ITMI20130216A1 - Metodo e apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione con tenuta autorigenerante - Google Patents

Metodo e apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione con tenuta autorigenerante

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ITMI20130216A1
ITMI20130216A1 IT000216A ITMI20130216A ITMI20130216A1 IT MI20130216 A1 ITMI20130216 A1 IT MI20130216A1 IT 000216 A IT000216 A IT 000216A IT MI20130216 A ITMI20130216 A IT MI20130216A IT MI20130216 A1 ITMI20130216 A1 IT MI20130216A1
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IT
Italy
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sealing element
annular sealing
mixing chamber
bush
forming
Prior art date
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IT000216A
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Maurizio Corti
Carlo Fiorentini
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Description

DESCRIZIONE PER BREVETTO DI INVENZIONE
“Metodo e apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione con tenuta autorigenerante†.
SFONDO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce ad una apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione per componenti polimerici atti a formare una miscela chimica reattiva, nonché si riferisce ad un metodo per formare una tenuta autorigenerante per la camera di miscelazione, in cui scorre un cassetto valvolare di ricircolo dei componenti polimerici.
STATO DELL’ARTE
Le apparecchiature di miscelazione ad alta pressione per componenti polimerici atti a formare miscele chimiche reattive, sono state variamente sviluppate nel tempo; un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, del tipo autopulente, usualmente comprende almeno una camera di miscelazione in cui due o più componenti polimerici si scontrano frontalmente con elevata energia cinetica per formare una miscela reattiva, ed in cui la risultante miscela reattiva che fuoriesce dalla camera di miscelazione, fluisce in un condotto di erogazione per essere iniettata o erogata in uno stampo.
L'apparecchiatura di miscelazione comprende inoltre un cassetto valvolare scorrevole nella camera di miscelazione, il quale à ̈ dotato di cave longitudinali per il ricircolo dei singoli componenti nella condizione chiusa dell’apparecchiatura; il cassetto valvolare à ̈ mobile assialmente tra una posizione arretrata, in cui apre sia i fori di iniezione dei componenti chimici, sia la camera di miscelazione verso il condotto di erogazione, ed una posizione avanzata di ricircolo dei singoli componenti polimerici, in cui chiude la camera di miscelazione espellendo la miscela residua direttamente nel condotto di erogazione;
La miscela residua viene a sua volta espulsa dal condotto di erogazione mediante un organo di pulizia, normalmente costituito da una spina cilindrica che chiude il fronte del cassetto e della camera di miscelazione, impedendo ai componenti di trafilare verso l’esterno.
Il ruolo del condotto di erogazione à ̈ normalmente quello di ridurre la turbolenza della miscela e, per questa ragione, à ̈ conveniente che esso sia il più lungo possibile; un’apparecchiatura di miscelazione del tipo riferito, à ̈ descritta ad esempio in US 4.332.335.
In apparecchiature di questo tipo la miscela reagita tende però ad incollare la spina di pulizia al condotto di erogazione. Pertanto il condotto non può superare lunghezze pari a circa 6-7 volte il suo diametro; diversamente, le forze di incollaggio darebbero origine a sforzi elevati, ad eccessiva fatica e a grippature durante il moto di scorrimento e di rimozione dello strato di resina reagito incollato alle pareti contrapposte della spina di pulizia e dello stesso condotto di erogazione.
Per superare questo problema à ̈ possibile utilizzare un organo di pulizia configurato con una corta testa frontale atta ad espellere la schiuma, che pertanto si incolla ad una superficie limitata del condotto di erogazione, e con uno stelo di diametro ridotto collegato al pistone di un cilindro idraulico di comando.
Per evitare che durante il ricircolo dei componenti chimici con l’organo di pulizia in posizione avanzata di chiusura, i singoli componenti chimici possano trafilare nel foro del condotto di erogazione dove si estende lo stelo di diametro ridotto dell’organo di pulizia, sul cassetto valvolare normalmente vengono disposti uno o più elementi anulari di tenuta alloggiati in sedi circolari, che, nella condizione avanzata del cassetto valvolare, impediscono ai componenti polimerici di trafilare verso il condotto di erogazione dove, con l’uso, si possono accumulare formando agglomerati che ne impediscono lo scorrimento corretto e che tendono a uscire all’esterno inquinando la miscela in fase di reazione che à ̈ stata erogata in uno stampo.
Apparecchiature di miscelazione ad alta pressione sono descritte, ad esempio, in US-A-4.332.335, DE-U-8915329, US-A-5.785.422 ed EP-A-1.927.448.
In particolare, US-A-5.785.422 ed EP-A-1.927.448 illustrano un'apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, avente una configurazione ad “L†della camera di miscelazione e del condotto di erogazione, in cui l'organo di autopulizia del condotto di erogazione, come precedentemente riferito, comprende una testa a pistone di lunghezza comparativamente ridotta rispetto allo stesso condotto di erogazione, posta all’estremità anteriore di un lungo stelo operativamente collegato ad un attuatore idraulico. Lo stelo presenta un diametro ridotto rispetto alla testa a pistone ed al diametro interno del condotto di erogazione; tra lo stelo e la superficie interna del condotto di erogazione, nella condizione chiusa dell'apparecchiatura, si viene a formare uno spazio anulare che riduce sostanzialmente le superfici di contatto e di incollaggio.
Tuttavia con questa conformazione dell'organo di pulizia del condotto di erogazione, nella condizione chiusa dell'apparecchiatura, occorre evitare che i singoli componenti reattivi possano trafilare dal cassetto valvolare, poiché, entrando e reagendo nello spazio anulare del condotto di erogazione, formerebbero dei detriti che ostacolerebbero lo scorrimento corretto dell’organo di pulizia, fino a bloccarne il movimento se l’accumulo viene imprigionato, oppure tendono a uscire all’esterno inquinando il materiale in fase di reazione che à ̈ stato erogato nello stampo.
Per evitare che i componenti polimerici, con camera di miscelazione chiusa, possano trafilare attraverso il piccolo gioco esistente tra il cassetto valvolare e la camera di miscelazione, in generale à ̈ stato proposto di dotare direttamente il cassetto valvolare di idonee guarnizioni anulari di tenuta.
Tuttavia l'uso di semplici guarnizioni anulari sul cassetto valvolare, talora applicate come riempimenti di resina sigillante, di fatto non ha risolto il problema in quanto, a causa del suo movimento alternativo tra la condizione di chiusura e la condizione di apertura della camera di miscelazione, le guarnizioni scorrono lungo il fronte e sugli spigoli dei fori di iniezione e di ricircolo dei componenti polimerici; perciò queste guarnizioni tendono ad usurarsi rapidamente. Nelle apparecchiature di miscelazione convenzionali risulta quindi necessario procedere a ripetuti e frequenti arresti, con lunghi tempi di interruzione della produzione, per gli interventi di pulizia e di manutenzione necessari per la sostituzione e/o il ripristino delle guarnizioni usurate.
In US-A-3.799.199 à ̈ stato proposto di conformare il cassetto valvolare della camera di miscelazione, con cave trasversali che intersecano una pluralità di cave longitudinali le quali si aprono verso la camera di miscelazione per consentire alla miscela reattiva di fluire posteriormente e di polimerizzare, formando delle nervature di tenuta che si estendono longitudinalmente e trasversalmente.
Questa soluzione non risulta del tutto idonea in quanto, durante la fase di ricircolo dei componenti reattivi, il cassetto à ̈ chiuso e nelle cave di ricircolo si sviluppa una pressione che à ̈ la somma della pressione esistente nei serbatoi di contenimento dei componenti chimici, più il delta di pressione che serve a far fluire ciascun componente nei rispettivi condotti e organi di circolazione.
In generale il delta di pressione à ̈ proporzionale alla viscosità e alla portata della resina del singolo componente; perciò il delta di pressione à ̈ maggiore quanto maggiore à ̈ la viscosità delle singola resina, a parità di portata e di diametro delle tubazioni.
Le portate normalmente sono paragonabili e variano da rapporti di 1,6/1 a 1/3 tra componente meno viscoso e più viscoso, mentre il rapporto tra le viscosità di ciascun componente varia da 3,5 a 20 a seconda delle applicazioni.
Nelle cave di ricircolo del cassetto valvolare perciò si sviluppano pressioni che possono raggiungere i 40, 50 bar durante il ricircolo, che possono risultare squilibrate tra loro fino a 20 bar.
Queste differenze di pressione fanno in modo che tra le cave di ricircolo e il condotto di erogazione, sulle superfici rovinate delle nervature di tenuta, si generi un trafilamento delle singole resine che perciò non sono in grado di rigenerare la tenuta.
Mentre le cave di ricircolo vengono lavate dal flusso di ricircolo, le resine che trafilano si incontrano nel condotto di erogazione, reagiscono tra di loro, o con l'umidità dell'aria, formando incrostazioni che deteriorano il funzionamento dell'apparecchiatura di miscelazione.
Durante la miscelazione invece la pressione nella camera di miscelazione à ̈ modesta, normalmente inferiore a quella che rimane nelle cave longitudinali del cassetto valvolare, per cui in US-A-3.799.199 la miscela reattiva non può tornare indietro e ripristinare le parti usurate della tenuta.
SCOPI DELL’INVENZIONE
Scopo principale della presente invenzione à ̈ di fornire un metodo per formare una tenuta autorigenerante in un'apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione del genere precedentemente riferito, in cui il problema della tenuta tra la camera di miscelazione ed il cassetto valvolare, conseguentemente il problema dell'usura delle guarnizioni di tenuta, à ̈ stato diversamente affrontato e risolto.
Un ulteriore scopo dell'invenzione à ̈ di fornire un metodo, come sopra riferito, ed un'apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, ad esempio del tipo descritto in US-A-5.785.422 o EP-A-1.927.448, in cui i problemi connessi all'usura della tenuta della camera di miscelazione e il problema del trafilamento dei componenti polimerici, sono stati praticamente eliminati.
Un ulteriore scopo ancora dell'invenzione à ̈ di fornire un metodo ed un'apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, in cui la tenuta tra il cassetto valvolare e la camera di miscelazione viene continuamente rigenerata automaticamente, durante l'uso, riducendo sostanzialmente i tempi ed il numero di interventi necessari per la manutenzione.
BREVE DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE
Gli scopi precedentemente riferiti, sono conseguibili mediante un metodo secondo la rivendicazione 1, nonché mediante un'apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione secondo la rivendicazione 7.
Secondo l’invenzione si à ̈ dunque fornito un metodo per formare una tenuta autorigenerante per una camera di miscelazione di un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, in cui un primo ed almeno un secondo componente polimerico vengono alimentati nella camera di miscelazione attraverso fori di iniezione, per formare una miscela chimicamente reattiva erogata dall’apparecchiatura di miscelazione; in cui un cassetto valvolare à ̈ reciprocabile nella camera di miscelazione tra una posizione arretrata di apertura, ed una posizione avanzata di chiusura della camera di miscelazione, ed in cui, nella posizione avanzata del cassetto valvolare i fori di iniezione dei componenti polimerici comunicano con rispettive aperture di ricircolo mediante cave longitudinali del cassetto valvolare, caratterizzato dal fatto di:
formare un elemento anulare di tenuta mediante una resina polimerizzabile in una sede circolare di alloggiamento su una superficie interna della camera di miscelazione, in una zona di tenuta a valle dei fori di iniezione; e
rigenerare automaticamente parti usurate e/o lacerate dell’elemento anulare di tenuta, con la stessa miscela reattiva erogata, che polimerizza durante il funzionamento dell’apparecchiatura.
Secondo l’invenzione si à ̈ altresì fornita un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione adatta per formare una tenuta autorigenerante mediante il metodo sopra riferito, in cui l’apparecchiatura di miscelazione comprende un corpo configurato con:
almeno una camera di miscelazione avente un’uscita che comunica con un condotto di erogazione della miscela reattiva, orientato trasversalmente alla camera di miscelazione;
un primo organo di pulizia consistente in una cassetto valvolare reciprocabile nella camera di miscelazione;
un secondo organo di pulizia reciprocabile nel condotto di erogazione; e almeno un elemento anulare di tenuta tra il cassetto valvolare e la camera di miscelazione, caratterizzata dal fatto che l’elemento anulare di tenuta à ̈ alloggiato in una sede circolare formata nella superficie interna della camera di miscelazione, in una zona di tenuta compresa tra i fori di iniezione dei componenti polimerici e l’uscita della camera di miscelazione.
Preferibilmente il condotto di erogazione à ̈ costituto da una bussola alloggiata, in modo rimovibile, in una sede cilindrica del corpo dell'apparecchiatura di miscelazione.
Secondo una forma di realizzazione preferenziale, l'apparecchiatura di miscelazione à ̈ del tipo comprendente un organo di pulizia del condotto di erogazione conformato con una testa a pistone, all’estremità anteriore di uno stelo di diametro comparativamente ridotto, che si estende coassialmente alla bussola di erogazione, ed à ̈ collegato ad un attuatore idraulico di comando.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Queste ed ulteriori caratteristiche del metodo e dell’apparecchiatura secondo la presente invenzione, risulteranno maggiormente dalla descrizione che segue, e dai disegni allegati relativi ad alcune forme di realizzazione preferenziali, in cui:
Fig. 1 à ̈ un particolare ingrandito della camera di miscelazione di un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione di tipo convenzionale, con il cassetto valvolare in posizione avanzata;
Fig. 2 Ã ̈ lo stesso particolare di figura 1 con il cassetto valvolare in posizione arretrata;
Fig. 3 à ̈ un particolare simile a quello di figura 2 per una apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, secondo l’invenzione;
Fig. 4 à ̈ una sezione longitudinale di un altro esempio di attuazione di un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, secondo l’invenzione;
Fig. 5 Ã ̈ una sezione trasversale secondo la linea 5-5 di figura 4;
Fig. 6 Ã ̈ un particolare ingrandito di figura 5;
Fig. 7 à ̈ un particolare ulteriormente ingrandito di figura 6, mostrante la cava con l’iniziale elemento anulare di tenuta;
Fig. 8 à ̈ un particolare simile a quello di figura 7 mostrante l’elemento anulare di tenuta usurato e autorigenerato;
Fig. 9 à ̈ una sezione longitudinale di un ulteriore esempio di attuazione di un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, secondo l’invenzione;
Fig. 10 à ̈ un particolare di una prima variante dell’elemento anulare di tenuta dell’esempio di attuazione illustrato nelle figure da 5 a 8;
Figg. 11-14 mostrano particolari ingranditi di altre forme di attuazione dell’elemento anulare di tenuta dell’esempio illustrato nelle figure da 5 a 8;
Fig. 15 à ̈ una vista parzialmente sezionata della bussola di figura 4, che mostra un’ulteriore forma di realizzazione dell’elemento anulare di tenuta;
Fig. 16 à ̈ un particolare ingrandito di figura 15, prima della formazione dell’elemento anulare di tenuta;
Fig. 17 à ̈ un particolare simile a quello di figura 16, dopo la formazione dell’elemento anulare di tenuta.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE
Le figure 1 e 2 mostrano, a titolo di esempio, il particolare della camera di miscelazione di un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione di tipo convenzionale, appartenente allo stato della tecnica anteriore alla presente invenzione.
In figura 1, con il numero di riferimento 10 à ̈ stato indicato il corpo dell’apparecchiatura di miscelazione, in cui à ̈ stato ricavato un foro definente una camera di miscelazione 11 in cui scorre un cassetto valvolare 13 di controllo dei flussi dei componenti chimici da miscelare, atto anche a svolgere la funzione di organo di pulizia per la camera 11; la camera di miscelazione 11 comunica con un condotto 12 di erogazione per una miscela reattiva, ad esempio una miscela poliuretanica ottenuta a partire da un primo e da almeno un secondo componente polimerico, quale un poliolo o un isocianato, in cui il condotto 12 à ̈ orientato in una direzione ortogonale, trasversalmente alla camera di miscelazione 11.
Su due lati contrapposti della camera di miscelazione 11 sono previste le aperture 14C degli iniettori 14A, 14B per l’alimentazione di rispettivi componenti polimerici A e B atti a formare una miscela reattiva, ad esempio una miscela poliuretanica per la produzione di schiume rigide o flessibili; con 15A e 15B sono state inoltre indicate le aperture di ricircolo dei singoli componenti, in modo di per sé noto.
Internamente alla camera di miscelazione 11 scorre il cassetto valvolare 13, il quale à ̈ operativamente collegato ad un attuatore idraulico di comando, non mostrato. Il cassetto valvolare 13 à ̈ provvisto di due cave longitudinali 16A e 16B aventi una lunghezza pari o superiore alla distanza tra l’asse di ciascun iniettore 14A, 14B e l’asse della rispettiva apertura 15A, 15B per il ricircolo dei singoli componenti polimerici A, B, in condizione chiusa dell’apparecchiatura.
Sempre con riferimento alle figure 1 e 2, il cassetto valvolare 13, alla sua estremità anteriore, presenta un elemento anulare di tenuta 17 per impedire che nella condizione avanzata di figura 1, in cui chiude la camera di miscelazione 11 verso il condotto di erogazione 12, i singoli componenti polimerici A e B possano trafilare verso il condotto di erogazione 12 mentre vengono fatti ricircolare verso le aperture 15A e 15B e verso rispettivi serbatoi di stoccaggio.
Nelle apparecchiature di miscelazione convenzionali, la guarnizione 17, che può essere formata da resina reattiva, normalmente à ̈ alloggiata in una sede ricavata all’estremità anteriore del cassetto valvolare 13; pertanto, ad ogni movimento assiale del cassetto 13, la guarnizione 17, scorrendo lungo la camera di miscelazione 11, passa ripetutamente davanti alle aperture 14C degli ugelli 14A e 14B; conseguentemente la guarnizione 17 sfrega contro gli spigoli di tali aperture 14C, logorandosi o lacerandosi dopo un certo tempo di lavoro, al termine del quale l’apparecchiatura di miscelazione deve essere rimossa e smontata per le necessarie operazioni di manutenzione e di sostituzione delle guarnizioni usurate.
Questo inconveniente viene eliminato mediante il metodo e l’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione secondo la presente invenzione.
Con riferimento alla figura 3, si descriveranno ora le caratteristiche innovative della tenuta autorigenerante secondo l’invenzione, facendo riferimento ad un’apparecchiatura di miscelazione convenzionale; in figura 3 sono stati usati gli stessi numeri di riferimento di figure 1 e 2, per indicare parti simili o equivalenti.
Come si nota confrontando la figura 3 con la figura 2, l’elemento anulare 17 di tenuta per la camera di miscelazione 11, à ̈ stato ora alloggiato in una cava circolare 17’, ricavata sulla superficie interna della stessa camera di miscelazione 11, in una zona di tenuta a valle dei fori 14C di iniezione dei componenti polimerici, in prossimità dell’apertura di uscita 11’, e più propriamente in una zona di tenuta compresa tra detta uscita 11’ e i fori di iniezione 14C. A maggior chiarimento, si precisa che la zona di tenuta della camera di miscelazione 11, in cui viene posizionata la guarnizione di tenuta 17, deve corrispondere sostanzialmente al tratto anteriore cilindrico 13’ del cassetto valvolare 13, compreso tra l’estremità anteriore dello stesso cassetto valvolare e le cave di ricircolo 16A, 16B, nella condizione avanzata dello stesso cassetto valvolare in cui chiude la camera di miscelazione.
Come precedentemente riferito, l’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione può essere di qualsiasi tipo e comunque conformata; una sua forma di realizzazione preferenziale à ̈ rappresentata, a titolo di esempio, nelle figure 4 e 5 dei disegni.
Come mostrato nelle figure suddette, in cui sono stati nuovamente usati gli stessi numeri di riferimento delle figure precedenti per indicare parti simili o equivalenti, l’apparecchiatura di miscelazione comprende nuovamente un corpo 10 in cui à ̈ ricavato un foro cilindrico definente la camera di miscelazione 11 in cui si aprono i fori 14C per gli iniettori 14A, 14B e i fori 15A, 15B di ricircolo dei singoli componenti polimerici A, B.
Anche in questo caso, nella camera di miscelazione 11 scorre un primo organo di pulizia consistente in un cassetto valvolare 13 configurato con cave longitudinali 16A, 16B; il cassetto 13 a sua volta à ̈ operativamente collegato al pistone 20 di un attuatore idraulico 21.
La camera di miscelazione 11 comunica con un condotto di erogazione 12 disposto ortogonalmente alla camera 11, in cui scorre un secondo organo di pulizia costituito, nel caso specifico, da una spina configurata con una corta testa cilindrica anteriore 22, di lunghezza comparativamente ridotta rispetto al condotto 12, avente un diametro di qualche centesimo di millimetro inferiore al diametro interno del condotto 12. La testa 22 dell’organo di pulizia à ̈ fissata ad uno stelo di comando 23 avente un diametro comparativamente minore, a sua volta fissato allo stelo 24 del pistone 25 di un secondo attuatore idraulico 26; l’attuatore idraulico 26 a sua volta à ̈ fissato, in modo rimovibile, al corpo 10 dell’apparecchiatura di miscelazione, mediante un distanziale cavo 27 avente aperture laterali 28.
L’apparecchiatura di miscelazione secondo la presente invenzione si differenzia dalle apparecchiature di miscelazione convenzionali, per la diversa conformazione del condotto di erogazione 12 e della tenuta tra l’organo di pulizia 13 e la camera di miscelazione 11.
Secondo l’esempio di figure 4 e 5 il condotto 12 per l’erogazione della miscela à ̈ formato longitudinalmente in una bussola 30, che si estende ortogonalmente alla camera di miscelazione 11; la bussola 30 à ̈ alloggiata in modo rimovibile in una sede cilindrica del corpo 10, prolungandosi oltre il corpo 10 stesso; la bussola 30, alla sua estremità posteriore, presenta una testa allargata 29 che si inserisce in un’apposita sede del corpo 10, ed à ̈ trattenuta dal distanziale 27 fissato, in modo rimovibile, al corpo 10. Anche la bussola 30 con il condotto di erogazione 12, à ̈ dunque fissata al corpo 10 in modo rimovibile per semplice sfilamento; pertanto, dopo aver rimosso il distanziale 27 con l’attuatore 26, à ̈ possibile rimuovere sia la bussola 30 che il secondo organo di pulizia 22, 23 per le necessarie operazioni di manutenzione, ovvero per sostituirli con una bussola nuova e/o con un nuovo organo di pulizia 22, 23 dello stesso tipo, o di tipo differente.
Dalla figura 4 si nota inoltre che lo stelo 23 di diametro ridotto, si prolunga posteriormente dalla testa 22 lungo il foro del condotto di erogazione 12; pertanto, tra lo stelo 23 e la superficie interna del condotto di erogazione 12, nella condizione avanzata, si viene a formare uno spazio anulare 31, aperto posteriormente verso il distanziale cavo 27, quindi verso l’esterno.
Questa soluzione dell’organo di pulizia 22, 23, in combinazione con la tenuta autorigenerabile della camera di miscelazione 11, consente di migliorare ulteriormente le prestazioni dell’apparecchiatura di miscelazione.
Per ragioni di laminarità del getto di miscela che fuoriesce dal condotto di erogazione 12, e per consentire allo stesso condotto 12 di entrare nelle cavità degli organi da schiumare, conviene che il condotto 12 e la bussola 30 siano i più lunghi possibile. Attualmente si usano condotti 12 aventi una lunghezza pari a 5 o 6 volte il loro diametro; per certe applicazioni occorre che il condotto 12 sia lungo da 10 a 15 volte il suo diametro.
In queste condizioni, se l'organo di pulizia del condotto di erogazione 12 fosse totalmente cilindrico, di diametro costante e di lunghezza considerevole, chiuderebbe a tenuta l'estremità della camera di miscelazione ed il fronte del cassetto valvolare; tuttavia un'eccessiva lunghezza dell'organo di pulizia del condotto di erogazione 12, creerebbe problemi all'apertura, a causa dell'incollamento tra superfici a contatto causato dal polimero reagito, nonché surriscaldamento durante i ripetuti movimenti di reciprocazione.
Per queste ragioni, risulta conveniente usare un organo di pulizia provvisto di una corta testa a pistone 22, come mostrato in figura 4.
Tuttavia con un organo di pulizia dotato di una testa a pistone, le resine che trafilano dal cassetto valvolare in posizione di chiusura vengono spinte verso l'esterno, inquinando il manufatto; oppure le resine che formano i componenti reattivi A, B, penetrando nello spazio anulare 31 del condotto di erogazione 12, verrebbero raschiate verso il distanziale 27 dove si accumulerebbero come residuo colloso, inglobando anche residui di materiale reagito, secco, asportato; in questo modo verrebbe compromesso il buon funzionamento dell'apparecchiatura.
Se l’organo di pulizia del condotto 12 venisse mantenuto nella posizione arretrata di apertura, le resine che trafilano dal cassetto valvolare in posizione di chiusura gocciolerebbero attraverso il condotto di erogazione e quindi sul pezzo in fase di formatura, danneggiandolo.
Per queste ragioni, e per gli scopi della presente invenzione, nella condizione avanzata di chiusura del cassetto valvolare 13 e nel caso in cui il condotto di erogazione 12 sia mantenuto pulito da un elemento scorrevole configurato con diametri diversi, risulta indispensabile assicurare una buona tenuta tra la camera di miscelazione 11 e lo stesso condotto di erogazione 12.
Con riferimento ora alle figure 4-8, si preciseranno in maggior dettaglio le caratteristiche innovative dell’apparecchiatura descritta e del metodo per l’autorigenerazione della tenuta tra il cassetto valvolare 13 e la camera di miscelazione 11.
Dalle varie figure si nota, infatti, che la bussola 30 in una posizione intermedia presenta un foro trasversale 32 assialmente allineato alla camera di miscelazione 11, costituendo, nel caso specifico un prolungamento della stessa camera di miscelazione; il foro trasversale 32 Ã ̈ dunque configurato con una superficie interna cilindrica 33 (figg.7 e 8) in continuazione alla superficie interna cilindrica 11.1 (figg.6 e 7) della camera di miscelazione 11, che risulta aperta verso il condotto di erogazione 12.
Nella superficie interna 33 del foro trasversale 32 della bussola 30, à ̈ stata pertanto ricavata almeno una cava circolare o sede 34 in cui à ̈ alloggiato un elemento anulare 35 per la necessaria tenuta tra la camera di miscelazione 11 e il cassetto valvolare, verso il condotto di erogazione 12, nella condizione totalmente avanzata del cassetto valvolare 13 in cui chiude la camera di miscelazione 11; nel caso mostrato, la cava circolare 34 presenta una sezione trasversale rettangolare, tuttavia sono possibili altre forme della sede di alloggiamento e dell’elemento di tenuta, come più avanti spiegato.
L’elemento anulare di tenuta 35 può essere formato in vari modi; ad esempio può essere inizialmente ottenuto spalmando e riempiendo la cava 34 con una qualsiasi resina sintetica, adatta allo scopo, eventualmente caricata, che successivamente all’applicazione polimerizza; l’eccesso solido viene poi asportato lasciando un leggero rigonfiamento verso l’interno, come mostrato in figura 7. In alternativa, l’elemento anulare di tenuta 35 può essere ottenuto facendo in modo che venga formato dalla stessa miscela reattiva che inizialmente riempie e polimerizza nella cava 34.
Nell’esempio di figura 7, la cava 34 à ̈ “chiusa†verso entrambi i lati della bussola 30, mentre à ̈ “aperta†radialmente verso l’interno del foro trasversale 32; tuttavia, come più avanti mostrato nei restanti esempi, la cava 34 potrebbe essere aperta su uno o entrambi i lati interno ed esterno della bussola 30; in questo caso l’elemento di tenuta 35 sigillerebbe anche la zona di contatto 30.1 costituita dall’interfaccia tra la bussola 30 e il corpo 10 dell’apparecchiatura di miscelazione; tuttavia à ̈ necessario formare l’elemento anulare di tenuta con protuberanze o con nervature circolari continue e/o discontinue, che si impegnano in corrispondenti sedi del foro trasversale della bussola 30, per trattenere l’elemento di tenuta stesso, ovvero per impedire alla resina un possibile scorrimento assiale, trascinata dal cassetto valvolare.
Secondo l’esempio in considerazione, l’avere formato l’iniziale elemento anulare di tenuta 35 in un cava o sede di alloggiamento 34 interna al foro trasversale 32 della bussola 30, in sostituzione dell’usuale elemento anulare di tenuta normalmente previsto sul cassetto valvolare 13, consente numerosi vantaggi, sia dal punto di vista costruttivo, che funzionale.
Dal punto di vista costruttivo à ̈ evidente che, essendo la bussola 30 un pezzo separato ed estraibile dal corpo 10 dell’apparecchiatura, risulta più agevole operare per formare inizialmente l’elemento anulare di tenuta 35, prima di assemblare l’apparecchiatura di miscelazione. Tale operazione può anche essere fatta successivamente, sfilando in modo estremamente facile la bussola 30 quando risulta necessario, durante un’operazione di manutenzione, ovvero quando si deve sostituire una bussola di un tipo, con altra di tipo diverso, oppure per sostituirla quando la bussola risulta usurata.
La disposizione dell’elemento anulare di tenuta 35 nella cava 34 del foro trasversale 32 della bussola 30, o più in generale in prossimità dell’apertura di uscita della camera di miscelazione 11, consegue anche certi vantaggi funzionali.
Ciò può essere spiegato maggiormente con riferimento alle figure 7 e 8; la figura 7 mostra l’originario elemento anulare di tenuta 35, integro e privo di parti usurate o lacerate. Tuttavia il cassetto valvolare 13, nel reciprocare ripetutamente ad ogni apertura e chiusura dell’apparecchiatura di miscelazione, col tempo tende ad usurare, o a lacerare, l’elemento di tenuta 35 asportando parte della resina originaria, come mostrato in figura 8; in questo modo la tenuta risulterebbe compromessa.
Tuttavia, secondo la presente invenzione, l’aver posizionato l’elemento anulare di tenuta 35 non più sul cassetto valvolare 13 della camera di miscelazione 11, bensì nel foro trasversale 32 della bussola 30 del condotto di erogazione, o più in generale in una sede interna alla stessa camera di miscelazione 11, come precedentemente riferito, consente un’autorigenerazione della tenuta mediante la stessa miscela reattiva erogata; infatti, ad ogni erogazione, la miscela reattiva che dalla camera di miscelazione 11 fluisce nel condotto di erogazione 12, riempie e polimerizza nelle cavità, o nelle parti usurate, o nelle lacerazioni che si sono formate, o che nel tempo si formano nell’elemento di tenuta 35; ciò à ̈ stato chiaramente evidenziato con il riferimento numerico 36 in figura 8. La rigenerazione dell’organo di tenuta 35 può avvenire continuamente, ad ogni erogazione, allungando in questo modo la vita utile di lavoro dell’apparecchiatura di miscelazione.
La figura 9 mostra una seconda forma di realizzazione di un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione provvista di una tenuta autorigenerabile secondo la presente invenzione; l’apparecchiatura di miscelazione di figura 9 differisce dall’apparecchiatura illustrata nelle figure da 4 a 8 per il fatto che ora il condotto 12 per l’erogazione della miscela à ̈ formato in una bussola esterna 30’, assialmente allineata ad un foro cilindrico 12A, dello stesso diametro, praticato direttamente nel corpo 10 dell’apparecchiatura di miscelazione, ortogonalmente alla camera di miscelazione 11; altre soluzioni sono tuttavia possibili per quanto concerne le caratteristiche dell’apparecchiatura di miscelazione, ferma restando l’adozione di una tenuta autorigenerabile 35 secondo la presente invenzione.
In particolare la figura 9, in modo simile a quanto illustrato in figura 3, mostra un elemento anulare di tenuta 35 realizzato in una cava 37 praticata sulla superficie interna della camera di miscelazione 11, in corrispondenza dell’estremità di uscita 39 che comunica con il condotto di erogazione 12, 12A. L’elemento anulare di tenuta 35 svolge la stessa funzione dell’elemento anulare di tenuta 35 dell’esempio di figure 4-8 ed à ̈ realizzato in modo del tutto analogo a quest’ultimo, cioà ̈ spalmando e riempiendo la cava 34 con una resina sintetica, ovvero consentendo alla stessa miscela reattiva inizialmente erogata, di riempire la cava 34, lasciandola successivamente polimerizzare.
Anche questo secondo esempio di attuazione dell’invenzione presenta il vantaggio che l’elemento anulare di tenuta 35, analogamente all’elemento anulare di tenuta precedentemente descritto, durante l’uso viene autorigenerato mediante la stessa miscela reattiva erogata dall’apparecchiatura.
Le figure da 10 a 14 mostrano ulteriori varianti ed ulteriori caratteristiche della tenuta autorigenerabile secondo la presente invenzione.
Mentre nel caso di figure 4-8 la cava 34, definente la sede di alloggiamento dell'elemento anulare di tenuta 35, à ̈ chiusa su entrambi i lati, essendo invece aperta radialmente verso l’interno della camera 11, in modo che il contatto di tenuta avvenga tra la superficie interna dell'elemento di tenuta 35 e la superficie cilindrica del cassetto valvolare 13, nel caso di figura 10 il foro trasversale 32 della bussola 30, che costituisce un prolungamento dell'estremità anteriore della camera di miscelazione 11, à ̈ configurato con una cava anulare aperta sia radialmente verso il foro 32 stesso, sia su un lato, verso l’interfaccia 30.1 tra la bussola 30 e il corpo 10; in questo modo si consente all’elemento anulare di tenuta 40 di essere prolungato fino all'interfaccia 30.1 di contatto tra la superficie cilindrica esterna della bussola 30 e la superficie cilindrica interna del foro di alloggiamento praticato nel corpo 10 dell'apparecchiatura. Si ottiene così una duplice tenuta, sia verso il cassetto valvolare 13 della camera di miscelazione 10, sia tra la bussola 30 ed il corpo 10 dell'apparecchiatura, mediante l’elemento anulare di tenuta 40.
La soluzione di figura 11 si differenzia dalla soluzione di figura 10 per la differente forma dell'elemento anulare di tenuta 40 e della cava o sede circolare di alloggiamento 41 praticata nel foro trasversale 32 della bussola 30, consentendo sempre una doppia tenuta come nel caso precedente.
Secondo l’esempio di figura 11 l’elemento anulare di tenuta 40 comprende una prima parte anulare 42, delimitata da superfici cilindriche, avente una sezione trasversale di spessore sostanzialmente costante che si estende fino all’interfaccia 30.1 di contatto tra la bussola 30 e il corpo 10, ed una nervatura anulare 43, di sezione circolare, alloggiata in una corrispondente sede ricavata nella bussola 30 per l’ancoraggio dell’elemento anulare di tenuta 40.
Nuovamente il fatto che la cava e l’elemento anulare di tenuta 40 in essa alloggiato si estendano fino alla zona di contatto tra la bussola 30 e il corpo 10, migliora la tenuta tra la camera di miscelazione 11 e il condotto di erogazione 12, nella condizione totalmente avanzata del cassetto valvolare 13 in cui chiude la camera di miscelazione 11.
La figura 12 illustra un’ulteriore variante; in questo caso l’elemento anulare di tenuta 40 presenta una prima parte 42, sempre delimitata da superfici cilindriche, che si estende fino all’interfaccia 30.1 ed una nervatura anulare 43, avente sezione trasversale triangolare, alloggiata in un’apposita sede per trattenere l’elemento di tenuta 40 in entrambe le direzioni assiali.
La figura 13 illustra un’ulteriore variante dell’elemento anulare di tenuta 40, che presenta sempre una prima parte cilindrica 42 avente sezione trasversale di larghezza sostanzialmente costante, ed una seconda parte 43 sotto forma di una nervatura di sezione triangolare, differente dall’esempio precedente.
La figura 14 mostra un’ulteriore soluzione dell’elemento anulare di tenuta 40, che presenta nuovamente una prima parte cilindrica 42 che si prolunga verso l’interfaccia 30.1, ed una seconda parte cilindrica 43, di maggior diametro, alloggiata in un’apposita sede per ancorare l’elemento anulare di tenuta 40 alla bussola 30, e per impedire nuovamente all’elemento anulare di tenuta 40 di essere trascinato dal cassetto valvolare durante il suo movimento assiale.
Le figure da 15 a 17 mostrano un’ulteriore variante dell’elemento anulare di tenuta 40; la soluzione di figure 15-17 risulta particolarmente idonea nel caso in cui la bussola 30 sia di piccolo diametro, o abbia una parete cilindrica di spessore ridotto; nuovamente nelle figure 15-17 sono stati usati gli stessi numeri di riferimento delle figure precedenti, per indicare parti simili o equivalenti.
In questo caso la sede di alloggiamento dell’elemento anulare di tenuta 40 à ̈ configurato da un foro trasversale della bussola 30, avente un diametro maggiore di quello della camera di miscelazione 11; l’elemento di tenuta 40 si prolunga su entrambi i lati, sia verso il condotto di erogazione 12, sia verso l’interfaccia di contatto tra bussola 30 e corpo 10 dell’apparecchiatura. Nel caso di figure da 15 a 17, come à ̈ mostrato nel particolare di figura 16, per ancorare l’elemento anulare di tenuta 40 alla bussola 30, si praticano in quest’ultima delle incisioni arcuate 45, in cui può penetrare la resina, formando delle corrispondenti protuberanze o dentature di ancoraggio 46 mostrate in figura 17; in tutti i casi, le protuberanze 43 servono a trattenere la resina da un possibile scorrimento assiale, trascinata dal cassetto valvolare 13, rispetto all’esempio di figura 7 in cui la cava à ̈ chiusa su entrambi i lati.
L’estensione angolare, lo spessore e la profondità delle singole incisioni 45, potrà variare in funzione delle singole esigenze e delle dimensioni della bussola 30. Nel caso mostrato, le incisioni 45 hanno una profondità che gradualmente diminuisce dal centro verso le estremità; naturalmente sono possibili altre forme delle incisioni 45, rispetto a quella mostrata.
Secondo l’invenzione, si à ̈ dunque fornito un metodo per formare una tenuta autorigenerabile, in un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione per componenti polimerici chimicamente reattivi, ad esempio per la formazione di miscele poliuretaniche, in cui l’apparecchiatura comprende almeno una camera di miscelazione 11 e un cassetto valvolare 13 reciprocabile assialmente tra una condizione avanzata di chiusura della camera di miscelazione 11, ed una condizione arretrata di apertura in cui la camera di miscelazione 11 comunica con un condotto 12 di erogazione della miscela reattiva, che si estende ortogonalmente alla camera di miscelazione 11, secondo cui si prevede di:
formare almeno una sede circolare 34, 41, nella superficie cilindrica interna della camera di miscelazione 11, o di un suo prolungamento, in corrispondenza dell’uscita verso il condotto di erogazione 12;
formare un elemento anulare di tenuta 17, 35, 40 per la camera di miscelazione 11, spalmando e riempiendo la cava 17’,34, 41 con una resina polimerizzabile, e con la sessa miscela reattiva erogata; e
autorigenerare parti usurate e/o lacerate dell’elemento anulare di tenuta 17, 35, 40 durante il funzionamento dell’apparecchiatura di miscelazione, con la stessa miscela reattiva erogata che viene lasciata polimerizzare nelle parti o cavità usurate e/o lacerate dell’elemento anulare di tenuta 17, 35, 40, ripristinandone in questo modo la continuità.
Sono state fatte delle prove comparative tra un’apparecchiatura di miscelazione convenzionale, provvista di un elemento di tenuta sul cassetto valvolare della camera di miscelazione, ed un’apparecchiatura di miscelazione secondo la presente invenzione; dalle prove svolte si à ̈ constatato che nell’apparecchiatura convenzionale la guarnizione di tenuta si usurava precocemente, per cui risultava necessario intervenire per sostituirla dopo un numero relativamente ridotto di erogazioni, mediamente dopo 50.000 erogazioni. Diversamente, posizionando l’elemento anulare di tenuta 35, 40 in una cava ricavata internamente alla camera di miscelazione o in un suo prolungamento, secondo gli esempio precedentemente illustrati, la vita utile di lavoro dell’apparecchiatura di miscelazione si à ̈ notevolmente allungata; in questo caso si à ̈ constatato che dopo 400.000 erogazioni non si à ̈ reso necessario intervenire per ricostruire nuovamente l’elemento di tenuta 35, 40, con un incremento della vita utile della tenuta e una conseguente aumento della produttività.
Da quanto detto e mostrato nell’esempio dei disegni allegati, risulta dunque evidente che si à ̈ fornito un metodo ed un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione per componenti polimerici chimicamente reattivi, ad esempio per la produzione di schiume poliuretaniche sia flessibili, che rigide, caratterizzati da una te nuta tra camera di miscelazione e condotto di erogazione, che continuamente si autorigenera con la stessa miscela reattiva erogata durante il normale funzionamento dell’apparecchiatura. Si intende pertanto che altre modifiche o varianti potranno essere apportate sia al metodo che all’apparecchiatura, o sue parti, senza con ciò fuoriuscire dall’ambito delle rivendicazioni.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per formare una tenuta autorigenerante per una camera di miscelazione (11) di un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione (10), in cui un primo (A) ed almeno un secondo (B) componente polimerico vengono alimentati nella camera di miscelazione (11) attraverso fori di iniezione (14C), per formare una miscela chimicamente reattiva erogata dall’apparecchiatura di miscelazione; in cui un cassetto valvolare (13) à ̈ reciprocabile nella camera di miscelazione (11) tra una posizione arretrata di apertura, ed una posizione avanzata di chiusura della camera di miscelazione (11), ed in cui, nella posizione avanzata del cassetto valvolare (13) i fori (14C) di iniezione dei componenti polimerici (A, B) comunicano con rispettive aperture di ricircolo (15) mediante cave longitudinali (16A, 16B) del cassetto valvolare (13), caratterizzato dal fatto di: formare un elemento anulare di tenuta (17, 35, 40) mediante una resina polimerizzabile in una sede circolare di alloggiamento (17’; 34, 41) su una superficie interna della camera di miscelazione (11), in una zona di tenuta a valle dei fori di iniezione (14C); e rigenerare automaticamente parti usurate e/o lacerate (36) dell’elemento anulare di tenuta (17, 35, 40), con la stessa miscela reattiva, che polimerizza durante il funzionamento dell’apparecchiatura.
  2. 2. Il metodo per formare una tenuta autorigenerante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di formare inizialmente detto elemento anulare di tenuta (35; 40) riempiendo la sede di alloggiamento (17’,34, 41), mediante la stessa miscela polimerica.
  3. 3. Il metodo per formare una tenuta autorigenerante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di formare l’elemento anulare di tenuta (17, 35, 40) per spalmatura di una resina sintetica, eventualmente caricata.
  4. 4. Il metodo per formare una tenuta autorigenerante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di formare la sede circolare (, 34; 41) di alloggiamento dell’elemento anulare di tenuta ( 35; 40), internamente ad un foro trasversale (32) di una bussola (30) configurata con un condotto di erogazione (12), il foro trasversale (32) della bussola (30) essendo allineato e costituendo un prolungamento della camera di miscelazione (11).
  5. 5. Il metodo per formare una tenuta autorigenerante secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto di formare una sede circolare (34; 41) di alloggiamento dell’elemento anulare di tenuta (35; 40) aperta su almeno un lato, detta sede circolare (34; 41) estendendosi verso il condotto (12) di erogazione e/o verso un’interfaccia (30.1) di contatto della bussola (30) con un corpo (10) dell’apparecchiatura di miscelazione.
  6. 6. Il metodo per formare una tenuta autorigenerante secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto di dotare la sede circolare (34, 41) di alloggiamento dell’elemento anulare di tenuta (35, 40), di una cavità circolare o di cavità circonferenziali, e di configurare l’elemento anulare di tenuta (35, 40) con nervature di ancoraggio atte a penetrare nella cavità circolare o nelle cavità circonferenziali di detta sede circolare di alloggiamento (34, 41) dell’elemento anulare di tenuta (35, 40).
  7. 7. Un’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione adatta per formare una tenuta autorigenerante mediante il metodo secondo una o più rivendicazioni da 1 a 5, in cui l’apparecchiatura di miscelazione comprende un corpo (10) configurato con: almeno una camera di miscelazione (11) avente un’uscita (11’) che comunica con un condotto (12) di erogazione della miscela reattiva, orientato trasversalmente alla camera di miscelazione (11); un primo organo di pulizia consistente in una cassetto valvolare (13) reciprocabile nella camera di miscelazione; un secondo organo di pulizia (22, 23) reciprocabile nel condotto di erogazione (12); e almeno un elemento anulare di tenuta (17, 35, 40) tra il cassetto valvolare (13) e la camera di miscelazione (11), caratterizzata dal fatto che l’elemento anulare di tenuta (17, 35, 40) à ̈ alloggiato in una sede circolare (17’, 34, 41) formata nella superficie interna della camera di miscelazione (11), in una zona di tenuta compresa tra i fori (14C) di iniezione dei componenti polimerici e l’uscita della camera di miscelazione (11).
  8. 8. L’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che il condotto di erogazione (12) consiste in una bussola (30) comprendente un foro trasversale (32) assialmente allineato alla camera di miscelazione (11), in cui detta sede circolare (17’, 34; 41) di alloggiamento dell’elemento anulare di tenuta (17, 35; 40) à ̈ praticata su una superficie interna di detto foro trasversale (32) della bussola (38).
  9. 9. L’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione secondo le rivendicazioni 7 e 8, caratterizzata dal fatto che detta sede circolare (41) e detto elemento anulare di tenuta (17, 35, 40) si estendono fino all’interfaccia (30.1) di contatto tra detta bussola (30) e il corpo (10) dell’apparecchiatura di miscelazione.
  10. 10. L’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione secondo la rivendicazione 7, in cui l’elemento anulare di tenuta (17, 35, 40) presenta una nervatura circolare (43) di ancoraggio, avente una sezione trasversale scelta tra le seguenti: circolare, semicircolare, triangolare, rettangolare o loro combinazione.
  11. 11. L’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione secondo la rivendicazione 8, oppure 9, caratterizzata dal fatto che la bussola (30) à ̈ alloggiata in modo rimovibile e si protende dal corpo (10) dell’apparecchiatura di miscelazione.
  12. 12. L’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 11, caratterizzata dal fatto che l’organo di pulizia per il condotto di erogazione (12), comprende una testa cilindrica (22) all’estremità anteriore di uno stelo (23) di diametro comparativamente ridotto, collegato ad un attuatore idraulico (25).
  13. 13. L’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che l’elemento anulare di tenuta (40) presenta nervature di ancoraggio (46) che penetrano in corrispondenti cavità (45) della sede circolare (41) di alloggiamento dell’elemento anulare di tenuta (40).
  14. 14. L’apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione secondo la rivendicazione 13, caratterizzata dal fatto che dette nervature di ancoraggio (46) consistono in dentature dell’elemento anulare di tenuta (40) che penetrano in corrispondenti incisioni (45) nel foro trasversale della bussola (30).
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