ITUB20155969A1

ITUB20155969A1 - HEATED EXTRUDER FOR PLASTIC MATERIALS

Info

Publication number: ITUB20155969A1
Application number: ITUB2015A005969A
Authority: IT
Inventors: Fernando Bressan; Giancarlo Pegoraro
Original assignee: Fernando Bressan; Giancarlo Pegoraro
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-05-27

Description

ESTRUSORE RISCALDATO PER MATERIE PLASTICHE HEATED EXTRUDER FOR PLASTIC MATERIALS

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione ha per oggetto un estrusore riscaldato per materie plastiche. The present invention relates to a heated extruder for plastics.

Come è noto, gli estrusori per materie plastiche sono dei dispositivi che comprendono un cilindro di contenimento cavo, al cui interno è disposta una vite di estrusione (coclea) che è messa in rotazione da un motore 18 elettrico. Il cilindro di contenimento è aperto ad entrambe le estremità: una prima estremità costituisce la bocca di uscita per il materiale estruso, mentre attraverso l’altra estremità è inserita la vite di estrusione collegata al motore 18. La sezione di ingresso del materiale da estrudere è generalmente ricavata nella parete laterale del cilindro di contenimento. Il materiale da estrudere viene generalmente alimentato all’estrusore in forma solida, in granuli, e nel corso del processo viene rammollito, mescolato, omogeneizzato ed infine estruso. As is known, extruders for plastics are devices which comprise a hollow containment cylinder, inside which an extrusion screw (auger) is arranged which is rotated by an electric motor 18. The containment cylinder is open at both ends: a first end constitutes the outlet for the extruded material, while the extrusion screw connected to the motor 18 is inserted through the other end. The inlet section of the material to be extruded is generally obtained in the side wall of the containment cylinder. The material to be extruded is generally fed to the extruder in solid form, in granules, and during the process it is softened, mixed, homogenized and finally extruded.

Per garantire il corretto funzionamento dell’estrusore è inoltre noto che lo stesso comprenda dei mezzi di riscaldamento che vengono utilizzati sia, in misura maggiore, in fase di avvio dell’estrusore per portarlo alla temperatura di lavoro, sia, in misura minore, durante l’estrusione continua (in misura minore in quanto durante l’estrusione buona parte dell’energia termica necessaria è generata per attrito tra il materiale e l’estrusore ed è quindi fornita direttamente dal motore 18 elettrico che aziona la vite di estrusione). To ensure the correct operation of the extruder, it is also known that it comprises heating means which are used both, to a greater extent, during the start-up phase of the extruder to bring it to the working temperature, and, to a lesser extent, during the continuous extrusion (to a lesser extent since during the extrusion most of the necessary thermal energy is generated by friction between the material and the extruder and is therefore supplied directly by the electric motor 18 which drives the extrusion screw).

In accordo con le soluzioni realizzative comunemente adottate, i mezzi di riscaldamento sono costituiti da resistenze elettriche applicate al cilindro di contenimento. In accordance with the commonly adopted embodiments, the heating means consist of electrical resistances applied to the containment cylinder.

Sebbene le soluzioni realizzative oggi note permettano di realizzare il processo di estrusione, esse non sono certo esenti da inconvenienti. Although the embodiments known today allow to carry out the extrusion process, they are certainly not free from drawbacks.

In particolare, gli inconvenienti principali sono costituiti da un rendimento energetico relativamente basso, da tempi di riscaldamento iniziale (prima di poter avviare l’estrusione) relativamente alti e da conseguenti elevati consumi energetici in fase di avvio. Indicativamente, infatti, un estrusore lungo circa 2 m e con un diametro del cilindro di contenimento di circa 15 cm può richiedere un tempo di avvio di circa un’ora. In particular, the main drawbacks are a relatively low energy efficiency, relatively high initial heating times (before being able to start the extrusion) and consequent high energy consumption in the start-up phase. As an indication, in fact, an extruder about 2 m long and with a containment cylinder diameter of about 15 cm may require a start-up time of about an hour.

In questo contesto il compito tecnico alla base della presente invenzione è realizzare un estrusore riscaldato per materie plastiche che ponga rimedio agli inconvenienti citati. In this context, the technical task underlying the present invention is to provide a heated extruder for plastic materials which remedies the aforementioned drawbacks.

È in particolare compito tecnico della presente invenzione realizzare un estrusore riscaldato per materie plastiche che abbia un’efficienza elevata e che presenti dei tempi di avviamento significativamente inferiori rispetto a quelli noti. In particular, the technical task of the present invention is to produce a heated extruder for plastics which has a high efficiency and which has significantly lower start-up times than those known.

Il compito tecnico e gli scopi indicati sono sostanzialmente raggiunti da un estrusore riscaldato per materie plastiche in accordo con quanto descritto nelle unite rivendicazioni. The technical task and the indicated aims are substantially achieved by a heated extruder for plastic materials in accordance with what is described in the attached claims.

Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata di alcune forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di un estrusore riscaldato per materie plastiche illustrate negli uniti disegni, in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will become more evident from the detailed description of some preferred, but not exclusive, embodiments of a heated extruder for plastics illustrated in the accompanying drawings, in which:

- la figura 1 mostra in vista assonometrica un estrusore realizzato in accordo con la presente invenzione; Figure 1 shows an axonometric view of an extruder made in accordance with the present invention;

- la figura 2 mostra l’estrusore di figura 1 sezionato secondo la traccia ll-ll; - la figura 3 mostra l’estrusore sezionato di figura 2 in vista assonometrica secondo un punto di vista disposto da parte opposta rispetto a quello di figura 1 ; - figure 2 shows the extruder of figure 1 sectioned along the line ll-ll; - figure 3 shows the sectioned extruder of figure 2 in an axonometric view according to a point of view arranged on the opposite side with respect to that of figure 1;

- la figura 4 mostra ingrandito il particolare IV di figura 3; - figure 4 is an enlarged view of detail IV of figure 3;

- la figura 5 mostra ingrandito il particolare V di figura 3; figure 5 shows the detail V of figure 3 enlarged;

- la figura 6 mostra ingrandito il particolare VI di figura 3; figure 6 is an enlarged view of detail VI of figure 3;

- la figura 7 mostra ingrandito il particolare VII di figura 2; - figure 7 shows the detail VII of figure 2 enlarged;

- la figura 8 mostra in vista assonometrica, con lo stesso punto di vista di figura 3, una vite di estrusione dell’estrusore di figura 1 ; - Figure 8 shows in an axonometric view, with the same point of view as in Figure 3, an extrusion screw of the extruder of Figure 1;

- la figura 9 mostra la vite di figura 8 parzialmente sezionata secondo il piano di sezione ll-ll indicato in figura 1 ; - figure 9 shows the screw of figure 8 partially sectioned according to the section plane 11-ll indicated in figure 1;

- la figura 10 mostra ingrandito il particolare X di figura 9; - figure 10 is an enlarged view of detail X of figure 9;

- la figura 11 mostra in vista assonometrica, con lo stesso punto di vista di figura 1 , un induttore interno dell’estrusore di figura 1 ; - Figure 11 shows in an axonometric view, with the same point of view as in Figure 1, an internal inductor of the extruder of Figure 1;

- la figura 12 mostra ingrandito il particolare XII di figura 11 ; - figure 12 shows the detail XII of figure 11 enlarged;

- la figura 13 mostra ingrandito un ulteriore particolare dell’induttore interno di figura 11 secondo un punto di vista disposto da parte opposta rispetto a quello di figura 11 ; - figure 13 shows an enlarged view of a further detail of the internal inductor of figure 11 according to a point of view arranged on the opposite side with respect to that of figure 11;

- la figura 14 mostra una diversa forma realizzativa di induttore interno; - la figura 15 mostra una ulteriore forma realizzativa di induttore interno; - la figura 16 mostra una schematizzazione di un induttore interno quale quello di figura 11 montato in una vite di estrusione, utilizzata per la realizzazione di simulazioni bidimensionali agli elementi finiti; Figure 14 shows a different embodiment of an internal inductor; Figure 15 shows a further embodiment of an internal inductor; - figure 16 shows a schematic diagram of an internal inductor such as that of figure 11 mounted in an extrusion screw, used for the realization of two-dimensional finite element simulations;

- la figura 17 è un grafico che rappresenta l’andamento dell’efficienza in funzione della frequenza utilizzata, parametrato in base alla distanza tra i due conduttori dell’induttore, ottenuto mediante le simulazioni basate sulla geometria indicata in figura 16; - Figure 17 is a graph that represents the efficiency trend as a function of the frequency used, parameterized based on the distance between the two inductor conductors, obtained through simulations based on the geometry indicated in Figure 16;

- la figura 18 è un grafico che rappresenta anch’esso l’andamento dell’efficienza in funzione della frequenza utilizzata, parametrato in base alla distanza tra i due conduttori dell'induttore, sulla base di un sottoinsieme dei dati utilizzati in figura 17; - Figure 18 is a graph that also represents the efficiency trend as a function of the frequency used, parameterized based on the distance between the two inductor conductors, based on a subset of the data used in Figure 17;

- la figura 19 è un grafico che rappresenta l’andamento dell’efficienza in funzione del raggio dei conduttori che costituiscono l’induttore, ottenuto mediante le simulazioni basate sulla geometria indicata in figura 16; - Figure 19 is a graph that represents the efficiency trend as a function of the radius of the conductors that make up the inductor, obtained through simulations based on the geometry indicated in Figure 16;

- la figura 20 è un grafico che rappresenta l’andamento dell’efficienza in funzione del raggio del foro interno dei conduttori che costituiscono l’induttore, ottenuto mediante le simulazioni basate sulla geometria indicata in figura 16; - Figure 20 is a graph representing the efficiency trend as a function of the radius of the internal hole of the conductors that make up the inductor, obtained through simulations based on the geometry shown in Figure 16;

- la figura 21 mostra una schematizzazione di una forma realizzativa simile a quella di figura 16 tranne che per la forma dell'induttore interno, utilizzata per la realizzazione di ulteriori simulazioni bidimensionali agli elementi finiti; - la figura 22 è un grafico che rappresenta l’andamento dell’efficienza in funzione della frequenza utilizzata, parametrato in base al raggio di curvatura della parte semicircolare della sezione trasversale dei due conduttori dell’ induttore, ottenuto mediante le simulazioni basate sulla geometria indicata in figura 21; Figure 21 shows a schematic diagram of an embodiment similar to that of Figure 16 except for the shape of the internal inductor, used for the realization of further two-dimensional finite element simulations; - figure 22 is a graph representing the efficiency trend as a function of the frequency used, parameterized on the basis of the radius of curvature of the semicircular part of the cross section of the two inductor conductors, obtained by means of simulations based on the geometry indicated in figure 21;

- la figura 22 è un grafico che rappresenta l’andamento dell’efficienza in funzione del raggio di curvatura della parte semicircolare della sezione trasversale dei due conduttori dell'induttore, parametrato in base alla frequenza utilizzata, ottenuto mediante le simulazioni basate sulla geometria indicata in figura 21 ; - Figure 22 is a graph that represents the efficiency trend as a function of the radius of curvature of the semicircular part of the cross section of the two inductor conductors, parameterized according to the frequency used, obtained by means of simulations based on the geometry indicated in figure 21;

- la figura 24 è un grafico che rappresenta l’andamento delle temperature massima e minima nella vite di estrusione ottenute con una simulazione agli elementi finiti sulla base della geometria di figura 21; - Figure 24 is a graph that represents the trend of the maximum and minimum temperatures in the extrusion screw obtained with a finite element simulation based on the geometry of Figure 21;

- la figura 25 mostra in funzione del tempo sia l’andamento della potenza utilizzata sia della temperatura superficiale (minima) simulata e misurata per le stesse condizioni operative della figura 24; e - Figure 25 shows as a function of time both the trend of the power used and the surface temperature (minimum) simulated and measured for the same operating conditions as in Figure 24; And

- la figura 26 rappresenta schematicamente la vite di estrusione con i mezzi di riscaldamento ad essa accoppiati. - figure 26 schematically represents the extrusion screw with the heating means coupled to it.

Con riferimento alle figure citate è stato globalmente indicato con il numero di riferimento 1 un estrusore riscaldato per materie plastiche realizzato secondo la presente invenzione. With reference to the aforementioned figures, the reference number 1 globally indicates a heated extruder for plastics made according to the present invention.

Analogamente agli estrusori per materie plastiche noti, anche quello oggetto della presente invenzione comprende innanzitutto un cilindro di contenimento 2 internamente cavo ed una vite di estrusione 3 (coclea) montata nel cilindro di contenimento 2 ed ad esso coassiale. Il tutto è poi montato su, e supportato da una struttura di supporto 4 anch’essa di per sé nota. Similarly to known extruders for plastics, the one object of the present invention also comprises first of all an internally hollow containment cylinder 2 and an extrusion screw 3 (auger) mounted in the containment cylinder 2 and coaxial to it. The whole is then mounted on and supported by a support structure 4 which is also known per se.

Il cilindro di contenimento 2 presenta un asse principale 5 di sviluppo lungo il quale si sviluppa un foro assiale 6 a sezione circolare, vantaggiosamente costante, che nella forma realizzativa illustrata interessa l’intera lunghezza del cilindro di contenimento 2 e si estende da una apertura prossimale 7 ad una apertura distale 8. Attraverso l’apertura prossimale 7 è girevolmente inserita la vite di estrusione 3, mentre all’apertura distale 8 è accoppiato (ma potrebbe anche essere ricavato di pezzo) un ugello di erogazione 9 del materiale estruso che presenta una sezione interna gradualmente decrescente rispetto a quella del cilindro di contenimento 2. The containment cylinder 2 has a main axis 5 of development along which an axial hole 6 with an advantageously constant circular section develops, which in the illustrated embodiment covers the entire length of the containment cylinder 2 and extends from a proximal opening. 7 to a distal opening 8. The extrusion screw 3 is rotatably inserted through the proximal opening 7, while a dispensing nozzle 9 for the extruded material is coupled to the distal opening 8 (but could also be made in one piece). internal section gradually decreasing with respect to that of the containment cylinder 2.

In generale, poi, il cilindro di contenimento 2 presenta almeno una bocca di ingresso 10 per l’inserimento di materiale da estrudere (preferibilmente ricavata attraverso la parete laterale in prossimità dell’estremità prossimale) ed una bocca di uscita 11 per l’erogazione del materiale estruso ricavata in corrispondenza dell’estremità distale (alla quale è accoppiato l’ugello di erogazione 9 nelle unite figure). In general, then, the containment cylinder 2 has at least one inlet 10 for the insertion of material to be extruded (preferably obtained through the side wall near the proximal end) and an outlet 11 for dispensing the extruded material obtained at the distal end (to which the delivery nozzle 9 is coupled in the accompanying figures).

Nella vite di estrusione 3 (che può essere costituita da uno o più pezzi -due nelle unite figure) si possono identificare un nocciolo interno 12 cilindrico attorno al quale si sviluppa ad elica una filettatura 13 a vite con diametro esterno sostanzialmente corrispondente a quello del foro assiale 6 del cilindro di contenimento 2 (salvo un piccolo gioco, generalmente dell’ordine di mezzo millimetro, tale da permettere in uso la rotazione della vite di estrusione 3 rispetto al cilindro di contenimento 2 senza sfregamenti tra i due). Vantaggiosamente, il nocciolo interno 12 cilindrico e la filettatura 13 a vite sono costituiti da un unico pezzo di materiale. Tra la vite di estrusione 3 ed il cilindro di contenimento 2 è ricavato uno spazio vuoto 14 in cui in uso avanza il materiale da estrudere. In the extrusion screw 3 (which can be made up of one or more pieces - two in the accompanying figures) an internal cylindrical core 12 can be identified around which a screw thread 13 develops like a helix with an external diameter substantially corresponding to that of the hole axial 6 of the containment cylinder 2 (except for a small play, generally of the order of half a millimeter, such as to allow in use the rotation of the extrusion screw 3 with respect to the containment cylinder 2 without rubbing between the two). Advantageously, the cylindrical internal core 12 and the screw thread 13 consist of a single piece of material. An empty space 14 is formed between the extrusion screw 3 and the containment cylinder 2 in which the material to be extruded advances in use.

Come ben visibile in figura 2 ed 8, sia il diametro del nocciolo interno 12 cilindrico, sia il passo della filettatura 13, variano lungo lo sviluppo della vite di estrusione 3 in modo tale da diminuire il volume per unità di lunghezza (rispetto all’asse principale 5) dello spazio vuoto 14 disponibile per l’avanzamento del materiale da estrudere. As can be clearly seen in figures 2 and 8, both the diameter of the cylindrical internal core 12 and the pitch of the thread 13 vary along the development of the extrusion screw 3 in such a way as to decrease the volume per unit of length (with respect to the axis main 5) of the empty space 14 available for the advancement of the material to be extruded.

La specifica conformazione di nocciolo interno 12 cilindrico e filettatura 13 potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze; trattandosi peraltro di aspetti tecnici di per sé noti essi non verranno ulteriormente descritti. The specific conformation of cylindrical internal core 12 and thread 13 may be any according to requirements; however, since these are technical aspects known per se, they will not be further described.

La vite di estrusione 3 presenta poi una estremità di movimentazione 15 che comprende, una prima porzione 16 cilindrica inserita attraverso l’apertura prossimale 7 ed una seconda porzione 17 dentellata posta all’esterno del cilindro di contenimento 2 alla quale è meccanicamente accoppiato, in uso, un motore 18 atto a far ruotare la vite di estrusione 3 attorno all’asse principale 5, rispetto al cilindro di contenimento 2 (figura 26). A seconda delle esigenze l’accoppiamento tra motore 18 e vite (schematicamente rappresentato con una ruota dentata 19 in figura 26) potrà essere realizzato in qualsiasi modo adatto allo scopo, ad esempio tramite ingranaggi, cinghie di trasmissione e potrà comprendere eventuali riduttori di velocità. The extrusion screw 3 then has a handling end 15 which comprises a first cylindrical portion 16 inserted through the proximal opening 7 and a second toothed portion 17 located outside the containment cylinder 2 to which it is mechanically coupled, in use , a motor 18 adapted to rotate the extrusion screw 3 around the main axis 5, with respect to the containment cylinder 2 (Figure 26). Depending on the needs, the coupling between motor 18 and screw (schematically represented with a toothed wheel 19 in figure 26) can be made in any way suitable for the purpose, for example by means of gears, transmission belts and may include any speed reducers.

In accordo con un primo aspetto innovativo della presente invenzione, la vite di estrusione 3 presenta poi una cavità interna 20 allungata lungo l’asse principale 5, dotata di una bocca di inserimento 21 in corrispondenza dell’estremità di movimentazione 15 della vite di estrusione 3. La cavità interna 20 è vantaggiosamente cieca all’altra estremità, si estende per pressoché l’intera lunghezza della vite di estrusione 3 e presenta una sezione cilindrica costante almeno per la maggior parte del proprio sviluppo. L’estrusore 1 comprende poi dei mezzi di riscaldamento atti a fornire energia termica allo scopo di mantenere rammollito il materiale plastico da estrudere. In accordance with a first innovative aspect of the present invention, the extrusion screw 3 then has an internal cavity 20 elongated along the main axis 5, equipped with an insertion mouth 21 at the handling end 15 of the extrusion screw 3 The internal cavity 20 is advantageously blind at the other end, extends for almost the entire length of the extrusion screw 3 and has a constant cylindrical section at least for most of its extension. The extruder 1 then comprises heating means suitable for providing thermal energy in order to keep the plastic material to be extruded softened.

In accordo con l’aspetto innovativo del presente trovato, almeno il nocciolo interno 12 cilindrico, ma preferibilmente l’intera vite di estrusione 3, è costituito da materiale ferromagnetico, ed i mezzi di riscaldamento comprendono un induttore interno 22 disposto nella cavità interna 20 della vite di estrusione 3 per riscaldare ad induzione la vite di estrusione 3 stessa. L’induttore interno 22 vantaggiosamente si estende per pressoché tutta la lunghezza della cavità interna 20 e comprende un primo conduttore tubolare 23 avente una prima estremità di raccordo 24 ed una seconda estremità di raccordo 25 disposte in corrispondenza della bocca di inserimento 21 (vantaggiosamente poco al di fuori della stessa). In accordance with the innovative aspect of the present invention, at least the cylindrical internal core 12, but preferably the entire extrusion screw 3, is made of ferromagnetic material, and the heating means comprise an internal inductor 22 arranged in the internal cavity 20 of the extrusion screw 3 to induction heat the extrusion screw 3 itself. The internal inductor 22 advantageously extends for almost the entire length of the internal cavity 20 and comprises a first tubular conductor 23 having a first connection end 24 and a second connection end 25 arranged in correspondence with the insertion mouth 21 (advantageously slightly higher). outside the same).

I mezzi di riscaldamento comprendono poi almeno un primo generatore 26 di energia elettrica, elettricamente collegato all’induttore interno 22 per alimentarlo con una corrente alternata avente una prima frequenza che può essere sia fissa sia variabile. La prima frequenza, in particolare, può essere variata in funzione della temperatura raggiunta dalla vite di estrusione 3 (misurata o stimata/calcolata). Vantaggiosamente il primo generatore 26 elettrico è collegato all’induttore interno 22 in corrispondenza della prima estremità di raccordo 24 e della seconda estremità di raccordo 25. La prima frequenza è poi vantaggiosamente scelta in modo tale da massimizzare l’efficienza del riscaldamento. Ciò può essere ad esempio ottenuto scegliendo una frequenza che, alle temperature di lavoro (generalmente ben inferiori alla temperatura di Curie dei materiali ferromagnetici presenti) determini uno spessore di penetrazione nel nocciolo interno 12 cilindrico pari o di poco inferiore allo spessore della parete tubolare che costituisce il nocciolo stesso. The heating means then comprise at least a first generator 26 of electricity, electrically connected to the internal inductor 22 to feed it with an alternating current having a first frequency which can be both fixed and variable. The first frequency, in particular, can be varied as a function of the temperature reached by the extrusion screw 3 (measured or estimated / calculated). Advantageously, the first electric generator 26 is connected to the internal inductor 22 at the first connection end 24 and the second connection end 25. The first frequency is then advantageously chosen in such a way as to maximize the heating efficiency. This can be obtained, for example, by choosing a frequency which, at working temperatures (generally well below the Curie temperature of the ferromagnetic materials present), determines a thickness of penetration into the internal cylindrical core 12 equal to or slightly less than the thickness of the tubular wall which constitutes the core itself.

Ulteriormente, i mezzi di riscaldamento comprendono un alimentatore 27 di un fluido di raffreddamento (vantaggiosamente acqua), quale un chiller, in collegamento di fluido con le estremità di raccordo 24, 25 del primo conduttore tubolare 23 ed atto, in uso, ad instaurare nel primo conduttore tubolare 23 una circolazione di fluido di raffreddamento. Furthermore, the heating means comprise a feeder 27 for a cooling fluid (advantageously water), such as a chiller, in fluid connection with the connecting ends 24, 25 of the first tubular conductor 23 and able, in use, to establish in the first tubular conductor 23 a circulation of cooling fluid.

In accordo con la presente invenzione, il primo conduttore tubolare 23 può assumere varie configurazioni. Preferibilmente, comunque, esso è conformato in modo tale da presentare un primo tratto 28 (andata) che si sviluppa lungo l’asse principale 5 in continuo allontanamento dalla prima estremità di raccordo 24 sino ad una propria prima estremità distale 29, ed un secondo tratto 30 (ritorno) che si sviluppa lungo l’asse principale 5 in continuo allontanamento da una propria seconda estremità distale 31 posta in corrispondenza della prima estremità distale 29, sino alla seconda estremità di raccordo 25. Si noti che con la definizione “continuo allontanamento” si intende indicare che lo sviluppo del tratto interessato presenta sempre una componente non negativa rispetto al verso di sviluppo indicato (in altre parole lo sviluppo è sempre progressivamente in avanti lungo il verso indicato, senza mai alcun ritorno aH’indietro). Preferibilmente, inoltre, l’induttore interno 22 definisce un’unica spira. In accordance with the present invention, the first tubular conductor 23 can assume various configurations. Preferably, however, it is shaped in such a way as to present a first section 28 (outward) which extends along the main axis 5 in continuous distance from the first connecting end 24 up to its own first distal end 29, and a second section 30 (return) which develops along the main axis 5 continuously away from its own second distal end 31 placed in correspondence with the first distal end 29, up to the second connecting end 25. Note that with the definition "continuous distancing" it is intended to indicate that the development of the section concerned always presents a non-negative component with respect to the direction of development indicated (in other words, the development is always progressively forward along the indicated direction, without ever returning backwards). Furthermore, the internal inductor 22 preferably defines a single turn.

In accordo con una prima forma realizzativa illustrata nelle figure da 11 a 13, ad esempio, l’induttore interno 22 ha forma ad U con il primo tratto 28 ed il secondo tratto 30 sostanzialmente rettilinei e paralleli all’asse principale 5. Le estremità di raccordo 24, 25 sono costituite da primi blocchetti di materiale elettricamente conduttivo, mentre le estremità distali 29, 31 sono tra loro raccordate (sia elettricamente sia idraulicamente) tramite un secondo blocchetto 32 di materiale elettricamente conduttivo internamente cavo. Il primo tratto 28 ed il secondo tratto 30 hanno inoltre distanza reciproca sostanzialmente costante. According to a first embodiment illustrated in Figures 11 to 13, for example, the internal inductor 22 has a U-shape with the first section 28 and the second section 30 substantially straight and parallel to the main axis 5. connector 24, 25 consist of first blocks of electrically conductive material, while the distal ends 29, 31 are connected together (both electrically and hydraulically) by means of a second block 32 of internally hollow electrically conductive material. The first section 28 and the second section 30 also have a substantially constant mutual distance.

In accordo con una seconda forma realizzativa illustrata in figura 14, il primo tratto 28 ed il secondo tratto 30 hanno entrambi sviluppo ad elica attorno all’asse principale 5 e distanza reciproca sostanzialmente costante. In accordo con una terza forma realizzativa illustrata in figura 15, infine, uno tra il primo tratto 28 ed il secondo tratto 30 ha uno sviluppo parallelo all’asse principale 5 (nonché centrato sull’asse principale 5), l’altro uno sviluppo ad elica attorno all’asse principale 5. La distanza reciproca tra il primo tratto 28 ed il secondo tratto 30 è sostanzialmente costante in corrispondenza di ogni sezione trasversale (perpendicolare all’asse principale 5). In accordance with a second embodiment illustrated in Figure 14, the first section 28 and the second section 30 both have a helical development around the main axis 5 and a substantially constant mutual distance. In accordance with a third embodiment illustrated in figure 15, finally, one of the first section 28 and the second section 30 has a development parallel to the main axis 5 (as well as centered on the main axis 5), the other a development with helix around the main axis 5. The mutual distance between the first section 28 and the second section 30 is substantially constant in correspondence with each transverse section (perpendicular to the main axis 5).

In tutte le forme realizzative illustrate nelle unite figure, quindi, la distanza reciproca tra il primo tratto 28 ed il secondo tratto 30 è sostanzialmente costante per tutta la loro lunghezza. In altre forme realizzative, tuttavia, al fine di variare l’accoppiamento elettromagnetico tra l’induttore interno 22 e la vite di estrusione 3 in funzione della posizione longitudinale rispetto all’asse principale 5 (per determinare un diverso trasferimento di energia alla vite di estrusione 3 stessa in funzione delle condizioni - temperatura e grado di rammollimento - in cui si trova, a regime, il materiale da estrudere in quella specifica zona dell’estrusore 1), può essere vantaggiosamente previsto che tale distanza e quella tra primo tratto 28 e secondo tratto 30 e parete interna della cavità interna 20, possa essere variabile lungo il loro sviluppo. In all the embodiments illustrated in the accompanying figures, therefore, the mutual distance between the first portion 28 and the second portion 30 is substantially constant along their entire length. In other embodiments, however, in order to vary the electromagnetic coupling between the internal inductor 22 and the extrusion screw 3 as a function of the longitudinal position with respect to the main axis 5 (to determine a different energy transfer to the extrusion screw 3 itself depending on the conditions - temperature and degree of softening - in which the material to be extruded in that specific area of the extruder 1) is found, it can advantageously be provided that this distance is that between the first section 28 and the second section 30 and internal wall of the internal cavity 20, can be variable along their development.

Sebbene in tutte le forme realizzative appena descritte, ed illustrate nelle figure da 11 a 15, il primo tratto 28 ed il secondo tratto 30 siano rappresentati con sezione trasversale circolare, è anche previsto che essi possano avere sezione trasversale di altre forme (ad esempio rettangolare con spigoli vivi o raccordati, a forma di D come in figura 21 , ecc...). Although in all the embodiments just described, and illustrated in Figures 11 to 15, the first section 28 and the second section 30 are shown with a circular cross section, it is also envisaged that they may have cross sections of other shapes (for example rectangular with sharp or rounded edges, D-shaped as in figure 21, etc ...).

Nelle forme realizzative preferite, poi, la cavità interna 20 della vite di estrusione 3 è cilindrica, e la distanza tra l'induttore interno 22 e la vite di estrusione 3 è sempre non inferiore a 1 mm (sia per ragioni elettriche sia per ragioni termiche, è sempre infatti vantaggiosamente previsto che l’induttore interno 22 non sia a contatto con la vite di estrusione 3). A tale scopo può essere previsto che l’induttore interno 22 sia inglobato in un corpo solido 36 di materiale amagnetico (ad esempio ottenuto per solidificazione di una resina) che presenti una dimensione di poco inferiore a quella della cavità interna 20 della vite di estrusione 3. In the preferred embodiments, then, the internal cavity 20 of the extrusion screw 3 is cylindrical, and the distance between the internal inductor 22 and the extrusion screw 3 is always not less than 1 mm (both for electrical and thermal reasons in fact, it is always advantageously provided that the internal inductor 22 is not in contact with the extrusion screw 3). For this purpose it can be provided that the internal inductor 22 is incorporated in a solid body 36 of non-magnetic material (for example obtained by solidification of a resin) which has a size slightly smaller than that of the internal cavity 20 of the extrusion screw 3 .

Vantaggiosamente, inoltre, il rapporto tra la distanza minima tra il primo tratto 28 ed il secondo tratto 30 (vale a dire la distanza minima tra le loro superfici esterne come indicato ad esempio in figura 16) ed il diametro della cavità interna 20 è maggiore di 0.4, mentre il rapporto tra la dimensione massima, misurata in senso radiale rispetto all’asse principale 5, della sezione trasversale dei due tratti 28, 30 (preferibilmente uguale per entrambi) ed il diametro della cavità interna 20 è inferiore a 0.4. Advantageously, moreover, the ratio between the minimum distance between the first section 28 and the second section 30 (i.e. the minimum distance between their external surfaces as indicated for example in Figure 16) and the diameter of the internal cavity 20 is greater than 0.4, while the ratio between the maximum dimension, measured radially with respect to the main axis 5, of the cross section of the two portions 28, 30 (preferably the same for both) and the diameter of the internal cavity 20 is less than 0.4.

Per quanto riguarda la frequenza di alimentazione dell’ induttore, generalmente (ovviamente comunque la cosa dovrà essere valutata di caso in caso) si possono ottenere discreti risultati in termini di efficienza del processo di riscaldamento, con valori pari o superiori a 2 kHz, risultati buoni con frequenze pari o superiori a 10 kHz e risultati ancora migliori con frequenze pari o superiori a 20 kHz. As regards the power supply frequency of the inductor, generally (obviously, however, this must be evaluated case by case) it is possible to obtain good results in terms of efficiency of the heating process, with values equal to or greater than 2 kHz, good results. with frequencies equal to or greater than 10 kHz and even better results with frequencies equal to or greater than 20 kHz.

Sebbene in alcune applicazioni il riscaldamento ad induzione della sola vite di estrusione 3 possa essere sufficiente per un buon funzionamento dell’intero estrusore 1 , nella maggior parte delle applicazioni in accordo con la presente invenzione è anche previsto che i mezzi di riscaldamento siano in grado di riscaldare anche il cilindro di contenimento 2. Vantaggiosamente, inoltre, in tutti i casi può essere previsto che il cilindro di contenimento 2 sia esternamente rivestito con uno strato 33 di materiale termicamente isolante. Although in some applications the induction heating of the extrusion screw 3 alone may be sufficient for a good operation of the entire extruder 1, in most of the applications in accordance with the present invention it is also envisaged that the heating means are capable of also heat the containment cylinder 2. Advantageously, moreover, in all cases it can be provided that the containment cylinder 2 is externally coated with a layer 33 of thermally insulating material.

Sebbene il riscaldamento del cilindro di contenimento 2 possa essere effettuato in qualsiasi modo adatto allo scopo, nella forma realizzativa preferita è previsto che il cilindro di contenimento 2 sia anch’esso realizzato in materiale ferromagnetico e che i mezzi di riscaldamento comprendano inoltre almeno un induttore esterno 34 montato esternamente al cilindro di contenimento 2 ed almeno un secondo generatore di energia elettrica elettricamente collegato all’induttore esterno 34 per alimentarlo con una corrente alternata avente una seconda frequenza che può essere anch’essa sia fissa sia variabile (anche la seconda frequenza, in particolare, può essere variata in funzione della temperatura raggiunta dal cilindro di contenimento 2). Preferibilmente, comunque, il primo generatore 26 ed secondo generatore sono costituiti da un unico generatore. In quel caso, la prima frequenza e la seconda frequenza possono coincidere o meno. Although the heating of the containment cylinder 2 can be carried out in any way suitable for the purpose, in the preferred embodiment it is provided that the containment cylinder 2 is also made of ferromagnetic material and that the heating means further comprise at least one external inductor 34 mounted externally to the containment cylinder 2 and at least a second generator of electrical energy electrically connected to the external inductor 34 to supply it with an alternating current having a second frequency which can also be either fixed or variable (also the second frequency, in in particular, it can be varied according to the temperature reached by the containment cylinder 2). Preferably, however, the first generator 26 and the second generator consist of a single generator. In that case, the first frequency and the second frequency may or may not coincide.

Vantaggiosamente, poi, l'induttore esterno 34 comprende un secondo conduttore tubolare 35 collegato all’alimentatore 27 del fluido di raffreddamento per instaurare anche nel secondo conduttore tubolare 35 una circolazione di fluido di raffreddamento. Advantageously, then, the external inductor 34 comprises a second tubular conductor 35 connected to the power supply 27 of the cooling fluid to also establish a circulation of cooling fluid in the second tubular conductor 35.

Sebbene l’induttore esterno 34 possa assumere qualsiasi configurazione a seconda delle esigenze, nella forma realizzativa preferita il secondo conduttore tubolare 35 è avvolto ad elica attorno al cilindro di contenimento 2, preferibilmente all’esterno dello strato 33 di isolamento termico. Although the external inductor 34 can take any configuration depending on the needs, in the preferred embodiment the second tubular conductor 35 is wound in a helix around the containment cylinder 2, preferably outside the thermal insulation layer 33.

Per quanto riguarda il funzionamento dell’estrusore 1 esso è del tutto analogo a quello degli estrusori noti per quanto riguarda gli aspetti meccanici. As regards the operation of the extruder 1 it is completely similar to that of the known extruders as regards the mechanical aspects.

Per quanto riguarda invece gli aspetti legati al riscaldamento, il funzionamento discende immediatamente dalla descrizione strutturale sopra riportata nel caso in cui sia presente solo l’induttore interno 22 non quello esterno. As for the aspects related to heating, the operation immediately follows from the structural description shown above in the event that only the internal inductor 22 is present, not the external one.

Al contrario, nel caso della forma realizzativa preferita in cui sono presenti sia l’induttore interno 22 sia l’induttore esterno 34, si deve distinguere tra la fase di avviamento, vale a dire la fase in cui l’estrusore 1 a vite di estrusione 3 ferma viene portato alla temperatura di lavoro, e il funzionamento a regime in presenza di materiale che viene alimentato ed estruso in continuo. On the contrary, in the case of the preferred embodiment in which both the internal inductor 22 and the external inductor 34 are present, a distinction must be made between the start-up phase, i.e. the phase in which the extrusion screw extruder 1 3 stopped is brought to the working temperature, and the steady state operation in the presence of material that is fed and extruded continuously.

Durante l'avviamento, tutta l’energia termica necessaria deve essere fornita dai mezzi di riscaldamento che quindi, vengono generalmente attivati a piena potenza sino al raggiungimento della temperatura prefissata. During start-up, all the necessary thermal energy must be supplied by the heating means which are therefore generally activated at full power until the preset temperature is reached.

Durante il funzionamento a regime, invece, la maggior parte dell’energia termica necessaria si genera a causa dell’attrito tra il materiale da estrudere e le parti dell’estrusore 1 con cui viene a contatto; in quel caso i mezzi di riscaldamento devono fornire esclusivamente l’energia termica necessaria a compensare l’energia dissipata sia a causa del materiale caldo che viene via via estruso, sia a causa di eventuali dispersioni verso l’ambiente circostante (sempre presenti per quanto limitate grazie alla presenza dello strato 33 di materiale termicamente isolante). During normal operation, however, most of the necessary thermal energy is generated due to the friction between the material to be extruded and the parts of the extruder 1 with which it comes into contact; in that case the heating means must provide only the thermal energy necessary to compensate for the dissipated energy both due to the hot material that is gradually extruded, and due to any dispersions towards the surrounding environment (always present, however limited thanks to the presence of the layer 33 of thermally insulating material).

In tutte le fasi, poi, i mezzi di riscaldamento possono essere programmati per alimentare con energia elettrica o solo un induttore 22, 34 alla volta, o entrambi gli induttori 22, 34 in parallelo. La prima soluzione è preferibile qualora si voglia mantenere relativamente bassa la potenza nominale richiesta dall’estrusore 1 ; l’unico generatore infatti, almeno durante alcune fasi di funzionamento, in particolare quelle a massimo assorbimento di potenza, può alimentare l’induttore interno 22 e l’induttore esterno 34 in modo alternativo. In all the phases, then, the heating means can be programmed to supply with electrical energy either only one inductor 22, 34 at a time, or both inductors 22, 34 in parallel. The first solution is preferable if you want to keep the nominal power required by the extruder 1 relatively low; in fact, the only generator, at least during some phases of operation, in particular those with maximum power absorption, can power the internal inductor 22 and the external inductor 34 in an alternative way.

Come detto, le figure da 16 a 25 mostrano i risultati ottenuti sia con alcune simulazioni agli elementi finiti sia con test reali, che possono aiutare a meglio comprendere il comportamento dell’estrusore 1 oggetto della presente invenzione. As mentioned, figures 16 to 25 show the results obtained both with some finite element simulations and with real tests, which can help to better understand the behavior of the extruder 1 object of the present invention.

In tutte le simulazioni effettuate dati di input sono stati i seguenti: In all the simulations carried out the input data were the following:

- temperatura iniziale di tutte le parti 25°C - initial temperature of all parts 25 ° C

- temperatura acqua di raffreddamento nei conduttori tubolari 20°C - cooling water temperature in tubular conductors 20 ° C

- coefficienti di scambio termico con l’ambiente esterno di tipo a convezione naturale (10 W/(m<2o>C)); - natural convection heat exchange coefficients with the external environment (10 W / (m <2o> C));

- materiale che costituisce cilindro di contenimento 2 e vite di estrusione 3: acciaio con le seguenti proprietà elettromagnetiche: permeabilità magnetica relativa 1000; conduttività elettrica 1,25x10<6>S/m; densità 7700 kg/m<3>; conducibilità termica 15 W/(mK); calore specifico 440 J/(kgK); - material constituting the containment cylinder 2 and extrusion screw 3: steel with the following electromagnetic properties: relative magnetic permeability 1000; electrical conductivity 1.25x10 <6> S / m; density 7700 kg / m <3>; thermal conductivity 15 W / (mK); specific heat 440 J / (kgK);

- materiale plastico da estrudere: densità 910 kg/m3; conducibilità termica 0,2 W/(mK); calore specifico 1700 J/(kgK); - plastic material to be extruded: density 910 kg / m3; thermal conductivity 0.2 W / (mK); specific heat 1700 J / (kgK);

- materiale che costituisce i conduttori tubolari 23, 35: rame: conduttività elettrica 6x10<7>S/m; densità 8700 kg/m<3>; conducibilità termica 400 W/(mK); calore specifico 385 J/(kgK). - material constituting the tubular conductors 23, 35: copper: electrical conductivity 6x10 <7> S / m; density 8700 kg / m <3>; thermal conductivity 400 W / (mK); specific heat 385 J / (kgK).

In particolare tutte le figure da 16 a 25 prendono in considerazione il solo riscaldamento della vite di estrusione 3. In particular, all figures from 16 to 25 take into consideration only the heating of the extrusion screw 3.

Una prima configurazione simulata è rappresentata in figura 16: la vite di estrusione 3 (considerata costituita da corpo pieno avente spessore pari alla somma dello spessore del nocciolo interno 12 e della filettatura 13) è rappresentata dalla corona circolare esterna ed ha un diametro nominale esterno di 80 mm, mentre la cavità interna 20 ha un diametro di 30 mm. Come si può facilmente intuire la figura 16 non rappresenta quindi una sezione trasversale reale della vite di estrusione 3, ma il caso idealmente peggiore, quello in cui il materiale (che costituisce la vite) da scaldare è massimo. A first simulated configuration is represented in figure 16: the extrusion screw 3 (considered constituted by a solid body having a thickness equal to the sum of the thickness of the internal core 12 and of the thread 13) is represented by the external circular crown and has a nominal external diameter of 80 mm, while the internal cavity 20 has a diameter of 30 mm. As can be easily understood, figure 16 does not therefore represent a real cross section of the extrusion screw 3, but the ideally worst case, the one in which the material (which constitutes the screw) to be heated is maximum.

Il primo induttore utilizzato è quello di figura 11, costituito da due tratti 28, 30 del primo conduttore tubolare 23 posti a distanza d. In tutti i test tranne quello cui si riferisce la figura 20 ciascun tratto 28, 30 è stato assunto avere una parete con spessore di 1 mm. The first inductor used is that of figure 11, consisting of two portions 28, 30 of the first tubular conductor 23 placed at a distance d. In all the tests except the one referred to in Figure 20, each section 28, 30 was assumed to have a wall with a thickness of 1 mm.

In questo caso quelle svolte sono state simulazioni 2D con fisica elettromagnetica e termica accoppiate, con vite di estrusione 3 ferma immersa nel materiale plastico. In this case, those carried out were 2D simulations with coupled electromagnetic and thermal physics, with a firm extrusion screw 3 immersed in the plastic material.

La figura 17 e la figura 18 mostrano l’andamento dell’efficienza (espressa in %) in funzione della frequenza (espressa in Hz) al variare della distanza d (espressa in cm) tra i tratti 28, 30 del primo conduttore tubolare 23 (i quali hanno un diametro di 5 mm). Sia in questo grafico sia in tutti gli altri che seguono l’efficienza è stata calcolata come rapporto tra la potenza dissipata nella vite di estrusione 3 e potenza complessiva dissipata nella vite di estrusione 3 e nel primo conduttore tubolare 23 . Come si può vedere, efficienze soddisfacenti si possono avere con frequenze non inferiori a 40 kHz e primo tratto 28 e secondo tratto 30 ravvicinati alla superficie interna della vite di estrusione 3. Figure 17 and Figure 18 show the efficiency trend (expressed in%) as a function of the frequency (expressed in Hz) as the distance d (expressed in cm) varies between the sections 28, 30 of the first tubular conductor 23 ( which have a diameter of 5 mm). Both in this graph and in all the others that follow, the efficiency was calculated as the ratio between the power dissipated in the extrusion screw 3 and the total power dissipated in the extrusion screw 3 and in the first tubular conductor 23. As can be seen, satisfactory efficiencies can be obtained with frequencies not lower than 40 kHz and the first section 28 and the second section 30 close to the internal surface of the extrusion screw 3.

La figura 19 mostra invece il variare dell’efficienza (espressa in %) al variare del raggio dei due tratti 28, 30 (espresso in metri), nel caso di riscaldamento a 30 kHz con una distanza tra i due tratti 28, 30 del primo conduttore tubolare 23 e la parete della cavità interna 20 assunta costante e pari a 3 mm. Come si può vedere l'efficienza presenta un picco per raggi compresi tra 2.5 e 3 mm. L'efficienza aumenterebbe poi ulteriormente qualora si andasse a diminuire il valore della distanza tra i due tratti 28, 30 del primo conduttore tubolare 23 e la parete della cavità interna 20. Figure 19 instead shows the variation of the efficiency (expressed in%) as the radius of the two sections 28, 30 varies (expressed in meters), in the case of heating at 30 kHz with a distance between the two sections 28, 30 of the first tubular conductor 23 and the wall of the internal cavity 20 assumed constant and equal to 3 mm. As you can see, the efficiency shows a peak for radii between 2.5 and 3 mm. The efficiency would then further increase if the value of the distance between the two portions 28, 30 of the first tubular conductor 23 and the wall of the internal cavity 20 were to be decreased.

La figura 20 mostra invece l’influenza dello spessore della parete del primo conduttore tubolare 23 rappresentando la variazione di efficienza (espressa in %) al variare del raggio interno di ciascun tratto 28, 30 (espresso in millimetri) a fronte di un raggio esterno di 3 mm (sempre a 30 kHz). Sebbene le variazioni siano minime, la maggiore efficienza si ha per lo spessore minore della parete dei conduttori (0.5 mm). Figure 20, on the other hand, shows the influence of the wall thickness of the first tubular conductor 23, representing the variation in efficiency (expressed in%) as the internal radius of each section 28, 30 varies (expressed in millimeters) against an external radius of 3 mm (always at 30 kHz). Although the variations are minimal, the greatest efficiency is due to the smaller thickness of the conductor wall (0.5 mm).

La figura 21 mostra una geometria alternativa rispetto a figura 16 per quanto riguarda il primo tratto 28 ed il secondo tratto 30, che in questo caso hanno sezione trasversale a D/semicircolare (presentano comunque sempre una parete di spessore costante pari ad 1 mm). Le dimensioni di cavità interna 20 e vite di estrusione 3 sono le stesse. Anche in tutte le simulazioni basate su questa geometria, la distanza tra i due tratti 28, 30 del primo conduttore tubolare 23 e la parete della cavità interna 20 è stata assunta costante e pari a 3 mm. Figure 21 shows an alternative geometry with respect to Figure 16 as regards the first section 28 and the second section 30, which in this case have a D / semicircular cross section (however, they always have a wall of constant thickness equal to 1 mm). The dimensions of the internal cavity 20 and the extrusion screw 3 are the same. Also in all the simulations based on this geometry, the distance between the two portions 28, 30 of the first tubular conductor 23 and the wall of the internal cavity 20 was assumed to be constant and equal to 3 mm.

La figura 22 mostra, per la configurazione di figura 21 , l’andamento dell’efficienza (espressa in %) in funzione della frequenza (espressa in Hz -nello stesso intervallo di figura 18) in funzione del raggio (espresso in millimetri) della parte semicircolare della sezione a D dei due tratti 28, 30. La figura 23 mostra gli stessi dati rappresentati come andamento dell’efficienza (espressa in %) in funzione del raggio (espresso in millimetri), parametrato in base alla frequenza (espressa in kHz). Come si può vedere, da un lato l'efficienza aumenta aN’aumentare della frequenza, dall’altro lato per tutte le frequenze si ha un picco di efficienza per un raggio compreso tra 5 e 6 mm. Figure 22 shows, for the configuration of figure 21, the efficiency trend (expressed in%) as a function of the frequency (expressed in Hz - in the same interval as figure 18) as a function of the radius (expressed in millimeters) of the part semicircular section of the D section of the two sections 28, 30. Figure 23 shows the same data represented as an efficiency trend (expressed in%) as a function of the radius (expressed in millimeters), parameterized according to the frequency (expressed in kHz) . As you can see, on the one hand the efficiency increases as the frequency increases, on the other hand, for all frequencies there is an efficiency peak for a radius between 5 and 6 mm.

La figura 24 mostra invece l’andamento della temperatura massima e minima (espresse in °C) della vite di estrusione 3 in funzione del tempo (espresso in secondi), nella configurazione di figura 21, ottenuta con raggio della parte semicircolare della sezione a D del primo conduttore tubolare 23 pari a 6 mm, frequenza fissa pari a 50 kHzed intensità di corrente costante che circola pari a 1000 A. Figure 24 instead shows the trend of the maximum and minimum temperature (expressed in ° C) of the extrusion screw 3 as a function of time (expressed in seconds), in the configuration of figure 21, obtained with the radius of the semicircular part of the D section of the first tubular conductor 23 equal to 6 mm, fixed frequency equal to 50 kHz and constant current intensity that circulates equal to 1000 A.

La figura 25, infine, mostra i risultati di un confronto tra i risultati ottenuti mediante una simulazione 2D ed un test reale condotto su un prototipo di estrusore 1 avente le caratteristiche già indicate per quanto riguarda la figura 16. Finally, Figure 25 shows the results of a comparison between the results obtained by means of a 2D simulation and a real test conducted on an extruder prototype 1 having the characteristics already indicated as regards Figure 16.

Mentre come nei casi precedenti le simulazioni sono state eseguite sulla base della geometria in cui la vite di estrusione è simulata da un corpo pieno che non presenta alcuna filettatura (geometria per la quale la massa da scaldare è maggiore di quella reale, mentre è minore la superficie esterna), per quanto riguarda l’estrusore reale esso aveva la forma illustrata nelle figure da 1 a 13. Per quanto riguarda le dimensioni le principali erano le seguenti: lunghezza del cilindro di contenimento 2 (escluso ugello di erogazione 9): 1854 mm;lunghezza totale della vite di estrusione 3: 2152 mm; lunghezza dell’induttore: 2128 mm;spessore del cilindro di contenimento 2: 42.5 mm; diametro interno cilindro di contenimento 2: 70 mm; diametro massimo della vite di estrusione 3 in corrispondenza della cresta della filettatura: 69.5 mm; diametro cavità interna 20: 28 mm; diametro primo tratto 28 e secondo tratto 30: 6 mm; distanza tra parete cavità interna 20 e primo tratto 28/secondo tratto 30: 2 mm. Per i tempi previsti nel test, la presenza o meno dello strato 33 termicamente isolante è risultata irrilevante dato che alla fine del periodo considerato non si manifestavano variazioni significative della temperatura superficiale del cilindro di contenimento 2. While as in the previous cases the simulations were performed on the basis of the geometry in which the extrusion screw is simulated by a solid body that has no thread (geometry for which the mass to be heated is greater than the real one, while the external surface), as regards the real extruder it had the shape illustrated in figures 1 to 13. As regards the dimensions, the main ones were the following: length of the containment cylinder 2 (excluding dispensing nozzle 9): 1854 mm ; total length of extrusion screw 3: 2152 mm; length of the inductor: 2128 mm; thickness of the containment cylinder 2: 42.5 mm; internal diameter of containment cylinder 2: 70 mm; maximum diameter of the extrusion screw 3 at the crest of the thread: 69.5 mm; internal cavity diameter 20: 28 mm; diameter of first section 28 and second section 30: 6 mm; distance between internal cavity wall 20 and first section 28 / second section 30: 2 mm. For the times envisaged in the test, the presence or absence of the thermally insulating layer 33 was irrelevant since at the end of the period considered there were no significant variations in the surface temperature of the containment cylinder 2.

In particolare, in figura 25 in basso è riportato a tratto continuo l’andamento in funzione del tempo (in secondi) della potenza fornita (come % della potenza massima prevista pari a 24 kW con una corrente di 550 A a 40 kHz), nonché l’andamento della temperatura superficiale (in °C) della vite di estrusione 3 misurata (a tratteggio) e simulata (a tratto continuo), a fronte di una temperatura target da raggiungere di 220°C. In particular, figure 25 below shows the trend as a function of time (in seconds) of the supplied power (as a% of the maximum expected power equal to 24 kW with a current of 550 A at 40 kHz), as well as the trend of the surface temperature (in ° C) of the extrusion screw 3 measured (broken line) and simulated (solid line), against a target temperature to be reached of 220 ° C.

Come si può vedere il test è stato condotto applicando una potenza costante del 99% per tutto il transitorio termico e la stessa potenza ad impulsi a regime (sempre comunque con vite ferma). As you can see, the test was conducted by applying a constant power of 99% for the entire thermal transient and the same pulsed power at steady state (always in any case with the screw stopped).

I risultati ottenuti dimostrano come sia possibile arrivare a portare la vite di estrusione 3 alla temperatura di regime in meno di cinque minuti. Tempi di poco superiori sono poi ottenibili anche per il riscaldamento del cilindro di contenimento 2 cosicché il riscaldamento iniziale dell’estrusore 1 può essere completato in circa soli dieci minuti (a fronte di circa un’ora richiesta invece dai sistemi tradizionali) con un’efficienza elevata. The results obtained show how it is possible to bring the extrusion screw 3 to the operating temperature in less than five minutes. Slightly longer times can also be obtained for the heating of the containment cylinder 2 so that the initial heating of the extruder 1 can be completed in only about ten minutes (compared to about an hour instead required by traditional systems) with an efficiency high.

Appare quindi immediatamente chiaro come la presente invenzione consegua importanti vantaggi. It is therefore immediately clear how the present invention achieves important advantages.

Non solo infatti, i tempi di avviamento sono significativamente inferiori rispetto a quelli noti, ma in generale anche l’efficienza complessiva risulta superiore a quella dei sistemi noti. In fact, not only are the start-up times significantly lower than those known, but in general the overall efficiency is also higher than that of known systems.

Va infine rilevato che la presente invenzione risulta di relativamente facile realizzazione e che anche il costo connesso alla sua attuazione non risulta molto elevato. Finally, it should be noted that the present invention is relatively easy to produce and that the cost associated with its implementation is also not very high.

L’invenzione cosi concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti neN’ambito del concetto inventivo che la caratterizza. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all falling within the scope of the inventive concept that characterizes it.

Tutti i dettagli sono rimpiazzabili da altri tecnicamente equivalenti ed i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni dei vari componenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze. All the details can be replaced by other technically equivalent ones and the materials used, as well as the shapes and dimensions of the various components, may be any according to requirements.

Claims

CLAIMS 1. Heated extruder for plastics comprising: a containment cylinder (2) having a main axis (5), internally hollow and having at least one inlet (10) for the insertion of material to be extruded and, at one end, an outlet (11) ) for dispensing the extruded material; an extrusion screw (3) mounted inside the containment cylinder (2) and coaxial to it, the extrusion screw (3) having an internal cavity (20) elongated along the main axis (5) equipped with an insertion mouth (21) at one end of the extrusion screw (3) arranged on the opposite side with respect to the outlet mouth (11) of the containment cylinder (2); a motor (18) to rotate the extrusion screw (3) around the main axis (5) with respect to the containment cylinder (2); And heating means; characterized in that the heating means include: an internal inductor (22) disposed in the internal cavity (20) of the extrusion screw (3) and comprising a first tubular conductor (23) having a first connecting end (24) and a second connecting end (25); at least a first generator (26) of electricity electrically connected to the internal inductor (22) to power it at a first fixed or variable frequency; a supply (27) of a cooling fluid connected to the connecting ends (24), (25) of the first tubular conductor (23) to establish a circulation of cooling fluid therein.

2. Extruder according to claim 1 characterized by the fact that the first tubular conductor (23) has a first section (28) which extends along the main axis (5) continuously away from the first connection end (24) up to a first distal end (29), and a second portion (30) which extends along the main axis (5) continuously away from a second distal end (31) located in correspondence with the first distal end (29), up to the second connection end (25).

3. Extruder according to claim 2 characterized by the fact that the first section (28) and the second section (30) both have development parallel to the main axis (5).

4. Extruder according to claim 2 characterized by the fact that the first section (28) and the second section (30) both have a helical development around the main axis (5).

5. Extruder according to claim 2 characterized by the fact that one of the first section (28) and the second section (30) has a development parallel to the main axis (5), the other development a helical development around the axis main (5).

6. Extruder according to any one of claims 2 to 5 characterized by the fact that the first section (28) and the second section (30) have a substantially constant or variable distance from each other along the main axis (5).

7. Extruder according to any one of claims 3 to 6 characterized in that the internal cavity (20) is cylindrical, and in that the distance between the internal inductor (22) and the screw is at least 1 mm, the ratio between the minimum distance between the first section (28) and the second section (30), and the diameter of the internal cavity (20) is greater than 0.4, and the ratio between the maximum dimension of the cross section of the two sections (28) , (30) and the diameter of the internal cavity (20) is less than 0.4.

8. Extruder according to any one of the preceding claims characterized in that the internal inductor (22) is fed at a frequency higher than or equal to 2 kHz, preferably higher than 10 kHz and even more preferably higher than 20 KHz.

9. Extruder according to claim 2, 7 or 8 characterized by the fact that the internal inductor (22) defines a single loop.

10. Extruder according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises at least one layer (33) made of thermally insulating material that encloses the containment cylinder (2), and in that the heating means further comprise at least one external inductor (34) mounted externally to the containment cylinder (2) and at least a second electric power generator electrically connected to the external inductor (34) to power it at a second fixed or variable frequency.

11. Extruder according to claim 10 characterized by the fact that the external inductor (34) comprises a second tubular conductor (35) connected to the supply (27) of a cooling fluid, in order to establish also in the second tubular conductor (35) a circulation of cooling fluid.

12. Extruder according to claim 11 characterized in that the second tubular conductor (35) is wound in a helix around the containment cylinder (2).

13. Extruder according to any one of claims 10 to 12 characterized in that the first generator (26) and second generator consist of a single generator.

14. Extruder according to claim 13 characterized by the fact that the single generator at least during some phases of operation, alternately powers the internal inductor (22) and the external inductor (34).