Soluzioni ingegneristiche per esigenze speciali
Published by Angst+Pfister on February 2021
A volte la soluzione migliore e più conveniente non è quella inizialmente prevista. Nel dialogo con i clienti, gli ingegneri di Angst+Pfister mirano a trovare approcci progettuali che affrontino più problemi contemporaneamente - e, quando possibile, producano una soluzione a prezzi più bassi. Ad esempio, una nuova copertura in silicone per gli alimentatori vibranti Coperion ha portato contemporaneamente a un ciclo di pulizia più efficiente per i suoi clienti che riduce al minimo i rischi potenzialmente gravi per l'igiene.
L'azienda tedesca Coperion opera in tutto il mondo e ha una base produttiva in Svizzera. Coperion produce estrusori per l'industria delle materie plastiche e per quella alimentare e fornisce soluzioni di movimentazione dei materiali end-to-end. La sua consociata, Coperion K-Tron, a sua volta, è specializzata nell'alimentazione di processo e nel trasporto pneumatico. Oltre che nell'industria delle materie plastiche e alimentare, questi sistemi trovano applicazione anche nelle aziende farmaceutiche. La gamma di prodotti comprende alimentatori vibranti, "Questi alimentatori sono progettati per il dosaggio ad alta precisione di materiali sfusi secchi a flusso libero - ad esempio, per estrusori", spiega l'ingegnere di Coperion Urs Helfenstein.
Nuove soluzioni definite congiuntamente
Coperion si è rivolto ad Angst+Pfister per realizzare un pezzo stampato che coprisse un’unità di alimentazione - e aveva già un’idea chiara di come dovesse essere il pezzo, fornendone al contempo uno schizzo. Doveva essere in silicone e fissato sul lato inferiore per mezzo di una piastra metallica per fornire una tenuta ermetica. Le pareti del rivestimento in silicone dovevano essere trasparenti o almeno semitrasparenti - e quindi sottili. Il numero di serie e la targhetta dell'anno di costruzione dovevano essere facilmente leggibili attraverso il silicone, in modo che durante la manutenzione il coperchio non dovesse essere rimosso e sostituito in una procedura che richiedeva molto tempo. In generale, più spesso è il silicone, più diventa lattiginoso. In altre parole, le pareti non potevano superare i due millimetri di spessore. Un'ulteriore funzione della piastra metallica integrata è quella di impedire che il sottile coperchio protettivo scivoli via o che vibri come “gelatina” quando la massa secca viene spostata in avanti per mezzo delle vibrazioni. La progettazione della parte in silicone ha coinvolto due delle specialità di Angst+Pfister: la tecnologia delle tenute e la tecnologia dell’antivibrazione.
Con una lunghezza di oltre cinquanta centimetri, la sua complessa geometria, la trasparenza richiesta e gli speciali requisiti di approvazione da parte della Food and Drug Administration degli Stati Uniti, gli ingegneri di Angst+Pfister si sono trovati di fronte ad un vero rompicapo. “Ciò che ci ha fatto venire più mal di testa durante il test di fattibilità è stata la piastra metallica integrata e il collegamento gomma-metallo”, racconta Marcello Gisler, Product Application Engineer di Angst+Pfister Sealing Technology. Ogni altra cosa era per lui una sfida risolvibile.
Infatti, è praticamente impossibile trovare un produttore per uno stampaggio in silicone così grande e complesso. Esso richiede utensili massicci e il giusto tipo di macchinario. “Ma abbiamo trovato quello che cercavamo nella nostra vasta rete di partner di prima classe”, dice Marcello Gisler. Lo stampaggio non doveva essere solo grande, ma anche di qualità eccezionale. In primo luogo, non poteva avere piccole bolle d'aria che potessero diminuire la trasparenza. In secondo luogo, la superficie doveva soddisfare rigide specifiche igieniche. Il coperchio doveva anche proteggere l'elettronica dallo sporco e dalle fuoriuscite, in modo che l'attrezzatura potesse essere pulita correttamente.
“Dal nostro punto di vista, la sfida era quella di sviluppare una macchina vibrante con il minor smorzamento possibile, che impedisse l’accumulo di sporcizia e fosse facile da pulire”, ricorda Urs Helfenstein.
Alternative che ripagano
La nostra idea è stata quella di tralasciare la piastra metallica per ragioni di costo e di facilità di fabbricazione. Invece, il coperchio poteva essere fissato al serbatoio in lamiera soprastante per mezzo di tappi in silicone. Allo stesso tempo, abbiamo proposto un silicone così trasparente che la piastra sottostante potesse ancora essere letta indipendentemente dallo spessore delle pareti" spiega Tugba Bilgic Tune, Engineer Sealing Technology presso Angst+Pfister. Il cliente ha poi effettuato le necessarie simulazioni di vibrazione per questo progetto e ha posizionato i perni in silicone con risultati soddisfacenti: l’inserto metallico poteva essere effettivamente eliminato.
Gli ingegneri hanno scelto per questo progetto una gomma siliconica traslucida (VMQ) con una durezza Shore A 50. Essa ha l'approvazione FDA in conformità al titolo 21 CFR (Code of Federal Regulations) 177.266 da a) a f) per gli articoli in elastomero. Ciò significa che è inclusa in una lista positiva e ha superato i test di migrazione. Questo materiale con la sua trasparenza superiore ha consentito a Marcello Gisler e Tugba Bilgic Tune di aumentare lo spessore della parete in silicone e di fare a meno della piastra metallica.
Coperion ha testato in prima battuta il progetto con un prototipo realizzato con il processo di colata sottovuoto. Il cliente ha quindi dato il via libera alla nuova idea - senza la piastra metallica e la copertura potendo essere realizzata con una significativa riduzione dei costi. “Siamo molto soddisfatti di questo”, dice Urs Helfenstein. L'approccio basato sul dialogo ha prodotto soluzioni valide e praticabili.
Norme di design e igiene
Tugba Bilgic Tune e Marcello Gisler hanno trovato una soluzione convincente anche per quanto riguarda l’igiene e la pulizia. “Il coperchio viene premuto sull’alimentatore con un precarico in modo da sigillare ermeticamente l’elettronica all’interno”, spiega Tugba Bilgic Tune. In questo modo è stato creato un sistema chiuso. Il coperchio in silicone impedisce che lo sporco si insinui nelle scanalature. Questo riduce al minimo le attività di pulizia. Coperion ha verificato con test che nessun liquido è penetrato nell'apparecchiatura e, come tale, che essa è conforme alle severe disposizioni di progettazione igienica dell'industria alimentare e farmaceutica. "Il coperchio avvolge l'intero meccanismo di azionamento senza spazi vuoti o crepe", osserva Urs Helfenstein. Per i clienti ciò significa un ciclo di pulizia più efficiente e il rischio igienico, che può avere gravi conseguenze, è ridotto al minimo". Coperion e Angst+Pfister sono entrambi membri dell’EHEDG e dispongono delle competenze necessarie per applicazioni altamente igieniche”, afferma Marcello Gisler. La EHEDG è un'associazione di categoria europea che promuove l'igiene nell'industria di trasformazione alimentare.
Alla fine Angst+Pfister è stata in grado di fornire il coperchio in silicone in tre dimensioni, tra 30 e 54 centimetri. “Siamo soddisfatti della soluzione buona ed economica al nostro problema”, conclude Urs Helfenstein.
Conclusione
Eliminando la piastra metallica e utilizzando tappi in silicone traslucido, è stato possibile ridurre i costi mantenendo la funzionalità e la conformità alle normative FDA. Il nuovo design non solo ha consentito una significativa riduzione dei costi, ma ha anche migliorato l'efficienza del ciclo di pulizia, fondamentale per i settori con standard igienici rigorosi come quello alimentare e farmaceutico.
Lo sforzo di collaborazione tra Coperion e Angst+Pfister dimostra l'impegno a trovare soluzioni pratiche e praticabili attraverso una comunicazione aperta e una competenza condivisa.
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