IT201600104755A1 - Apparecchiatura e metodo di riscaldamento di tubi in materiale termoplastico. - Google Patents

Description

“APPARECCHIATURA E METODO DI RISCALDAMENTO DI TUBI IN

MATERIALE TERMOPLASTICO”

La presente invenzione ha per oggetto un’apparecchiatura di riscaldamento di tubi in materiale termoplastico.

La presente invenzione è inoltre relativa ad un metodo di riscaldamento di tubi in materiale termoplastico.

In particolare, la presente invenzione concerne un’apparecchiatura di riscaldamento di estremità di tubi in materiale termoplastico per sottoporre tale estremità ad una successiva lavorazione di deformazione plastica allo stato caldo.

L'apparecchiatura è particolarmente indicata per realizzare la fase di riscaldamento dell’estremità del tubo nel processo di bicchieratura. Infatti nella produzione per estrusione di tubi in materiale termoplastico destinati alla realizzazione di condotte di adduzione e/o scarico di fluidi (utilizzate ad esempio in edilizia, nelle reti fognarie, nelle reti di distribuzione di acqua potabile, negli scarichi fognari) le macchine bicchieratrici sono utilizzate per sagomare una porzione di estremità dei tubi nella caratteristica forma "a bicchiere". Tale peculiare forma allargata serve per connettere in successione l'uno con l'altro i tubi che formano una condotta. Generalmente un'estremità non sagomata di un tubo viene inserita nell'estremità sagomata a bicchiere del tubo adiacente nella condotta.

La macchina bicchieratrice è normalmente installata lungo la linea di estrusione dove riceve i tubi tagliati da lavorare.

La maggioranza delle macchine bicchieratrici realizza il bicchiere con processo di formatura allo stato caldo. Le macchine bicchieratrici sono dotate di almeno un forno che riscalda l'estremità del tubo portando la parete dell'estremità del tubo da sagomare in uno stato rammollito plasticamente deformabile. La macchina è ulteriormente dotata di un apparato di formatura che, tramite apposito stampo, sagoma a bicchiere l'estremità riscaldata del tubo. Il bicchiere sagomato sullo stampo viene generalmente raffreddato nell'apparato di formatura stesso.

I materiali termoplastici più comunemente utilizzati nei sistemi di tubazioni sono il polivinilcloruro rigido (PVC-U), il polipropilene (PP) e il polietilene ad alta densità (HDPE).

Lo stato di deformabilità plastica ottimale e quindi lo stato termico finale del tubo prima del processo di bicchieratura è condizionato dal materiale, dalla forma del bicchiere, dallo spessore di parete del tubo, dalle dimensioni stabilite per il bicchiere e dalle caratteristiche del metodo di formatura e raffreddamento.

Il materiale termoplastico PVC-U è un materiale sostanzialmente amorfo che a temperatura ambiente esibisce un comportamento meccanico fragile simile al vetro; a temperature superiori a 75°C-80°C (temperatura di transizione vetrosa Tg) il PVC-U inizia a rammollire esibendo un comportamento plastico gommoso. Normalmente con il tubo di PVC-U la fase di bicchieratura consente un campo di stato termico ottimale relativamente ampio. Indicativamente, le temperature ottimali per un processo di bicchieratura del tubo in PVC-U sono comprese tra 90°C e 125°C. Non necessariamente la temperatura deve essere uniforme lungo l'asse del tubo e nello spessore, la distribuzione di temperatura dipendendo dalla forma e dalle dimensioni stabilite del bicchiere, dallo spessore di parete del tubo, dalle caratteristiche del metodo di formatura e/raffreddamento, e da scelte economiche correlate alla semplicità delle apparecchiatura di riscaldamento e formatura.

I tubi di PP e HDPE per i quali è richiesta la forma di giunzione a bicchiere, sono prevalentemente tubi applicati nei sistemi di scarico nei fabbricati. I tubi di questi sistemi sono di piccolo diametro, normalmente da 32 mm fino a 160 mm e di corta lunghezza normalmente da 0,15 m a 3 m. Rispetto ai tubi in PVC-U, le tecniche di bicchieratura dei tubi in PP e HDPE sono diverse e più complesse. Infatti, questi materiali a temperatura ambiente sono semicristallini, ovverosia coesistono insieme una configurazione macromolecolare ordinata cristallina e una configurazione macromolecolare amorfa disordinata. A temperatura ambiente la parte amorfa si trova in uno stato di liquido viscoso, quindi la temperatura ambiente è temperatura superiore alla temperatura di transizione vetrosa della parte amorfa del materiale. A temperatura ambiente PP e HDPE esibiscono un comportamento meccanico duttile e tenace. Diversamente dal PVC-U, PP e HDPE presentano una temperatura di fusione, ovverosia quella temperatura oltre la quale si determina la distruzione del reticolo cristallino e il passaggio di stato da solido a liquido. La temperatura di fusione del PP è circa 165°C mentre quella dell’HDPE è circa 134°C.

Il passaggio da fase solida a quella liquida è repentino ed avviene in un campo molto ristretto di temperatura pari a circa ± 1°C. A temperature superiori a quella di fusione il processo di formatura del bicchiere allo stato caldo non è realizzabile.

Quindi, nei tubi in PP e HDPE, lo stato termico ottimale per la bicchieratura è sicuramente inferiore alla temperatura di fusione.

Nei tubi in PP e HDPE la sagomatura del bicchiere avviene con materiale che esibisce un comportamento meccanico viscoelastico e viscoplastico; quindi, diversamente dai tubi in PVC-U, nella deformazione meccanica di sagomatura non è trascurabile il comportamento elastico del materiale. Con temperature troppo basse la deformabilità plastica del materiale può essere insufficiente per realizzare la sagoma del bicchiere, oppure, anche se formabile, il bicchiere che ne risulta è soggetto a fenomeni di ritiro dovuti alla memoria delle dimensioni iniziali del tubo; effetti di ritiro che aumentano tanto più grande è la parte elastica della deformazione realizzata in fase di formatura.

Per questa ragione nel processo di bicchieratura dei tubi in PP e HDPE, la temperatura di lavoro allo stato caldo può variare in un campo molto ristretto, indicativamente ± 2°C, attorno al determinato valore ottimale. Quindi, rispetto ai tubi in PVC-U, i più comuni processi di bicchieratura applicati ai tubi di PP e HDPE richiedono una distribuzione di temperatura lungo l'asse del tubo, nella circonferenza e nello spessore di parete quasi uniforme, in quanto con temperature diverse in zone diverse del tubo si avrebbe un diverso comportamento al ritiro delle diverse zone del bicchiere e, conseguentemente, un’inaccettabile distorsione di forma e un’instabilità dimensionale del bicchiere.

Per i motivi sopraindicati nelle macchine bicchieratrici per tubi in PP e HDPE sono diffusamente applicati i forni di riscaldamento a contatto. Sostanzialmente i forni a contatto sono configurati con masse metalliche che aderiscono alla superficie di estremità del tubo. Le masse metalliche sono termo-controllate, ovverosia sono mantenute ad una precisa temperatura e trasferiscono il calore alla parete del tubo per conduzione. Normalmente il forno a contatto è configurato con gusci che avvolgono l'esterno della parete del tubo. Nello stesso forno, all'interno del tubo può essere inserito un mandrino riscaldante sempre per contatto oppure un dispositivo che opera con diverso sistema di trasmissione del calore.

Se è relativamente semplice riscaldare per contatto la superficie esterna del tubo, ad esempio con semigusci che si chiudono sul tubo, più complesso è realizzare un riscaldamento per contatto della superficie interna. Infatti, per le caratteristiche stesse del procedimento di estrusione del tubo, lo spessore di parete e quindi il diametro interno del tubo non è mai regolare come il suo diametro esterno; ne consegue che l'elemento riscaldante interno potrà semmai essere prossimo alla parete interna, ma non aderire alla superficie. Inoltre, il ridotto spazio disponibile all'interno dei tubi di piccolo diametro (i diametri commerciali partono attualmente da 32 mm), rende complesso e costoso realizzare un efficace sistema di riscaldamento interno.

Per queste ragioni, normalmente si preferisce realizzare un riscaldamento del tubo prevalentemente per contatto esterno, adottando per il riscaldamento interno soluzioni che rendono solo più veloce il processo di riscaldamento e comunque tali da non creare discontinuità termiche nella parete del tubo.

Ad esempio il riscaldamento interno è realizzato con sistemi che riscaldano prevalentemente per irraggiamento con l’adozione di accorgimenti, tipicamente dispositivi rotanti, tali da rendere uniforme il riscaldamento nella circonferenza del tubo.

Il riscaldamento che avviene prevalentemente per contatto esterno, con trasmissione di calore per conduzione, è un processo di riscaldamento lento. Nelle macchine bicchieratrici per tubi in PP e HDPE, come quelle descritte nei documenti brevettuali IT 1 171 936 e EP 700 771 a nome della stessa richiedente, i tempi necessari per sagomare e raffreddare il bicchiere sono notevolmente più brevi dei tempi di riscaldamento dell'estremità del tubo.

Ad esempio, per formare un bicchiere con sede guarnizione di forma quadra in un tubo di PP per scarico nei fabbricati di diametro esterno 110 mm con spessore di parete di 2,7 mm è richiesto un tempo di formaturaraffreddamento pari circa 15 secondi, mentre il riscaldamento con sistemi a contatto rende il tubo formabile in un tempo non inferiore a 45 sec. Per questa ragione le macchine bicchieratrici per tubi in PP e HDPE per scarichi nei fabbricati sono normalmente configurate con una sola stazione di formatura-raffreddamento associata a più stazioni di riscaldamento (normalmente 3 o 4).

Quindi, il tubo tagliato proveniente dalla linea di estrusione è successivamente riscaldato nell’estremità da formare a bicchiere, nelle diverse stazioni di riscaldamento, prima di essere inserito nell'unica stazione di formatura e raffreddamento.

Nella produzione di tubi di scarico per i fabbricati, vi è l'esigenza di produrre tubi di corta lunghezza, piccolo diametro e di mantenere contemporaneamente alte velocità di estrusione, tutto ciò comportando la necessità di macchine bicchieratrici di grande produttività. Per questa ragione le macchine bicchieratrici per tubi di scarico dei fabbricati sono convenientemente configurate per lavorare in multi-bicchieratura.

La bicchieratrice in multi-bicchieratura accumula i tubi tagliati, in arrivo dalla linea di estrusione, in un gruppo di più tubi il quale gruppo è successivamente movimentato nelle diverse stazioni di lavoro della macchina, con disposizione dei tubi del gruppo su un piano orizzontale. Ad esempio, la bicchieratrice può essere configurata per lavorare tubi di scarico in PP contemporaneamente: gruppi di tre tubi per i diametri 32mm, 40 mm e 50 mm; gruppi di due tubi per i diametri 75 mm, 90mm e 110 mm; un singolo tubo per i diametri 125 mm e 160 mm.

Comprensibilmente, il riscaldamento contemporaneo di più tubi nello stesso forno di riscaldamento a contatto rende ancora più complessa e costosa la macchina, soprattutto quando questa è anche configurata con più stazioni di riscaldamento.

Le bicchieratrici per tubi in PVC-U non presentano queste problematiche anche quando sono destinate a lavorare tubi da scarico nei fabbricati. Infatti per i tubi in PVC-U non è richiesto un riscaldamento preciso come per i tubi in PP e HDPE e pertanto sono convenientemente utilizzabili forni ad aria calda o forni con elementi riscaldanti per irraggiamento che riescono a scaldare in modo ottimale, i tubi in PVC-U, in tempi molto più brevi di quelli realizzabili con forni a contatto. Ad esempio, macchine bicchieratrici per tubi in PVC-U configurate con una sola stazione di riscaldamento dotata di forno ad aria calda, anche in multi-bicchieratura, riescono a sostenere la stessa produttività di macchine bicchieratrici configurate con tre o quattro stazioni di riscaldamento a contatto.

I forni ad aria calda o ad irraggiamento sono inoltre generalmente meno complessi e costosi dei forni a contatto per multi-bicchieratura. In effetti queste macchine bicchieratrici configurate con forni ad irraggiamento o ad aria calda, sono utilizzabili solo per tubi in PVC-U, quando invece nei tubi di scarico nei fabbricati è maggiore la richiesta di tubi in PP e HDPE.

Per superare almeno in parte queste limitazioni, sono realizzate macchine "ibride" a due stazioni di riscaldamento, dove la prima stazione di riscaldamento è di tipo ad aria calda o ad irraggiamento, mentre la seconda ed ultima stazione è di tipo a contatto.

In tal modo con la prima stazione si realizza un veloce, ma impreciso preriscaldamento, mentre la seconda ed ultima stazione, a contatto, completa il riscaldamento portando l'estremità del tubo al preciso ed uniforme stato termico richiesto per i tubi in PP e HDPE.

L’installazione nella stessa macchina di forni di tipo diverso, dove per ogni stazione è diversa anche la modalità di posizionamento e movimentazione del tubo, rende complessa e costosa la macchina; in particolare nella stazione ad aria calda od irraggiamento è necessaria la rotazione dei tubi da attuarsi durante il processo di riscaldamento e questa esigenza, nel caso di lavorazione di tubi di corta lunghezza inferiore a 0,25m richiede complessi accorgimenti atti a mantenere stabile il tubo in rotazione.

Le metodologie note di riscaldamento e le relative apparecchiature si sono pertanto mostrate non sempre soddisfacenti, in particolare sia in termini di efficacia del riscaldamento che di eccessivi durata dello stesso.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un’apparecchiatura ed un metodo di riscaldamento dell’estremità

Il presente trovato riguarda una apparecchiatura di riscaldamento interno di porzioni di estremità di tubi in materiale termoplastico che superi gli inconvenienti e le problematiche della tecnica nota e sia al contempo efficace e di pratico utilizzo.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un’apparecchiatura in grado di scaldare in modo ottimale e rapido tubi in PP e HDPE anche in multi-bicchieratura.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un’apparecchiatura di riscaldamento di tubi in materiale termoplastico che sia efficiente energeticamente e consenta al contempo un riscaldamento uniforme dei tubi stessi.

In accordo con l’invenzione, tali scopi sono raggiunti da un’apparecchiatura di riscaldamento di tubi comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle rivendicazioni annesse. Le caratteristiche tecniche dell’invenzione, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate, ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano forme di attuazione puramente esemplificative e non limitativa, in cui:

- la figura 1 illustra, in una vista schematica prospettica dall’alto, una preferita forma realizzativa dell’apparecchiatura di riscaldamento realizzata in accordo con la presente invenzione;

- la figura 2 illustra, in una vista schematica in elevazione frontale, l’apparecchiatura di figura 1;

- la figura 3 illustra, in una vista schematica prospettica dall’alto, una variante realizzativa dell’apparecchiatura di cui alle figure precedenti;

- le figure da 4 a 6 illustrano, in rispettive viste schematiche prospettiche, anche da differenti angolazioni, la variante realizzativa di figura 3 in differenti configurazioni d’uso;

- la figura 7 illustra, in una vista schematica prospettica dall’alto, un particolare delle apparecchiature di cui alle figure precedenti;

- la figura 8 illustra una vista in sezione secondo il piano P di figura 7;

- la figura 9 illustra, in una vista schematica laterale con parti sezionate, una configurazione d’uso del particolare di figura 7;

- le figure 10 e 11 illustrano, in rispettive viste schematiche in sezione, il particolare di figura 7 in due sue differenti configurazioni d’uso.

Secondo quanto illustrato in figura 1, con il numero 1 di riferimento è indicata nel suo complesso una preferita forma realizzativa dell’apparecchiatura di riscaldamento interno di tubi 2 in materiale termoplastico secondo la presente invenzione.

L’apparecchiatura 1 illustrata in figura 1 è destinata al riscaldamento di un singolo tubo 2 in materiale termoplastico.

Le figure da 3 a 6 si riferiscono ad una variante realizzativa dell’apparecchiatura 1, atta al riscaldamento contemporaneo di una pluralità di tubi 2; in particolare, secondo quanto illustrato esemplificativamente in figura 5, l’apparecchiatura 1 è atta al riscaldamento di un gruppo di tre tubi 2 affiancati secondo una direzione orizzontale.

In particolare, anche secondo quanto illustrato schematicamente in figura 9, l’apparecchiatura 1 comprende un organo 3 riscaldante, che sarà meglio descritto nel seguito, atto ad inserirsi parzialmente all’interno di una porzione 2a di estremità di un tubo 2 in materiale termoplastico per riscaldare una superficie 2c cilindrica interna di tale porzione 2a.

La porzione 2a d’estremità del tubo 2 è riscaldata per essere sottoposta ad un fase di formatura a caldo quale la realizzazione di un bicchiere d’estremità, non illustrato.

Il tubo 2 è in materiale termoplastico e preferibilmente in PP o HDPE e presenta un asse A1 centrale.

L’apparecchiatura 1 di riscaldamento interno secondo la presente invenzione è destinata ad essere vantaggiosamente integrata in un tradizionale forno a contatto in cui masse M metalliche sono poste a contatto esternamente alle citate porzioni 2a.

Le masse M metalliche, di tipo sostanzialmente noto, sono mantenute a temperatura costante termo-controllata e poste a contatto con la superficie 2e esterna cilindrica dell’estremità 2a del tubo 2 da formare a bicchiere.

Con riferimento alla figura 1, l’apparecchiatura 1 comprende un organo 3 riscaldante, ed un dispositivo 4 di movimentazione.

Il dispositivo 4 di movimentazione presenta un telaio 5.

Il dispositivo 4 di movimentazione comprende, supportato girevolmente dal telaio 5, un disco 6 rotante attorno ad un asse A2 orizzontale, parallelo all’asse A1 del tubo 2 in riscaldamento e organi 7 motori, di tipo sostanzialmente noto e non ulteriormente descritti, atti a porre il disco 6 stesso in rotazione.

Nella forma realizzativa dell’apparecchiatura 1 illustrata nelle figure 1 e 2 destinata al riscaldamento si un singolo tubo 2, vantaggiosamente l’asse A2 di rotazione del disco 6 coincide con l’asse A1 del tubo 2 in riscaldamento.

L’organo 3 riscaldante, come chiaramente illustrato in figura 2, è posizionato sul disco 6 in posizione eccentrica, supportato girevolmente folle dal disco 6 stesso.

Il dispositivo 4 di movimentazione comprende inoltre un braccio 8 solidale all’organo 3 riscaldante e quindi anch’esso girevolmente folle rispetto al disco 6.

Il braccio 8 si sviluppa in verticale superiormente al disco 6 e si impegna operativamente con un cursore, non illustrato nel dettaglio, con una guida 9.

La guida 9 è parte di un parallelogramma 10 articolato un cui lato 10a superiore è solidale al citato telaio 5 fisso.

In uso, durante la rotazione del disco 6 attorno al proprio asse A2, il braccio 8 si impegna scorrevolmente, con il citato cursore, con la guida 9. La guida 9, essendo vincolata al parallelogramma 10 articolato, obbliga il braccio 8 a mantenersi sempre parallelo a sé stesso durante la rotazione del disco 6.

L’organo 3 riscaldante, illustrato nel dettaglio in figura 7, comprende un elemento 11 irradiante ad onda corta.

Vantaggiosamente il citato elemento 11 irradiante è una lampada di tipo bi-gemellare, avente un asse A3 di sviluppo longitudinale coincidente con quello dell’elemento 3 riscaldante ed una sezione trasversale non circolare, visibile in figura 8, avente un asse A4 di simmetria determinato, ortogonale a tale asse di sviluppo longitudinale.

In altre parole, con il termine bi-gemellare si intende una lampada la cui sezione trasversale presenta una conformazione bilobata, come illustrato appunto in figura 8 ma anche nelle figure 10 e 11.

L’asse A4 di simmetria rappresenta un asse di simmetria tra i due lobi della sezione trasversale della lampada che costituisce l’elemento 11 irradiante.

Secondo quanto illustrato in figura 7, l’organo 3 riscaldante comprende un blocco 12 cilindrico di collegamento al disco 6, dal quale blocco 12 emerge longitudinalmente l’elemento 11 irradiante definito dalla lampada bi-gemellare.

Dal blocco 12 di collegamento si dipartono, longitudinalmente parallele tra loro e all’asse A3, due aste 13 di sostegno della lampada bi-gemellare, delle quali aste 13 solo una è visibile in figura 7.

Nella figura 8, che rappresenta una sezione trasversale secondo il piano P di figura 7, sono visibili entrambe le aste 13.

Con riferimento alle figure 7 e 8, le citate aste 13 sono alloggiate in rispettive cavità 14 longitudinali definite lungo la lampada bi-gemellare. Le cavità 14 longitudinali sono dovute alla forma bilobata della sezione trasversale della lampada bi-gemellare la quale sezione, proiettata lungo l’asse A3 definisce appunto due cavità simmetriche.

In particolare, le aste 13 sono disposte da bande opposte della lampada bi-gemellare, simmetricamente rispetto all’asse A3 di sviluppo longitudinale.

Secondo quanto illustrato in figura 7, l’organo 3 riscaldante presenta, in corrispondenza della propria estremità distale, un puntale 15 di collegamento delle aste 13.

In modo noto, l’elemento 11 irradiante è alimentato con corrente elettrica, e trasferisce energia elettromagnetica nella forma di raggi infrarossi, radiazioni emesse prevalentemente nel campo delle onde corte (0,9 µm ÷ 1,6µm).

Vantaggiosamente, rispetto ai più comuni irradiatori ad onda lunga e media, utilizzati nelle macchine bicchieratrici per tubi in PVC-U, gli elementi 11 irradianti ad onda corta hanno una superiore capacità di penetrazione, ovverosia l’energia associata alle onde elettromagnetiche è assorbita più in profondità nello spessore della parete del tubo 2.

Questa caratteristica favorisce il raggiungimento dello stato rammollito del materiale, ideale per il successivo processo di formatura a bicchiere, senza determinare la fusione del materiale prossimo alla superficie 2c cilindrica interna del tubo 2. In tal modo è possibile trasferire al tubo 2 più energia termica in minor tempo.

Gli elementi 11 irradianti ad onda corta, comunemente noti anche come lampade all’infrarosso, sono tubi in vetro di quarzo a sviluppo rettilineo, al cui interno è collocato un filamento di tungsteno che raggiunge temperature dell’ordine di 2000°C – 2400 °C. Tali lampade hanno tempi di accensione brevissimi, meno di due secondi, caratteristica questa che permette di mantenere non alimentati gli elementi 11 irradianti nelle fasi in cui il tubo 2 non è presente nel forno, con un evidente risparmio di energia elettrica rispetto ai tradizionali riscaldatori ad irraggiamento ad onde medie. Infatti i riscaldatori ad onde medie, per raggiungere il regime di emissione, richiedono un tempo di accensione molto più lungo per cui, nel processo di lavoro, essi devono rimanere sempre accesi anche nelle fasi dove il tubo 2 non è impegnato nel forno.

Nella peculiare configurazione bi-gemellare sopra descritta, l’elemento 11 irradiante è doppio, alimentato da un unico filo conduttore ripiegato ad “U” alla estremità.

Questa configurazione è vantaggiosa in quanto permette di avere connessioni elettriche poste ad una sola estremità della lampada. La circostanza di disporre di entrambe le connessioni in corrispondenza di una sola estremità permette l’inserimento dell’organo 3 riscaldante all’interno del tubo 2 lasciando fuori dal tubo 2 stesso i connettori e i cablaggi di alimentazione elettrica.

Nella configurazione più semplice della lampada bi-gemellare gli irradiatori si presentano come due filamenti di tungsteno avvolti a spirale uguali e paralleli.

Nel forno, cioè durante il riscaldamento del tubo, come esemplificativamente mostrato in figura 9, l’elemento 11 irradiante è disposto con il proprio asse A3 di sviluppo longitudinale parallelo all’asse A1 centrale del tubo 2.

Gli assi A3 di sviluppo longitudinale dell’elemento 11 irradiante e A1 asse del tubo non sono coincidenti, ma distanziati in modo che l’elemento 11 irradiante sia prossimo alla superficie 2c interna del tubo 2. Normalmente la distanza tra l’elemento 11 e la superficie 2c interna superficie è convenientemente mantenuta nel campo compreso tra 2mm e 30mm. L’elemento 11 irradiante sarà mantenuto più vicino alla superficie 2c interna per tubi 2 di piccolo diametro e più lontano per i tubi 2 di grande diametro.

Il riscaldamento interno del tubo 2 avviene per irraggiamento generato dall’elemento 11 irradiante e per convezione ad aria calda; infatti, oltre all’irraggiamento, si ha trasmissione di calore al tubo 2 per mezzo dell’aria calda che si produce all’interno del tubo 2 stesso.

In uso, come illustrato nelle figure da 9 a 11, per rendere uniforme il riscaldamento attorno alla superficie 2c circolare del tubo 2 ed in particolare per contrastare gli effetti convettivi che favoriscono il riscaldamento nella parte alta del tubo 2 stesso, l’elemento 11 irradiante lampada è posto in movimento all’interno del tubo 2, a velocità costante, secondo una traiettoria dell’asse A3 di sviluppo longitudinale dell’elemento 11 irradiante che è circolare e concentrica con l’asse A1 centrale del tubo 2.

Sempre con lo scopo di uniformare il riscaldamento attorno alla superficie 2c cilindrica interna del tubo 2, il dispositivo 4 di movimentazione, definente per l’apparecchiatura 1 rispettivi mezzi di movimentazione, è configurato per far sì che l’elemento 11 irradiante, come illustrato nelle figure 10 e 11, durante il suo movimento, mantenga invariato il proprio orientamento, ovverosia l’elemento 11 irradiante apparentemente non ruoti attorno al proprio asse A3 di sviluppo longitudinale.

In realtà, il dispositivo 4 di movimentazione è configurato per muovere l’elemento 11 irradiante all’interno del tubo 2 secondo un moto composto da un movimento di rivoluzione con traiettoria concentrica rispetto all’asse A1 centrale del tubo 2 e da un movimento di rotazione dello stesso elemento 11 irradiante attorno al proprio asse A3 di sviluppo longitudinale. La rotazione dell’elemento 11 attorno al proprio asse è pertanto tale da compensare ciò che avviene durante il suo movimento di rivoluzione attorno all’asse A1 del tubo facendo apparire l’elemento 11 irradiante come se fosse fisso rispetto alla rotazione.

Come chiaramente illustrato nelle allegate figure 10 e 11, il movimento di rotazione dell’elemento 11 irradiante è tale che il suo asse A4 di simmetria si mantiene sempre parallelo a sé stesso durante detto movimento di rivoluzione.

Diverse possono essere le soluzioni costruttive idonee a per mantenere immutata l’orientazione θ della lampada durante il suo movimento, ove con θ è indicato l’angolo di inclinazione dell’asse A4 di simmetria dell’elemento 11 rispetto all’orizzontale.

Una soluzione esemplificativa è mostrata appunto in figura 1.

In questa soluzione l’elemento 11 irradiante è supportato con il proprio blocco 12 cilindrico dal disco 6 mediante cuscinetti non illustrati nel dettaglio.

Il blocco 12 cilindrico è vincolato eccentrico al disco 6 motorizzato rotante attorno al proprio asse A2. Il disco 6 impone il movimento circolare attorno all’asse A1 del tubo 2 al blocco 12 e quindi anche all’elemento 11 irradiante.

Come già sopra descritto, il parallelogramma 10 articolato impone, attraverso la guida 9, un orientamento verticale al braccio 8 durante la rotazione del disco 6 attorno al proprio asse A2.

Conseguentemente, il blocco 12 cilindrico dell’organo 3 riscaldante, che è solidale girevolmente al braccio 8, fa sì che anche l’elemento 11 irradiante mantenga invariato il proprio orientamento, ovvero l’angolo θ si mantenga costante.

Una soluzione costruttiva come quella descritta si presta facilmente ad essere adattata per lavorazioni in multi-bicchieratura realizzando un supporto con più attacchi delle lampade disposte equidistanti su un piano orizzontale. Le figure 3, 4, 5 e 6 illustrano una configurazione per tripla bicchieratura.

Prove sperimentali hanno mostrato che un’ottima uniformità di riscaldamento attorno alla superficie 2c cilindrica interna del tubo 2 si ottiene disponendo l’elemento 11 irradiante con un orientamento tale che il suo asse A4 di simmetria trasversale formi un angolo θ prossimo a 45° sessagesimali con il piano orizzontale. Uno scostamento di ± 10° rispetto al valore di 45° non altera in modo significativo l’efficacia in termini di uniformità di riscaldamento.

Con questa disposizione, ad orientamento θ invariante, l’elemento 11 irradiante, nel suo movimento di rivoluzione, “genera” un solido la cui forma è assimilabile ad un cilindro cavo ovalizzato.

Indipendentemente dal valore dell’angolo di orientamento θ selezionato, nel caso che la macchina sia equipaggiata con due stazioni di riscaldamento, definito θ1 l’orientamento della lampada nel primo forno (cioè nella prima stazione di riscaldamento), l’orientamento dell’elemento 11 irradiante nel secondo forno (cioè nella seconda stazione di riscaldamento) sarà convenientemente pari a θ2= θ1 90°.

In generale, nel caso di macchina equipaggiata con n stazioni di riscaldamento, ed assunto θ1 l’orientamento dell’elemento 11 irradiante nel primo forno di riscaldamento, gli orientamenti θi ± 10° degli elementi 11 irradianti saranno assunti secondo la legge:

θi = θ1 (i-1) x 180°/n i= 1…n (a) Preferibilmente, nel caso di macchina equipaggiata con n stazioni di riscaldamento, gli orientamenti preferenziali θi ± 10° degli elementi 11 irradianti saranno assunti in accordo con la legge seguente:

θi = 45° (i-1) x 180°/n i= 1…n (b)

Dove l’indicatore i non necessariamente deve seguire l’ordine di disposizione dei forni nella macchina bicchieratrice.

Con macchina equipaggiata con due o più forni di riscaldamento e apparecchiature di riscaldamento interno con elementi 11 irradianti disposti secondo la legge (a) o, preferenzialmente (b), al termine del processo di riscaldamento si ottiene un riscaldamento sostanzialmente uniforme nella circonferenza della superficie 2c, anche con tubi di piccolo diametro.

L’uniformità di riscaldamento è importante anche nella direzione assiale del tubo 2, e questa può essere ottenuta dimensionando opportunamente la lunghezza e potenza dell’elemento 11 irradiante.

L’elemento 11 irradiante si affaccia vantaggiosamente a tutta la porzione 2a di tubo 2 impegnata nel forno a contatto e si deve ulteriormente estendere oltre il bordo di estremità del tubo 2 in riscaldamento di una quantità che sarà tanto più grande quanto più è grande il diametro del tubo 2 stesso; in pratica questa maggiore estensione, facilmente determinabile con prove sperimentali, si attesta tra il 5% e il 50% della lunghezza della porzione 2a di tubo 2 da scaldare.

A parità di destinazione di impiego dei tubi, le lunghezze dei bicchieri e quindi le corrispondenti lunghezze delle porzioni 2a di tubo 2 da scaldare sono più piccole per i tubi 2 di piccolo diametro rispetto a quelle di grande diametro, ma nei già citati tubi PP da scarico, di più comune applicazione, la variazione di lunghezza del bicchiere per i diversi diametri è contenuta e l’apparecchiatura descritta consente di utilizzare i medesimi elementi 11 irradianti per una vasta gamma di diametri.

Gli elementi 11 irradianti costituiti dalle citate lampade bi-gemellari presentano una intrinseca fragilità dovuta alla presenza dei bulbi di quarzo ed alle connessioni applicate agli stessi bulbi di quarzo.

La forma bilobata, o ad “8”, della lampada bi-gemellare si presta ad integrare la lampada stessa in una struttura di contenimento e supporto della lampada stessa particolarmente robusta e compatta come quella definita dalle citate aste 13.

Le aste 13 sono vantaggiosamente metalliche e preferibilmente realizzate in acciaio inossidabile.

Le aste 13 unitamente al puntale 15 definiscono una struttura di sostegno e contenimento dell’elemento 11 irradiante la quale ha il vantaggio di non modificare in modo significativo le dimensioni complessive dell’organo 3 riscaldante da inserire all’interno del tubo e di non alterare l’efficacia in uniformità del riscaldamento.

L’invenzione raggiunge gli scopi prefissi e consegue importanti vantaggi. Gli organi riscaldanti interni aventi elementi irradianti ad onde corte nella forma di lampade bi-gemellari sono più efficienti rispetto ai tradizionali riscaldatori ad onde medie e rispetto agli elementi riscaldanti metallici interni, al punto che si possono realizzare bicchieratrici con due stazioni di riscaldamento di capacità produttive uguali o superiori alle bicchieratrici equipaggiate con tre o quattro forni di tipo tradizionale, con evidenti benefici in termini di ingombro e complessità della macchina bicchieratrice. Gli elementi irradianti interni ad onde corte permettono un ridotto consumo energetico in quanto possono essere spenti nelle fasi del ciclo di lavoro dove il forno è disimpegnato dal tubo. (Il risparmio energetico rispetto ai sistemi tradizionali è superiore al 40%).

L’efficienza di riscaldamento degli elementi irradianti ad onde corte, rispetto ai sistemi tradizionali, per la maggiore capacità penetrante delle onde corte, risulta particolarmente accentuata nella lavorazione di tubi di medio-grande spessore (4 ÷ 9 mm); di conseguenza le capacità produttive delle bicchieratrici nelle lavorazioni di questi tubi è ancor più incrementata. Un ulteriore vantaggio è connesso alla rotazione degli organi riscaldanti interni combinata con lo spegnimento degli stessi nelle fasi del ciclo di lavoro dove il forno è disimpegnato dal tubo che è favorevole al fine di evitare surriscaldamenti dell’elemento irradiante e dei relativi connettori elettrici, situazione spesso causa di rottura precoce degli irradiatori ad onda media che, diversamente, devono rimanere sempre accesi.

Un altro vantaggio ancora e connesso alla configurazione costruttiva degli organi riscaldanti interni che si presta a realizzare allestimenti dei forni di riscaldamento per lavorazioni di tubi di piccolo diametro in multibicchieratura senza penalizzare gli ingombri del forno di riscaldamento, forno che normalmente è dimensionato per lavorare in singola bicchieratura il tubo di maggior diametro previsto per la macchina bicchieratrice.

Inoltre, a parità di diametro del tubo in lavorazione non è richiesta la sostituzione di parti dell’organo riscaldante interno, mentre è sufficiente modificare la sua posizione eccentrica rispetto al disco che lo supporta, avvicinandola al centro del tubo all’aumentare dello spessore o viceversa. Tale modifica della posizione dell’organo riscaldante interno può essere facilmente automatizzata.

Ulteriore vantaggio connesso all’invenzione è dato dal fatto che, nelle applicazioni più comuni destinate ai tubi di scarico, gli elementi irradianti sono i medesimi e quindi non devono essere sostituiti se il diametro del tubo rimane all’interno di normali campi dimensionali.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di riscaldamento interno di porzioni (2a) di estremità di tubi (2) in materiale termoplastico aventi un asse (A1) centrale, comprendente - un organo (3) riscaldante, atto ad essere inserito almeno parzialmente all’interno di una porzione (2a) di estremità di un tubo (2) in materiale termoplastico per riscaldare una superficie (2c) cilindrica interna di detta porzione (2a), detto organo (3) riscaldante comprendendo un elemento (11) irradiante raggi infrarossi atto ad affacciarsi almeno parzialmente a detta superficie (2c) cilindrica interna, detto elemento (11) irradiante presentando un asse (A3) di sviluppo longitudinale, - mezzi (4) di movimentazione configurati per muovere detto elemento (11) irradiante all’interno di detto tubo (2) secondo un moto composto da un movimento di rivoluzione con traiettoria concentrica rispetto all’asse (A1) centrale del tubo (2) e da un movimento di rotazione dello stesso elemento (11) irradiante attorno al proprio asse (A3) di sviluppo longitudinale, caratterizzata dal fatto che detto elemento (11) irradiante presenta una sezione trasversale non circolare avente un asse (A4) di simmetria determinato ortogonale a detto asse (A3) di sviluppo longitudinale, e dal fatto che detto movimento di rotazione di detto elemento (11) irradiante è tale che detto asse (A4) di simmetria si mantiene sempre parallelo a sé stesso durante detto movimento di rivoluzione.
2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto asse (A4) di simmetria è inclinato, rispetto ad un piano orizzontale, di un angolo compreso tra 35° sessagesimali e 55° sessagesimali.
3. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto angolo è pari a circa 45° sessagesimali.
4. 4. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere una pluralità di organi (3) riscaldanti per riscaldare contemporaneamente una pluralità di porzioni (2a) di estremità di tubi (2) in materiale termoplastico, detti mezzi (4) di movimentazione essendo configurati per muovere i rispettivi elementi (11) irradianti solidalmente tra loro secondo un moto composto da un movimento di rivoluzione con traiettoria concentrica rispetto all’asse (A1) centrale del rispettivo tubo (2) e da un movimento di rotazione dello stesso elemento (11) irradiante attorno al proprio asse (A3) di sviluppo longitudinale.
5. 5. Macchina di lavorazione di tubi in materiale termoplastico comprendente n stazioni di riscaldamento, ciascuna di dette stazioni comprendendo un’apparecchiatura (1) di riscaldamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l’angolo di inclinazione dell’asse (A4) di simmetria dell’elemento (11) irradiante della i-esima di dette n stazioni è pari, in gradi sessagesimali, a dove e essendo l’angolo di inclinazione dell’asse (A4) di simmetria della sezione trasversale dell’elemento (11) irradiante di una prima stazione.
6. 6. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto elemento (11) irradiante è una lampada bi-gemellare con sezione trasversale bilobata.
7. 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto organo (3) riscaldante comprende almeno un’asta (13) di sostegno di detta lampada bi-gemellare, detta asta (13) di sostegno sviluppandosi parallela a detto asse (A3) di sviluppo longitudinale, alloggiata in una cavità (14) longitudinale definita lungo detta lampada bigemellare.
8. 8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto di comprendere due aste (13) di sostegno di detta lampada bigemellare, dette aste (13) essendo disposte da bande opposte di detta lampada bi-gemellare, simmetricamente rispetto a detto asse (A3) di sviluppo longitudinale.
9. 9. Metodo di riscaldamento interno di porzioni (2) di estremità di tubi (3) in materiale termoplastico aventi un asse (A1) centrale, comprendente le fasi di: - predisporre un organo (3) riscaldante dotato di almeno un elemento (11) irradiante raggi infrarossi presentante un asse (A3) di sviluppo longitudinale e una sezione trasversale non circolare avente un asse (A4) di simmetria determinato, ortogonale a detto asse (A3) di sviluppo longitudinale, - inserire almeno parzialmente detto organo (3) riscaldante all’interno di una porzione (2a) di estremità di un tubo (2) in materiale termoplastico per riscaldare una superficie (2c) cilindrica interna di detta porzione (2a), - muovere detto elemento (11) irradiante all’interno di detto tubo (2) secondo un moto composto da un movimento di rivoluzione con traiettoria concentrica rispetto all’asse (A1) centrale del tubo (2) e da un movimento di rotazione dello stesso elemento (11) irradiante attorno al proprio asse (A3) di sviluppo longitudinale, caratterizzato dal fatto che in detta fase di muovere detto elemento (11) irradiante, detto movimento di rotazione dello stesso elemento (11) irradiante attorno al proprio asse (A3) di sviluppo longitudinale è tale da mantenere il suo asse (A4) di simmetria determinato sempre parallelo a sé stesso durante detto movimento di rivoluzione.