Applicazioni
La linea di estrusione film in bolla è una soluzione industriale utilizzata per la produzione continua di film plastici. A differenza del processo di estrusione tradizionale, qui il polimero viene fuso da uno o più estrusori in parallelo, viene spinto attraverso una matrice circolare e soffiato ad alta pressione per formare un tubo sottile e flessibile che, gonfiandosi come una bolla, viene steso in film. Questo processo è impiegato per la produzione di film plastici per packaging come sacchetti di varie dimensioni o pellicole protettive.
Esigenze:
Controllo del processo di estrusione
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Termoregolazione
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Misura della temperatura e della pressione di melt
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Tensione del Traino
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Apertura longitudinale e trasversale del Convogliatore
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Monitoraggio del circuito idraulico
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Valorizzazione dei dati di produzione
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Scarico degli avvolgitori
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Esigenza:
Controllo del processo di estrusione
Il processo di estrusione film bolla 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 film bolla. 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 e della pressione di melt
La temperatura e la pressione effettiva del polimero fuso sono parametri critici nel processo di estrusione, poiché influenzano direttamente la viscosità del materiale e le sue proprietà finali, sia meccaniche che ottiche. Misurare la temperatura a contatto diretto con il fuso, anziché sulla superficie del cilindro, consente di ottenere una rappresentazione più accurata delle reali condizioni di processo e, in combinazione con la misura continua della pressione, offre un vantaggio significativo nel controllo reologico.
Gefran propone una soluzione integrata per il controllo di pressione e temperatura del polimero fuso, combinando la precisione dei sensori di pressione serie Impact con l’affidabilità delle termocoppie Melt TCM. I sensori TCM, con guaina in acciaio inox o Hastelloy per polimeri corrosivi, permettono la misura diretta della temperatura del fuso e sono disponibili con termocoppie:
- Tipo K (NiCr-NiAl) – fino a 850 °C, risposta rapida.
- Tipo J (Fe-CuNi) – fino a 400 °C, per ambienti meno aggressivi.
Integrabili in configurazione compatta con la serie Impact, garantiscono misure coerenti e installazioni semplificate. I sensori Impact, privi di fluido di trasmissione, assicurano stabilità termica <1% FS fino a 350 °C e sono disponibili nella versione IEPLc certificata PLc per sistemi di sicurezza.
Esigenza:
Tensione del Traino
Un passaggio cruciale nel processo di estrusione film bolla è rappresentato dalla chiusura della bolla stessa, effettuata tramite due rulli in battuta posizionati in cima alla linea. Questi rulli esercitano il traino necessario per sostenere e tendere il film. La tensione deve essere monitorata con elevata precisione e mantenuta entro i limiti per assicurare un tensionamento omogeneo del film, evitando fenomeni di sfiancamento o rotture.
Soluzione:
Due celle di carico Gefran TR, installate lateralmente ai rulli di traino, misurano con elevata precisione la forza esercitata durante il traino della bolla. 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, assicurando la stabilità della bolla ed evitando difetti superficiali e strutturali del film.
Esigenza:
Apertura longitudinale e trasversale del Convogliatore
La regolazione del convogliatore per il collasso della bolla avviene generalmente in modo discontinuo, soprattutto durante le operazioni di cambio formato. Inoltre, negli impianti di grandi dimensioni, le guide possono avere aperture che si estendono anche per diversi metri. È quindi necessario un sistema di rilevamento posizione capace di monitorare con precisione l’escursione della guida durante le fasi operative, assicurando un corretto posizionamento.
Per monitorare l’apertura sia trasversale che longitudinale del convogliatore possono essere impiegate diverse soluzioni in funzione della dimensione del convogliatore:
- Il sensore a sfilo GSH-S, basato su tecnologia a effetto Hall, è particolarmente adatto per applicazioni di grandi dimensioni come il film agricolo in quanto può coprire corse fino ai 18 metri lineari mantenendo un design compatto ed ingombro meccanico ridotto. Il sensore offre uscita analogica sia in tensione che in corrente.
- Sensore di posizione magnetostrittivo WRA con tecnologia HYPERWAVE e uscita digitale o analogica permette di fornire un feedback preciso e ripetitivo sulla posizione delle guide laterali del convogliatore oppure sull’apertura dello stesso in applicazioni di dimensioni ridotte.
Esigenza:
Monitoraggio del circuito idraulico
Nel processo di estrusione film bolla, il circuito idraulico è coinvolto nel movimento controllato di componenti fondamentali come la posizione dei rulli o del convogliatore. 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
Il Principio di Funzionamento
Il processo di estrusione di film in bolla coinvolge diverse fasi: fusione e plastificazione del polimero, estrusione attraverso la matrice, soffiaggio ad aria per espandere il film, raffreddamento sia interno che esterno, e avvolgimento del film finale.
Il materiale plastico in granuli viene introdotto nella tramoggia e trasferito nell’estrusore, dove la vite rotante trasporta, riscalda e plastifica la materia prima fino a ottenere un materiale fuso omogeneo. La portata in questo genere di applicazioni viene controllata direttamente dalla quantità di materiale inserito nella tramoggia. Il melt viene quindi spinto attraverso una matrice circolare, da cui esce un film tubolare di materiale caldo. L’aria compressa inserita all’interno del tubo gonfia e stira il film, aumentando il suo diametro e riducendo lo spessore. Il film così formato viene raffreddato tramite flusso d’aria esterno e interno, per stabilizzare la forma e le proprietà meccaniche.
Dopo il raffreddamento iniziale, la bolla viene collassata da un sistema di guide e rulli che la trasformano da struttura tubolare a film piatto. Solo per la produzione di sacchetti, la bolla viene anche piegata verso l’interno ai lati, in modo da ottimizzare l’ingombro nella bobina. La parte superiore della linea, composta da convogliatore e traino, è montata su una struttura che ruota continuamente attorno all’asse della bolla. Questa rotazione consente di uniformare la stesura del film sui rulli, minimizzando le variazioni di spessore e garantendo una distribuzione regolare del materiale su tutta la larghezza utile.
Il film piatto attraversa un primo gruppo di traino, costituito da calandre contrapposte che lo trascinano verso l’alto esercitando una trazione controllata. Questo passaggio determina un primo orientamento longitudinale del materiale, fondamentale per garantire uniformità meccanica e geometrica. Successivamente, il film scende attraverso una serie di rulli di discesa che ne regolano la planarità, lo spessore e la tensione, stabilizzando il prodotto prima della raccolta.
A seconda del tipo di output desiderato, il film può essere avvolto in forma chiusa per la produzione di sacchetti, oppure tagliato lateralmente e avvolto in due bobine separate per la realizzazione di film piani destinati ad altre lavorazioni. In quest’ultimo caso, le porzioni laterali rimosse, note come sfrido di taglio, vengono aspirate da un sistema integrato e reinserite direttamente nel processo di estrusione o in un circuito di recupero. Questo consente di minimizzare gli sprechi, migliorando l’efficienza produttiva e la sostenibilità complessiva della linea.
Esigenze e Tecnologia
Il processo di estrusione di film in bolla richiede un controllo più preciso e coordinato di molteplici parametri rispetto all’estrusione tradizionale, in quanto la criticità del processo non risiede più solamente nella ricetta di estrusione quanto nel coordinamento dei vari motori per ottenere le dimensioni e gli spessori desiderati. Tra le principali esigenze:
- Controllo della temperatura del melt: fondamentale nella testa di estrusione e negli anelli di raffreddamento, dove servono sensori rapidi e stabili.
- Monitoraggio della pressione del polimero fuso: essenziale per prevenire sovraccarichi, rotture o fluttuazioni di portata.
- Monitoraggio del circuito idraulico: la pressione è un parametro di sicurezza. Variazioni non coerenti con i comandi meccanici indicano potenziali anomalie o rischi per l’operatore.
- Tensione del traino: richiede rilevazione precisa della tensione che esercita il traino durante la chiusura e la raccolta della bolla dopo il raffreddamento.
Altre esigenze includono:
- Posizionamento preciso della guida bolla, per mantenere la traiettoria corretta del film.
- La posizione degli scaricatori dell’avvolgitore.
- Raccolta dati per diagnostica e manutenzione predittiva, fondamentale per aumentare disponibilità e continuità produttiva.
Gefran offre una gamma completa di piattaforme di controllo, sensori di pressione e temperatura Melt e soluzioni modulari, facilmente integrabili in qualsiasi impianto, per garantire efficienza, sicurezza e qualità costante nelle linee di estrusione per film bolla
