Applicazioni
L’estrusione con testa piana è una tecnologia consolidata per realizzare prodotti piani come fogli plastici (ad esempio per la termoformatura di bicchieri o vaschette monouso), lastre rigide (come il plexiglass) o cartone alveolare (per contenitori leggeri e facilmente trasportabili). Questi materiali trovano applicazione in imballaggi, edilizia, automotive e altri settori che richiedono rigidità, leggerezza e resistenza.
Questa tecnologia di estrusione permette facilmente di produrre in serie lotti di prodotti che possono essere poi tagliati o avvolti. La caratteristica della testa piana è che solitamente convoglia più estrusori, al fine di proporre un prodotto con materiali diversi per i lati visibili e il riempimento interno. La macchina inoltre permette un controllo preciso dello spessore e della qualità superficiale, offrendo versatilità per diversi polimeri e configurazioni.
Esigenze:
Controllo del processo di estrusione
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Termoregolazione
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Misura della temperatura di melt
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Spessore della lastra
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Tensione del Traino
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Controllo della portata con pompa di melt
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Rilevazione filtro sporco
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Termoregolazione della zona di stabilizzazione
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Monitoraggio del circuito idraulico
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Valorizzazione dei dati di produzione
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Esigenza:
Controllo del processo di estrusione
Il processo di estrusione richiede un bilanciamento continuo tra variabili interdipendenti: velocità di rotazione della vite, temperatura su più zone, pressione del polimero fuso e sincronizzazione con attuatori ausiliari. Il sistema di controllo deve essere in grado di gestire ricette complesse, supportare variazioni rapide nei materiali, offrire diagnostica integrata e fornire una risposta rapida in caso di deviazioni.
Soluzione:
G-Mation è la piattaforma per il controllo completo, sincrono e integrato del processo di estrusione. Il cuore del sistema è rappresentato dalla CPU G-Mation P6, affiancata dai moduli remoti G3 con comunicazione su bus EtherCAT. Il controllo termico è affidato a regolatori PID integrati, così come la gestione degli azionamenti, che non richiede l’impiego di gateway esterni. L’interfaccia utente è gestita tramite webserver integrato e visualizzata attraverso i pannelli browser G-Mation W55, che permettono la proiezione di dashboard personalizzabili.
Principali caratteristiche della Piattaforma:
- Template applicativi preconfigurati e customizzabili
- Tecnologia Docker per l’installazione di applicativi come dashboard IoT, manutenzione predittiva o integrazione con sistemi MES ed ERP
- Architettura aperta e predisposta per l’edge computing
Esigenza:
Termoregolazione
Un comportamento reologico stabile e la conseguente costanza dimensionale dell’estruso si ottengono grazie a una corretta termoregolazione. È fondamentale garantire la stabilità termica in queste zone, affinché il sistema possa rispondere rapidamente alle variazioni di carico termico o di processo, evitando potenziali difetti (instabilità superficiali, variazioni di spessore o alterazioni nella qualità ottica del prodotto).
Soluzione:
La tecnologia Gefran per il controllo termico degli estrusori si basa su relè statici, regolatori PID e termocoppie:
- Ogni resistenza è gestita in anello chiuso tramite regolazione PID, integrata nel PLC o affidata a controllori dedicati come il 1250, che consente di mantenere la temperatura del melt entro ±0,5 °C dal setpoint, garantendo viscosità costante e assenza di difetti superficiali o dimensionali
- Il relè statico GRP-H, compatto e con dissipatore integrato, assicura un controllo preciso della corrente fino a 120 A. La comunicazione IO-Link permette poi di ridurre le schede I/O, grazie alla gestione integrata di comandi, allarmi e corrente assorbita
La soluzione è scalabile e compatibile con PID integrati nei PLC o su moduli remoti. Funzioni di memorizzazione delle ricette e storicizzazione dei trend supportano cambi produzione rapidi e miglioramento continuo della qualità.
Esigenza:
Misura della temperatura di melt
La temperatura reale del polimero fuso è un parametro critico nel processo di estrusione, in quanto influisce direttamente sulla viscosità del polimero e sulle sue caratteristiche finali, sia meccaniche che ottiche. Misurare la temperatura a contatto diretto con il fuso, piuttosto che limitarla alla superficie del cilindro, consente di ottenere una rappresentazione più fedele delle condizioni reali del materiale offrendo un vantaggio significativo in termini di controllo reologico.
Soluzione:
Gefran offers temperature sensors specifically designed with a protective sheath in stainless steel or other materials compatible with the type of polymer (e.g. Hastelloy for corrosive polymers) for direct melt measurements, with two thermocouple technologies:
- Type K (NiCr-NiAl) are the most common for extrusion: they operate at temperatures up to 850°C, offer a rapid response and are suitable for most technical polymers.
Type J (Fe-CuNi) are indicated for slightly lower temperatures (up to 400°C) and for less aggressive environments. - The TCM/TRM sensors can be installed independently or integrated in combination with the melt pressure sensors, in a compact configuration, to reduce space and simplify wiring.
Esigenza:
Spessore della lastra
Un passaggio cruciale nell’estrusione di lastre è la fase di dimensionamento millimetrico dell’estruso, realizzata tramite due rulli di calandratura, collocati a valle della testa, quando il materiale ha già iniziato a raffreddarsi. In questa fase la posizione dei due rulli deve essere monitorata con la massima precisione, così da garantire un dimensionamento uniforme ed evitare imprecisioni.
Soluzione:
Gefran RK-5, basato su tecnologia magnetostrittiva, è progettato per essere montato all’interno dei cilindri oleodinamici che sostengono i rulli di calandratura. L’assenza di contatti elettrici garantisce affidabilità e lunga durata, mentre la struttura in AISI 316 e la resistenza a urti, vibrazioni e temperature elevate lo rendono ideale per l’ambiente dell’estrusione. Grazie alle misure assolute e all’elevata precisione, l’RK-5 permette di controllare lo spessore delle lastre con accuratezza elevata.
Esigenza:
Tensione del Traino
Un passaggio cruciale nell’estrusione di lastre è la fase di dimensionamento millimetrico dell’estruso, realizzata tramite due rulli di calandratura, collocati a valle della testa, quando il materiale ha già iniziato a raffreddarsi. In questa fase la tensione deve essere monitorata con la massima precisione e mantenuta entro valori ottimali, così da garantire un tensionamento uniforme ed evitare fenomeni di sfiancamento o rottura.
Soluzione:
Due celle di carico Gefran TR, installate lateralmente ai rulli di traino, misurano con elevata precisione la forza esercitata. La loro integrazione meccanica ed elettronica è progettata per garantire affidabilità e facilità di installazione:
- Funzione duale: Rilevazione precisa della forza di tensione e supporto meccanico alle componenti rotanti.
- Segnale e comunicazione: I segnali analogici di forza acquisiti vengono elaborati in tempo reale da amplificatori dedicati, che forniscono un output stabile, linearizzato e filtrato, ottimale per l’integrazione nel sistema di controllo della linea.
- Controllo dinamico: Questo setup consente al sistema di gestione di regolare in modo rapido e accurato la tensione del traino tramite gli azionamenti motore.
Esigenza:
Controllo della portata con pompa di melt
In alcune applicazioni specifiche come tubi, profili di precisione e lastre è necessario garantire una portata costante del melt, indipendentemente dalle variazioni della pressione nella vite. La pompa di melt agisce come elemento di stabilizzazione tra l’estrusore e la testa. La pompa è regolata tramite controllo ad anello chiuso, basato su letture di pressione a monte e a valle.
Soluzione:
Gefran impiega due sensori MELT ad alta precisione (a monte e valle della pompa) per regolare la velocità della pompa e mantenere stabile la pressione e costante la portata del polimero fuso. I sensori di pressione Melt serie Impact sono ideali per ambienti critici e integrazione in logiche di sicurezza:
- Progettati con membrana rinforzata, elemento sensibile piezoresistivo e senza fluido di trasmissione.
- Stabilità termica inferiore all’1% FS tra 20 e 350 °C, perfetti anche per polimeri rigenerati o abrasivi.
- La certificazione PLc e l’uscita elettrica migliorano sicurezza e affidabilità, mentre l’assenza di fluido interno rende il sensore idoneo anche per applicazioni medicali e alimentari.
Esigenza:
Rilevazione filtro sporco
Il filtro protegge la matrice da impurità presenti nel polimero fuso ed evita che le stesse rimangano nel manufatto, il filtro pertanto tende progressivamente ad intasarsi, soprattutto nei processi di riciclo. L’intasamento aumenta la pressione a monte e può compromettere la qualità del prodotto o danneggiare la linea.
La misura in continuo della pressione prima e dopo il filtro consente di calcolare il differenziale di pressione e attivare allarmi per guidare l’operatore a un intervento manuale o avviare sistemi automatici di cambio filtro.
Soluzione:
Gefran propone il sensore Impact per il monitoraggio preciso e affidabile della pressione a monte e valle del filtro, ideale per alte temperature (fino a 350 °C) e ambienti gravosi come il recycling e la lavorazione di polimeri caricati.
Caratteristiche principali:
- Membrana spessa fino a 15 volte rispetto ai sensori tradizionali, senza fluido di trasmissione interno, che trasferisce direttamente la pressione al chip sensibile in silicio.
- Elevata resistenza all’usura e agli shock dinamici, stabilità termica inferiore all’1% FS da 20°C a 350°C.
- Versione IEPLc con uscita elettrica e certificazione PLc, per integrazione in sistemi di controllo sicurezza e configurazione di allarmi certificati.
Esigenza:
Termoregolazione della zona di stabilizzazione
La zona di stabilizzazione è fondamentale per mantenere l’estruso a temperatura controllata dopo la formatura, consentendo il rilassamento delle tensioni interne e la stabilizzazione dimensionale del materiale. In assenza di un controllo termico adeguato, si rischiano deformazioni, variazioni di spessore o difetti meccanici. Per questo è necessario un sistema di termoregolazione multi zona ad alte prestazioni, capace di garantire uniformità termica, tempi di risposta rapidi e ripetibilità del processo, riducendo scarti e ottimizzando la qualità finale.
Soluzione:
Il Power Controller GRM-H è un regolatore intelligente per la gestione dei carichi elettrici dei forni di stabilizzazione. Grazie al controllo avanzato di tensione e corrente, assicura una termoregolazione stabile e precisa, evitando oscillazioni critiche. Le funzioni diagnostiche integrate supportano la manutenzione predittiva e aumentano l’affidabilità del processo. La modularità e la connettività con i principali bus di campo permettono un’integrazione semplice nel sistema di automazione dell’estrusore, garantendo continuità di produzione e uniformità della qualità del prodotto.
Esigenza:
Monitoraggio del circuito idraulico
Nel processo di estrusione con testa piana, il circuito idraulico è coinvolto nel movimento controllato di componenti fondamentali come la posizione delle calandre. Il monitoraggio della pressione non serve solo a rilevare anomalie, ma è un indicatore diretto di coerenza tra comando e risposta. Questo feedback è quindi centrale non solo per il controllo di processo, ma per la sicurezza dell’operatore e la protezione della macchina.
Soluzione:
I sensori KS offrono una soluzione affidabile per il monitoraggio della pressione nei circuiti idraulici, combinando compattezza, precisione e logiche Safety. Inoltre, i sensori di pressione Gefran permettono di associare soglie di pressione a comandi macchina, abilitando controlli incrociati per prevenire movimenti imprevisti o mancati, migliorando la sicurezza e l’affidabilità operativa dell’impianto
Caratteristiche principali:
- Campo di misura: da 1 a 1000 bar
- Uscite: analogiche 4…20 mA o 0…10 V
- Tecnologia Thick film con membrana in acciaio inox
- Certificazione SIL2, idonei per circuiti di sicurezza
- Versione KS-I con IO-Link per diagnostica avanzata
- Elevata resistenza meccanica e grado di protezione IP67
Esigenza:
Valorizzazione dei dati di produzione
Nel contesto dell’industria moderna, le aziende cercano strumenti in grado di valorizzare i dati generati dagli impianti per migliorare le performance complessive. È fondamentale poter monitorare in tempo reale il funzionamento delle macchine, prevenire guasti grazie all’analisi predittiva e ottimizzare i consumi energetici. Allo stesso tempo, cresce l’esigenza di supportare operatori e manager con informazioni contestuali e risposte intelligenti che facilitino le decisioni quotidiane. L’obiettivo è costruire un’industria sempre più connessa, reattiva e sostenibile.
Soluzione:
MAX e GAIA sono le soluzioni digitali avanzate sviluppate da Gefran per guidare la trasformazione intelligente degli impianti industriali.
MAX è una piattaforma IoT pensata per monitorare le macchine in tempo reale, eseguire analisi predittive e ottimizzare l’efficienza, contribuendo a ridurre consumi e tempi di fermo.
GAIA, invece, è un assistente virtuale basato su Intelligenza Artificiale Generativa che fornisce supporto operativo, offrendo risposte contestuali e intelligenti per migliorare la gestione quotidiana della produzione.
Insieme, MAX e GAIA rappresentano la sintesi perfetta di un’industria connessa, reattiva e sostenibile.
Principio di funzionamento
Il processo di estrusione con testa piana per la produzione di fogli, lastre o cartone alveolare si sviluppa attraverso fasi ben definite per assicurare un prodotto uniforme e con spessore controllato.
Il polimero, in granuli, viene continuamente alimentato nella tramoggia, per garantire una fornitura costante di materiale. Non essendoci dosatore si dice che l’estrusore ha “la bocca affamata”: la vite, infatti, aspira il materiale dalla tramoggia in modo continuo e regolare, assicurando una plastificazione uniforme e senza interruzioni.
All’interno della camera di plastificazione, la vite riscaldata trasforma i granuli solidi in un melt omogeneo e fluido, pronto per essere lavorato. Diversamente dal controllo tramite il dosaggio di quantità di materiale, la portata del materiale fuso è regolata principalmente attraverso una pompa di melt posta a valle dell’estrusore. Questa pompa consente di gestire con precisione la quantità di materiale che raggiunge la testa piana, garantendo una pressione costante e un flusso stabile.
Il melt proveniente da uno o più estrusori viene quindi spinto attraverso la testa piana, una matrice rettangolare progettata per distribuire il materiale uniformemente su tutta la larghezza del prodotto, mantenendo costanti spessore e planarità.
Dall’uscita della matrice, il foglio o la lastra calda passa sui rulli di raffreddamento, che solidificano il materiale preservandone forma e dimensioni. Nel caso di cartone alveolare un complesso sistema di soffiaggio di aria espande la lastra per fornire la forma desiderata. Al termine del raffreddamento il traino “tira” il prodotto con velocità e tensione costante per poi arrivare alla preparazione per lo stoccaggio che può essere avvolto in bobine nel caso dei fogli oppure tagliato ed impilato per le lastre.
Esigenze e Tecnologia
L’estrusione a testa piana richiede un coordinamento preciso di variabili di processo e di attuatori meccanici, con l’obiettivo di garantire stabilità operativa, qualità costante e riduzione degli scarti. La criticità non risiede soltanto nella ricetta di estrusione, ma nella capacità del sistema di mantenere in equilibrio parametri interdipendenti come velocità della vite, temperatura del melt, pressione e sincronizzazione della linea.
Tra le principali esigenze vi sono la termoregolazione multizona, indispensabile per mantenere la viscosità costante e prevenire difetti superficiali o dimensionali, e il monitoraggio diretto della temperatura del polimero fuso, che consente un controllo più fedele del comportamento reologico rispetto alle sole letture del cilindro. Altre esigenze fondamentali riguardano il controllo dello spessore delle lastre, ottenuto tramite il posizionamento preciso dei rulli di calandratura, e la gestione della tensione del traino, per assicurare uniformità senza rotture o sfiancamenti.
La stabilità dimensionale è ulteriormente garantita dal controllo della portata tramite pompa di melt, che stabilizza la pressione a valle dell’estrusore, mentre il monitoraggio del filtro preserva la qualità del prodotto prevenendo intasamenti e variazioni indesiderate. Infine, la termoregolazione dei forni di stabilizzazione assicura il rilassamento delle tensioni interne, e il monitoraggio del circuito idraulico supporta la sicurezza e l’affidabilità dell’impianto.
Gefran risponde a queste esigenze con una gamma completa di soluzioni integrate, dalla piattaforma di controllo G-Mation ai regolatori termici, dai sensori Melt ai trasduttori di posizione e di forza, che garantiscono efficienza, continuità e qualità costante nell’estrusione a testa piana.
