaria (4) e l’una e/o l’altra delle due filettature presentano un passo che varia in modo tale che la filettatura secondaria spazzi per l’intera estensione longitudinale il vano primario (10) e termini nuovamente a contatto con un tratto dell’elica della detta filettatura primaria (4), in una determinata zona (R). 15) Vite di estrusione, di tipo singolo, realizzata in tutto o sostanzialmente come descritto, illustrato e per gli scopi sopra esposti.