ITMI20120299A1 - Dispositivo di calibrazione a secco per estrusori - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“DISPOSITIVO DI CALIBRAZIONE A SECCO PER ESTRUSORIâ€

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di calibrazione a secco per estrusori, come ad esempio per macchinari che producono per estrusione tubi in polimeri termoplastici. Tale dispositivo à ̈ impiegato successivamente alla trafilatura/estrusione del tubo per completarne la lavorazione tramite calibrazione a secco. Per calibrazione si intende l’operazione di distensione della superficie esterna del tubo che ha la finalità di lisciarle ed eliminare eventuali grinze, nonché per conferire l’esatto diametro al manufatto.

Nello stato della tecnica, l’operazione sopra descritta viene svolta da un dispositivo che comprende una testa di calibrazione, definita da un condotto (metallico o comunque realizzabile con altri materiali, come ad esempio vetro e/o teflon) nel quale vengono inseriti i manufatti da calibrare. Il condotto presenta una sezione di ingresso che, in uso, à ̈ affacciata all’uscita di un trafilatore, ed una sezione di uscita opposta alla sezione di ingresso. La testa di trafilatura presenta una pluralità di aperture di aspirazione che, sfociando all’interno del condotto, consentono di creare una depressione che ha la funzione di distendere le pareti del tubo.

Per raffreddare il manufatto estruso, il dispositivo comprende una camicia di raffreddamento che circonda la testa di calibrazione. Tale camicia di raffreddamento comprende una pluralità di organi di raffreddamento assialmente alternati, lungo lo sviluppo del condotto stesso, a condotti di aspirazione opportunamente distanziati.

Il dispositivo noto ha conformazione cilindrica e comprende altresì una flangia collegata alla testa di calibrazione, in particolare in corrispondenza della sezione di ingresso del condotto. Tale flangia ha la funzione di ancorare la testa di calibrazione mantenendola in posizione fissa rispetto al trafilatore. Svantaggiosamente, il dispositivo sopra descritto presenta un andamento di temperatura periodico nella testa di calibrazione. In altre parole, la temperatura ha un andamento che presenta dei picchi in corrispondenza delle zone di separazione fra un organo di raffreddamento e l’altro (dove il raffreddamento à ̈ meno efficiente) e delle valli in prossimità di ciascun circuito di raffreddamento. Questo, oltre a comportare una perdita di efficienza del dispositivo, può riflettersi in irregolarità superficiali nel tubo in uscita dal calibratore, con una conseguente perdita di qualità.

La presenza della flangia, inoltre, à ̈ causa di un picco di temperatura in corrispondenza della sezione di ingresso del condotto, in quanto risulta estremamente difficoltoso raffreddare la flangia stessa (o più in generale, controllarne il profilo termico).

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione à ̈ proporre un dispositivo di calibrazione a secco che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, Ã ̈ scopo della presente invenzione mettere a disposizione un dispositivo di calibrazione a secco in grado di garantire un trattamento uniforme di tali tubi.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ proporre dispositivo di calibrazione a secco in grado di prevenire picchi di temperatura all’interno dei manufatti soggetti a calibrazione.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un dispositivo di calibrazione a secco per estrusori comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un dispositivo di calibrazione a secco, come illustrato negli uniti disegni in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista in sezione di un dispositivo di calibrazione a secco secondo la presente invenzione; - la figura 2 Ã ̈ una sezione in esploso del dispositivo di calibrazione a secco di figura 1; e

- la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica del dispositivo di calibrazione a secco di figura 1 e 2 con alcune parti asportate per meglio mostrarne altre.

Con riferimento alle figure allegate, con 1 Ã ̈ indicato un dispositivo di calibrazione a secco secondo la presente invenzione.

Tale dispositivo comprende una testa di calibrazione 2, nel quale à ̈ inseribile un manufatto in via di calibrazione (non illustrato). La testa di calibrazione presenta inoltre un asse di sviluppo longitudinale “A†, un’estremità di ingresso 2a ed un’estremità di uscita 2b per il citato manufatto. Tali estremità di ingresso 2a e di uscita 2b sono poste lungo una direzione di sviluppo longitudinale “A†della testa di calibrazione 2.

Inoltre, la testa di calibrazione 2 comprende una parete 4 presentante una superficie interna 4b, che definisce un condotto di calibrazione 3, ed una superficie esterna 4a opposta alla superficie interna 4b. Tale condotto di calibrazione 3 ha la funzione di accogliere il manufatto per effettuarne la calibrazione. In particolare, il condotto di calibrazione 3 presenta una sezione di ingresso 3a ed una sezione di uscita 3b, poste rispettivamente in corrispondenza dell’estremità di ingresso 2a e dell’estremità di uscita 2b della testa di calibrazione 2. In altre parole, anche il condotto di calibrazione 3 si sviluppa lungo l’asse di sviluppo longitudinale “A†.

Si noti inoltre che, con riferimento in particolare alla figura 3, la testa di calibrazione 2 può avere una forma differente dalla tradizionale e nota forma cilindrica regolare, ed in particolare conica. In altre parole, l’asse di sviluppo longitudinale “A†à ̈ un asse di simmetria della testa di calibrazione 2.

In uso, il tubo da calibrare scorre all’interno del condotto di calibrazione 3 procedendo dalla sezione di ingresso 3a alla sezione di uscita 3b.

Si noti che, per uniformare lo scambio termico, la testa di calibrazione 2 presenta una capacità termica non trascurabile rispetto al tubo da calibrare. In altre parole, la parete 4 presenta uno spessore non trascurabile rispetto ad un diametro del condotto di calibrazione 3. Per facilitare la veicolazione (da o verso la testa di calibrazione 2, a seconda delle esigenze del momento) del calore à ̈ inoltre vantaggioso che la testa di calibrazione 2 sia realizzata in materiale termicamente conduttivo.

Per smaltire il calore estratto dal manufatto sottoposto a calibrazione, il dispositivo 1 comprende una camicia di scambio termico 5 posta a contatto della testa di calibrazione 2, in particolare a contatto della parete 4. Ancor più in particolare, la camicia di scambio termico 5 à ̈ a contatto della superficie esterna 4a della parete 4. Tale camicia di scambio termico 5 ha tipicamente la funzione di raffreddare la testa di calibrazione 2 attraverso la circolazione di un fluido refrigerante, ad esempio acqua. E’ anche possibile utilizzare la camicia di scambio termico 5 per riscaldare la testa di calibrazione 2 facendo circolare al suo interno un fluido riscaldante, ad esempio olio. Va a questo punto evidenziata la differenza tra la presente invenzione e la tecnica nota: infatti, mentre i condotti assialmente discreti presenti sulle teste di calibrazione di tipo noto assicurano uno scambio termico discontinuo, il contatto continuo tra la camicia di scambio termico 5 e la testa di calibrazione (vale a dire: uniformemente distribuito sulla quasi totalità della superficie laterale della testa di calibrazione 2, escludendo le porzioni geometricamente trascurabili date dalla presenza dei condotti di aspirazione), permette di asportare o di veicolare l’energia termica nella testa 2 stessa in modo tale da garantire un profilo di temperatura assiale pressoché costante in corrispondenza della superficie della cavità in cui la calibrazione vera e propria ha luogo.

Nel dettaglio, la camicia di scambio termico 5 comprende un elemento termicamente conduttivo 6 posto a diretto contatto con la superficie esterna 4a della parete 4, vale a dire definente una superficie di contatto 6a con la superficie esterna 4a della parete 4. Secondo la presente invenzione, la superficie di contatto 6a si sviluppa con continuità lungo il citato asse di sviluppo longitudinale “A†della testa di calibrazione 2. In altre parole, sezionando la testa di calibrazione 2 e l’elemento termicamente conduttivo 6 con un piano passante per l’asse di sviluppo longitudinale “A†la superficie 6a definisce una linea continua che si estende lungo l’intera testa di calibrazione 2, vale a dire dall’estremità di ingresso 2a all’estremità di uscita 2b. In questo modo, il calore può passare dalla testa di calibrazione 2 alla camicia di scambio termico 5 (o viceversa) per sola conduzione, in maniera estremamente omogenea in termini di calorie trasmesse per unità di superficie.

In altre parole, l’elemento termicamente conduttivo 6 si sviluppa con continuità dalla sezione di ingresso 2a alla sezione di uscita 2b. Vantaggiosamente, questo previene l’andamento periodico del profilo di temperatura all’interno della testa di calibrazione 2. Si noti, inoltre, che il dispositivo 1 comprende un singolo elemento termicamente conduttivo 6 del tipo sopra descritto, in grado di raffreddare (ed eventualmente riscaldare) da solo l’intera testa di calibrazione 2. L’elemento termicamente conduttivo 6 può essere realizzato di pezzo, e convenientemente può essere un monoblocco di materiale termicamente conduttivo.

Vantaggiosamente, inoltre, l’elemento termicamente conduttivo 6 avvolge completamente la testa di calibrazione 2.

La camicia di scambio termico 5 comprende inoltre un supporto 17 per l’elemento termicamente conduttivo 6. All’interno di tale supporto 17 à ̈ definito un canale 7 per la circolazione di fluido di raffreddamento (o eventualmente di un fluido riscaldante). Il canale 7 à ̈ ulteriormente delimitato da una piastra 13 realizzata di pezzo con l’elemento termicamente conduttivo 6 e da una contropiastra 14 opposta a tale piastra e fissata ad essa per mezzo di viti 15. La tenuta di fluido del canale 7 à ̈ assicurata da opportune guarnizioni 16 poste fra la piastra 13, la contropiastra 14 ed il supporto 17.

In dettaglio, il canale 7 circonda l’elemento termicamente conduttivo 6, in modo da assorbire per convezione forzata il calore estratto dal manufatto da calibrare. In particolare, il canale 7 ha sostanzialmente una forma ad anello. Con ulteriore dettaglio, il canale presenta due bocche 7a per l’ingresso e/o l’uscita del fluido di raffreddamento. Tali bocche 7a sono localizzate in corrispondenza di una superficie esterna 7b del canale 7. Inoltre, come à ̈ mostrato in particolare in figura 3, le bocche 7a sono prossime l’una all’altra e sono separate da un setto 8, in modo da costringere il fluido di raffreddamento a percorrere tutto il canale 7 per fluire da una bocca 7a all’altra.

Per eseguire l’effettiva calibrazione del tubo tendendone le pareti, il dispositivo 1 comprende inoltre dei mezzi di aspirazione 9 associati al condotto di calibrazione 3. Tali mezzi di aspirazione 9 comprendono una pluralità di condotti di aspirazione 10 praticati nella testa di calibrazione 2, ed in particolare in comunicazione di fluido con il citato condotto di calibrazione 3. Tali condotti di aspirazione 10 sono orientati radialmente in modo da convergere verso l’asse di sviluppo longitudinale “A†della testa di calibrazione 2.

Una pluralità di scavi 11 sono inoltre ricavati sulla testa di calibrazione 2, in particolare sulla superficie esterna 4a della parete 4. In altre parole, gli scavi 11 hanno la forma di anelli ricavati sulla parete 4.

I mezzi di aspirazione 9 comprendono inoltre almeno una fessura 12 collocata sulla camicia di scambio termico 5, in particolare ricavata all’interno dell’elemento termicamente conduttivo 6. In dettaglio, i mezzi di aspirazione 9 comprendono due fessure 12 collocate da lati opposti dell’elemento termicamente conduttivo 6. I mezzi di aspirazione 9 comprendono inoltre almeno un ulteriore condotto 13 di aspirazione. Con ulteriore dettaglio, i mezzi di aspirazione 9 comprendono una coppia di ulteriori condotti 13 ciascuno associato ad una rispettiva fessura 12 ed a dei dispositivi aspiratori non illustrati. Come mostrato nelle figure 1 e 3, uno degli ulteriori condotti 13 à ̈ vantaggiosamente alloggiato nel setto 8 precedentemente citato.

In uso, gli scavi 11 sulla testa di calibrazione 2 mettono in comunicazione i condotti di aspirazione 10 con la citata fessura 12. L’aria viene quindi aspirata dagli ulteriori condotti di aspirazione 13, in modo da creare il vuoto all’interno del condotto di calibrazione 3.

Secondo la presente invenzione, la testa di calibrazione 2 converge dalla sezione di ingresso 2a in direzione della sezione di uscita 2b. Nella forma realizzativa descritta ed illustrata nelle figure allegate, la testa di calibrazione 2 presenta una forma conica. Di conseguenza, anche l’incavo 5a della camicia di scambio termico 5 presenta anch’esso una forma conica. Più in generale, si noti che l’incavo 5a presenta una forma complementare/controsagomata alla testa di calibrazione 2.

In uso, l’estremità di ingresso 2a à ̈ affacciabile direttamente ad un estrusore. In altre parole, il dispositivo 1 non comprende una flangia collegata direttamente alla testa di calibrazione 2 in particolare in corrispondenza dell’estremità di ingresso 2a.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, il dispositivo 1 può comprendere una vasca (non illustrata) associabile all’estremità di uscita 2b della testa di calibrazione 2: tale vasca si interpone fra la testa di calibrazione 2 ed un dispositivo per l’immersione in acqua del manufatto in uscita dalla testa di calibrazione 2. Si noti che tale vasca presenta uno scarico per smaltire del fluido di raffreddamento ed atta ad impedire un contatto tra il fluido di raffreddamento e l’appena citata estremità di uscita della testa di calibrazione. In altre parole, la vasca può essere interposta fra la testa di calibrazione ed un ulteriore vasca contenente del fluido, ad esempio acqua, in cui viene immerso il manufatto successivamente all’operazione di calibrazione. In questo modo l’acqua può traboccare dall’ulteriore vasca verso l’interno della vasca del dispositivo 1 e, venendo smaltita dallo scarico, non penetra all’interno del condotto di calibrazione 3 dove potrebbe alterare la forma del manufatto sottoposto a calibrazione (inconveniente che può avvenire qualora l’acqua si interponesse fra il manufatto stesso e la parete 4).

Secondo un’ulteriore caratteristica della presente invenzione, à ̈ vantaggiosamente possibile che l’appena descritta vasca associabile all’estremità di uscita 2b della testa di calibrazione 2 comprenda mezzi di variazione della distanza tra l’estremità di uscita 2b stessa ed un punto di immersione di un manufatto emergente dall’estremità di uscita 2b: tale possibilità operativa à ̈ sfruttabile ad esempio per variare alcune caratteristiche del manufatto, come ad esempio le capacità elongazionali (che in accordo con la tecnica nota sono proporzionali alla distanza che il manufatto percorre tra la sua uscita dalla testa di calibrazione e il punto in cui viene lambito o si immerge nel fluido di raffreddamento).

In una possibile forma realizzativa di questi mezzi di variazione della distanza viene impiegata una parete di tracimazione, la quale à ̈ mobilmente montata nella vasca e viene posta ad una predeterminata distanza frontale rispetto alla testa di calibrazione: tale distanza à ̈ poi resa selezionabile/regolabile con opportuni cinematismi di controllo e vincolo, e la regolazione può essere impostata sia manualmente che in maniera automatizzata, ad esempio con opportuni sistemi elettronici di controllo in retroazione asserviti a specifici software che determinano la distanza ottimale in funzione dei parametri con i quali deve essere prodotto il manufatto estruso e calibrato.

La presente invenzione raggiunge gli scopi proposti.

In particolare, la superficie di contatto fra l’elemento termicamente conduttivo e la testa di calibrazione si sviluppa con continuità lungo l’asse di sviluppo longitudinale della testa di calibrazione. Di conseguenza, la trasmissione del calore avviene per conduzione lungo l’intera superficie esterna della testa di calibrazione, uniformando il profilo di temperatura nella parete e, di conseguenza, all’interno del manufatto in corso di calibrazione.

La testa di calibrazione, inoltre, converge dalla sezione di ingresso alla sezione di uscita. Questo fa sì che essa venga spinta contro l’elemento termicamente conduttivo dalla trazione esercitata dal manufatto sulla parete: di conseguenza, non essendo necessaria una flangia di collegamento, non si presentano le problematiche relative al suo raffreddamento e si evita quindi il verificarsi di un picco di temperatura nel manufatto (in particolare in corrispondenza della sezione di ingresso della testa di calibrazione).

La presente invenzione raggiunge un importante vantaggio. In particolare, la presenza di un singolo elemento termicamente conduttivo fa sì che esso sia privo di discontinuità, e quindi più efficiente dal punto di vista della propagazione del calore.

Si noti, infine, che le soluzioni tecniche descritte (l’elemento termicamente conduttivo, la testa di calibrazione conica e la vasca) sono implementabili congiuntamente o, qualora fosse necessario, anche separatamente.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) di calibrazione a secco per estrusori, comprendente: - una testa di calibrazione (2) presentante un condotto di calibrazione (3) nel quale à ̈ inseribile un manufatto, detta testa di calibrazione (3) presentando inoltre: - un asse di sviluppo longitudinale (A); - una superficie interna (4b) definente detto condotto (3); e - una superficie esterna (4a) opposta a detta superficie interna (4b); - una camicia di scambio termico (5) posta a contatto di detta testa di calibrazione (2); e - mezzi di aspirazione (9) associati a detto condotto di calibrazione (3), caratterizzato dal fatto che detta camicia di scambio termico (5) comprende un elemento termicamente conduttivo (6) posto a contatto con detta superficie esterna (4a) e definente una superficie di contatto (6a) con detta superficie esterna (4a), detta superficie di contatto (6a) sviluppandosi con continuità lungo detto asse di sviluppo longitudinale (A).
2. 2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta camicia di scambio termico (5) comprende un singolo elemento termicamente conduttivo (6) realizzato di pezzo, detto elemento termicamente conduttivo (6) avvolgendo preferibilmente in maniera completa detta testa di calibrazione (2).
3. 3. Dispositivo (1) secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta testa di calibrazione (2) presenta una capacità termica non trascurabile rispetto al tubo da calibrare.
4. 4. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di aspirazione (9) comprendono una pluralità di condotti di aspirazione (10) in comunicazione di fluido con detto condotto di calibrazione (3).
5. 5. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta testa di calibrazione (2) presenta una forma conica, detta camicia di scambio termico (5) presentando un incavo (5a) conico per accogliere detta testa di calibrazione (2).
6. 6. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta testa di calibrazione (2) presenta un’estremità di ingresso (2a) ed un’estremità di uscita (2b) opposta a detta estremità di ingresso (2a), detta testa di calibrazione (2) presentando una forma convergente da detta sezione di ingresso (2a) in direzione di detta sezione di uscita (2b), detta camicia di scambio termico (5) presentando un incavo (5a) di forma complementare/controsagomata a detta testa di calibrazione (2).
7. 7. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta estremità di ingresso (2a) à ̈ affacciabile direttamente ad un estrusore, detto estrusore essendo preferibilmente atto a produrre tubi in polimeri termoplastici.
8. 8. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di non comprendere una flangia collegata direttamente a detta testa di calibrazione (2) in corrispondenza di detta estremità di ingresso (2a).
9. 9. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una vasca associabile a detta estremità di uscita (2b) di detta testa di calibrazione (2), detta vasca presentando almeno uno scarico per smaltire del fluido di raffreddamento ed essendo atta ad impedire un contatto tra il fluido di raffreddamento e detta estremità di uscita (2b) della testa di calibrazione (2). 10. dispositivo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta vasca associabile all’estremità di uscita (2b) della testa di calibrazione (2) comprende mezzi di variazione della distanza tra l’estremità di uscita (2b) stessa ed un punto di immersione di un manufatto emergente dall’estremità di uscita (2b), detti mezzi di variazione della distanza essendo preferibilmente realizzati tramite una parete di tracimazione mobilmente montata in detta vasca e posta ad una predeterminata distanza frontale rispetto alla testa di calibrazione.