WO2011104573A1 - Metodo y aparato para moldeo rotacional - Google Patents

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WO2011104573A1
WO2011104573A1 PCT/IB2010/000336 IB2010000336W WO2011104573A1 WO 2011104573 A1 WO2011104573 A1 WO 2011104573A1 IB 2010000336 W IB2010000336 W IB 2010000336W WO 2011104573 A1 WO2011104573 A1 WO 2011104573A1
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containers
container
molds
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PCT/IB2010/000336
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Inventor
Mario Antonio Romero De La Mora
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Grupo Rotoplas, S.A. De C.V.
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    • B29C41/36—Feeding the material on to the mould, core or other substrate

Definitions

  • the present invention relates to a process and an apparatus for making plastic articles by means of the rotational molding technique, and is more particularly directed to a process and an oven rotational molding apparatus for the production of multi-layer containers. . BACKGROUND OF THE INVENTION
  • Rotational molding is a technique for manufacturing hollow items such as containers, from a thermoplastic material.
  • the particles of said thermoplastic material in liquid form, powder or granules, are placed inside a hollow mold and the mold is rotated in a hot environment until the thermoplastic material melts on the entire interior surface of the mold.
  • the feeding stage especially with the use of "drop-box” is usually done manually, and even in some cases it is necessary to suspend the heating since the material inside the "drop-box” can be plasticized before being emptied into the mold. All of the above implies delays in the global process, losses of heat from the furnace and therefore greater energy expenditure. The feeding stage becomes even more limiting when it comes to manufacturing several multi-layered items in a single cycle.
  • US Patent 4,687,531 of Potoczky describes a device for forming structures with uniform walls that are made by means of rotation and heat in a mold, the mold is in a horizontal position, to achieve its objective the device of the prior art uses a device for introducing the material with a material sprinkler, which by means of compressed air spreads the material due to the use of an arm at the end that is inserted into the mold, this arm can move on the horizontal axis and the part where the materials come out has a movement of 90 °, the mold is in an oven which is heated to a desired temperature.
  • This device has the disadvantage that at the time of placing the material, there are places where the placement of material is not performed, in addition it makes use of a person who knows how to maneuver the arm and place the materials in a uniform way, however the device of This makes use of molds which can be immediately reused to introduce the same material to the next mold, this is advantageous in a production line of more than one mold, in addition to the formation of two or more layers in the device of the state of the technique is necessary to place another arm with some other material, which by the way is not suggested in it; Finally, the arm does not have cooling means which facilitate the introduction of a different material for two or more layers.
  • US Patent 3,744,951 of Szatkowski describes a system for making containers, the system consists of a furnace with carousel-shaped containers, it has different stations in which the molds are passing in each stage of forming, a station has an arm to be able to introducing the material, the arm is introduced into the molds to spread the material in powder form and then withdraw to follow the rotational molding, although this is an arm that enters and leaves the mold has the disadvantage that it is done by means of of sprinklers with which a number of auxiliary elements are used, in addition to moving the arm it must be moved with the entire base assembly, with which the energy consumption is significant, in addition to the formation of two or more containers it is necessary that each mold passes to the position of the arm which leads to a smaller number of containers per unit of time, when using a carousel, this can only be It is necessary to feed a single container, and for the realization of two or more layers it would be necessary to have two or more arms with material which would increase the cost of production since the arm can only be used for
  • Publication WO 2008/133535 shows an oven in which molds of different aspects are introduced and in which the horizontal axis is rotated to make parts, this device has a door in which there is a window where a tube is inserted the which by means of pressure spreads the dust of the material inside, this once it comes into contact with the hot mold is forming the desired piece, however this oven only makes one piece at a time and there is no mention that the material is deposited and that this due to the rotation is distributed homogeneously to the mold. The material is blown into the mold and not only deposited so that later through the rotation it is distributed to the mold.
  • the process and apparatus of the present invention can be used to make containers and other hollow articles from a thermoplastic resin material that is capable of forming a film under the influence of heat.
  • a thermoplastic resin material that is capable of forming a film under the influence of heat.
  • examples of such materials are polyethylene or other polyolefins such as polystyrene and PVC, or engineering plastics.
  • the thermoplastic material is deposited directly in one or more molds inside the furnace with a molding chamber.
  • the feeding system proposed in the present invention consists of a plurality of containers that are introduced through gates formed in the oven walls, without the need to remove the molds from the molding chamber.
  • the containers have a cooling system that prevents the thermoplastic material from adhering to the surface of the container, and also undergoes a cleaning step before making the next load to the molds, which prevents the layer (s) ( s) become contaminated with material from the previous load.
  • the present invention also proposes a highly efficient automated feeding system, ideal for processes involving various molds within the same production cycle.
  • This system is based on the simultaneous feeding of two molds by the introduction of two containers containing the thermoplastic material towards the oven, subsequently the positioning of two other molds and the introduction of two other containers with material to be melted, and so on, until all the molds have the charge of the thermoplastic material.
  • the rotational movement of the molds is then carried out within the molding chamber to form a first layer.
  • the material that will form the second layer is fed by the feeding method described above, and the rotation of the molds to form the second layer, and so on. It is important to emphasize that the oven is at a practically constant temperature throughout the production cycle, which constitutes an advantage in the energy and economic aspect.
  • the present invention constitutes an improvement to the prior art since it allows the production of multilayer articles in a furnace with a molding chamber, through a highly efficient process, without delays in the feeding stage of the thermoplastic material, without energy losses, achieving high quality articles and large volumes of production in a short time, and that uses a series of containers for the introduction of the materials to melt in the molds, without using spray or injection means to supply the thermomplastic material.
  • Figure 1 is a perspective view of the rotational molding apparatus of the present invention.
  • Figure 2 is a side view of the rotational molding apparatus of the present invention.
  • Figure 3 constitutes a perspective view of the furnace which also shows the gates by means of which the material to be melted is introduced.
  • Figure 4 represents a plan view of one of the plates that support the molds.
  • Figures 5a and 5b are perspective views of one of the containers that transport the material to be melted into the oven, the container being coupled to a rotating arm; Figure 5a shows the container in position to contain the material to be melted, and Figure 5b shows the container in position to empty its contents.
  • Figure 6 is a top perspective view of one of the containers to which the upper bottom has been omitted.
  • Figure 7 is a top plan view of the container carrying the thermoplastic material, without the top bottom.
  • Figure 8 is a perspective view of the container cooling system. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • Figure 1 shows a perspective view of the system of the present invention, which is mainly constituted by a furnace (1) with a molding chamber and a thermoplastic material feeding system, adjacent to the furnace.
  • the oven (1) is a thermally insulated structure, preferably with sheet steel panels.
  • the oven has an octagonal shape, as this configuration allows for better heating efficiency.
  • cameras of any other polygonal shape such as hexagonal, or even cylindrical, spherical, cubic or other parallelepiped shaped cameras can be used.
  • the oven (1) has heating means (not shown in the figures) that raise the temperature of the chamber sufficiently to plasticize the thermoplastic material.
  • the preferred heating means are selected from burners powered by methane gas or LP gas (liquefied propane gas), digital burners, by electric arc, among others.
  • the oven (1) has doors for opening / closing the oven (not shown in the figures) and additionally, one or more gates (8), (9) formed at least on one of the faces sides of oven, which preferably have a door to close and open the gate, to avoid thermal losses; said gates allow the material to be plasticized to enter the oven chamber.
  • the oven has two side gates (8) located at the same height, and also has a central gate (9) that will be used to make larger tanks.
  • the gates (8) and (9) are at an intermediate height with respect to the length of the oven chamber.
  • the oven (1) has a means of holding the molds, traditionally known as spider.
  • the spider consists of two plates, a front plate (3) and a rear plate (3 ') (see figures 1 and 2).
  • the plates instead of the plates, other support units can be used, such as multi-arm frames.
  • the plates (3), (3 ') are coupled in their center to an arrow (13) placed on the "X" axis, as shown in Figure 2.
  • the plates are placed opposite each other so that the External faces are free to receive and hold the molds (2).
  • the rotating arrow (13) in turn is perpendicularly coupled to another arrow (30) that transmits the turning movement to the spider on the ⁇ "axis.
  • the arrow (30) is shown in segmented lines in Figure 1.
  • the arrow (30) allows the spider to be rotated 180 ° to move the molds (2) of the front plate (3) back and the molds (2) of the rear plate (3 ') to the front.
  • each mold (2 ) is able to receive the material to melt through the gates (8), (9).
  • the number of molds (2) is eight, four placed on one plate and the other four on the other plate.
  • the dish can withstand a greater number of molds.
  • the use of larger molds will imply a smaller number of them. You can even opt for a single mold on each side of the spider, depending on the production needs. In this case, the introduction of the material to be melted can be done through the central gate (9).
  • the thermoplastic material that is introduced to the molds (2) comes from one or more feeder containers (4).
  • Each feeder container (4) is a tray that receives and contains the material to be melted.
  • the container (4) is connected at its rear end to an arm (5) which in turn is coupled to a geared motor (6), this motor (6) transmits a 180 ° turning movement to the arm to turn the container (4) and thus empty the material to melt inside the mold.
  • Each of the arms (5) is also coupled to a second gearmotor (16) that transmits the movement of the arm (4) forward to introduce the container (4) through one of the gates (8) or (9) , and back, to be aligned again with the rest of the arms (4).
  • the number of containers (4) corresponds to the number of molds (2), so that each container (4) empties its contents into a given mold.
  • the eight containers (4) are placed at the same height and are aligned with each other, as shown in Figure 1.
  • the containers are also grouped into two groups of four, so that four containers (4) are close to one side gate (8) and the other four containers (4) are close to the other side gate (8).
  • This configuration allows a container (4) of a first group to be introduced through a gate (8) and another container (4) of the second group through the other gate (8). Ideally, the introduction of the two containers (4) is carried out simultaneously.
  • the arms (5) with their respective vessels (4) also have a horizontal displacement that is achieved by means of a third gearmotor. This displacement allows each of the containers (4) to be positioned at the height of the gates, so that all the containers can discharge their contents into the molds as required during the overall process.
  • the movement of the containers (4) is not limited to the use of gearmotors, but hydraulic, mechanical, pneumatic, manual means, etc. can be used.
  • each feeder container (4) has rounded walls, as seen in Figures 5a and 5b, to facilitate the emptying of the material to the mold and to prevent residual material adhering to the container (4).
  • the feeder container (4) should be cooled to prevent particles from adhering to it, since the hot container can easily allow adhesion of the plastic material of the previous discharge.
  • the present invention proposes a cooling system by means of water or another cooling liquid, wherein the cold liquid from a liquid cooling equipment is circulated to each of the containers (4), as will be explained below with reference to figures 6 and 7.
  • the cooling liquid is water, which offers the advantage of being recyclable, low cost and high heat capacity.
  • the container (4) is a double bottom structure, so that a chamber is formed through which water can circulate (see figure 6).
  • the container has a cold water inlet (20) and a hot water outlet (21).
  • the holes (20), (21) are preferably formed at one of the ends of the container, and more preferably, at the front end.
  • the container (4) has a longitudinal division (22) formed inside the chamber, said division (22) projects from the front end of the container (4) but is finished off before the rear end. This division (22) allows the water that penetrates through the inlet orifice (20) to follow a path similar to a "U" (see figure 7) and then exits through the orifice (21).
  • the water can be circulated inside the chamber of the container by other means, for example, with an internal pipe, a coil or any other element that allows water to travel to cool, however the use of the vertical division (22) for its simplicity and efficiency.
  • the water that enters the containers (4) comes from a cooler (23) that sends the cold water to a first cold water distributor (24), said distributor (24) in turn It has connected hoses (25) that transport cold water to the containers (4) through the inlet holes (20).
  • the hot water leaves the outlet orifices (21) through second hoses (26) that transport the water to a second distributor (27) that returns the hot water to the cooling equipment (23).
  • the hoses (25), (26) are preferably made of a heat-resistant material, since they are connected at all times to the containers and will also be introduced into the oven during the discharge stage To the molds. Similarly, the hoses (25), (26) must be made of a flexible material that allows them to engage the rotation and displacement of the containers (4).
  • the containers are made of stainless steel covered with non-stick material or other release material, chromed iron, carbon steel, aluminum or any other high temperature resistant material.
  • the position of the molds is as shown in Figure 4, so that two of them are on the horizontal axis and the remaining two on the vertical axis.
  • the spider has two positions for feeding the molds, said positions are determined by the rotation transmitted by the arrow (13). In a first position, two molds are fed simultaneously, for example, those found on the horizontal axis, by introducing two containers (4). Then a 90 ° rotation is carried out to the plate for the feeding of the two remaining molds. Subsequently the spider turns 180 ° by means of the arrow (30) to position the molds of the rear plate (3 ') in front of the gates. The loading operation is repeated as was done with the first plate (3), for the remaining molds. The procedure is repeated to form each of the layers that the product requires.
  • An important advantage of the present invention is that since the container (4) is cold, there is no adhesion of residues to the walls of the container, avoiding contamination of the subsequent layers.
  • a pressurized air cleaning system is also necessary to remove particles from the previous discharge and the container is ready for another load. Compressed air is applied to the containers when they leave the oven.
  • the cleaning system of the containers is preferably placed in the support of the feeding system, below the containers. It consists of a fan-type venturi system to cover most of the container. Instead, any device with air movement can be used. When it is desired to clean the containers they are turned down to receive the compressed air. Preferably, the disposal of the containers is received in some container.
  • the weighing and dosing system of the thermoplastic material that is proposed for the preferred mode is already known. It consists of one or more vacuum cleaners (10), each vacuum cleaner (10) is connected to a hopper (11) and a gravimetric balance (12) which has electronic level indicators. The discharge to the containers (4) is by an opening system. The vacuum cleaner (10) absorbs the plastic material from a silo (not shown in the figures) and transfers it to the hopper (11). The gravimetric balance (12) by electronic means sends a signal to the hopper (11) to stop feeding according to the weight for which the balance is programmed.
  • three hoppers, three vacuum cleaners and three scales will be used.
  • the system is configured so that, during the preparation of the first layer, a single balance (12) feeds all the containers of the first material to be used.
  • the second hopper will be used and so on.
  • the feeding to the containers can be done manually, by pneumatic, hydraulic means, among others.
  • the system of the present invention has an oven control panel (40) and a power control panel (41), both of which are computerized systems.
  • the power control panel works by coordinates. Both the feeding system and the oven control system are synchronized to feed the material.
  • the system of the present invention also has a support device for feeders and a support for arms and vessels.
  • the movement of the molds inside the oven can be carried out in various ways, for example, in the form of a carousel.
  • stage of cleaning the containers (4) with compressed air can be carried out either at the moment when the containers leave the oven, or just before placing the material coming from the hopper.
  • the product resulting from this process has all the advantages of rotomoulded articles in the oven, since homogeneity of the thickness of the walls is preserved, achieving high quality articles.
  • the resulting product has improved attributes and lower manufacturing costs.
  • Another advantage is the low energy cost compared to the processes that require extracting the molds of the oven for a new load, or other processes where the oven is opened to manually enter the load of the material to be melted, since each opening of the oven implies losses of heat energy Consequently, the process is also more economical and environmentally friendly.
  • the product resulting from the process is a three-layer tank, wherein the outer layer is of a solid polyethylene based material, the intermediate layer is of a polyethylene based foaming and the inner layer of a polyethylene based antibacterial material.

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Abstract

La presente invención se refiere a un proceso y un aparato para elaborar artículos de plástico mediante Ia técnica de moldeo rotacional, y está dirigida más particularmente a un proceso y un aparato de rotomoldeo en horno para Ia elaboración de contenedores con capas múltiples. EL aparato de Ia presente utiliza una serie de recipientes para Ia introducción de los materiales a fundir en los moldes, los cuales son controlados por medio de un panel de control computarizado.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA MOLDEO ROTACIONAL
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso y un aparato para elaborar artículos de plástico mediante la técnica de moldeo rotacional, y está dirigida más particularmente a un proceso y un aparato de rotomoldeo en horno para la elaboración de contenedores con capas múltiples. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El moldeo rotacional es una técnica para la fabricación de artículos huecos tales como contenedores, a partir de un material termoplástico. Las partículas de dicho material termoplástico en forma líquida, polvo o gránulos, se colocan dentro de un molde hueco y el molde se rota en un ambiente caliente hasta que el material termoplástico se funde en toda la superficie interior del molde.
Existen diversos tipos de máquinas, desde unas pequeñas y sencillas, hasta otras de grandes diámetros de giro con sofisticado sistema eléctrico de control. Su selección se realiza en base a determinados parámetros a considerar, como el tamaño de pieza, ritmo de producción, inversión prevista.
Hay también distintos sistemas de rotomoldeo; los más simples conocidos como fijos o estático a los cuales ingresan y egresan los carros porta- molde; otros con una unidad giratoria central o carrusel, con tres, cuatro, o más brazos que se mueven entre las distintas estaciones de trabajo (carga, calentamiento, enfriamiento, carga/ descarga). Para piezas de grandes dimensiones se usan las máquinas de tipo de lanzadera giratoria.
El proceso de rotomoldeo tradicional se realiza en flama abierta, con la desventaja de que el espesor de las paredes del artículo resultante no son homogéneas debido a que el calentamiento del molde es irregular. En contraste, los procesos de rotomoldeo en horno permiten lograr artículos de gran calidad, con paredes de espesor homogéneo. No obstante, cuando se trata de elaborar artículos con capas múltiples, el uso de un horno resulta poco práctico, ya que una vez formada la primera capa, la siguiente carga de material a fundir generalmente implica retirar el molde del horno. Como alternativa, para evitar sacar el molde del horno, se abre una compuerta del horno y se introduce el material termoplástico, ya sea por medio de un recipiente o caja llamada comúnmente "drop-box", o bien mediante algún dispositivo rociador. Por lo general, la etapa de alimentación, sobre todo con el uso de "drop-box" suele realizarse de manera manual, e incluso en algunos casos se requiere suspender el calentamiento ya que el material dentro del "drop-box" se puede plastificar antes de ser vaciado en el molde. Todo lo anterior implica demoras en el proceso global, pérdidas de calor proveniente del horno y por ende mayor gasto energético. La etapa de alimentación se vuelve todavía más limitante cuando se trata de fabricar varios artículos de varias capas en un solo ciclo.
En el estado de la técnica hay diversos dispositivos los cuales tienen la función de introducir materiales al horno de rotomoldeo. La patente US 4,687,531 de Potoczky describe un dispositivo para formar estructuras con paredes uniformes que son hechos por medio de rotación y calor en un molde, el molde se encuentra en posición horizontal, para lograr su objetivo el dispositivo del estado de la técnica se vale de un dispositivo para introducir el material con un aspersor de material, el cual por medio de aire comprimido esparce el material debido al uso de un brazo en el extremo que se inserta en el molde, este brazo se puede mover en el eje horizontal y la parte donde salen los materiales tiene un movimiento de 90°, el molde se encuentra en un horno el cual se calienta a una temperatura deseada. Este dispositivo tiene la desventaja de que al momento de colocar el material, hay lugares en donde la colocación de material no se realiza, además hace uso de una persona que sepa maniobrar el brazo y colocar los materiales de manera uniforme, sin embargo el dispositivo de la presente hace uso de moldes los cuales pueden ser reutilizados inmediatamente para introducir el mismo material al siguiente molde, esto es ventajoso en una línea de producción de mas de un molde, además para la formación de dos o más capas en el dispositivo del estado de la técnica es necesario colocar otro brazo con algún otro material, que dicho sea de paso no es sugerido en el mismo; finalmente el brazo no tiene medios de enfriamiento los cuales facilitan la introducción de un material diferente para formas dos o más capas. La patente US 3,744,951 de Szatkowski describe un sistema para hacer contenedores, el sistema consta de de un horno con contenedores en forma de carrusel, tiene diferentes estaciones en las cuales va pasando los moldes en cada etapa de formado, una estación tiene un brazo para poder introducir el material, el brazo se introduce dentro de los moldes para esparcir el material en forma de polvo y luego retirarse para seguir el rotomoldeo, este aunque es un brazo que entra y sale del molde tiene la desventaja de que el mismo se realiza por medio de aspersores con lo que se utilizan un sin número de elementos auxiliares, además para mover el brazo se tiene que mover el mismo con todo el conjunto de base, con lo que el consumo de energía es significativo, además para la formación de dos o más contenedores es necesario que cada molde pase a la posición del brazo lo que conlleva a que se realice un menor numero de contenedores por unidad de tiempo, al utilizar un carrusel, este solo puede alimentar un solo contenedor, y para la realización de dos o mas capas seria necesario tener dos o mas brazos con material lo que incrementaría el costo de producción ya que el brazo solo se puede utilizar para un solo material. La desventaja de este dispositivo es que su mantenimiento es mayor y que solo puede introducir el material de uno a la vez. La limpieza en cada introducción no es posible solo hasta que se detiene la línea de producción.
La publicación WO 2008/133535 muestra un horno en el cual se introducen moldes de diferentes aspectos y en los cuales se gira en el eje horizontal para hacer piezas, este dispositivo tiene una puerta en la cual hay una ventana en donde se introduce un tubo el cual por medio de presión va esparciendo el polvo del material en el interior, este una vez que entra en contacto con el molde caliente va formando la pieza deseada, sin embargo este horno solo realiza una sola pieza a la vez y no hay mención de que el material sea depositado y que este debido a la rotación se distribuya homogéneamente al molde. El material se sopla dentro del molde y no solo se deposita para que después por medio de la rotación se distribuya al molde. La desventaja de este dispositivo es que para la realización de dos o mas capas sería necesario tener un brazo para cada material ya que el mismo no se puede limpiar al momento de la realización del producto y sería necesario tener dos tubos que introducen los materiales a la vez aumentando el costo de producción. Como otra alternativa, la patente US 4,632,654 describe el uso de un horno para rotomoldeo que está conectado a una cámara de enfriamiento, en donde los moldes se trasladan desde el horno hacia la cámara de enfriamiento, y una vez cargados con el material de la segunda capa, se dirigen nuevamente al horno y después a la cámara de enfriamiento, y así sucesivamente. Este sistema resulta complejo porque requiere de un dispositivo para el traslado de los moldes de una cámara a otra, además de que el tiempo de producción se prolonga considerablemente.
Hasta ahora, ningún proceso permite la elaboración de artículos multicapa en horno mediante un ciclo automatizado, altamente eficiente, con grandes volúmenes de producción y sin pérdidas de energía, en donde se utilicen los recipientes para introducir el material a los moldes y que esos mismos recipientes sean utilizados en el mismo ciclo de producción para colocar el material formador de la primera capa en los moldes; esos mismos recipientes una vez limpios se utilizan para colocar la siguiente capa de material, y así sucesivamente hasta completar el numero de capas deseado.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
El proceso y aparato de la presente invención se pueden utilizar para fabricar contenedores y otros artículos huecos a partir de un material de resina termoplástica que sea capaz de formar una película bajo la influencia del calor. Ejemplos de tales materiales son polietileno u otras poliolefinas como por ejemplo poliestireno y PVC, o bien plásticos de ingeniería.
De acuerdo con la presente invención, el material termoplástico se deposita directamente en uno o más moldes dentro del horno con cámara de moldeo. El sistema de alimentación propuesto en la presente invención consta de una pluralidad de recipientes que se introducen a través de compuertas formadas en las paredes del horno, sin necesidad de sacar los moldes de la cámara de moldeo. Los recipientes tienen un sistema de enfriamiento que impide que el material termoplástico se adhiera a la superficie del recipiente, y también se someten a una etapa de limpieza antes de realizar la siguiente carga hacia los moldes, lo que evita que la(s) capa(s) se contaminen con material de la carga anterior. La presente invención además propone un sistema de alimentación automatizado altamente eficiente, ideal para procesos que involucran diversos moldes dentro del mismo ciclo de producción. Este sistema está basado en la alimentación simultánea de dos moldes mediante la introducción de dos recipientes que contienen el material termoplástico hacia el horno, posteriormente se lleva a cabo el posicionamiento de otros dos moldes y la introducción de otros dos recipientes con material a fundir, y así sucesivamente, hasta que todos los moldes tienen la carga del material termoplástico. Entonces se lleva a cabo el movimiento giratorio de los moldes dentro de la cámara de moldeo para formar una primera capa. Posteriormente se efectúa la alimentación del material que formará la segunda capa, mediante el método de alimentación antes descrito, y la rotación de los moldes para formar la segunda capa, y así sucesivamente. Es importante destacar que el horno se encuentra a una temperatura prácticamente constante durante todo el ciclo de producción, lo cual constituye una ventaja en el aspecto energético y económico.
La presente invención constituye una mejora al arte previo pues permite elaborar artículos multicapa en un horno con cámara de moldeo, mediante un proceso altamente eficiente, sin demoras en la etapa de alimentación del material termoplástico, sin pérdidas de energía, logrando artículos de gran calidad y grandes volúmenes de producción en corto tiempo, y que utiliza una serie de recipientes para la introducción de los materiales a fundir en los moldes, sin necesidad de emplear medios de aspersión o inyección para suministrar el material termomplástico. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 es una vista en perspectiva del aparato de rotomoldeo de la presente invención.
La figura 2 es una vista lateral del aparato de rotomoldeo de la presente invención.
La figura 3 constituye una vista en perspectiva del horno que muestra también las compuertas por medio de las cuales se introduce el material a fundir. La figura 4 representa una vista en planta de uno de los platos que soportan los moldes.
Las figuras 5a y 5b son vistas en perspectiva de uno de los recipientes que transportan el material a fundir hacia el horno, el recipiente estando acoplado a un brazo giratorio; la figura 5a muestra el recipiente en posición para contener el material a fundir, y la figura 5b muestra el recipiente en posición para vaciar su contenido.
La figura 6 es una vista en perspectiva superior de uno de los recipientes al cual se le ha omitido el fondo superior.
La figura 7 es una vista en planta superior del recipiente portador del material termoplástico, sin el fondo superior.
La figura 8 es una vista en perspectiva del sistema de enfriamiento de los recipientes. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La figura 1 muestra una vista en perspectiva del sistema de la presente invención, el cual está constituido principalmente por un horno (1) con cámara de moldeo y un sistema de alimentación del material termoplástico, adyacente al horno.
El horno (1) es una estructura aislada térmicamente, de preferencia con paneles de chapa de acero. En la modalidad preferida, el horno tiene una forma octagonal, pues esta configuración permite lograr una mejor eficiencia en el calentamiento. Sin embargo, pueden emplearse cámaras de cualquier otra forma poligonal, como por ejemplo hexagonal, o incluso cámaras de forma cilindrica, esférica, cúbica u otro paralelepípedo.
El horno (1) tiene medios de calentamiento (no mostrados en las figuras) que elevan la temperatura de la cámara lo suficiente para plastificar el material termoplástico. Los medios de calentamiento preferidos se seleccionan de quemadores con alimentación a gas metano o gas LP (gas licuado de propano), quemadores digitales, por arco eléctrico, entre otros.
Como se observa en la figura 3, el horno (1) tiene puertas para apertura/cierre del horno (no mostradas en las figuras) y adicionalmente, una o más compuertas (8), (9) formadas al menos en una de las caras laterales del horno, las cuales de preferencia cuentan con una puerta para cerrar y abrir la compuerta, para evitar pérdidas térmicas; dichas compuertas permiten la entrada del material a plastificar hacia la cámara del horno. En la modalidad preferida, el horno tiene dos compuertas laterales (8) situadas a la misma altura, y también tiene una compuerta central (9) que se usará para fabricar tanques de mayor tamaño. De manera preferida, las compuertas (8) y (9) se encuentran a una altura intermedia con respecto a la longitud de la cámara del horno.
El horno (1) cuenta con un medio de sujeción de los moldes, tradicionalmente conocido como araña. En la modalidad preferida, la araña está constituida por dos platos, un plato frontal (3) y un plato posterior (3') (ver figuras 1 y 2). En lugar de los platos pueden emplearse otras unidades de soporte, como por ejemplo, armazones con múltiples brazos. Los platos (3), (3') están acoplados en su centro a una flecha (13) colocada en el eje "X", tal como se observa en la figura 2. Los platos están colocados uno frente al otro de manera que las caras externas están libres para recibir y sostener los moldes (2).
La flecha giratoria (13) a su vez está acoplada perpendicularmente a otra flecha (30) que transmite el movimiento de giro a la araña en el eje Ύ". La flecha (30) se muestra en líneas segmentadas en la figura 1. La flecha (30) permite girar la araña 180° para trasladar los moldes (2) del plato frontal (3) hacia atrás y los moldes (2) del plato posterior (3') hacia el frente. Con la disposición descrita, cada molde (2) es capaz de recibir el material a fundir a través de las compuertas (8), (9).
En la modalidad preferida, el número de moldes (2) es de ocho, cuatro colocados sobre un plato y los otros cuatro sobre el otro plato. Sin embargo, tratándose de moldes pequeños, el plato puede soportar un mayor número de moldes. De manera análoga, el uso de moldes de mayores dimensiones implicará un menor número de éstos. Incluso se puede optar por un solo molde en cada lado de la araña, dependiendo de las necesidades de producción. En este caso, la introducción del material a fundir se puede realizar a través de la compuerta central (9).
El material termoplástico que se introduce a los moldes (2) proviene de uno o más recipientes alimentadores (4). Cada recipiente alimentador (4) es una charola que recibe y contiene el material a fundir. El recipiente (4) está conectado en su extremo posterior a un brazo (5) que a su vez está acoplado a un motoreductor (6), este motor (6) transmite un movimiento de giro de 180° al brazo para voltear el recipiente (4) y así vaciar el material a fundir dentro del molde. Cada uno de los brazos (5) está también acoplado a un segundo motoreductor (16) que transmite el movimiento del brazo (4) hacia delante para introducir el recipiente (4) a través de una de las compuertas (8) ó (9), y hacia atrás, para quedar nuevamente alineado con el resto de los brazos (4).
En la modalidad preferida, el número de recipientes (4) corresponde con el número de moldes (2), de manera que cada recipiente (4) vacía su contenido en un molde determinado. Los ocho recipientes (4) están colocados a la misma altura y se encuentran alineados entre sí, como se observa en la figura 1. Los recipientes además están agrupados en dos grupos de cuatro, de manera que cuatro recipientes (4) están próximos a una compuerta lateral (8) y los otros cuatro recipientes (4) están próximos a la otra compuerta lateral (8). Esta configuración permite introducir un recipiente (4) de un primer grupo a través de una compuerta (8) y otro recipiente (4) del segundo grupo a través de la otra compuerta (8). Idealmente, la introducción de los dos recipientes (4) se realiza de manera simultánea.
Los brazos (5) con sus recipientes (4) respectivos tienen también un desplazamiento horizontal que se logra por medio de un tercer motoreductor. Este desplazamiento permite posicionar a cada uno de los recipientes (4) a la altura de las compuertas, de manera que todos los recipientes puedan descargar su contenido hacia los moldes conforme se requiera durante el proceso global.
Como será evidente para un experto en la técnica, el movimiento de los recipientes (4) no se limita al uso de motorreductores, sino que pueden emplearse medios hidráulicos, mecánicos, neumáticos, manuales, etc.
A continuación se describirá el recipiente (4) de la presente invención. De preferencia, cada recipiente alimentador (4) tiene paredes redondeadas, como se observa en las figuras 5a y 5b, para facilitar el vaciado del material al molde y para evitar que quede material residual adherido al recipiente (4).
El recipiente alimentador (4) deberá enfriarse para evitar que se adhieran partículas al mismo, ya que el recipiente caliente fácilmente puede permitir adherencia del material plástico de la descarga anterior. La presente invención propone un sistema de enfriamiento por medio de agua u otro líquido de enfriamiento, en donde se hace circular el líquido frío proveniente de un equipo enfriador de líquido hacia cada uno de los recipientes (4), como se explicará a continuación haciendo referencia a las figuras 6 y 7. De preferencia el líquido de enfriamiento es agua, el cual ofrece la ventaja de ser reciclable, de bajo costo y alta capacidad calorífica.
El recipiente (4) es una estructura con doble fondo, de manera que se forma una cámara a través de la cual el agua puede circular (ver figura 6). El recipiente tiene un orificio de entrada (20) de agua fría y un orificio de salida (21) de agua caliente. Los orificios (20), (21) están formados de preferencia en uno de los extremos del recipiente, y de manera más preferida, en el extremo frontal. El recipiente (4) tiene formada una división longitudinal (22) dentro de la cámara, dicha división (22) se proyecta desde el extremo frontal del recipiente (4) pero está rematada antes del extremo posterior. Esta división (22) permite que el agua que penetra por el orificio de entrada (20) siga una trayectoria semejante a una "U" (ver figura 7) y después sale por el orificio (21).
Cabe mencionar que el agua puede hacerse circular dentro de la cámara del recipiente por otros medios, por ejemplo, con una tubería interna, un serpentín o cualquier otro elemento que permita el recorrido del agua para realizar el enfriamiento, sin embargo se prefiere el uso de la división vertical (22) por su sencillez y eficacia.
Tal como se observa en la figura 8, el agua que penetra a los recipientes (4) proviene de un enfriador (23) que envía el agua fría a un primer distribuidor (24) de agua fría, dicho distribuidor (24) a su vez tiene conectadas mangueras (25) que transportan el agua fría hacia los recipientes (4) a través de los orificios de entrada (20). El agua caliente sale de los orificios de salida (21) a través de unas segundas mangueras (26) que transportan el agua hacia un segundo distribuidor (27) que regresa el agua caliente hacia el equipo enfriador (23).
Las mangueras (25), (26) están elaboradas de preferencia en un material resistente al calor, ya que están conectadas en todo momento a los recipientes y también serán introducidas al horno durante la etapa de descarga hacia los moldes. De igual manera, las mangueras (25), (26) deben estar elaboradas en un material flexible que les permita acoplarse al giro y al desplazamiento de los recipientes (4).
De preferencia los recipientes están elaborados en acero inoxidable cubierto con material antiadherente u otro material desmoldante, fierro cromado, acero al carbón, aluminio o cualquier otro material resistente a altas temperaturas.
En la modalidad preferida de la presente invención, considerando cuatro moldes (3) en cada plato (3), (3'), la posición de los moldes es tal como se muestra en la figura 4, de manera que dos de ellos se encuentren en el eje horizontal y los dos restantes en el eje vertical. La araña tiene dos posiciones para la alimentación de los moldes, dichas posiciones están determinadas por el giro transmitido por la flecha (13). En una primera posición, se alimentan simultáneamente dos moldes, por ejemplo, los que se encuentran en el eje horizontal, mediante la introducción de dos recipientes (4). Después se lleva a cabo un giro de 90° al plato para la alimentación de los dos moldes restantes. Posteriormente la araña da vuelta 180° por medio de la flecha (30) para posicionar los moldes del plato posterior (3') frente a las compuertas. La operación de carga se repite como se hizo con el primer plato (3), para los moldes restantes. El procedimiento se repite para formar cada una de las capas que requiera el producto.
Una ventaja importante de la presente invención consiste en que al estar el recipiente (4) frío, no hay adherencia de residuos a las paredes del recipiente, evitando la contaminación de las capas subsecuentes. Sin embargo también es necesario un sistema de limpieza por aire a presión para eliminar partículas de la descarga anterior y el recipiente queda listo para otra carga. El aire comprimido se aplica a los recipientes cuando salen del horno. El sistema de limpieza de los recipientes está colocado de preferencia en el soporte del sistema de alimentación, por debajo de los recipientes. Consta de un sistema de venturi de preferencia tipo abanico para abarcar la mayor parte del recipiente. En su lugar puede emplearse cualquier dispositivo con movimiento de aire. Cuando se desea limpiar los recipientes estos se voltean hacia abajo para recibir el aire comprimido. De manera preferida, el desecho de los recipientes se recibe en algún contenedor. El sistema de pesaje y dosificación del material termoplástico que se propone para la modalidad preferida es ya conocido. Consiste de una o más aspiradoras (10), cada aspiradora (10) está conectada a una tolva (11) y a una balanza gravimétrica (12) la cual tiene indicadores electrónicos de nivel. La descarga hacia los recipientes (4) es por un sistema de apertura. La aspiradora (10) absorbe el material plástico desde un silo (no mostrado en las figuras) y lo transfiere hacia la tolva (11). La balanza gravimétrica (12) por medios electrónicos manda una señal a la tolva (11) para detener la alimentación de acuerdo con el gramaje para el cual está programada la balanza.
En la modalidad preferida, para elaborar un artículo de tres capas, se utilizarán tres tolvas, tres aspiradoras y tres balanzas. El sistema está configurado para que, durante la elaboración de la primera capa, una sola balanza (12) alimente a todos los recipientes del primer material a usar. Para la segunda capa se usará la segunda tolva y así sucesivamente.
De manera alternativa, la alimentación a los recipientes puede realizarse de forma manual, por medios neumáticos, hidráulicos, entre otros.
El sistema de la presente invención cuenta con un panel de control del horno (40) y un panel de control de alimentación (41), ambos son sistemas computarizados. El panel de control de alimentación trabaja por coordenadas. Tanto el sistema de alimentación como el de control del horno están sincronizados para la alimentación del material.
El sistema de la presente invención también cuenta con un dispositivo de soporte para los alimentadores y un soporte para los brazos y los recipientes.
Como será evidente para cualquier persona con habilidad media en la técnica, se pueden hacer múltiples modificaciones al sistema descrito en la presente solicitud. Por ejemplo, el movimiento de los moldes dentro del horno puede realizarse de diversas maneras, por ejemplo, en forma de carrusel.
El proceso de la modalidad preferida de la presente invención consta de las siguientes etapas básicas:
1. Cargar las tolvas (11) y las balanzas gravimétricas (12) con la cantidad programada de material a fundir. 2. Cargar los recipientes (4) con el material de una de las tolvas (11)
3. Colocar los moldes (2) de uno de los platos (3) frente a las compuertas (8)
4. Abrir las compuertas (8)
5. Trasladar un recipiente del primer grupo de recipientes hacia el horno a través de una compuerta (8) y simultáneamente trasladar otro recipiente del segundo grupo de recipientes a través de a otra compuerta (8).
6. Girar simultáneamente los dos recipientes (4) para vaciar su contenido hacia los dos moldes (2) adyacentes a las compuertas (8)
7. Girar el plato frontal (3) en el eje "X" para colocar los dos moldes (2) vacíos frente a las compuertas (8)
8. Repetir los pasos 5 y 6 con los moldes vacíos del plato
(3)
9. Girar los platos (3) y (3') en el eje Ύ" por medio de la flecha (30) para colocar el plato posterior (3') frente a las compuertas (8)
10. Repetir los pasos 3 a 8 para cargar los moldes (2) del plato posterior (3')
1. Realizar la rotación de los moldes dentro de la cámara de moldeo hasta la formación de la primera capa
12. Repetir los pasos 2 a 11 para la formación subsecuente de las otras capas de material termoplástico
13. Abrir el horno para sacar los moldes y desmoldar las piezas terminadas
Cabe agregar que la etapa de limpieza de los recipientes (4) con aire comprimido puede realizarse ya sea en el momento en que los recipientes salen del horno, o bien justo antes de colocar el material proveniente de la tolva.
Como se puede comprobar de la descripción anterior, el ciclo de elaboración de los artículos plásticos está totalmente automatizado. Otra ventaja del procedimiento aquí propuesto es su gran versatilidad, ya que se pueden obtener simultáneamente y con la misma máquina artículos de diferentes formas y tamaños, e incluso de diferentes espesores.
El producto resultante de este proceso tiene todas las ventajas de los artículos rotomoldeados en horno, ya que se conserva homogeneidad del espesor de las paredes, logrando artículos de alta calidad. El producto resultante tiene atributos mejorados y más bajos costos de fabricación.
Otra ventaja es el bajo costo energético comparado con los procesos que requieren extraer los moldes del horno para una nueva carga, u otros procesos donde se abre el horno para introducir manualmente la carga del material a fundir, ya que cada apertura del horno implica pérdidas de energía calorífica. En consecuencia, el proceso también es más económico y amigable con el medio ambiente.
Con el aparato y método aquí propuesto es posible ahorrar hasta el 50% del tiempo si se hiciera de modo tradicional. La sincronización del horno con la alimentación de manera automatizada por medio de coordenadas da como resultado un ahorro de tiempo tal que permite bajar el tiempo de elaboración.
En la modalidad preferida, el producto resultante del proceso es un tanque tricapa, en donde la capa externa es de un material sólido base polietileno, la capa intermedia es de un espumante base polietileno y la capa interna de un material antibacterial base polietileno.
Evidentemente, se podrían hacer modificaciones a los componentes del aparato descrito en la presente solicitud, por ejemplo, emplear un mayor número de compuertas para realizar una alimentación simultánea de todos los moldes dentro del horno, no obstante, el sistema se vuelve más complejo. En cambio, el uso de un sistema de coordenadas permite con sólo dos compuertas realizar múltiples alimentaciones de los moldes sin necesidad de abrir la puerta principal. Además, el hecho de usar una compuerta intermedia para moldes de mayor tamaño también es prueba de la versatilidad del aparato aquí propuesto.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un aparato de rotomoldeo constituido por un horno con cámara de moldeo y un sistema de alimentación, en donde el horno tiene medios para sujetar moldes dentro de los cuales se coloca el material termoplástico, medios de calentamiento y medios que transmiten movimiento giratorio hacia los moldes, el aparato se caracteriza porque:
a) el horno tiene formadas una o más compuertas en una de sus paredes, cada una de las compuertas está diseñada para permitir la introducción de al menos un recipiente hacia el horno, el o los recipientes son estructuras portadoras del material termoplástico, localizados por fuera del horno y adyacentes a la(s) compuerta(s), cada recipiente está conectado a un brazo que tiene (i) medios para mover el recipiente hacia adelante y hacia atrás con la finalidad de introducirlo y sacarlo a través de una de las compuertas; y (ii) medios para girar el brazo con la finalidad de voltear el recipiente y derramar su contenido hacia los moldes dentro del horno;
b) cada recipiente es una estructura de doble fondo de modo que entre sus dos paredes se forma una cámara a través de la cual se hace circular un líquido proveniente de un enfriador, el líquido frío penetra a través de un orificio de entrada formado en el recipiente, circula por la cámara del recipiente y sale líquido caliente por otro orificio de salida.
2. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1, en donde los recipientes tienen paredes redondeadas.
3. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1 , en donde el pesaje y dosificación del material termoplástico se realiza mediante una balanza gravimétrica
4. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1, en donde el brazo giratorio de los recipientes se hace girar por acción de un motoreductor.
5. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1, en donde el recipiente tiene una división longitudinal que permite que el agua que entra por el orificio de entrada siga una trayectoria semejante a una "U".
6. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1, en donde cada compuerta tiene medios de apertura y cierre.
7. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1 , en donde los medios para girar el recipiente realizan un giro de 180°.
8. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1 , en donde cada recipiente tiene una división longitudinal para permitir una trayectoria del líquido de enfriamiento en forma de "U".
9. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1 , en donde los medios para meter y sacar los recipientes hacia el horno consisten en uno o más motoreductores.
10. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1, en donde el número de compuertas es de dos.
11. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1 , en donde el número de compuertas es de tres.
12. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1 , en donde se tiene una compuerta central que se usará para fabricar tanques de mayor tamaño.
13. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1, en donde las compuertas están situadas a la misma altura.
14. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1, en donde las compuertas se encuentran a una altura intermedia con respecto a la longitud de la cámara del horno.
15. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1, en donde los recipientes se controlan por medio de un panel de control computarizado.
16. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1, en donde el aparato cuenta con un dispositivo de soporte para los alimentadores y un soporte para los brazos y los recipientes.
17. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1 , que además comprende medios para la limpieza de los recipientes.
18. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 17, en donde los medios para limpieza consisten en uno o más medios para enviar aire comprimido.
19. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 1, en donde el sistema de enfriamiento es por medio de agua u otro líquido de enfriamiento.
20. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 19, en donde el sistema de enfriamiento utiliza una o más mangueras diseñadas para hacer circular el líquido de enfriamiento hacia los recipientes.
21. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 20, en donde las mangueras hacen circular el líquido frío proveniente de un equipo enfriador hacia cada uno de los recipientes.
22. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 21, en donde el equipo enfriador está a su vez acoplado a un primer distribuidor que a su vez transfiere el líquido de enfriamiento hacia las mangueras.
23. El aparato de rotomoldeo según la reivindicación 22, en donde el líquido que proviene de los recipientes pasa a un segundo distribuidor que a su vez transfiere el líquido caliente hacia el equipo enfriador.
24. Un método para elaborar artículos de plástico mediante la técnica de moldeo rotacional caracterizada por las siguientes etapas:
a) cargar unas tolvas y unas balanzas gravimétricas con la cantidad programada de material a fundir;
b) cargar unos recipientes con el material de una de las tolvas;
c) colocar unos moldes de uno de los platos frente a las compuertas;
d) abrir las compuertas;
e) trasladar un recipiente del primer grupo de recipientes hacia el horno a través de una compuerta y simultáneamente trasladar otro recipiente del segundo grupo de recipientes a través de a otra compuerta;
f) girar simultáneamente los dos recipientes para vaciar su contenido hacia los dos moldes (2) adyacentes a las compuertas;
g) girar el plato frontal en el eje "X" para colocar los dos moldes vacíos frente a las compuertas;
h) repetir los pasos e) y f) con los moldes vacíos del plato;
i) girar los platos en el eje T por medio de una flecha para colocar el plato posterior frente a las compuertas;
j) repetir los pasos c) a h) para cargar los moldes del plato posterior; k) realizar la rotación de los moldes dentro de la cámara de moldeo hasta la formación de la primera capa; I) repetir los pasos b) a k) para la formación subsecuente de las otras capas de material termoplástico; y
m) abrir el horno para sacar los moldes y desmoldar las piezas terminadas.
25. El método para elaborar artículos de plástico mediante la técnica de moldeo rotacional según la reivindicación 24 caracterizado por que se limpian los recipientes con aire comprimido puede realizarse ya sea en el momento en que los recipientes salen del horno, o bien justo antes de colocar el material proveniente de la tolva.
26. El método para elaborar artículos de plástico mediante la técnica de moldeo rotacional según la reivindicación 24 caracterizado por que el método se realiza de manera automática.
27. El método para elaborar artículos de plástico mediante la técnica de moldeo rotacional según la reivindicación 24 caracterizado por que el método se realiza por medio de un panel de control computarizado.
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