ITMI20070362A1 - Metodo ed apparecchiatura di estrusione di un materiale plastico - Google Patents

Description

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad una apparecchiatura di estrusione di un materiale plastico.

Nel settore dell'estrusione di materiali plastici, è noto realizzare una apparecchiatura comprendente una testa di estrusione, che presenta un asse longitudinale determinato, e comprende, a sua volta, una piastra di estrusione, la quale è generalmente indicata con il termine "filiera di estrusione" , ed è provvista di una pluralità di fori di uscita ricavati attraverso la piastra di estrusione e distribuiti attorno al citato asse.

L'apparecchiatura comprende, inoltre, un dispositivo di alimentazione per alimentare un materiale plastico allo stato di fluido viscoso alla testa di estrusione ed attraverso i citati fori di uscita; una unità di taglio per tagliare in granuli il materiale plastico estruso attraverso la piastra di estrusione; ed un dispositivo di raffreddamento per raffreddare il materiale plastico all'uscita dalla piastra di estrusione stessa.

Il dispositivo di alimentazione e la testa di estrusione consentono di mantenere il materiale plastico allo stato di fluido viscoso in modo da permetterne la corretta estrusione evitando l'otturazione dei fori di uscita della piastra di estrusione, mentre il dispositivo di raffreddamento permette di raffreddare il materiale plastico estruso attraverso i citati fori di uscita consentendone la corretta solidificazione.

I dispositivi di raffreddamento utilizzati nelle apparecchiature di estrusione note del tipo sopra descritto sono generalmente di due tipi.

Secondo ima prima tipologia, generalmente indicata con il termine "ad immersione", l'unità di taglio opera sostanzialmente immersa in acqua di raffreddamento .

Secondo l'altra tipologia, generalmente indicata con il termine "ad anello d'acqua", l'unità di taglio è circondata da un anello di acqua di raffreddamento posto in rotazione all'interno di un contenitore sostanzialmente cilindrico.

Le apparecchiature di estrusione note del tipo sopra descritto presentano alcuni inconvenienti principalmente discendenti dal fatto che il raffreddamento del materiale plastico estruso attraverso i fori di uscita della piastra di estrusione comporta sempre il consumo di ingenti quantitativi di acqua di raffreddamento.

Le apparecchiature di estrusione note del tipo sopra descritto presentano, inoltre, l'ulteriore inconveniente costituito dal fatto che l'estrusione di materiali plastici come, per esempio, il nylon ed il PET, i quali presentano temperature di estrusione comprese all'interno di intervalli di temperatura relativamente ridotti, comporta sempre anche il riscaldamento dell'acqua di raffreddamento ad una temperatura tale da evitare un raffreddamento troppo brusco del materiale plastico all'uscita della piastra di estrusione e, quindi, l'otturazione dei citati fori di uscita. Questo tipo di materiali plastici viene estruso in apparecchiature di estrusione relativamente complesse, in cui il dispositivo di raffreddamento utilizzato è quello ad immersione, l'unità di taglio è disposta ad almeno dieci metri di distanza dalla piastra di estrusione, ed il materiale plastico deve essere avanzato all'unità di taglio tramite un dispositivo a rulli. Scopo della presente invenzione è di realizzare una apparecchiatura di estrusione di un materiale plastico che sia esente dagli inconvenienti sopra descritti e che sia di semplice ed economica attuazione .

Secondo la presente invenzione viene realizzata una apparecchiatura di estrusione di un materiale plastico secondo quanto rivendicato nelle rivendicazioni da 1 a 16.

La presente invenzione è relativa, inoltre, ad un metodo di estrusione di un materiale plastico.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di estrusione di un materiale plastico secondo quanto rivendicato nelle rivendicazioni da 17 a 27.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

la figura 1 è una prima vista laterale schematica, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, di una preferita forma di attuazione della apparecchiatura di estrusione della presente invenzione;

la figura 2 è un ingrandimento di un particolare della figura 1;

la figura 3 è una seconda vista laterale schematica, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, dell'apparecchiatura di estrusione della figura 1; e

la figura 4 è un ingrandimento di un particolare delle figure 1 e 3.

Con riferimento alle figure 1 e 3, con 1 è indicata, nel suo complesso, una apparecchiatura di estrusione di materiali plastici comprendente un dispositivo di alimentazione noto e non illustrato per alimentare un materiale plastico allo stato liquido viscoso in una direzione 2 di avanzamento determinata e ad una testa 3 di estrusione.

La testa 3 di estrusione è montata ad una estremità del citato dispositivo di alimentazione (non illustrato), e comprende un cannotto 4, il quale presenta un asse 5 longitudinale, è limitato assialmente da due superfici 6, 7 di estremità sostanzialmente piane ed ortogonali all'asse 5, ed è, inoltre, limitato internamente da una superficie 8 sostanzialmente troncoconica convergente verso l'asse 5 nella direzione 2.

Il cannotto 4 presenta, in corrispondenza di una sua estremità libera, una cavità 9 sostanzialmente cilindrica, la quale si estende coassialmente all'asse 5, si apre verso l'esterno in corrispondenza della superfìcie 7, e comprende una porzione 10 ristretta ed una porzione 11 allargata disposta a valle della porzione 10 nella direzione 2.

La cavità 9 è chiusa da una piastra 12 di estrusione sostanzialmente cilindrica, la quale è montata all'interno della porzione 11 trasversalmente all'asse 5, presenta una porzione 13 sporgente all'esterno della cavità 9, ed è limitata assialmente da due superfici 14, 15 piane parallele fra loro, e di cui la superficie 14 è affacciata alla porzione 10.

La piastra 12 è bloccata assialmente all'interno della cavità 9 tramite una coppia di elementi 16, 17 anulari, i quali sono montati attorno alla piastra 12 coassialmente all'asse 5, e sono fissati al cannotto 4 tramite una pluralità di viti 18 di fissaggio distribuite attorno all'asse 5 stesso.

L'elemento 16 è calzato sulla porzione 13 della piastra 12, e comprende una porzione 19 allargata disposta a contatto della superficie 7 del cannotto 4 ed una porzione 20 ristretta sostanzialmente complanare alla superficie 15 della piastra 12 stessa. L'elemento 17 è calzato sulla porzione 20, e presenta una flangia 21 anulare, la quale sporge radialmente verso l'interno da una superficie interna dell'elemento 17, è affacciata alla porzione 20, ed è disposta ad una distanza relativamente ridotta dalla porzione 20 stessa.

La testa 3 comprende, inoltre, nella fattispecie, un elemento 22 deviatore, il quale è montato all'interno del cannotto 4 coassialmente all'asse 5, è fissato ad una porzione centrale della piastra 12, ed è limitato esternamente da una superficie 23 sostanzialmente troncoconica convergente verso l'asse 5 nella direzione 2 in modo da definire, unitamente al cannotto 4, una porzione 24 anulare di ingresso sostanzialmente troncoconica di un canale 25 di alimentazione riscaldato collegato al citato dispositivo di alimentazione (non illustrato) del materiale plastico.

Con riferimento alla figura 2, la piastra 12 è limitata radialmente da una superficie 26 laterale cilindrica coassiale all'asse 5, e presenta una cavità 27 anulare, la quale è ricavata in corrispondenza della porzione 13 coassialmente all'asse 5, si apre verso l'esterno in corrispondenza della superficie 26, ed è limitata assialmente da due flangie 28 anulari sostanzialmente piane e trasversali all'asse 5 stesso.

La piastra 12 è, inoltre, provvista, nella fattispecie, di due serie 29, 30 di fori 31, 32 concentriche fra loro, e di cui la serie 29 di fori 31 si estende attorno alla serie 30 di fori 32.

I fori 31, 32 di ciascuna serie 29, 30 sono uniformemente distribuiti attorno all'asse 5, sono definiti, ciascuno, da una rispettiva boccola 33 montata attraverso la cavità 27 e le flangie 28 parallelamente all'asse 5, e comprendono, ciascuno, una rispettiva porzione 31a, 32a di ingresso sostanzialmente troncoconica, la quale converge nella direzione 2, e comunica con la porzione 10 ristretta della cavità 9, ed una rispettiva porzione 31b, 32b di uscita sostanzialmente cilindrica, che si apre verso l'esterno in corrispondenza della superficie 15.

E' opportuno precisare che, nella fattispecie, la porzione 3la di ciascun foro 31 presenta una lunghezza, misurata parallelamente all'asse 5, maggiore della lunghezza della porzione 32a di un foro 32 anch'essa misurata parallelamente all'asse 5, e la porzione 31b di ciascun foro 31 presenta una lunghezza, misurata parallelamente all'asse 5, minore della lunghezza della porzione 32b di un foro 32 anch'essa misurata parallelamente all'asse 5.

La porzione 10 ristretta della cavità 9 alloggia al proprio interno un inserto 34 anulare, il quale è montato coassialmente all'asse 5, presenta uno spessore, misurato parallelamente all'asse 5, crescente verso l'esterno, e definisce, unitamente alla piastra 12 di estrusione, una porzione 35 di uscita del canale 25.

La porzione 35 presenta una forma sostanzialmente anulare, si estende trasversalmente all'asse 6, e comprende un primo tratto 36 raccordato alla porzione 24 di ingresso del canale 25 ed un secondo tratto 37, il quale è affacciato ai fori 31, 32, e presenta, per ciascuna serie 29, 30 di fori 31, 32, una relativa camera 38, 39 di espansione anulare ricavata nell'inserto 34 ed affacciata ai relativi fori 31, 32.

Con riferimento alla figura 1, la corretta estrusione del materiale plastico attraverso i fori 31, 32 viene garantita riscaldando le boccole 33 tramite un circuito 40 di riscaldamento atto ad alimentare olio riscaldato alla cavità 27 e, quindi, attorno alle porzioni libere delle boccole 33 stesse.

Il circuito 40 comprende, nella fattispecie, oltre alla cavità 27, due condotti 41, i quali sono diametralmente opposti fra loro, sono ricavati attraverso il cannotto 9 e l'elemento 16, e sono atti uno (nel seguito indicato con 41a) ad alimentare l'olio alla cavità 27 e l'altro (nel seguito indicato con 41b) a scaricare l'olio dalla cavità 27 stessa.

Secondo quanto illustrato nelle figure 1 e 3, l'apparecchiatura 1 è provvista, inoltre, di un dispositivo 42 di taglio comprendente un motore elettrico (non illustrato), un cui albero 43 di uscita coassiale all'asse 5 porta calettata una testa 44 di taglio rotante provvista di una pluralità di elementi 45 di taglio, i quali sono distribuiti attorno all'asse 5, e sono montati lungo un bordo periferico della testa 44 in posizione affacciata ai fori 31, 32 per tagliare in granuli il materiale plastico estruso attraverso i fori 31, 32 stessi.

Con riferimento alla figura 3, la corretta formazione dei granuli viene garantita raffreddando la superficie 15 della piastra 12 e gli elementi 45 di taglio tramite un dispositivo 46 di raffreddamento comprendente un circuito 47 idraulico atto ad alimentare un getto di acqua in pressione sulla superficie 15 e sugli elementi 45 di taglio.

Il circuito 47 comprende, nella fattispecie, un condotto 48 assiale di ingresso ricavato attraverso il cannotto 4 e l'elemento 16 parallelamente all'asse 5, ed un condotto 49 anulare di uscita (figura 4), il quale è definito tra l'elemento 16 e la flangia 21 dell'elemento 17, si estende attorno alla superficie 15, è sostanzialmente tangente alla superficie 15 stessa, ed è collegato al condotto 48 tramite l'interposizione di una camera 50 anulare di accumulo, che è ricavata nella porzione 20 dell'elemento 16 coassialmente all'asse 5, e presenta una sezione trasversale di passaggio maggiore sia della sezione trasversale di passaggio del condotto 48, sia della sezione trasversale di passaggio del condotto 49.

A proposito di quanto sopra esposto è opportuno precisare che la larghezza del condotto 49, misurata parallelamente all'asse 5, è talmente ridotta che il getto di acqua in pressione presenta all'uscita dal condotto 49 la forma di una vera e propria lama d'acqua .

In uso, il getto di acqua in pressione viene alimentato sulla superficie 15 e sugli elementi 45 di taglio tangenzialmente alla superficie 15 stessa, e viene, quindi, nuovamente indirizzato sugli elementi 45 tramite un organo 51 deviatore, il quale è fissato ad una porzione centrale della testa 44 coassialmente all'asse 5, ed è limitato lateralmente da una superficie 52 sostanzialmente troncoconica orientata verso gli elementi 45 stessi.

Il funzionamento dell'apparecchiatura di estrusione 1 è facilmente desumibile da quanto sopra esposto e non necessita di ulteriori spiegazioni.

Ovviamente, secondo varianti non illustrate: l'elemento 22 deviatore ed il canale 25 di alimentazione possono essere eliminati e sostituiti con differenti tipologie di dispositivi di alimentazione del materiale plastico ai fori 31, 32 della piastra 12 di estrusione; e

il getto di acqua in pressione può essere alimentato sul materiale plastico all'uscita della piastra 12 di estrusione parallelamente alla superficie 15.

L'apparecchiatura di estrusione 1 presenta alcuni vantaggi principalmente discendenti dal fatto che il raffreddamento del materiale plastico all'uscita della piastra 12 di estrusione tramite un getto di acqua in pressione sostanzialmente parallelo, e preferibilmente tangente, alla superficie 15 comporta il consumo di quantitativi relativamente ridotti di acqua di raffreddamento, e consente, inoltre, di estrudere materiali plastici come, per esempio, il nylon ed il PET, vale a dire materiali plastici che presentano temperature di estrusione comprese all'interno di intervalli di temperatura relativamente ridotti e che non possono essere tagliati in granuli alla temperatura di fusione perché troppo fluidi, evitando di riscaldare l'acqua di raffreddamento.

Claims (1)

1.- Apparecchiatura di estrusione di un materiale plastico, l'apparecchiatura di estrusione comprendendo una testa di estrusione (3), la quale presenta un asse (5) longitudinale determinato, e comprende una piastra di estrusione (12), che è provvista di una pluralità di fori di uscita (31, 32) , ed è limitata assialmente da una prima faccia (14) di ingresso del materiale plastico nei fori di uscita (31, 32) e da una seconda faccia (15) di uscita del materiale plastico dai fori di uscita (31, 32) stessi; un dispositivo di alimentazione per alimentare il materiale plastico allo stato di fluido viscoso alla testa di estrusione (3) ed attraverso i fori di uscita (31, 32); ed un dispositivo di raffreddamento (46) del materiale plastico all'uscita dalla piastra di estrusione (12); ed essendo caratterizzata dal fatto che il dispositivo di raffreddamento (46) è conformato in modo da generare un getto di fluido in pressione in prossimità della seconda faccia (15). 2.- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di raffreddamento (46) è conformato in modo da generare un getto di fluido in pressione sostanzialmente parallelo, preferibilmente tangente, alla detta seconda faccia (15). 3.- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il dispositivo di raffreddamento (46) comprende un circuito di alimentazione (47) del fluido in pressione comprendente, a sua volta, almeno un condotto di uscita (49) sostanzialmente parallelo, preferibilmente tangente, alla detta seconda faccia (15). 4 .- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, in cui il circuito di alimentazione (47) comprende una pluralità di detti condotti di uscita (49) distribuiti attorno al detto asse (5). 5 .- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, in cui i condotti di uscita (49) sono distribuiti attorno alla detta piastra di estrusione (12). 6.- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, in cui il condotto di uscita (49) è un condotto anulare estendentesi attorno al detto asse (5). 7.- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, in cui il condotto di uscita (49) si estende attorno alla detta piastra di estrusione (12). 8.- Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 7, in cui il circuito di alimentazione (47) comprende, inoltre, una camera anulare di accumulo (50) del fluido in pressione comunicante con ciascun detto condotto di uscita (49). 05 9.- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, in cui il circuito di alimentazione (47) comprende, inoltre, almeno un condotto di ingresso (48) comunicante con la camera anulare di accumulo (50); la camera anulare di accumulo (50) presentando una sezione trasversale di passaggio maggiore sia della sezione trasversale di ciascun detto condotto di uscita (49), sia della sezione trasversale di ciascun detto condotto di ingresso (48). 10.- Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti e comprendente, inoltre, una unità di taglio (42) affacciata ai fori di uscita (31, 32) e provvista di una pluralità di elementi di taglio (45) per tagliare in granuli il materiale plastico estruso attraverso i fori di uscita (31, 32) stessi; il dispositivo di raffreddamento (46) essendo conformato in modo da alimentare il getto di fluido in pressione sugli elementi di taglio (45). 11 .- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 10, in cui il dispositivo di raffreddamento (46) comprende, inoltre, almeno un organo deviatore (51) per deviare sugli elementi di taglio (45) il getto di fluido in pressione. 12.- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 11, in cui l'organo deviatore (51) è sostanzialmente coassiale al detto asse (5) ed è limitato radialmente da una superficie laterale (52) sostanzialmente troncoconica orientata verso gli elementi di taglio (45). 13.- Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni e comprendente, inoltre, un dispositivo di riscaldamento (40) per riscaldare i fori di uscita (31, 32). 14 .- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 13, in cui il dispositivo di riscaldamento (40) comprende un canale di alimentazione (27) per alimentare un fluido riscaldante attorno ai fori di uscita (31, 32). 15 .- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 14, in cui la piastra di estrusione (12) è limitata radialmente da una faccia laterale (26) estendentesi attorno al detto asse (5); il canale di alimentazione (27) essendo ricavato sulla detta faccia laterale (26) ed essendo limitato assialmente da due flangie (28) sostanzialmente ortogonali all'asse (5) stesso. 16 .- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 15, in cui la piastra di estrusione (12) comprende, inoltre, una pluralità di boccole (33), ciascuna delle quali si estende attraverso le flangie (28) ed il canale di alimentazione (27), e definisce un relativo detto foro di uscita (31, 32). 17.- Metodo per l'estrusione di un materiale plastico in una testa di estrusione (3), la quale presenta un asse (5) longitudinale determinato, e comprende una piastra di estrusione (12), che è provvista di una pluralità di fori di uscita (31, 32) , ed è limitata assialmente da una prima faccia (14) di ingresso del materiale plastico nei fori di uscita (31, 32) e da una seconda faccia (15) di uscita del materiale plastico dai fori di uscita (31, 32) stessi, il metodo comprendendo le fasi di: alimentare il materiale plastico allo stato di fluido viscoso alla testa di estrusione (3) ed attraverso i fori di uscita (31, 32); e raffreddare il materiale plastico all'uscita dalla piastra di estrusione (12); ed essendo caratterizzato dal fatto che: il materiale plastico viene raffreddato all'uscita dalla piastra di estrusione (12) tramite un getto di fluido in pressione in prossimità della seconda faccia (15). 18.- Metodo secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che il materiale plastico viene raffreddato all'uscita dalla piastra di estrusione (12) tramite un getto di fluido in pressione sostanzialmente parallelo, preferibilmente tangente, alla seconda faccia (15). 19.- Metodo secondo la rivendicazione 17 e 18, caratterizzato dal fatto di alimentare il getto di fluido in pressione parallelamente, preferibilmente tangenzialmente, alla detta seconda faccia (15) a partire da un bordo periferico della piastra di estrusione (12). 20.- Metodo secondo la rivendicazione 17 o 18 o 19, caratterizzato dal fatto di tagliare in granuli tramite una pluralità di elementi di taglio (45) il materiale plastico estruso attraverso i fori di uscita (31, 32); e raffreddare gli elementi di taglio (45) stessi. 21.- Metodo secondo la rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto di alimentare il getto di fluido in pressione sugli elementi di taglio (45). 22.- Metodo secondo la rivendicazione 20 o 21, caratterizzato dal fatto di deviare sugli elementi di taglio (45) il getto di fluido in pressione alimentato tangenzialmente alla detta seconda faccia (15). 23.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 17 a 22, in cui il fluido in pressione è un liquido. 24 .- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 17 a 23, in cui il fluido in pressione è acqua. 25.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 17 a 24, caratterizzato dal fatto di riscaldare la piastra in corrispondenza dei fori di uscita (31, 32). 26.- Metodo secondo la rivendicazione 25, caratterizzato dal fatto di alimentare un fluido riscaldante attorno ai fori di uscita (31, 32). 27.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 17 a 26, in cui il materiale plastico viene raffreddato all'uscita dalla piastra di estrusione (12) tramite un getto di fluido in pressione presentante sostanzialmente la forma di una lama di fluido.