IT201600126942A1 - Stelo raffreddatore nella produzione di contenitori in vetro. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

“STELO RAFFREDDATORE NELLA PRODUZIONE DI CONTENITORI IN VETRO”.

Richiedente: Officina Stampi STA-VE S.r.l . di Claudio e Marco Spinardi di nazionalità italiana con sede ad Ostiglia (Mantova) – Via Dell’Artigianato,10 .

Mandatario: Malgarini Ing. Lucia (Albo prot. n.728) domiciliata a Goito (Mantova) - Via Divisione Acqui,8H.

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DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad uno stelo raffreddatore nella produzione di contenitori in vetro particolarmente indicato per facilitare la circolazione di aria necessaria per raffreddare un maschio presente in uno stampo abbozzatore il quale riceve una goccia di materiale vetroso per la realizzazione di contenitori in vetro.

Come è noto, i processi per la realizzazione di contenitori in vetro quali bottiglie e vasetti sono sostanzialmente di due tipi: in aspirazione (pressato-soffiato) o per soffiaggio (soffiato -soffiato).

La differenza fra i due processi , citati in precedenza, consiste sostanzialmente nel modo con cui viene usata l’aria per formare la bottiglia o il vasetto.

Per entrambi i processi, le varie fasi si possono riassumere nel modo seguente. Il vetro viene formato portando le varie materie prime allo stato liquido ad una temperatura di circa 1100°C, in una zona, chiamata forno, sovrastante gli impianti per produrre , ad esempio, le bottiglie. La “goccia” di vetro viene dosata e trasferita verso uno stampo abbozzatore tramite un apposito canale ed, alla temperatura di circa 1000°C, entra nello stampo abbozzatore nel quale è inserito un maschio che, al suo interno, ha un elemento raffreddatore preposto al raffreddamento del maschio stesso. Con questa disposizione viene così a formarsi una “candela” di vetro con profilo esterno pari al profilo dell’abbozzatore e con cavità interna sagomata come il profilo del maschio.

La fase successiva del processo di formatura della bottiglia prevede che la candela così ottenuta venga trasferita, in tempi molto brevi, nello stampo finitore dove in funzione al metodo usato, tramite insufflazione o aspirazione d’aria, gli viene data la forma definitiva d ella sagoma dello stampo finitore per ottenere la bottiglia completa nella sua forma definitiva.

Nel processo di formatura della bottiglia, al maschio viene attribuito il primo contatto col vetro dato che ha la funzione di creare la parte interna della futura bottiglia. Per questo motivo il maschio è soggetto a forti surriscaldamenti. Il processo di formazione risulta più veloce e più stabile se la temperatura del maschio viene tenuta sotto controllo ed il più bassa possibile durante tutto il processo di formatura.

Maggiormente in dettaglio, l’elemento che ha il compito di raffreddare il maschio è un elemento raffreddatore che è inserito al suo interno. L’elemento raffreddatore è composto da uno stelo conico realizzato in materiale metallico forato lungo la sua superficie che è liscia. Inoltre, lo stelo è dotato di un supporto che è previsto per impegnarsi alla struttura del maschio.

Gli elementi raffreddatori, attualmente in uso, hanno evidenziato una serie di problematiche dovute a frequenti rotture per le vibrazioni a cui sono sottoposti durante le fasi di produzione dei contenitori in vetro. Questi fenomeni implicano dei fermi impianto per la loro sostituzione situazione che influisce sui costi di gestione della produzione sia per i costi dovuti alla sosti tuzione dei pezzi che alla loro realizzazione e dato che in un impianto sono presenti numerosi steli tali inconvenienti sono moltiplicati e incidono considerevolmente sulla gestione ed organizzazione della produzione dei contenitori in vetro.

Un'altra problematica fatta riscontrare dagli elementi raffreddatori deriva dal fatto che non sono in grado di soffiare sul maschio in modo uniformemente distribuito condizione necessaria per una buona produzione del vetro , ma soprattutto di espellere adeguatamente l’a ria calda presente fra elemento raffreddatore e maschio . Infatti, affinché il contenitore non presenti cricche nel materiale o punti di discontinuità che lo possono portare a rottura più facilmente, deve presentare un materiale con caratteristiche uniformi lungo tutta la superficie e sezione e per ottenere questa condizione è necessario un raffreddamento uniforme della “goccia” di vetro. Gli steli attualmente in uso hanno fatto riscontrare l’innescarsi di vortici di aria per cui il flusso d’aria che arriva alla superficie interna del maschio non è omogeneo, ma discontinuo e differenziato da zona a zona sia come quantità che temperatura comportando le problematiche strutturali nel vetro citate in precedenza per la presenza, fra stelo e maschio, di aria surriscaldata che non circola e defluisce . Infatti, si sono riscontrate notevoli problematiche nella gestione della circolazione dell’aria fra quella che entra e quella che deve defluire.

Un'altra problematica legata alla precedente deriva dal fatto che un efficace raffreddamento del maschio permette produzioni migliori nella qualità del vetro, ma anche nella quantità di contenitori che si riescono a produrre.

Infatti, per poter rispettare gli standard di produzione richiesti per ottenere un adeguato raffreddamento del maschio si incrementa il flusso di aria all’interno dell’elemento raffreddatore aumentando la pressione di esercizio condizione che comporta la necessità di disporre di compressori più potenti che hanno dei maggiori costi di installazione, ma sopra ttutto dei maggiori costi di esercizio che si ripercuotono considerevolmente sui costi di gestione dell’impianto e incrementano i costi di produzione dei contenitori.

Un ulteriore problematica scaturita dagli incrementi di pressione sugli elementi raffreddatori emerge dal fatto che l’elevata forza esercitata sul materiale dalla pressione dell’aria provoca delle vibrazioni dello stelo che si rovina ed usura in tempi più brevi , con conseguente, minor tenuta nel tempo e necessità di manutenzioni e/o sostituzioni più frequenti , aggravando ulteriormente i problemi in precedenza illustrati.

In aggiunta, si è riscontrato come, gli elementi raffreddatori per poter resistere alle sollecitazioni a cui sono sottoposti tendano ad avere spessori maggiori che creano problemi di collocazione oltre al fatto che riducono la capacità di raffreddamento al maschio.

Scopo della presente invenzione è sostanzialmente quello di risolvere i problemi della tecnica nota superando le sopra descritte difficoltà mediante uno stelo raffreddatore nella produzione di contenitori in vetro in grado di migliorare il deflusso d’aria e l’efficienza di raffreddamento.

Un secondo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un o stelo raffreddatore nella produzione di contenitori in vetro che presenti una grande facilità ed efficacia d’impiego, nonché una notevole sicurezza e precisione di funzionamento pur essendo di semplice realizzazione .

Un altro scopo della presente invenzione è quello di avere uno stelo raffreddatore nella produzione d i contenitori in vetro che risulti estremamente affidabile , preveda uno spessore contenuto e presenti una struttura robusta.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di avere uno stelo raffreddatore nella produzione di contenitori in vetro che richieda poche e semplici lavorazioni per realizzarlo .

Non ultimo scopo del la presente invenzione è quello di realizzare uno stelo raffreddatore nella produzione di contenitori in vetro di semplice realizzazione e di buona funzionalità permettendo di contenere i costi di realizzazione e di gestione dello stesso.

Questi scopi ed altri ancora, che meglio appariranno nel corso della presente descrizione, vengono sostanzialmente raggiunti da uno stelo raffreddatore nella produzione di contenitori in vetro , come di seguito rivendicato.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di uno stelo raffreddatore nella produzione di contenitori in vetro, secondo la presente invenzione, fatta qui di seguito con riferimento agli uniti disegni, forniti a solo scopo indicativo e pertanto non limitativo, nei quali:

- la figura 1 mostra, in modo schematico ed in vista prospettica, uno stelo raffreddatore oggetto della presente invenzione;

- la figura 2 mostra, in modo schematico una vista sezionata dello stelo raffreddatore di figura 1 inserito in un maschio;

- la figura 3 mostra, in modo schematico ed in vista prospettica un dettaglio dello stelo raffreddatore in oggetto;

- la figura 4 mostra, in modo schematico ed in vista prospettica dall’alto, lo stelo raffreddatore di figura 1;

- la figura 5 mostra una vista prospettica dall’alto di un particolare dello stelo raffreddatore di figura 4;

- la figura 6 mostra, in modo schematico ed in vista prospettica, un altro dettaglio dello stelo raffreddatore in oggetto;

- la figura 7 mostra, in modo schematico , un particolare del profilo dello stelo di figura 1;

- la figura 8 mostra, in modo schematico , una vista dall’alto sezionata dello stelo raffreddatore all’interno del maschio .

Con riferimento alle figure citate, ed in particolare alla figura 1, con 1 è stato complessivamente indicato uno stelo raffreddatore nella produzione di contenitori in vetro, secondo la presente invenzione.

Lo stelo raffreddatore 1 in oggetto è sostanzialmente cost ituito da una base 2 avente una configurazione tronco-conica prevista per inserirsi ed ancorarsi alla struttura interna di un maschio 11 il quale è inserito in uno stampo abbozzatore di un impianto per la realizzazione di contenitori in vetro. La base 2 è internamente cava per permettere il passaggio del flusso di aria per il raffreddamento del maschio come sarà meglio in seguito spiegato. Superiormente alla base 2, lo stelo comprende una ghiera 3 la quale presenta una pluralità di fori 30 previsti per far defluire l’aria surriscaldata dal maschio.

Secondo la presente forma di realizzazione, dalla ghiera 3 si stacca un puntale 4 il quale ha una configurazione tronco -conica con la superficie esterna elicoidale.

Maggiormente in dettaglio, la superficie esterna del puntale 4 presenta in corrispondenza dell’attaccatura alla ghiera 3 una sequenza di costolature 40 ed incavi 41, come mostrato in figura 3, che inizialmente sono fra loro paralleli mentre risalendo verso l’estremità libera del puntale 4 si distribuiscono secondo una configurazione elicoidale . In particolare, le costolature 40 si restringono salendo verso l’estremità libera del puntale come mostrato in figura 6 e figura 7.

In aggiunta a quanto sinora illustrato, lungo ciascuna costolatura 40 sono previste una pluralità di feritoie 42 dalla forma allungata che permettono una distribuzione verticale del flusso di aria sulla parete interna del maschio riducendo la formazione di vortici come negli steli della tecnica nota.

Inoltre, le costolature 40 hanno anche il compito di migliorare la resistenza dello stelo alle vibrazioni dovute al flusso d’aria riducendone di conseguenza considerevolmente le possibilità di rottur a. Secondo la presente invenzione, gli incavi 41 hanno il compito di f are da canale guida per l’aria surriscaldata che deve uscire dai fori 30 della ghiera 3.

In particolare, nella zona di attacco del puntale è presente un raccordo 43 di rinforzo per offrire allo stelo una maggiore resistenza a lla rottura.

In accordo con la presente forma di rea lizzazione, l’estremità libera del puntale 4 presenta delle alette 44 uniformemente distribuite previste per limitare ed impedire le vibrazioni sulla punta all’interno del maschio. Infatti, le alette sono predisposte per andare in appoggio contro la parete interna del maschio in modo da contenere i movimenti del puntale dovuti alla pressione dell’aria quando fuoriesce dalle feritoie 42. Inoltre, alla sommità del puntale 4 è presente un ’apertura 45 prevista per raffreddare in modo particolare la zona della punta del maschio che è la porzione sostanzialmente più calda dato che la “goccia” di vetro si appoggia proprio in quel punto.

Secondo la presente invenzione, lo stelo raffreddatore è realizzato in materiale metallico e preferibilmente in acciaio o una lega mediante una stampa tridimensionale ed un processo di sinterizzazione.

Lo stelo in oggetto è realizzato in un corpo unico costruito con la tecnologia della sinterizzazione laser SLM.

Maggiormente in dettaglio, il materiale che costituisce lo stelo presen ta un alto valore di smaltimento termico oltre ad un buon valore di resistenza meccanica.

In aggiunta a quanto sinora illustrato, la forma a spirale (elicoidale) del profilo esterno del puntale con l’intercalare di costolature e incavi permette di gestire la distribuzione dell’aria aumentando il flusso d’aria necessario al raffreddamento e incanalando in modo separato il flusso d’aria surriscaldato per l ’espulsione dalla ghiera . Inoltre, le feritoie 42, al posto dei fori degli steli della tecnica nota, e la loro disposizione sulla spirale permettono di ottimizzare i vari punti di raffreddamento all’interno del maschio. In particolare, la forma interna, anch’essa a spirale, contribuisce a una migliore distribuzione e ottimizzazione della funzione di raffreddamento. Inoltre, la particolare profilatura terminale canalizza in modo mirato il flusso dell’aria nella parte superiore del masc hio.

Come in precedenza illustrato, le alette 44 evitano le vibrazioni del puntale 4 all’interno del maschio e permettono anche di muovere i flussi d’aria in modo da ottenere una migliore diffusione e distribuzione del l’aria di raffreddamento che arriva a lla superficie interna del maschio in modo omogeneo ed uniforme ed, inoltre, creano una guida per indirizzare l’aria surriscaldata ad incanalarsi negli incavi 41 della superficie esterna a spirale del puntale per essere espulsa in basso attraverso i fori 30 della ghiera 3.

Lo stelo raffreddatore secondo la presente invenzione permette di ottenere un abbassamento della temperatura di esercizio del maschio d ai 100 ai 150°C.

Come accennato, con lo stelo raffreddatore in oggetto si ottiene un abbassamento della temperatura del maschio di circa 100°C mentre per ottenere il medesimo risultato con gli steli della tecnica nota sarebbe stato necessario aumentare la pressione di esercizio dell’aria utilizzata per il raffreddamento comportando l’utilizzo di compressor i supplementari e richiedendo un maggior dispendio di energia elettrica e, di conseguenza, un generale aumento dei costi di produzione . Questa economia nei consumi permette un ulteriore beneficio da un punto di vista ambientale dato che si riducono consumi ed emissioni .

Come in precedenza illustrato, lo stelo raffreddatore nel processo vetrario ha il compito di raffreddare il maschio il quale riceve la goccia di materiale vetroso ad una temperatura di circa 700/800°C per cui è evidente che, a quelle temperature, se il maschio non viene opportunamente raffreddato il vetro si blocca e, di conseguenza, anche il processo stesso di formatura della bottiglia o vaso.

Con lo stelo raffreddatore elicoidale in oggetto la temperatura di raffreddamento del maschio scende di circa 100°C . E’ un risultato molto positivo dal punto di vista produttivo dato che abbassare la temperatura significa la possibilità di incrementare la velocità di produzione senza dover installare compressori più potenti con costi di acquisto , di consumo di energia e manutenzione altissimi.

Dopo quanto descritto in senso prevalentemente strutturale, il funzionamento del trovato in oggetto risulta il seguente.

Durante la realizzazione di un contenitore in vetro, come inizialmente illustrato, l’aria arriva da un impianto esterno, entra nella cavità della base 2 e fluisce nello spazio all’interno del puntale 4 e fuoriesce dalle feritoie 42 e dal l’apertura superiore 45 e questo passaggio di aria esercita un’azione di raffreddamento sulla superficie interna e sulla punta del maschio che può operare in modo efficiente e produttivo avendo una temperatura superficiale uniforme ed omogenea . Poi l’aria surriscaldata viene incanalata negli incavi dalle alette affinché venga condotta fuori attraverso il fori della ghiera. In questo modo si hanno due flussi di aria sostanzialmente separati.

Il presente trovato raggiunge così gli scopi proposti.

Lo stelo raffreddatore in oggetto riesce a migliorare il flusso ed il deflusso d’aria e, conseguentemente, l’efficienza di raffreddamento del maschio. Vantaggiosamente, lo stelo raffreddatore offre una grande facilità ed efficacia d’impiego, nonché una notevole sicurezza e precisione di funzionamento pur essendo di semplice realizzazione.

Inoltre, lo stelo raffreddatore secondo la presente invenzione risulta estremamente affidabile ed, al tempo stesso, presenta una struttura robusta pur prevedendo uno spessore contenuto delle pareti.

Vantaggiosamente, lo stelo in oggetto con la presenza delle alette permette di bloccare i movimenti dello stelo dovuti alle vibrazioni per l’afflusso di aria in pressione, situazione assolutamente impensabile con quelli della tecnica nota che erano soggetti a frequenti rotture . In aggiunta, le alette aiutano ad incanalare l’aria calda che deve defluire verso gli incavi della spirale che guidano l’aria verso i fori della ghiera per espellerla.

In aggiunta, lo stelo presenta una grande facilità ed efficacia d’impiego, una notevole sicurezza e precisione nella distribuzione dell’aria sul maschio risultando estremamente affidabile .

In particolare, lo stelo presenta una struttura robusta e risulta di semplice realizzazione dal momento che richiede poche e semplici lavorazioni per costruirlo.

Non ultimo vantaggio della presente invenzione è che risulta di notevole facilità d’impiego, di semplice realizzazione e buona fun zionalità.

Naturalmente, alla presente invenzione possono essere apportate numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concett o inventivo che la caratterizza.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Stelo raffreddatore previsto per inserirsi ed ancorarsi alla struttura interna di un maschio (11) il quale è inserito in uno stampo abbozzatore di un impianto per la realizzazione di contenitori in vetro caratterizzato dal fatto di essere sostanzialmente costituito da : - una base (2) avente una configurazione tronco-conica internamente cava per il passaggio di un flusso di aria per il raffreddamento del maschio (11) e atta ad impegnarsi nella struttura interna del maschio stesso, - una ghiera (3) la quale è posta superiormente a detta base (2) e presenta una pluralità di fori (30) previsti per far defluire l’aria surriscaldata dal maschio, - un puntale (4) che si stacca dalla ghiera (3) e presenta una configurazione tronco-conica con la superficie esterna elicoidale la quale, in corrispondenza dell’attaccatura alla ghiera (3), pre vede una sequenza di costolature (40) ed incavi (41) che inizialmente sono fra loro paralleli mentre risalendo verso l’ estremità libera del puntale (4) si distribuiscono secondo una configurazione elicoidale, dette costolature (40) restringendosi salendo verso l’estremità libera del puntale ed essendo provviste lungo ciascuna di esse di una pluralità di feritoie (42) dall a forma allungata che permettono un’estensione verticale del flusso di aria sulla parete interna del maschio, detto puntale (4), alla sommità, presentando un’apertura (45) prevista per raffreddare in modo specifico la zona della punta del maschio che è la porzione sostanzialmente più calda dato che una “goccia” di vetro si appoggia proprio in quel punto, detto stelo raffreddatore essendo previsto per ottenere un abbassamento della temperatura di esercizio del maschio dai 100 ai 150°C.
2. 2) Stelo raffreddatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzat o dal fatto che detto puntale (4), all’estremità libera, presenta delle alette (44) uniformemente distribuite previste per evitare vibrazioni sulla punta all’interno del maschio in quanto dette alett e sono predisposte ad andare in appoggio contro la parete interna del maschio per contenere i movimenti del puntale dovuti alla pressione dell’aria quando fuoriesce dalle feritoie (42).
3. 3) Stelo raffreddatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette costolature (40) hanno anche il compito di migliorare la resistenza dello stelo alle vibrazioni dovute al flusso d’aria mentre detti incavi (41) hanno il compito di fungere da canale guida per l’aria surriscaldata che deve uscire dai fori ( 30) della ghiera (3).
4. 4) Stelo raffreddatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzat o dal fatto che nella zona di attacco del puntale è presente un raccordo (43) di rinforzo per offrire allo stelo una maggiore resistenza alla rottura.
5. 5) Stelo raffreddatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzat o dal fatto che: - la forma a spirale (elicoidale) del profilo esterno del puntale (4) ottimizza la distribuzione dell’aria ed aumenta il flusso d’aria necessario al raffreddamento , - le feritoie (42) con la loro disposizione sulla spirale razionalizzano vari punti di raffreddamento all’interno del maschio , - la forma interna del puntale , anch’essa a spirale, contribuisce a una migliore distribuzione e ottimizzazione della funzione di raffreddamento, - la particolare profilatura terminale del puntale canalizza in modo mirato il flusso dell’aria nella parte superiore del maschio , - le alette (44) oltre ad evitare le vibrazioni del puntale (4) all’interno del maschio , muovono i flussi d’aria in modo da ottenere una migliore diffusione e distribuzione dell’aria di raffreddamento che arriva alla superficie interna del maschio in modo omogeneo ed uniforme e creano una guida per indirizzare l’aria surriscaldata in modo che si incanali negli incavi (41) della superficie esterna a spirale del puntale per essere espulsa in basso attraverso i fori (30) della ghiera (3).
6. 6) Stelo raffreddatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è realizzato in materiale metallico e preferibilmente in acciaio o una lega mediante una stampa tridimensionale ed un processo di sinterizzazione, è costruito in un corpo unico mediante la tecnologia della sinterizzazione laser SLM.
7. 7) Stelo raffreddatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il materiale che costituisce lo stelo presenta un alto valore di smaltimento termico oltre ad un buon valore di resistenza meccanica.