ITBS20110069A1

ITBS20110069A1 - Sistema per la termoregolazione, riscaldamento e raffreddamento di stampi

Info

Publication number: ITBS20110069A1
Application number: IT000069A
Authority: IT
Inventors: Camillo Penocchio
Original assignee: Ind Frigo Srl
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-11-19
Also published as: BRPI1102873A2

Description

DESCRIZIONE

del BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

"SISTEMA PER LA TERMOREGOLAZIONE, RISCALDAMENTO E

RAFFREDDAMENTO DI STAMPI"

Campo dell'Invenzione

La presente invenzione è diretta a un sistema per la termoregolazione di dispositivi in macchine o in impianti di processo industriali operanti ad alte temperature. In particolare, riguarda un sistema di termoregolazione destinato ad essere interposto tra una macchina/ pressa per lo stampaggio preferibilmente, ma non esclusivamente, di materiale plastico e due impianti a monte preposti alla produzione e circolazione di un fluido surriscaldato e un fluido refrigerato, rispettivamente,

Stato della Tecnica

Per termoregolazione si intende qui il riscaldamento e il raffreddamento di stampi, secondo necessità, durante il susseguirsi dei cicli di stampaggio di un materiale per ottenere i prodotti desiderati. In genere, il riscaldamento viene effettuato mediante un primo fluido, il più tipicamente acqua surriscaldata, e il raffreddamento mediante un secondo fluido, tipicamente acqua refrigerata, eventualmente glicolata, il fluido di riscaldamento e il fluido di raffreddamento essendo fatti circolare alternatamente in appositi condotti ricavati nello stampo.

In ogni ciclo di stampaggio, per esempio, di materiale plastico con macchine o presse a iniezione, lo stampo in uso prima dev'essere portato a una temperatura di lavoro che può essere, per esempio, dell'ordine di 130°C mediante acqua surriscaldata ad una temperatura, per esempio, dell'ordine di 150°C fatta circolare nei condotti dello stampo stesso. Poi, lo stampo dev'essere raffreddato, per esempio a -20°C, per la rapida solidificazione del pezzo, mediante un fluido di raffreddamento raffreddato a una temperatura, per esempio, dell'ordine di -25°C fatto circolare negli stessi condotti dello stampo, sostituendolo all'acqua di riscaldamento.

La Fig. 1 dei disegni allegati mostra lo schema idraulico di un esempio di impianto per la termoregolazione di stampi secondo lo stato della tecnica. L'impianto comprende essenzialmente un circuito 11 per l'acqua surriscaldata proveniente da un'unita di riscaldamento o caldaia 12, passante attraverso uno scambiatore termico 13 ed avente linee di mandata 14 e di ritorno 15 a e da uno stampo 16, e un circuito 17 per il fluido di raffreddamento proveniente da un refrigeratore 18, veicolato attraverso un rispettivo scambiatore termico 19 ed avente linee di mandata 20 e di ritorno 21 allo e dallo stesso stampo 16. La circolazione dell'acqua di riscaldamento e del fluido di raffreddamento è realizzata mediante almeno un pompa 22 e controllata a mezzo di una valvola comandata 23.

La Fig. 2 mostra un digramma Temperatura [T(°Q] - Tempo di un ciclo di termoregolazione implicante un periodo di transizione a tra l'evacuazione dell'acqua di riscaldamento e l'entrata del fluido di raffreddamento nello stampo, un periodo di raffreddamento b dello stampo con fluido di raffreddamento, un periodo di transizione c tra l'evacuazione del fluido di raffreddamento e l'entrata del fluido di riscaldamento nello stampo e un periodo di riscaldamento d con acqua surriscaldata.

Secondo lo stato della tecnica ogni ciclo di riscaldamento e raffreddamento di uno stampo richiede, dunque, un certo tempo di esecuzione che dipendente essenzialmente dai suddetti periodi di transizione a e c, vale a dire di scambio dei fluidi di riscaldamento e di raffreddamento all'interno dello stampo. Questo tempo può essere accettabile e ininfluente per taluni processi con lunghi cicli di stampaggio, ma risulta svantaggioso per cicli brevi. Per di più negli impianti usuali si verifica una miscelazione di acqua calda e fredda all'interno dello stampo quanto meno durante i periodi di transizione, il che comporta perdite termiche che influiscono economicamente sui costi di gestione e sulla produttività dell'impianto di stampaggio.

Obiettivo e Sommario dell'Invenzione

Compito della presente invenzione è di creare le condizioni per ridurre sensibilmente il tempo ciclo di riscaldamento e raffreddamento di uno stampo ed anche per impedire la miscelazione di acqua calda e fredda all'interno dei condotti nello stampo, così da ovviare effettivamente ai suddetti svantaggi della tecnica nota.

Tale compito viene risolto con un sistema di termoregolazione per stampi in macchine o presse per lo stampaggio di materiale termoplastico o simile secondo la rivendicazione 1. Il sistema comprende, dunque, un primo circuito per la produzione e circolazione di un fluido di riscaldamento di uno stampo, un secondo circuito per la produzione e circolazione di un fluido di raffreddamento dello stesso stampo, dove il fluido di riscaldamento e il fluido di raffreddamento sono fatti circolare alternatamente in condotti previsti in detto stampo, ed è dotato di un mezzo per evacuare rapidamente verso il rispettivo primo circuito il fluido di riscaldamento dai condotti nello stampo prima di alimentare il fluido di raffreddamento e per evacuare rapidamente verso il rispettivo secondo circuito il fluido di raffreddamento prima di alimentare il fluido di riscaldamento.

Di preferenza il mezzo per evacuare il fluido di riscaldamento o di raffreddamento di volta in volta presente nello stampo è rappresentato da un flusso d'aria in pressione che viene mandata controllatamente nei condotti dello stampo per un loro svuotamento immediatamente prima di alimentare un altro fluido.

Questo mezzo, oltre che efficiente, è particolarmente vantaggioso ed economico in quanto consente di utilizzare aria compressa abitualmente presente e di immediata disponibilità nell'ambito di un impianto di stampaggio. Per di più aria compressa contribuisce ad aggiungere pressione al fluido caldo e freddo volta a volta evacuato impedendone il passaggio di fase.

La peculiarità del sistema secondo l'invenzione sta quindi nel gestire con tempestività ed efficacia il rapido scambio dei fluidi di riscaldamento e di raffreddamento all'interno dello stampo attraverso un preventivo svuotamento dei condotti nei quali l'uno e l'altro fluido si trovano a circolare alternatamente. Il vantaggio che ne deriva è di poter effettuare cicli termici, ovvero operazioni di riscaldamento e raffreddamento dello stampo, molto rapidi e con differenziali termici tra i fluidi caldo e freddo anche molto elevati. E' stato verificato che con questa modalità di svuotamento preventivo dei condotti si può ridurre il tempo ciclo di riscaldamento-raffreddamento di uno stampo fino al 20% rispetto al sistema della tecnica nota.

Inoltre dal momento che fluido caldo viene evacuato dallo stampo verso il rispettivo circuito di riscaldamento e il fluido freddo viene evacuato dallo stampo verso il rispettivo circuito di fluido di raffreddamento, i due fluidi caldo e freddo non hanno mai modo a miscelarsi, con l'ulteriore vantaggio di evitare perdite termiche.

Anche se l'utilizzo di aria compressa per lo svuotamento dei condotti nello stampo è preferibile, rientra pure nello scopo della presente invenzione l'utilizzo come mezzo per lo svuotamento dei condotti nello stampo prima di sostituire il fluido di riscaldamento con il fluido di raffreddamento, e viceversa, di un eiettore Venturi inserito nell'uno e nell'altro dei due circuiti di fluido in modo da creare una depressione in detti condotti, oppure di una pompa con un anello di inversione.

L'invenzione propone pure un metodo per la termoregolazione, riscaldamento e raffreddamento di stampi secondo la rivendicazione 9.

Tale metodo, comprende, dunque, essenzialmente le fasi di evacuazione forzata del fluido di riscaldamento presente nei condotti dello stampo prima di alimentare un fluido di raffreddamento e di evacuazione forzata del fluido di raffreddamento presente in detti condotti dello stampo prima di alimentare il fluido di riscaldamento.

L'evacuazione sia del fluido di riscaldamento sia del fluido di raffreddamento dai condotti nello stampo è realizzato di preferenza mediante un flusso di aria compressa mandata all'entrata di tali condotti e in modo che il fluido caldo sia veicolato nel circuito per il fluido di riscaldamento e il fluido freddo nel circuito per il fluido di raffreddamento senza che i due fluidi abbiano a mescolarsi.

Breve Descrizione dei Disegni

Maggiori dettagli dell'invenzione risulteranno evidenti dal prosieguo della descrizione e dagli allegati disegni, i quali oltre alle Figg. 1 e 2 più sopra commentate e indicative dello stato della tecnica, mostrano in

Fig. 3 uno schema idraulico di un esempio di sistema di termoregolazione secondo l'invenzione, e

Fig. 4 uno diagramma di una successione di cicli di riscaldamento e raffreddamento di uno stampo.

Descrizione Dettagliata dell'Invenzione

Il sistema di termoregolazione secondo l'invenzione è indicato globalmente con 30 in connessione con uno stampo 31 dotato di condotti 32 per il passaggio di fluidi di riscaldamento e raffreddamento i condotti facendo capo ad un passaggio di entrata 33 e un passaggio di uscita 34.

Il sistema di termoregolazione 30 comprende un primo circuito 40 per un fluido di riscaldamento, in genere acqua surriscaldata, proveniente da un'unità di riscaldamento 41, e un secondo circuito 50 per un fluido di raffreddamento, quale acqua glicolata, proveniente da un'unità di refrigerazione 51.

Il primo circuito 40 comprende una rispettiva linea di mandata 42 del fluido caldo, che si estende dall'unità di riscaldamento 41 all'entrata 33 dei condotti 32 nello stampo 31 passando in successione attraverso una valvola modulante HAV, il lato primario di uno scambiatore termico HHE e una valvola di mandata HDV, e una linea di ritorno 43 del fluido caldo dall'uscita 34 dei condotti 32 nello stampo 31 all'unità di riscaldamento 41, passando attraverso una valvola automatica di ritorno HRV, un serbatoio di accumulo 44 e il lato secondario dello scambiatore termico HHE. La circolazione del fluido di riscaldamento nel primo circuito 40 è causata da un pompa HP inserita per esempio sulla linea di ritorno 43.

II serbatoio di accumulo 44 è pure idraulicamente collegato alla linea di mandata 42 del primo circuito 40 attraverso una valvola di bypass automatica HBV ed è dotato di un indicatore di livello HL e di una valvola di sicurezza VS.

Il secondo circuito 50 comprende anch'esso una rispettiva linea di mandata 52 del fluido di raffreddamento, che si estende dall'unità di refrigerazione 51 all' entrata 33 dei condotti 32 nello stampo 31 passando in successione attraverso una valvola modulante CAV, il lato primario di uno scambiatore termico CHE e una valvola di mandata CDV, e una linea di ritorno 53 del fluido freddo da un'uscita 34 dei condotti 32 nello stampo 31 all'unità di refrigerazione 51, passando attraverso una valvola automatica di ritorno CRV, un serbatoio di accumulo 54 e il lato secondario dello scambiatore termico CHE. La circolazione del fluido di raffreddamento in detto secondo circuito 50 è causata da una rispettiva pompa CP inserita per esempio sulla linea di ritorno 53.

Il serbatoio di accumulo 54 è collegato alla linea di mandata 52 di secondo circuito 50 attraverso una valvola di by-pass automatica CBV ed è dotato di un indicatore di livello CL e di una valvola di sicurezza VS.

Inoltre, un circuito aggiuntivo 60 collega entrambi i serbatoi di accumulo 44 e 54 del primo e del secondo circuito 40 e 50 a un serbatoio di riempimento 61 attraverso una pompa FP e valvole di non ritorno VN e valvole di scarico automatiche HADV e GADV, rispettivamente, il serbatoio di riempimento essendo dotato di una valvola di sfiato AV.

Nell'esempio mostrato nella Fig. 3, sia alla linea di mandata 42 del circuito 40 per il fluido di riscaldamento che alla linea di mandata 42 del circuito 52 per il fluido di raffreddamento è collegata una tubazione 70 per un'adduzione al passaggio di entrata 33 dei condotti 34 nello stampo 32 di un flusso aria in pressione proveniente da un generatore di aria compressa 71 sotto il controllo di una valvola automatica CV in associazione a una valvola di non ritorno VN e di una valvola di intercettazione V.

Comunque, e come detto più sopra, lo svuotamento dei condotti

nello stampo potrà essere effettuato anche con altro mezzo, quale un eiettore Venturi o una pompa convenientemente connessi ai due circuiti per il fluido di riscaldamento e di raffreddamento.

L'insieme sopra descritto sarà gestito da un apparato di controllo

non rappresentato- opportunamente predisposto e programmabile.

Per una termoregolazione con il sistema sopradescritto, i due serbatoi 44, 54 devono essere mantenuti a delle temperature specifiche (ad esempio 130°C e -20°C) per raggiungere le quali le valvole automatiche HAV e CAV modulano il flusso dei fluidi caldo e freddo, rispettivamente, nel lato primario degli scambiatori HHE e CHE.

Le due pompe (HP e CP) spingono il fluido nel lato secondario

degli scambiatori di calore; questo fluido verrà quindi condotto nel relativo serbatoio passando attraverso le valvole di by-pass HBV e CBV. Tutte le altre valvole nel sistema sono chiuse, come indicato nella tabella seguente.

Valvola HAV HBV HADV HDV HRV CAV CBV CADV CDV CRV CV Stato modulante aperta chiusa chiusa chiusa modulante aperta chiusa chiusa chiusa chiusa

Per un riscaldamento dello stampo 32 nel corso di processi di stampaggio si utilizza il fluido caldo proveniente dall'unità di riscaldamento. Allora l'apparato di controllo apre le valvole di mandata

e ritorno del circuito 40 per il fluido di riscaldamento (HDV e HRV) e contemporaneamente chiude la valvola di by-pass HBV. In questa fase nel circuito50 per il fluido di raffreddamento il fluido continua a circolare in modalità by-pass senza cioè raggiungere lo stampo. Il tutto come indicato nella tabella che segue.

Valvola HAV HBV HADV HDV HRV CAV CBV CADV CDV CRV CV Stato modulante chiusa chiusa aperta aperta modulante aperta chiusa chiusa chiusa chiusa

Seguendo il processo di stampaggio, dopo la fase di riscaldamento, lo stampo richiede un rapido raffreddamento. Allora, prima di iniettare nello stampo il fluido di raffreddamento, si rimuove quello caldo dai condotti 32 nello stampo al fine di evitare che il fluido caldo abbia raggiungere il serbatoio di fluido freddo 54 e mescolarsi con il fluido in esso contenuto, provocando una pesante perdita di capacità termica del sistema derivante dalla differenza tra le temperature dei due fluidi che può essere alquanto elevata.

Pertanto, e vantaggiosamente, tra la fase riscaldamento e la fase

di raffreddamento, nei condotti 32 dello stampo 31 un flusso di aria compressa sarà iniettato nello stampo attraverso la tubazione 70 collegata all'entrata 33 di detti condotti. Ciò in modo che il fluido caldo sia rimosso dallo stampo e spinto nel serbatoio 44 per il fluido di riscaldamento, passando attraverso la valvola di ritorno HRV del circuito caldo 40. La sonda di livello posta nel serbatoio 44 regola la valvola di scarico HADV; se il livello stabilito viene raggiunto, il fluido

in eccesso verrà trasferito nel serbatoio di riempimento 60. Le componenti del sistema si configurano allora come riportato nella tabella che segue.

Valvola HAV HBV HADV HDV HRV CAV CBV CADV CDV CRV CV

Stato modulante aperta aperta chiusa aperta modulante aperta chiusa chiusa chiusa aperta

Il raffreddamento dello stampo, una volta che questo è stato svuotato dal fluido di riscaldamento, si realizza iniettando il fluido di raffreddamento, allora senza rischio di miscelare i due fluidi caldo e freddo. La configurazione delle valvole in questa fase è analoga a quella della fase riscaldamento, ma specchiata nei due circuiti.

Valvola HAV HBV HADV HDV HRV CAV CBV CADV CDV CRV CV Stato modulante aperta chiusa chiusa chiusa modulante chiusa chiusa aperta aperta chiusa

Analogamente, prima di iniettare nuovamente il fluido di riscaldamento, i condotti nello stampo devono essere svuotati mediante il flusso d'aria in pressione dal fluido freddo presente. Le componenti del sistema si configurano allora come nella tabella qui sotto riportata.

Valvola HAV HBV HADV HDV HRV CAV CBV CADV CDV CRV CV Stato modulante aperta chiusa chiusa chiusa modulante aperta aperta chiusa aperta aperta

Il diagramma Temperatura-Tempo in Fig. 4 mostra una successione di cicli di riscaldamento Ri e raffreddamento Ra con un intervallo In corrispondente allo svuotamento dei condotti nello stampo tra ogni fase di riscaldamento e di raffreddamento.

Claims

"SISTEMA PER LA TERMOREGOLAZIONE, RISCALDAMENTO E RAFFREDDAMENTO DI STAMPI" RIVENDICAZIONI 1. Sistema di termoregolazione, riscaldamento e raffreddamento per stampi in macchine o presse per lo stampaggio di materiale termoplastico o simile, comprendente un primo circuito (40) per la produzione e circolazione di un fluido di riscaldamento, un secondo circuito (50) per la produzione e circolazione di un fluido di raffreddamento, dove il fluido di riscaldamento e il fluido di raffreddamento possono essere fatti circolare alternatamente in condotti previsti in uno stampo, caratterizzato da un mezzo (70) per evacuare rapidamente verso il rispettivo primo circuito (40) il fluido di riscaldamento dai condotti nello stampo prima di alimentare il fluido di raffreddamento e per evacuare rapidamente verso il rispettivo secondo circuito (50) il fluido di raffreddamento prima di alimentare il fluido di riscaldamento, per evitare il contatto e miscelazione tra fluido di riscaldamento e fluido di raffreddamento.
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui il mezzo per evacuare il fluido di riscaldamento o di raffreddamento presente nello stampo è costituito da un flusso d'aria in pressione mandato controllatamente nei condotti dello stampo per un loro svuotamento prima della mandata di un altro fluido.
3. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui il mezzo per evacuare il fluido di riscaldamento o di raffreddamento presente nello stampo è costituito da un eiettore Venturi inserito nell'uno e nell'altro dei due circuiti di fluido in modo da creare una depressione dei condotti dello stampo per il loro svuotamento prima della mandata di un altro fluido.
4. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui il mezzo per evacuare il fluido di riscaldamento o di raffreddamento presente nello stampo è costituito da una pompa collegata ai condotti nello stampo per il loro svuotamento prima della mandata di un altro fluido.
5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo circuito (40) per il fluido di riscaldamento comprende una linea di mandata del fluido (42) , che si estende da un'unità di riscaldamento (41) a un'entrata (33) dei condotti (32) nello stampo (31) passando attraverso una valvola modulante (HAV), il lato primario di uno scambiatore termico (HHE) e una valvola di mandata (HDV), e una linea di ritorno del fluido (43) da un'uscita (34) dei condotti (32) nello stampo (31) all'unità di riscaldamento (41), passando attraverso una valvola automatica di ritorno (HRV), un serbatoio di accumulo (44) e il lato secondario di detto scambiatore termico (HHE) e in cui la circolazione del fluido di riscaldamento in detto primo circuito (40) è causata da un pompa (HP) inserita sulla linea di ritorno (43).
6. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui detto serbatoio di accumulo (44) è idraulicamente collegato alla linea di mandata (42) del primo circuito (40) attraverso una valvola di by-pass automatica (HBV) e a un serbatoio di riempimento (60) attraverso una pompa (FP), una valvola di non ritorno (VN) e una valvola di scarico automatica (HADV).
7. Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui II secondo circuito (50) per il fluido di raffreddamento comprende una rispettiva linea di mandata (52) che si estende da un'unità di refrigerazione (51) all'entrata (33) dei condotti (32) nello stampo (31) attraverso una valvola modulante (CAV), il lato primario di uno scambiatore termico (CHE) e una valvola di mandata (CDV), e una linea di ritorno (53) del fluido freddo dall'uscita (34) dei condotti (32) nello stampo (31) all'unità di refrigerazione (51) attraverso una valvola automatica di ritorno (CRV), un serbatoio di accumulo (54) e il lato secondario di detto scambiatore termico (CHE), e in cui la circolazione del fluido di raffreddamento in detto secondo circuito 50 è causata da una rispettiva pompa (CP).
8. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui detto serbatoio di accumulo (54) è collegato alla linea di mandata (52) di detto secondo circuito (50) attraverso una valvola di by-pass automatica (CBV) e idraulicamente allo stesso serbatoio di riempimento (60), cui è collegato il serbatoio di accumulo del primo circuito (40), attraverso una pompa (CP), una valvola di non ritorno (VN) e una valvola di scarico automatica (CADV).
9. Metodo di termoregolazione, riscaldamento e raffreddamento per stampi in macchine o presse per lo stampaggio di materiale termoplastico o simile mediante un sistema secondo le rivendicazioni precedenti, comprendente i passi di: uri evacuazione forzata del fluido di riscaldamento presente nei condotti dello stampo prima di alimentare il fluido di raffreddamento ai detti condotti, e uri evacuazione forzata del fluido di raffreddamento da detti condotti dello stampo prima di alimentare il fluido di riscaldamento.
10. Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui l'evacuazione sia del fluido di riscaldamento sia del fluido di raffreddamento dai condotti nello stampo è realizzato mediante un flusso di aria compressa mandata all'entrata di tali condotti e in modo che il fluido caldo sia veicolato nel circuito per il fluido di riscaldamento e il fluido freddo nel circuito per il fluido di raffreddamento senza che i due fluidi abbiano a mescolarsi.