ITMO20130191A1 - Apparato di dosaggio - Google Patents

Description

Apparato di dosaggio

L’invenzione concerne apparati di dosaggio per materiali plastici in forma granulare e/o micro granulare e/o in scaglia o similare, in particolare riguarda apparati di dosaggio per macchine destinate ad alimentare impianti per il trattamento e la trasformazione dei suddetti materiali plastici, ad esempio impianti di estrusione e successivo stampaggio per iniezione, soffiaggio, compressione.

Nelle macchine dosatrici e/o mescolatrici gli apparati di dosaggio provvedono ad erogare all’unità di miscelazione le esatte quantità dei diversi prodotti plastici, ad esempio resine plastiche, che compongono la miscela da trattare. Tipicamente le macchine dosatrici e/o mescolatrici comprendono una pluralità di serbatoi o tramogge di carico che contengono rispettivi prodotti plastici e/o additivi in forma granulare e/o micro granulare e/o polvere e che alimentano un apparato di dosaggio di tipo gravimetrico o volumetrico. Alcune macchine dosatrici e/o mescolatrici comprendono un apparato di dosaggio per ciascuna tramoggia di prodotto, gli apparati di dosaggio alimentando una sottostante unità di miscelazione e/o mescolazione.

Tali apparati di dosaggio, come à ̈ noto ad un esperto del settore, in alcune applicazioni possono essere impiegati nella loro forma più semplice come solo organo di dosaggio direttamente collegato a sistemi di convogliamento dei materiali plastici e non necessariamente a sistemi di dosatura e/o miscelazione.

Negli apparati di dosaggio di tipo volumetrico sono utilizzati mezzi quali coclee, viti, tamburi, dischi che prelevano dalle tramogge predefiniti volumi di materiale da trasferire all’unità di miscelazione. Il volume dosato à ̈ funzione delle dimensioni e caratteristiche geometriche dei mezzi di dosaggio volumetrici e dal tempo di dosaggio. Tali sistemi sono tuttavia idonei per applicazioni in cui la precisione di dosaggio richiesta non à ̈ elevata e per dosare una pluralità di prodotti aventi caratteristiche (peso specifico, dimensioni, scorrevolezza ecc.) simili tra loro.

Negli apparati di dosaggio di tipo gravimetrico sono previsti sistemi di pesatura che controllano in continuo e in retroazione la quantità e/o il volume di prodotto in uscita dalle tramogge misurando la variazione di peso di queste ultime durante la fuoriuscita del prodotto (dosaggio gravimetrico a perdita di peso e/o a batch). Mezzi di regolazione provvedono a regolare il flusso di prodotto in uscita dalle tramogge sulla base delle indicazioni del sistema di pesatura. Più precisamente, il flusso di prodotto in uscita viene arrestato quando à ̈ stata dosata una predeterminata quantità di prodotto rilevata dai sistemi di pesatura.

Gli apparati di dosaggio gravimetrico sono impiegati anche per applicazioni in cui la precisione di dosaggio richiesta à ̈ elevata (inferiore a 1% sul peso).

Gli apparati di dosaggio volumetrici e/o gravimetrici noti sono dotati di organi quali serranda, coclea, tamburo, disco di dosaggio che mediante movimenti lineari o rotazionali selettivamente aprono o chiudono un’apertura di dosaggio e scarico della tramoggia. In particolare negli apparati dotati di serranda di dosaggio, l’otturatore (serranda) à ̈ movimentato da un attuatore lineare pneumatico tra una posizione di apertura ed una posizione di chiusura.

La quantità di prodotto dosata à ̈ funzione della portata in uscita e del tempo di apertura dell’otturatore. A sua volta la portata in uscita dipende dalle dimensioni dell’apertura di scarico e dalle caratteristiche (peso specifico, dimensioni, scorrevolezza ecc.) del materiale dosato (tipologia di prodotto). Per dosare elevate quantità di prodotto occorre quindi un elevato tempo di apertura dell’otturatore e/o grandi dimensioni dell’apertura di scarico. Viceversa, per dosare quantità ridotte di prodotto occorre un limitato tempo di apertura e/o limitate dimensioni dell’apertura di scarico.

Utilizzando un’apertura di scarico avente dimensioni intermedie si ha la necessità, nel caso di grandi dosaggi, di impostare elevati tempi di apertura dell’otturatore ciò determinando elevati tempi di dosaggio e dunque una riduzione della produttività in relazione al tempo ciclo dell’apparato di trasformazione. D’altra parte, nel caso di piccoli dosaggi, i tempi di apertura non possono essere ridotti sotto un certo limite imposto dal comportamento dinamico dell’otturatore, dalle caratteristiche meccaniche dell’attuatore e/o dai tempi di risposta dinamica degli azionamenti pneumatici e da ultimo dalla precisione di dosaggio. In particolare, nelle fasi di apertura e chiusura una certa quantità di materiale non quantificabile con precisione fuoriesce dall’apertura di scarico mentre l’otturatore si sposta, detta quantità essendo tanto più significativa quanto minore à ̈ la quantità di prodotto da dosare.

Uno svantaggio degli apparati di dosaggio noti risiede quindi nel fatto che essi hanno limitati campi o range di dosaggio ovvero per non incorrere negli svantaggi sopra esposti devono essere dimensionati in funzione delle quantità di prodotto da dosare e/o dalle loro caratteristiche fisiche. Più precisamente, le dimensioni dell’apertura di scarico e dell’otturatore devono essere dimensionate in base al prodotto da dosare (quantità, caratteristiche chimico/fisiche). È quindi necessario, in caso di modifica dei parametri di produzione e/o tipologia dei prodotti, procedere alla sostituzione almeno parziale degli apparati di dosaggio con conseguente prolungato arresto della produzione ed elevati costi di manutenzione.

Altro svantaggio presente nei sistemi di dosaggio provvisti di otturatore a serranda azionato da un attuatore pneumatico à ̈ che in caso di pressione di alimentazione della linea dell’aria compressa non costante, questa variazione di pressione incide in modo diretto sul tempo di azionamento dell’attuatore e di conseguenza sulla precisione del dosaggio.

Altro svantaggio presente nei sistemi di dosaggio con otturatore a serranda azionato da un attuatore pneumatico à ̈ nel tempo di azionamento necessario per l’apertura e la chiusura completa dell’otturatore, tale tempo in alcuni casi essendo così ridotto da richiedere una movimentazione molto rapida che usura fortemente gli organi meccanici con conseguenti fenomeni di rottura a fatica.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ migliorare gli apparati di dosaggio noti per materiali plastici in forma granulare o micro-granulare e/o in scaglia o simile, in particolare gli apparati di dosaggio volumetrici e/o gravimetrici associabili a macchine che alimentano impianti per il trattamento e la trasformazione dei suddetti materiali plastici.

Un altro scopo à ̈ realizzare un apparato di dosaggio che permetta di dosare in modo preciso ed efficace differenti quantità e tipologie di prodotti, e di avere un ampio campo di dosaggio, senza necessità di sostituire parti e componenti.

Un altro scopo à ̈ ottenere un apparato di dosaggio avente una struttura semplice e compatta facilmente pulibile nelle situazioni di frequenti cambi di materiale.

Un ulteriore scopo à ̈ ottenere un apparato di dosaggio avente una struttura tale di ridurre al minimo fenomeni di usura o di rottura.

Tali scopi ed altri ancora sono raggiunti da un apparato mescolatore secondo una o più delle rivendicazioni sotto riportate.

L’invenzione potrà essere meglio compresa ed attuata con riferimento agli allegati disegni che ne illustrano alcune forme esemplificative e non limitative di attuazione, in cui:

- la figura 1 à ̈ una vista in prospettiva dell’apparato di dosaggio dell’invenzione; - la figura 2 à ̈ una vista laterale dell’apparato di figura 1;

- la figura 3 à ̈ una vista frontale dell’apparato di figura 1;

- la figura 4 à ̈ una sezione parziale secondo la linea IV-IV di figura 3 in cui un elemento otturatore dell’apparato di dosaggio à ̈ in una posizione di apertura;

- la figura 5 à ̈ una sezione parziale ingrandita come quella di figura 4 che illustra l’elemento otturatore in una posizione di chiusura;

- la figura 6 à ̈ una sezione trasversale in prospettiva dell’apparato di figura 1 sprovvisto di tramoggia di alimentazione e con l’elemento otturatore nella posizione di chiusura; - la figura 7 à ̈ una vista in pianta di un condotto di dosaggio dell’apparato di figura 1; - la figura 8 à ̈ un grafico che illustra variazioni di sezioni di passaggio di differenti aperture di dosaggio dell’apparato di figura 1 in funzione di una corsa dell’elemento otturatore.

Con riferimento alle figure da 1 a 7, à ̈ illustrato un apparato di dosaggio 1 secondo l’invenzione disposto per dosare un prodotto plastico in granuli e/o micro-granuli e/o in scaglia, ad esempio una resina plastica, e associabile ad una macchina dosatrice e/o mescolatrice destinata ad alimentare un impianto per il trattamento e la trasformazione del suddetto prodotto plastico, ad esempio un impianto di estrusione e successivo stampaggio per iniezione, soffiaggio, compressione.

L’apparato di dosaggio 1 comprende una tramoggia di alimentazione 2 atta a contenere il prodotto e provvista di un condotto di dosaggio 3 per l’uscita del prodotto P e di un elemento otturatore 4 mobile lungo una direzione di spostamento B longitudinale e disposto per aprire o chiudere il condotto di dosaggio 3 in corrispondenza di un’apertura di dosaggio 7 di quest’ultimo in modo da consentire o impedire al prodotto di fuoriuscire. L’elemento otturatore 4 à ̈ movimentato da mezzi attuatori 5 lungo detta direzione di spostamento B.

L’elemento otturatore 4 à ̈ scorrevolmente fissato ad un involucro 15 cui sono fissati esternamente i mezzi attuatori 5. L’involucro 15 comprende una camera di uscita 16 che contiene il condotto di dosaggio 3 e l’elemento otturatore 4 ed un condotto di scarico 17 che convoglia in uscita dall’apparato 1 il prodotto P, ad esempio verso una sottostante unità di miscelazione. L’involucro 15 à ̈ fissato alla tramoggia di alimentazione 2.

L’apertura di dosaggio 7 presenta una sezione avente forma divergente ed area crescente in direzione di uno spostamento longitudinale in apertura dell’elemento otturatore 4, detta sezione essendo disposta su un piano trasversale ad una direzione di discesa A del prodotto e parallelo alla direzione di spostamento B dell’elemento otturatore 4. La direzione di discesa A del prodotto à ̈, ad esempio, verticale.

Più precisamente, la sezione dell’apertura di dosaggio 7 ha forma divergente, ad esempio forma triangolare o trapezoidale, a partire da un primo bordo trasversale 11 dell’apertura di dosaggio 7 il quale à ̈ impegnato dall’elemento otturatore 4 in una posizione di chiusura C. Come illustrato in particolare in figura 7, la dimensione trasversale (larghezza L) della sezione dell’apertura di dosaggio 7 (dimensione trasversale ad una direzione longitudinale parallela alla direzione di spostamento B) aumenta a partire da un valore minimo L1 in corrispondenza di detto primo bordo trasversale 11 ad un valore massimo L2 in corrispondenza di un secondo bordo trasversale 12 contrapposto al primo bordo trasversale 11 rispetto ad una dimensione longitudinale H parallela alla direzione di spostamento B.

L’elemento otturatore 4 movimentato lungo la direzione di spostamento B in apertura si allontana dal primo bordo trasversale 11 e consente la fuoriuscita del prodotto attraverso una sezione di passaggio (realizzata dall’elemento otturatore 4 con l’apertura di dosaggio 7) progressivamente crescente con la corsa in apertura dell’elemento otturatore 4. Quando quest’ultimo si trova nella posizione di massima apertura D, la sezione di passaggio coincide con la sezione dell’apertura di passaggio 7. Come meglio descritto nel seguito della descrizione, la sezione di passaggio varia quindi in modo non lineare, in particolare in modo parabolico, giacché dipende dallo spostamento lineare nella direzione di spostamento B (movimento dell’elemento attuatore 4) e dalla variazione della dimensione trasversale (larghezza L).

Nella forma di realizzazione illustrata, la sezione ha forma trapezoidale, in particolare con vertici arrotondati (figura 7).

In una versione dell’apparato di dosaggio 1 non illustrata nelle figure, la sezione dell’apertura di dosaggio 7 ha forma triangolare, in particolare con vertici arrotondati. Il condotto di dosaggio 3 che si estende lungo la direzione di discesa A à ̈ realizzato in un elemento a boccola 19 fissato in modo removibile ad una parete di fondo della tramoggia di alimentazione 2. L’elemento a boccola 19 à ̈ alloggiato all’interno della camera di uscita 16.

L’apertura di dosaggio 7 e l’elemento otturatore 4 sono inclinati rispetto alla direzione di discesa A in modo tale che il primo bordo trasversale 11 dell’apertura di dosaggio 7, sia più in basso, rispetto alla direzione di discesa A, del secondo bordo trasversale 12. In particolare, l’apertura di dosaggio 7 e l’elemento otturatore 4 sono inclinati rispetto a detta direzione di discesa A di un angolo α compreso tra 95° e 120° (figura 4), in particolare pari a 105°. La disposizione inclinata dell’elemento attuatore 4 consente una migliore pulizia dello stesso in quanto il prodotto plastico in granuli e/o micro-granuli e/o in scaglia si distacca per gravità dalla superficie superiore 4a dell’elemento otturatore 4 durante il movimento di apertura evitando così possibili intasamenti o inceppamenti dell’apparato 1.

In corrispondenza del primo bordo trasversale 11 dell’apertura di dosaggio 7 à ̈ previsto un vano 13 sagomato ed in grado di ricevere il prodotto P quando l’elemento otturatore 4 à ̈ movimentato nella posizione di chiusura C. In questo modo, il prodotto plastico in granuli e/o in scaglia non viene schiacciato e/o compresso e/o tranciato tra la superficie superiore 4a dell’elemento otturatore 4 e i bordi dell’apertura di dosaggio 7 nel movimento di chiusura. Oltre a preservare l’integrità del prodotto plastico P si evita che questo possa aderire all’elemento otturatore 4 compromettendone il regolare funzionamento.

I mezzi attuatori 5 comprendono un attuatore elettrico, in particolare provvisto di un controllo in retroazione di posizione e/o velocità, ad esempio un motore elettrico passopasso in grado di muovere in modo controllato in posizione e/o velocità l’elemento otturatore 4.

L’attuatore elettrico può essere di tipo lineare, in modo da azionare direttamente l’elemento otturatore 4, oppure può essere di tipo rotativo in modo da azionare l’elemento otturatore 4 tramite mezzi di trasformazione del moto comprendenti, ad esempio, un assieme vite-madrevite a ricircolo di sfere.

L’elemento attuatore 4 può quindi essere movimentato in modo da aprire anche parzialmente l’apertura di dosaggio 7 e/o con velocità nei movimenti di apertura e chiusura selezionabili in funzione della quantità di prodotto da dosare e/o delle caratteristiche del prodotto plastico (dimensioni, scorrevolezza, ecc.). È quindi possibile regolare in modo più accurato e preciso il dosaggio del prodotto P parzializzando l’apertura del condotto di dosaggio 3 e regolando la velocità e/o la posizione di apertura/chiusura dell’elemento otturatore 4, ad esempio nel caso di piccoli dosaggi.

Un perno 6 fissato ai, ed azionato dai, mezzi attuatori 5 à ̈ connesso all’elemento otturatore 4 tramite mezzi elastici 8, 9. Questi ultimi comprendono una o più coppie di elementi elastici agenti in compressione e/o trazione e/o torsione che assorbono eventuali urti dell’elemento elastico 4 durante il movimento. L’elemento elastico funge inoltre da sistema di smorzamento per disallineamenti di montaggio e/o di tolleranze di lavorazione e compensa eventuali puntamenti dovuti all’attrito generato tra le parti di scorrimento.

Il funzionamento dell’apparato di dosaggio 1 dell’invenzione prevede il controllo in posizione e/o in velocità dell’elemento attuatore 4 che può aprire in modo parziale oppure completo l’apertura di dosaggio 7 in funzione delle specifiche esigenze di dosaggio definendo sezioni di passaggio di area variabile e regolabile a piacere e con precisione. Come sopra descritto, la particolare forma divergente, trapezoidale o triangolare, con area crescente dell’apertura di dosaggio 7 nella direzione di apertura dell’elemento otturatore 4 consente di avere una sezione di passaggio per l’uscita del prodotto P variabile in modo non lineare in funzione della corsa di apertura dell’elemento otturatore 4. In particolare, la sezione di passaggio dipende sia dallo spostamento lineare nella direzione di spostamento B (movimento dell’elemento otturatore 4) sia dalla variazione della dimensione trasversale (larghezza L).

In figura 8, sono rappresentati in funzione della corsa lineare dell’elemento otturatore 4 le variazioni o gli andamenti delle sezioni di passaggio delle aperture di dosaggio 7 aventi forma a sezione divergente e crescente, in particolare a sezione trapezoidale (in linea tratteggiata), e aventi sezione rettangolare (linea continua).

Nel caso di aperture di dosaggio 7 aventi forma rettangolare tradizionale (dimensione trasversale o larghezza costante) la sezione di passaggio varia in modo lineare con la corsa di apertura, mentre nel caso di aperture di dosaggio 7 aventi forma trapezoidale, la sezione di passaggio varia in modo non lineare, in particolare in modo parabolico, con la corsa di apertura.

Si osserva che per corse limitate dell’elemento otturatore (aperture ridotte e parziali) le sezioni di passaggio delle aperture di dosaggio 7 aventi forma trapezoidale sono inferiori a quelle delle aperture di dosaggio 7 aventi forma rettangolare. Viceversa, per corse ampie (aperture pressoché complete) le sezioni di passaggio delle aperture di dosaggio 7 aventi forma trapezoidale sono maggiori di quelle delle aperture di dosaggio 7 aventi forma rettangolare.

Si nota altresì che con forme triangolari dell’apertura di dosaggio 7 si verificano andamenti della sezione di passaggio sostanzialmente simili a quelli ottenuti con forme trapezoidali.

Grazie all’apparato di dosaggio 1 dell’invenzione provvisto di un’apertura di dosaggio 7 a sezione divergente con area variabile in modo non lineare e di un elemento otturatore 4 azionato in modo controllato in posizione e/o velocità dai mezzi attuatori 5, à ̈ quindi possibile dosare in modo preciso ed accurato piccoli quantitativi di prodotto e nello stesso tempo in modo rapido grandi quantitativi di prodotto.

È inoltre possibile movimentare l’elemento otturatore 4 con tempi di azionamento non eccessivamente ridotti e movimentazioni non troppo rapide, così da evitare o comunque ridurre al minimo i fenomeni di usura o di rottura dei componenti dell’apparato (elemento otturatore 4, condotto di dosaggio3, perno 6 dei mezzi attuatori 5, ecc.).

La struttura semplice e compatta dell’apparato di dosaggio 1 dell’invenzione permette poi una facile e rapida pulizia, in particolare nel caso di applicazioni che richiedono frequenti cambi di materiale. La disposizione inclinata dell’elemento attuatore 4 consente una migliore pulizia dello stesso durante il funzionamento giacché il prodotto plastico in granuli e/o micro-granuli e/o in scaglia si distacca per gravità dalla superficie superiore 4a dell’elemento otturatore 4 durante il movimento di apertura.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato di dosaggio, in particolare associabile ad una macchina dosatrice e/o mescolatrice, per dosare almeno un prodotto plastico (P) in granuli e/o micro granuli e/o in scaglia, comprendente almeno una tramoggia di alimentazione (2) per contenere detto prodotto (P) e provvista di un condotto di dosaggio (3) per l’uscita di detto prodotto (P) ed un elemento otturatore (4) mobile lungo una direzione di spostamento (B) e disposto per aprire o chiudere detto condotto di dosaggio (3) in corrispondenza di un’apertura di dosaggio (7) di quest’ultimo in modo da consentire o impedire a detto prodotto (P) di fuoriuscire, caratterizzato dal fatto che detta apertura di dosaggio (7) presenta una sezione avente forma divergente in direzione di uno spostamento longitudinale in apertura di detto elemento otturatore (4), detta sezione essendo disposta su un piano trasversale ad una direzione di discesa (A) di detto prodotto (P) e parallela a detta direzione di spostamento (B) di detto elemento otturatore (4).
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detta sezione di detta apertura di dosaggio (7) ha forma divergente a partire da un primo bordo trasversale (11) di detta apertura di dosaggio (7), detto primo bordo trasversale (11), che à ̈ trasversale a detta direzione di spostamento (B), essendo riscontrato da detto elemento otturatore (4) in una posizione di chiusura (C) di detta apertura di dosaggio (7).
3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 1 oppure 2, in cui detta sezione dell’apertura di dosaggio (7) ha una dimensione trasversale (L) che aumenta a partire da un valore minimo (L1) in corrispondenza di detto primo bordo trasversale (11) fino ad un valore massimo (L2) in corrispondenza di un secondo bordo trasversale (12) contrapposto al primo bordo trasversale (11) rispetto ad una dimensione longitudinale (H) parallela a detta direzione di spostamento (B) in modo tale che una sezione di passaggio definita da detto elemento otturatore (4) con detta apertura di dosaggio (7) varia in modo non lineare, in particolare con andamento parabolico, in funzione di uno spostamento lineare nella direzione di spostamento (B) di detto elemento otturatore (4).
4. 4. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta apertura di dosaggio (7) ha sezione avente forma triangolare o trapezoidale.
5. 5. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto condotto di dosaggio (3) si estende lungo detta direzione di discesa (A).
6. 6. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta apertura di dosaggio (7) e detto elemento otturatore (4) sono inclinati rispetto a detta direzione di discesa (A) in modo tale che un primo bordo trasversale (11) di detta apertura di dosaggio (7), riscontrato da detto elemento otturatore (4) in una posizione di chiusura (C), sia più in basso, rispetto a detta direzione di discesa (A), di un secondo bordo trasversale (12) contrapposto a detto primo bordo trasversale (11) rispetto a detta direzione di spostamento (B).
7. 7. Apparato secondo la rivendicazione 6, in cui detta apertura di dosaggio (7) e detto elemento otturatore (4) sono inclinati rispetto a detta direzione di discesa (A) di un angolo (α) compreso tra 95° e 120°, in particolare pari a 105°.
8. 8. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta apertura di dosaggio (7) comprende un primo bordo trasversale (11) impegnato da detto elemento otturatore (4) in una posizione di chiusura (C) e provvisto di un vano (13) in grado di ricevere prodotto quando detto elemento otturatore (4) Ã ̈ movimentato e disposto in detta posizione di chiusura (C).
9. 9. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi attuatori (5) per movimentare detto elemento otturatore (4) lungo detta direzione di spostamento (B), detti mezzi attuatori (5) comprendendo un attuatore elettrico.
10. 10. Apparato secondo la rivendicazione 9, in cui detti mezzi attuatori (5) comprendono un attuatore elettrico con controllo in retroazione di posizione e/o velocità, in particolare un motore elettrico passo-passo in grado di muovere detto elemento otturatore (4) controllandone posizione e/o velocità.
11. 11. Apparato secondo la rivendicazione 9 oppure 10, comprendente un perno (6) azionato da detti mezzi attuatori (5) e connesso a detto elemento otturatore (4) tramite mezzi elastici (8, 9).
12. 12. Macchina dosatrice e/o mescolatrice per dosare e/o mescolare prodotti plastici in granuli e/o micro granuli e/o in scaglia, comprendente almeno un apparato di dosaggio (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti.