ITPN990100A1 - Impianto perfezionato per il riscaldamento ad infrarossi di preforme in plastica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Il presente brevetto riguarda un forno di riscaldamento e di condizionamento perfezionato di articoli singoli disposti allineati ed in moto sostanzialmente continuo entro il forno.-In particolare il brevetto si applica in modo preferenziale nelle macchine di stampaggio contemporaneo di una pluralità' di articoli plastici, cosiddetti "preforme", destinati ad essere soffiati per essere trasformati in opportuni contenitori finali, specialmente bottiglie in plastica.

Dette macchine di stampaggio finale o di soffiaggio di dette preforme vengono normalmente definite "macchine monostadio", poiché' esse sono atte a realizzare il completo processo di trasformazione del materiale plastico, caricato in forma granulare, nel prodotto finito cioè’ nei contenitori finali.-Tuttavia, agli effetti del presente brevetto, possono essere onsiderate macchine mono-stadio anche quelle macchine che solo trasformano delle preforme, già' precedentemente realizzate, in contenitori finali, poiché' il procedimento di soffiaggio di detti contenitori deve essere preceduto da una fase di condizionamento in temperatura delle preforme che e' esattamente l'oggetto del presente brevetto.

La descrizione e distinzione tra macchine mono-stadio e macchine bistadio e' ben nota a tutti gli esperti del settore e pertanto non verrà' ricordata.-Per comodità del lettore si rimanda alla domanda di brevetto PCT/EP98/08380 ed al brevetto EP 0 768 165 della medesima depositante.-E' noto che prima del procedimento di soffiaggio vero e proprio, le preforme vengono riscaldate ad una temperatura ottimale e pre-definita per il soffiaggio, mediante dei forni specifici che utilizzano lampade ad infra-rossi.

Il collo delle preforme deve restare freddo, ad una temperatura inferiore alla temperatura di transizione vetrosa in modo che le successive operazioni di soffiaggio non lo deformino.-E' anche noto che il riscaldamento del corpo delle preforme e conseguito per effetto combinato:

- della radiazione infrarossa che penetra nello spessore del corpo della preforma (convezione)

del contatto con l'aria ambiente riscaldata dell'interno del forno (conduzione)

- della diffusione del calore per conduzione interna nella perete della preforma (stabilizzazione/inversione termica).-E' esigenza comune di dover ventilare l'interno del forno e la superficie esterna delle preforme che vi si trovano con un flusso di aria a temperatura prefissata, relativamente bassa, di modo che il materiale disposto sulla superficie esterna della preforma non sia portata ad una temperatura troppo elevata, che la farebbe cristallizzare, aspettando che il materiale disposto all'interno della preforma arrivi alla temperatura di soffiaggio.-Questa ventilazione permette di mantenere la temperatura ambiente del forno ad un livello desiderabile, eliminando il calore eccessivo dovuto ai raggi infrarossi non catturati dalle preformee di moderare la temperatura della "pelle" della preforma.-Tale livello desiderabile della temperatura interna del forno e' quella che consente di ottimizzare il rendimento energetico del forno; e' ben noto che questo e' funzione dello spessore delle preforme.-La portata della ventilazione dev'essere sufficiente per assolvere a questa funzione, ed e' desiderabile che sia ben ripartita nel forno in modo che tutta la superficie della parete della preforma, che dev'essere riscaldata, venga trattata in modo omogeneo.

Bisogna anche evitare che l’aria, riscaldata dal suo passaggio nel forno> lambisca il collo della preforma, con il rischio di aumentare la temperatura di questa zona della preforma, che deve invece restare quanto piu’ fredda possibile .-Il problema di un equilibrato riscaldamento delle preforme, senza interessare il collo, e stato oggetto di vari studi e soluzioni proposte, come documentato da numerosi brevetti prioritari, tra cui si citano i seguenti:

US 5,256,341 a nome SIDEL; secondo tale documento il riscaldamento delle preforme viene realizzato sia in forma diretta che indiretta, utilizzando le proprietà<1 >riflettenti di un nucleo che viene posto all<1 >interno di ogni singola preforma durante il condizionamento in temperatura.

Tale soluzione presenta alcuni vantaggi sul piano del rendimento energetico, ma implica notevoli complicazioni costruttive ed operative per la necessita’ di manovrare sincronicernente detti nuclei; inoltre non e’ efficacemente garantita l'esigenza diproteggere dal riscaldamento il collo delle preforme.-

- US 4 , 923 , 395 a nome HUSKY INJECTION MOLDING SYSTEMS LTD . prevede di realizzare un riscaldamento mirato della preforma mediante un posizionamento variabile della batteria di elementi riscaldanti, in modo da generare un flusso di radiazione ad infrarossi esattamente corrispondente alle esigenze richieste per ogni particolare tipo di preforma (spessore, materiale, dimensioni esterne etc..).-Tale soluzione tuttavia sul piano pratico si presenta difficilmente realizzabile a causa delle elevate controindicazioni di ordine construttivo ed operativo, anche per non irradiare i colli delle preforme, e degli elevati oneri conseguenti.-

US 5,066,222, a nome BEKUM MACHINENFABRIK GMBH, insegna invece a distanziare le preforme durante il loro percorso nel forno lungo le lampade di riscaldamento, e a proteggere i colli delle preforme con delle guaine termiche amovibili dopo il condizionamento in temperatura -Tuttavia anche questa soluzione presenta analogie con la soluzione precedente e quindi mantiene e conferma precise controindicazioni costruttive ed operative, e conseguenti significative oneri economici.-

US 4,606,723 a nome SIDEL.

Tale soluzione presenta i seguenti inconvenienti tecnici:

a) innanzitutto il flusso di aria di raffreddamento lambisce solo marginalmente le lampade per raffreddarle, e quindi e' necessario aumentare la portata del flusso, provocando pero il problema di generare un eccessivo raffreddamento delle preforme non esposte alla radiazione di riscaldamento ;

b) in secondo luogo il fondo della preforma, cioè' la parte chiusa opposta al collo, non e' adeguatamente irradiata dalla lampada superiore, e quindi subisce un riscaldamento incerto ed in genere insufficiente; se si volesse aumentare il numero di queste lampade, essere darebbero luogo ad altri problemi poiché' sarebbero maggiormente esposte al flusso dell'aria di raffreddamento e quindi presenterebbero caratteristiche radianti diverse.-c) data l'asimmetria della costruzione del forno e della circolazione del flusso dell'aria, la preforma, venendo lambita dall'aria in senso longitudinale dall'alto in basso e non trasversale, verrebbe condizionata in modo disomogeneo e quindi non corretto.-d) infine nella soluzione descritta non vi e' alcuna possibilità' di raffreddare gli zoccoli delle resistenze con il medesimo flusso di raffreddamento del corpo della preforma; poiché invece detti zoccoli devono essere raffredati in modo energico, e' necessario disporre un sistema di raffreddamento apposito, con conseguenti aumenti nella complessità' dell'impianto e di oneri economici.

- US 5,322,651 a nome SIDEL SA, insegna a riscaldare in modo controllato una pluralità' di preforme raffreddate con un flusso d'aria la cui temperartura e' controllata, poiché' e' il risultato della miscelazione dell'aria di scarico del forno con aria fresca esterna, in modo da ottenere aria di raffreddamento sempre alla temperatura desiderata.

Tale soluzione pero' si riferisce, per quanto riguarda altri aspetti tecnici e funzionali, sostanzialmente alla medesima architettura e funzionalità' illustrata nel brevetto appena sopra citato, e quindi inevitabilmente ne ripete gli stessi inconvenienti illustrati al punto precedente.-

Inoltre e' anche opportuno fare una considerazione molto semplice sebbene importante: per ottenere un flusso di aria di raffreddamento abbastanza costante, e necessario che il relativo condotto presenti una sezione quanto piu' larga possibile;

Invece per conseguire una soddisfacente riflessione della radiazione a raggi infrarossi da parte delle pareti del medesimo condotto verso le preforme in esso contenute e' necessario che il medesimo condotto presenti, almeno nella zona vicina alle preforme, una sezione molto stretta.-Vi e' dunque un evidente contrasto tra dette opposte esigenze che non e' stato risolto in modo soddisfacente nella tecnica nota.

Conformemente a quanto premesso, e' dunque scopo della invenzione di realizzare un tipo di forno di condizionamento privo degli inconvenienti descritti, che sia affidabile, di facile realizzazione con le attuali tecniche e materiali, e che risolva con un soddisfacente compromesso le opposte esigenze della costanza del flusso d'aria e di efficienza di riflessione dalle pareti interne del condotto.-Tale scopo, con altre caratteristiche dell'invenzione, e' conseguito mediante un forno realizzato e funzionante secondo le rivendicazioni che seguono.-L'invenzione può' concretizzarsi secondo una forma di realizzazione preferenziale e non limitativa qui descritta in dettaglio ed illustrata a solo scopo esemplificativo e non limitativo, con riferimento all'unico disegno allegato che mostra una sezione verticale di una porzione di forno secondo l'invenzione, illustrata in modo simbolico.-

Un forno di riscaldamento e condizionamento secondo l 'invenzione comprende:

un condotto 1 in cui viene soffiata l'aria di raffreddamento ed in cui vengono fatte transitare le preforme 5, in senso sostanzialmente trasversale al flusso 6 di detta aria di raffreddamento, detto condotto essendo anche dotato di:

- una presa d'aspirazione 2 di detta aria di raffreddamento, - una bocca di scarico 3 di detta aria,

- una batteria di lampade di riscaldamento 4,

- una parete riflettente 7, posta a valle di dette lampade, - una griglia anteriore 8 dotata di aperture 81 di passaggio di detto flusso di aria verso e contro dette preforme.

un ventilatore 22 atto ad aspirare aria fresca da detta presa di aspirazione e a soffiarla entro detto condotto, in direzione di dette preforme e di detta griglia anteriore 8.-Secondo una forma preferita di realizzazione dell'invenzione, la griglia anteriore 8, la batteria di lampade 4, la parete riflettente 7 sono disposte, ciascuna, su un rispettivo piano, e detti piani sono tutti sostanzialmente paralleli al piano in cui vengono fatte transitare dette preferme all'interno di detto condotto e trasversalmente a questo.-In particolare, per un piu' equilibrato riscaldamento delle preforme, si richiede che almeno il piano di scorrimento delle preforme ed il piano delle lampade siano paralleli .

La parete riflettente 7 deve inoltre presentare una pluralità' di aperture 10, e le lampade di riscaldamento 4 devono essere separate da opportuni intervalli 40 ciò' che vantaggiosamente favorisce il passaggio dell'aria di raffreddamento; dopo aver lambito dette lampade 4, detto flusso d'aria, proseguendo la sua corsa verso la bocca di scarico 3, raggiunge detta parete riflettente 7 e, filtrando attraverso dette aperture 10, la supera e se ne allontana in direzione della bocca di scarico 3.-L'invenzione offre numerose possibilità' di prefezionamenti; la prima riguarda il raffreddamento del collo della preforma; poiché', come detto, questo non deve essere riscaldato, e quindi per evitare tale possibilità' e' opportuno che le preforme siano disposte e orientate con il collo in basso, e quindi ovviamente con il fondo del corpo della preforma in alto.-Tuttavia, per evitare che anche una modesta radiazione ad infrarossi, riflessa da detta griglia anteriore 8, interessi e quindi riscaldi i colli di dette preforma, e' stato trovato vantaggioso disporre un setto separatore 13, preferibilmente orizzontale, detto setto 13 essendo dimensionato e posizionato in modo da intercettare e bloccare le radiazioni riflesse da detta griglia 8 e dirette verso il basso, cioè' verso la zona dei colli delle preforme .

A maggior ragione, viene vantaggiosamente disposto nella zona posteriore alle preforme e ad un'altezza corrispondente alla baga delle preforme, un secondo setto 14 disposto in modo da intercettare la radiazione ad infrarossi emessa direttamente da dette lampade e diretta verso i colli delle preforme .

In ogni caso, essendo desiderabile che il collo delle preforme rimanga il piu freddo possibile, e' vantaggioso che detto condotto possa contenere in tutta la sua altezza dette preforme, e che siano disposti mezzi 15 atti a deviare una parte 25 del flusso d'aria di raffreddamento direttamente contro e oltre detti colli, detta aria non essendo interessata in alcun modo dal riscaldamento prodotto da dette lampade.

Inoltre lo stesso flusso di aria di raffreddamento che investe il corpo delle preforme e che quindi passa attraverso le lampade, e' utilizzabile per raffreddare anche gli zoccoli, non mostrati, di queste senza bisogno di attivare un flusso di aria specifico e differente, come nello stato della tecnica nota.-Per assicurare inoltre che anche la zona di fondo 16 della preforma venga adeguatamente riscaldata, e' risultato vantaggioso disporre, tra la parete interna del condotto che si affaccia su dette zone di fondo delle preforme in transito e dette medesime zone di fondo, una ulteriore parete riflettente 17 atta a riflettere la radiazione ad infrarossi emessa da dette lampade 4 in modo che la radiazione riflessa da detta parete 17 investa dette zone di fondo (16) delle preforme in transito.-Inoltre, per consentire che il flusso di aria di raffreddamento sia regolabile in portata ed anche nella sua distribuzione verso dette preforme, detto condotto e' dotato in corrispondenza del perimetro di impegno di detta griglia 8 di opportune scanalature a serranda 18, in modo che detta griglia sia facilmente intercambiabile con altre di caratteristiche diverse ma egualmente impegnabili entro dette scanalature 18.-Nel funzionamento, le preforme vengono continuamente e regolarmente fatte ruotare attorno al rispettivo asse; ciò' consente che porzioni successive del loro corpo venga irraggiato direttamente dalle lampade, che le riscaldano, e che altre porzioni, opposte, vengano raffreddate, consentendo al calore di trasmettersi all'interno dello spessore della parete, cosi' da raggiungere in modo equilibrato e progressivo una temperatura

uniforme in tutto il corpo delle preforme, incluso il rispettivo fondo, senza mai superare delle temperature eccessive, grazie al raffreddamento operato da detto flusso continuo di aria.-Sara chiaro all'esperto del settore i diversi vantaggi offerti dall'invenzione e dai suoi perfezionamenti: - lasciando scorrere l'aria attraverso le lampade, si ottiene la possibilità' di utilizzare la parete completamente riflettente 17 sopra i fondi delle preforme pur conservando passaggi sufficienti per la ventilazione, e utilizzando al meglio la radiazione emessa dalle lampade, si può' definire un flusso di aria di raffreddamento che interessa esclusivamente i colli delle preforme, senza che questo venga minimamente interessato dal riscaldamento delle lampade e quindi senza che a sua volta possa riscaldare i colli,

- il flusso di aria di raffreddamento e' ortogonale al piano di trasferimento delle preforme, cioè che garantisce una grande uniformità di raffreddamento; inoltre anche il piano delle lampade e' parallelo al piano delle preforme, e dette due circostanze insieme garantiscono la massima uniformità' nel condizionamento delle preforme.-- il flusso di aria di raffreddamento entra nel condotto dal lato opposto alle lampade, e passa entro queste solo verso la bocca di uscita; si ottiene cosi' un forno piu' fresco rispetto ai forni tradizionali, ed un migliore raffreddamento delle preforme, cioè' che favorisce un piu' rapido processo di condizionamento,

- mediante la regolazione delle aperture della griglia 8 si può' regolare la portata dell'aria di raffreddamento delle preforme, in funzione di varie esigenze di prodotto e di processo, senza coinvolgere e compromettere il flusso dell'aria di raffreddamento dei colli delle preforme, che viene orientata verso questi senza che possa dipendere o possa essere modificata dalla posizione, e dalle caratteristiche delle aperture su detta griglia.

- infine la circostanza che la presa di aspirazione 2 sia orientata verso l'alto favorisce l 'immissione di aria fresca, che tende spontaneamente a scendere, e la circostanza che la bocca di scarico 3 sia ancora orientata verso l'alto favorisce l'espulsione dell'aria calda, per il ben noto "effetto camino".-Tali circostanze, combinate tra loro, favoriscono la circolazione naturale dell'aria di raffreddamento che, sommandosi alla circolazione forzata dal ventilatore 22, ne rafforzano gli effetti.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1) Forno ad infrarossi, atto al riscaldamento di una pluralità' di preforme (5) e comprendente: - un condotto (1) in cui dette preforme sono fatte transitare in successione ordinata, - un flusso di aria esterna (6) che viene fatta percorrere in modo forzato detto condotto, da una bocca di aspirazione (2) ad una bocca di scarico (3), mediante un mezzo di ventilazione (22), - una pluralità' di lampade ad infrarossi (4) atte ad irraggiare dette preforme che si trovano in detto condotto, caratterizzato dal fatto che una superficie riflettente (7) e' disposta a valle di dette lampade (4), detta superficie essendo totata di una molteplicità di aperture (10) atte a farvi scorrere, in modo sostanziale, detto flusso di aria esterna (6) .- 2} Forno secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette preforme presentano il rispettivo asse orientato in modo sostanzialmente perpendicolare alla direzione di detto flusso (6) di aria esterna.- 3) Forno secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che dette lampade ad infrarossi (4) sono disposte sostanzialmente a valle di dette preforme con riguardo alla direzione di scorrimento di detto flusso di aria esterna.- 4) Forno secondo la riv. 2, caratterizzata dal fatto che dette lampade ad infrarossi sono separate da opportuni intervalli (40) in cui e' atto a scorrere detto flusso di aria esterna, e che questo scorre prima attraverso gli intervalli di separazione di dette preforme, e successivamente in detti intervalli tra dette lampade ad infrarossi .- 5) Forno secondo la riv. 4, caratterizzata dal fatto che una griglia riflettente, (8) dotata di aperture (81) atte a far scorrere almeno parzialmente detto flusso di aria esterna (6), e' disposta a monte di dette preforme (5).- 6) Forno secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che sono disposti, sul bordo interno di detto condotto (1), opportuni mezzi, preferibilmente scanalature a serranda ( ), atte ad alloggiare selettivamente una pluralità' di dette griglie (8) aventi differenti caratteristiche riguardo il passaggio di detto flusso di aria. 7) Porno secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che sono disposti mezzi di separazione (13), pref erimente setti orizzontali isolanti, atti a proteggere i colli di rispettive preforme dalla radiazione riflessa da detta griglia (8).- 8) Forno secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che sono disposti ulteriori mezzi (14) di intercettazione della radiazione ad infrarossi emessa direttamente da dette lampade (4), detti mezzi essendo disposti tra dette lampade e la zona dei colli di rispettive preforme.- 9) Forno secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che sono disposti mezzi (15) atti a deviare almeno parzialmente detto flusso di aria esterna (6) e a dirigerlo verso i colli di rispettive preforme 10) Forno secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette preforme sono disposte, durante il transito in detto condotto, con il rispettivo fondo (16) rivolto verso l'alto, e che sono disposte, internamente a detto condotto, opportune superfici riflettenti (17) atte a riflettere la radiazione ad infrarossi emessa da dette lampade (4) verso detti fondi delle rispettive preforme.- 11) Forno secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta superficie riflettente (7) e detta griglia anteriore (8) sono disposte su rispettivi piani, i quali sono paralleli al piano di transito di dette preforme.- 12) Forno secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il flusso (6) di detta aria di raffreddamento, che investe e raffredda dette lampade (4), e' atto a raffreddare, almeno con una sua 65 porzione, anche gli zoccoli di supporto e di alimentazione di dette medesime lampade.- 13) Forno secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta bocca di aspirazione (2) e detta bocca di scarico (3) sono rivolte sostanzialmente verso l'alto.