IT201800004121A1 - Sistema valvolare antistallo bistabile - Google Patents

Description

SISTEMA VALVOLARE ANTISTALLO BISTABILE

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione è applicabile al settore tecnico dei sistemi valvolari, ed ha in particolare per oggetto un sistema valvolare antistallo bistabile pilotabile meccanicamente o pneumaticamente.

Stato della Tecnica

E’ noto che per governare dispositivi caratterizzati da moti rettilinei alternati, ad esempio pompe, oscillatori, motori alternativi ad aria compressa, pistoni, percussori, vibratori, moltiplicatori di pressione o booster, occorrono sistemi valvolari bistabili atti a convogliare alternativamente e selettivamente il fluido di lavoro nelle due semicamere di tali dispositivi.

Sono noti due principali sistemi di pilotaggio di tali sistemi valvolari, pneumatico o meccanico, entrambi agenti direttamente sulle parti mobili delle valvole stesse.

Un noto svantaggio di tali tipologie di sistemi valvolari è il problema del cosiddetto "punto morto", cioè una situazione di stallo operativo in cui il sistema valvolare si blocca, con conseguente blocco del funzionamento del dispositivo a cui è collegato e necessità di intervento manuale.

Per ovviare a tale inconveniente, sono stati utilizzati sistemi con magneti permanenti collocati lungo l’asse di scorrimento degli organi mobili di tenuta, come insegnato nella domanda statunitense US5222876.

Tuttavia, in tale nota soluzione i magneti posizionati lungo l’asse di scorrimento degli organi mobili comportano l’utilizzo di un elevato numero di componenti con conseguente complessità di montaggio e manutenzione.

Presentazione dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è superare almeno parzialmente gli inconvenienti sopra riscontrati, mettendo a disposizione un sistema valvolare di elevata efficienza e funzionalità.

Ulteriore scopo dell’invenzione è mettere a disposizione un sistema valvolare che utilizza un minor numero di componenti.

Ulteriore scopo dell’invenzione è anche quello di mettere a disposizione un sistema valvolare di ridotte dimensioni.

Ulteriore scopo dell’invenzione è anche quello di mettere a disposizione un sistema valvolare di semplice realizzazione e manutenzione.

Ulteriore scopo dell’invenzione è mettere a disposizione un sistema valvolare particolarmente efficace, che consenta di ovviare all’inconveniente del cosiddetto “punto morto”.

Tali scopi, nonché altri che saranno più chiari in seguito, saranno risolti da un sistema valvolare in accordo con quanto qui descritto, illustrato e/o rivendicato.

Forme di realizzazione vantaggiose del trovato sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite ma non esclusive di un sistema valvolare secondo il trovato, illustrate a titolo di esempio non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la FIG.1A è una vista assonometrica del sistema valvolare 1;

le FIGG.1B, 1C, 1D sono rispettivamente viste dall’alto, laterale e frontale del sistema valvolare 1;

la FIG. 2A è una vista in sezione lungo un piano di sezione π2 – π2 quando il pattino 21 è nella prima o seconda posizione di lavoro stabile;

la FIG.2B è una vista in sezione lungo un piano di sezione π - π quando il pattino 21 è nella prima o seconda posizione di lavoro stabile;

la FIG.2C è un particolare ingrandito della FIG.2B;

la FIG.3A è una vista in sezione lungo il piano di sezione π2 – π2 quando il pattino 21 è nella posizione definente il cosiddetto ‘punto morto’;

la FIG. 3B è una vista in sezione lungo il piano di sezione π - π quando il pattino 21 è nella posizione definente il cosiddetto ‘punto morto’;

la FIG.3C è un particolare ingrandito della FIG.3B;

la FIG.4 è una vista in sezione lungo un piano di sezione II-II;

la FIG.5 è una vista in sezione lungo un piano di sezione III-III.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferito

Con riferimento alle figure citate, si descrive una possibile realizzazione del sistema valvolare 1.

La presente invenzione presenta varie parti uguali o comunque fra loro simili. Ove non altrimenti specificato, si indicheranno tali parti uguali o simili con un singolo numero di riferimento, intendendosi che le caratteristiche indicate sono comuni a tutte le parti uguali o simili.

Il sistema valvolare 1 potrà essere realizzato con materiali amagnetici, ad eccezione di alcuni componenti in seguito indicati.

Il sistema valvolare 1 potrà comprendere un corpo valvola 10 e un otturatore 30. Tale sistema valvolare 1 potrà inoltre includere mezzi di pilotaggio pneumatici 50 o meccanici 37, 37’ (FIG.2A).

Preferibilmente, il corpo valvola 10 potrà essere composto da una calotta 11 e una base 12, fra loro accoppiabili ad esempio mediante viti V (FIG.1A).

La calotta 11 potrà comprendere almeno un ingresso I per un fluido di lavoro F, ad esempio aria compressa, ed almeno un primo e un secondo ingresso 50’, 50’’ per gli impulsi di pilotaggio.

La base 12 potrà includere feritoie 54, 55 per porre in comunicazione fluidica alternativamente e selettivamente l’ingresso I e le semicamere 51, 52 posizionate all’interno della stessa base 12.

Altresì potrà essere presente la semicamera 53 collegata con l’ambiente esterno e l’annessa feritoia 56 (scarico).

In modo in sé noto, le semicamere 51, 52 potranno essere operativamente collegate con un dispositivo agente mediante moti rettilinei alternati, ad esempio pompe, oscillatori, motori alternativi ad aria compressa, pistoni, percussori, vibratori, moltiplicatori di pressione o booster.

Opportunamente, le semicamere 51, 52 saranno alternativamente e selettivamente canali di mandata e scarico, in cooperazione con la semicamera 53, come verrà più dettagliatamente descritto in seguito.

Preferibilmente, la calotta 11 potrà comprendere tre camere di lavoro tra loro fluidicamente indipendenti 33, 33’, 33’’. Nella camera di lavoro 33 potrà essere inserito l’otturatore 30 per muoversi lungo lo stesso asse X tra una prima e una seconda posizione di lavoro stabile, illustrate ad esempio nelle FIGG. dalla 2A alla 2C, in modo da porre alternativamente e selettivamente in comunicazione fluidica l’ingresso I e la prima o seconda uscita 51, 52.

Le camere di lavoro 33’, 33’’ potranno essere chiuse alle estremità da tappi a tenuta 18, 18’, i quali potranno includere superfici di battuta 14, 14’ definenti il fine corsa dell’otturatore 30.

Secondo il particolare esempio di realizzazione illustrato nelle figure allegate, l’otturatore 30 potrà comprendere un organo mobile, ad esempio una spola 36 definente lo stesso asse X con eventualmente, in corrispondenza delle proprie estremità, due spine 37, 37’ azionabili meccanicamente e un pattino 21 scorrevole lungo un asse parallelo ad X sul piano π1.

La spola 36 potrà avere superfici di estremità 31, 31’ atte a venire a reciproco contatto rispettivamente con le superfici di battuta 14, 14’ durante il moto alternato della spola 36 stessa.

La spola 36 potrà, inoltre, presentare un foro passante 34 in posizione sostanzialmente centrale in cui potrà essere scorrevolmente inserita in modo amovibile una spina 40 posta lungo un asse Z perpendicolare all’asse X. Questo semplificherà il montaggio e la manutenzione del sistema valvolare 1.

Inoltre, l’asse Z potrà essere suscettibile di passare per il centro C della spola 36. Lo stesso asse Z e l’asse X potranno definire un piano π.

Vantaggiosamente, la spina 40 potrà traslare solidalmente con la spola 36 lungo lo stesso asse X.

Opportunamente, la spina 40 potrà includere una coppia di primi magneti permanenti M1, M1’ in corrispondenza delle sue estremità 41, 41’.

Vantaggiosamente, la spina 40 potrà essere in metallo, in modo che i magneti M1, M1’ restino naturalmente accoppiati con la stessa senza colla o ulteriori mezzi di accoppiamento.

Altresì, all’interno della camera di lavoro 33 potranno essere collocati secondi magneti permanenti M2, M2’reciprocamente affacciati ai primi magneti permanenti M1, M1’. Preferibilmente, tali secondi magneti M2, M2’ potranno essere posti lungo un asse Z’ giacente sul piano π, parallelo all'asse Z e passante per il centro della calotta 11.

Vantaggiosamente, i magneti M1, M1’, M2, M2’ potranno essere naturalmente permanenti e potranno presentare polarità opposta. In tal modo, opereranno come mezzi antistallo per evitare il blocco operativo della spola 36, come verrà più dettagliatamente descritto in seguito.

Si comprende che tali mezzi antistallo M1, M1’, M2, M2’ potranno comprendere un numero di magneti permanenti differente da quello riportato nella presente descrizione, ad esempio una singola coppia di due magneti reciprocamente affacciati oppure tre o più coppie di magneti reciprocamente affacciati, senza per questo uscire dall’ambito di tutela delle rivendicazioni allegate.

Preferibilmente, la calotta 11 potrà presentare una parete periferica 15 con una coppia di fori passanti 15’, 15’’.

Inoltre, potrà essere prevista una coppia di tappi di chiusura 13 ognuno avente una rispettiva estremità 13’, 13’’ avente uno dei secondi magneti permanenti M2, M2’.

Vantaggiosamente, i tappi di chiusura 13 potranno essere amovibilmente avvitabili nei fori passanti 15’, 15’’ lungo l’asse Z’ in modo che i secondi magneti permanenti M2, M2’ restino affacciati alla spola 36.

Ciò semplifica il montaggio del sistema valvolare 1.

Vantaggiosamente, i tappi 13 potranno essere metallici, in modo che i secondi magneti M2, M2’ restino naturalmente accoppiati con gli stessi senza colla o ulteriori mezzi di accoppiamento.

Opportunamente, i magneti di ogni coppia di magneti permanenti M1, M1’, M2, M2’ potranno essere reciprocamente simmetrici rispetto a un piano π2 sostanzialmente perpendicolare al piano π1. Il piano π2 potrà essere un piano di simmetria per la calotta 11 in modo che l’asse X giaccia su esso.

Il pattino 21 potrà avere una forma circolare o rettangolare definita da una superficie superiore 23 con una porzione centrale comprendente un elemento di collegamento maschio 23’ e una superficie inferiore 25 con una porzione 25’ a reciproco contatto con il piano π1 in modo da definire una camera di lavoro 38 circolare o rettangolare.

Vantaggiosamente, la superficie inferiore 25 del pattino 21 e la stessa camera 38 potranno affacciarsi alle feritoie 54, 55, 56.

Preferibilmente, la spola 36 potrà avere una sede o un elemento di collegamento femmina 35, ad esempio di forma circolare o d’asola, in cui potrà essere inserito l’elemento di collegamento maschio 23’.

Come particolarmente illustrato nelle FIGG. 2A e 5, l’elemento di collegamento 23’ del pattino 21 assumerà una posizione determinata dalla posizione dell’asola 35 ricavata nella spola 36.

Opportunamente, il pattino 21 potrà essere suscettibile di muoversi nella camera di lavoro 33 lungo il piano π1 parallelo al piano π e spaziato dai mezzi antistallo M1, M1’, M2, M2’.

Opportunamente, la calotta 11 potrà comprendere una parete inferiore 11’ suscettibile di restare affacciata alla base 12.

Altresì, la parete inferiore 11’ potrà comprendere un foro passante 16, in cui potrà essere inserito un elemento di chiusura 17 per restare interposto fra la base 12 e la calotta 11.

L’elemento di chiusura 17 potrà comprendere una superficie lappata definente il piano di scorrimento π1 e le stesse feritoie 54, 55, 56 per porre in comunicazione fluidica le tre semicamere 51, 52, 53 e la camera di lavoro 33.

Operativamente, come illustrato in FIG. 2A, 2B, 2C, quando la spola 36 riceverà ad esempio un impulso di pilotaggio dall’ingresso 50’’ la sua superficie di estremità 31 verrà a reciproco contatto con la superficie di battuta 14 del tappo a tenuta 18. Il fluido di lavoro F, che entra attraverso l’ingresso I, riempirà la camera di lavoro 33 e verrà espulso attraverso la feritoia 55 e la semicamera 52. In tal modo, l’ingresso I del corpo valvola 10 sarà in comunicazione fluidica con la sua seconda uscita 52 per consentire l’efflusso del fluido di lavoro F.

Contemporaneamente, verrà consentito lo scarico del fluido di lavoro esausto F proveniente dal dispositivo utilizzatore sequenzialmente attraverso la semicamera 51, la feritoia 54, la camera 38, la feritoia 56 e la semicamera 53.

Viceversa, il funzionamento sarà speculare quando la spola 36 riceverà un impulso di pilotaggio dall’ingresso 50’ in modo che la superficie di estremità 31’ della spola 36 venga a reciproco contatto con la superficie di battuta 14’ del tappo a tenuta 18’.

Il fluido di lavoro F riempirà la camera di lavoro 33 e verrà espulso attraverso la feritoia 54 e la semicamera 51. In tal modo, l’ingresso I del corpo valvola 10 sarà in comunicazione fluidica con la sua prima uscita 51 per consentire l’efflusso del fluido di lavoro F.

Contemporaneamente, verrà consentito lo scarico del fluido di lavoro F proveniente dal dispositivo utilizzatore sequenzialmente attraverso la semicamera 52, la feritoia 55, la camera 38, la feritoia 56 e la semicamera 53.

Opportunamente, la prima coppia di magneti M1, M1’ genererà una coppia di forze F1, F1 di ugual modulo e verso opposto alla coppia F2, F2 generata dalla seconda coppia di magneti M2, M2’.

Vantaggiosamente, le forze F1 e F2 saranno generate sul piano π parallelamente al piano π1 di scorrimento del pattino 21 o di altri sistemi valvolari conosciuti.

In tal modo sarà possibile realizzare diverse tipologie note di sistemi valvolari, ad esempio a pattino, come qui descritto, a manicotto o ad otturatori, in cui sia possibile mantenere distinti il piano π e π1. Si otterrà, quindi, un sistema di sbilanciamento magnetico atto a superare la cosiddetta situazione di ‘punto morto’ definita da una posizione di blocco operativo.

Essendo le forze F1 e F2 fra loro reciprocamente repulsive, queste ultime manterranno rapida e controllata la traslazione della spola 36. Sarà, quindi, possibile evitare la suddetta situazione di ‘punto morto’, in cui le feritoie 54, 55, 56 sono in comunicazione fluidica con la camera di lavoro 38 e l’ingresso I del corpo valvola 10 non è in comunicazione fluidica con alcuna uscita 51, 52. Infatti, come si può osservare nella FIG. 3A, quando la spola 36 si troverà esattamente a metà della sua corsa, le coppie di magneti saranno perfettamente affacciate (FIGG. 3B e 3C) e la camera di lavoro 33 sarà ancora in comunicazione fluidica con la feritoia 54 e l’uscita 51, ovvero il sistema sarà in movimento. La spola 36 potrà, quindi, con uno spostamento minimo, sbilanciare il sistema di magneti M1, M1’ e M2, M2’. Grazie alle forze repulsive F1 e F2 generate da questi ultimi, la superficie di estremità 31 della spola 36 andrà a reciproco contatto con la superficie di battuta 14 trascinando quindi il pattino 21 nella corretta posizione (FIG. 2A) in una frazione di secondo. In tal modo, sarà possibile evitare la situazione di ‘punto morto’.

Il sistema valvolare 1 avrà il medesimo funzionamento scegliendo un azionamento di tipo meccanico operato da forze esterne agenti alternatamente lungo l’asse X sulle spine 37, 37’. In tal caso, gli ingressi di pilotaggio 50’, 50’’ opereranno come scarico del volume d’aria rispettivamente e alternatamente accumulato nelle camere 33’’, 33’ dal moto alternato della spola 36.

Da quanto sopra descritto, appare chiaro che l’invenzione raggiunge gli scopi prefissatisi.

L’invenzione è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate. Altresì, tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dall'ambito di tutela delle rivendicazioni allegate.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un sistema valvolare bistabile, comprendente: - un corpo valvola (10) comprendente almeno un ingresso (I) per un fluido di lavoro ed almeno una prima e una seconda uscita (51, 52) per lo stesso, detto corpo valvola (10) includendo almeno una camera di lavoro (33) definente un primo asse (X); - un otturatore (30) scorrevolmente inserito in detta almeno una camera di lavoro (33) per muoversi lungo detto asse (X) tra una prima posizione di lavoro stabile ed una seconda posizione di lavoro stabile in modo da porre alternativamente e selettivamente in comunicazione fluidica detto almeno un ingresso (I) e detta almeno una prima uscita (51) o detta almeno una seconda uscita (52); - mezzi di pilotaggio pneumatici o meccanici (50, 37, 37’) agenti su detto otturatore (30) per pilotarne lo scorrimento fra detta prima e detta seconda posizione di lavoro stabile; - mezzi antistallo (M1, M1’; M2, M2’) agenti su detto otturatore (30) per evitarne il blocco operativo; caratterizzato dal fatto che detto otturatore (30) comprende un pattino (21) scorrevole lungo detto asse (X) oppure un asse a questo parallelo, detti mezzi antistallo (M1, M1’; M2, M2’) comprendendo almeno un primo magnete permanente (M1, M1’) accoppiato con detto otturatore (30) per scorrere solidalmente con esso lungo detto primo asse (X), detti mezzi antistallo (M1, M1’; M2, M2’) comprendendo inoltre almeno un secondo magnete permanente (M2, M2’) posto in detta almeno una camera di lavoro (33) e reciprocamente affacciato con detto almeno un primo magnete permanente (M1, M1’), quest’ultimo e detto almeno un secondo magnete permanente (M2, M2’) presentando polarità contrapposta.
2. 2. Sistema valvolare secondo la rivendicazione 1, in cui detto pattino (21) è scorrevole in detta almeno una camera di lavoro (33) lungo un primo piano di scorrimento (π1), detti almeno un primo magnete permanente e detto almeno un secondo magnete permanente (M1, M1’; M2, M2’) essendo reciprocamente spaziati con detto primo piano (π1).
3. 3. Sistema valvolare secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto otturatore (30) comprende un organo mobile (36) definente detto asse (X), detti almeno un primo magnete permanente e detto almeno un secondo magnete permanente (M1, M1’; M2, M2’) giacendo su un secondo piano (π) parallelo a detto primo piano (π1) su cui giace detto primo asse (X), detti primo piano (π1) e secondo piano (π) essendo reciprocamente spaziati.
4. 4. Sistema valvolare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi antistallo (M1, M1’; M2, M2’) comprendono almeno una coppia di primi magneti permanenti (M1, M1’) ed almeno una coppia di secondi magneti permanenti (M2, M2’), detti primi e secondi magneti permanenti (M1, M1’; M2, M2’) essendo rispettivamente accoppiati con detto otturatore (30) e posti in detta almeno una camera di lavoro (33) simmetricamente rispetto ad un piano di simmetria (π2) sostanzialmente perpendicolare a detto primo piano (π1) passante per detto primo asse (X).
5. 5. Sistema valvolare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detti primi e secondi magneti permanenti (M1, M1’; M2, M2’) giacciono rispettivamente lungo un secondo ed un terzo asse (Z, Z’) sostanzialmente perpendicolari a detto primo asse (X) e fra loro sostanzialmente paralleli, detti secondo e terzo asse (Z,Z’) intersecando detto primo asse (X).
6. 6. Sistema valvolare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto corpo valvola (10) presenta almeno una parete periferica (15) che include almeno un primo foro passante (15’), essendo previsto almeno un tappo di chiusura (13) avente un’estremità (13’, 13’’) che include detto almeno un secondo magnete permanente (M2, M2’), detto almeno un tappo di chiusura (13) essendo amovibilmente inseribile in detto almeno un primo foro passante (15’) in modo che detto almeno un secondo magnete permanente (M2, M2’) resti affacciato a detto otturatore (30).
7. 7. Sistema valvolare secondo la rivendicazione precedente quando dipendente dalla rivendicazione 4 o 5, in cui detta almeno una parete periferica (15) presenta almeno una coppia di primi fori passanti (15’, 15’’) reciprocamente opposti rispetto a detto piano di simmetria (π2), essendo previsti almeno una coppia di tappi di chiusura (13) ognuno avente una rispettiva estremità (13’, 13’’) che include uno di detti secondi magneti permanenti (M2, M2’), detti tappi di chiusura (13) essendo amovibilmente inseribili in detti primi fori passanti (15’, 15’’) in modo che detti secondi magneti permanenti (M2, M2’) restino affacciati a detto otturatore (30).
8. 8. Sistema valvolare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto organo mobile (36) presenta almeno un secondo foro passante (34), essendo prevista almeno una spina (40)avente una coppia di estremità opposte (41, 41’), almeno una di queste ultime comprendendo detto almeno un primo magnete permanente (M1, M1’), detta almeno una spina (40) essendo scorrevolmente inseribile in modo amovibile in detto almeno un secondo foro passante (34) in modo che detto almeno un primo magnete permanente (M1, M1’) resti reciprocamente affacciato con detto almeno un secondo magnete permanente (M2, M2’).
9. 9. Sistema valvolare secondo la rivendicazione precedente quando dipendente dalla rivendicazione 4 o 5, in cui ognuna di dette estremità opposte (41, 41’) di detta almeno una spina (40) include un rispettivo primo magnete permanente (M1, M1’), questi ultimi giacendo da parti opposte rispetto a detto piano di simmetria (π2) in modo da restare reciprocamente affacciato con detti secondi magneti permanenti (M2, M2’).
10. 10. Sistema valvolare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un secondo foro passante (34) è realizzato in posizione sostanzialmente centrale rispetto a detto organo mobile (36), uno fra detto pattino (21) e detto organo mobile (36) comprendendo almeno un elemento di collegamento maschio (23’), l’altro fra detto pattino (21) e detto organo mobile (36) comprendendo almeno un elemento di collegamento femmina (35), quello fra detto elemento di collegamento maschio (23’) o femmina (35) appartenente a detto organo mobile (36) essendo posto in corrispondenza di detto almeno un secondo foro passante (34).
11. 11. Sistema valvolare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto corpo valvola (10) è composto da una calotta (11) e una base (12), quest’ultima includendo almeno tre semicamere di carico e scarico (51, 52, 53) per un fluido di lavoro (F), detta calotta (11) comprendendo una parete inferiore (11’) suscettibile di restare affacciata a detta base (12), detta parete inferiore (11’) comprendendo un terzo foro passante (16), essendo previsto un elemento di chiusura (17) inseribile in detto terzo foro passante (16) per restare interposto fra detta base (12) e detta calotta (11), detto pattino (21) essendo inseribile attraverso detto terzo foro passante (16), detto elemento di chiusura (17) comprendendo una superficie di estremità definente detto primo piano di scorrimento (π1) e almeno tre feritoie (54, 55, 56) per porre in comunicazione fluidica rispettivamente dette almeno tre semicamere (51, 52, 53) e detta camera di lavoro (33).
12. 12. Sistema valvolare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta spina (40) e detti tappi di chiusura (13) sono in metallo in modo che rispettivamente detti primi e secondi magneti permanenti (M1, M1’; M2, M2’) restino naturalmente accoppiati con gli stessi senza colla o ulteriori mezzi di accoppiamento.