IT201800007956A1 - Metodo per l’individuazione di perdite d’aria in componenti meccanici. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE INDUSTRIALE DAL TITOLO: "Metodo per l’individuazione di perdite d’aria in componenti meccanici"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce alle tecniche per individuare perdite d’aria in componenti meccanici.

È noto che la presenza di fessurazioni/cricche nel materiale che costituisce il cerchio di una ruota di un veicolo genera perdite di pressione una volta montato lo pneumatico. Sono note varie tecniche per l’identificazione delle perdite nel cerchio ruota legate alla presenza di tali difetti.

Secondo una tecnica adottata in vari settori tecnologici, la mancata tenuta di un componente meccanico viene evidenziata tramite il rilievo di una variazione di pressione di un volume almeno parzialmente confinato dal componente stesso. Tale tecnica è nota come drop-pressure.

Fissato il volume in prova la perdita rilevabile è direttamente proporzionale alla derivata nel tempo della pressione. Integrando la derivata nel tempo si ottiene il drop pressure. Noto il volume è possibile calcolare la perdita.

Il valore della pressione iniziale modifica il drop pressure ma non la perdita essendo quest’ultima normalizzata, ossia esprimibile in Ncc/min.

Per effettuare la misurazione in tempi accettabili a livello industriale (dell’ordine di pochi secondi) e con le precisioni richieste (dell’ordine di pochi Ncc/min), la variazione visibile di pressione risulta dell’ordine di qualche Pa. Tuttavia variazioni di pressione così basse sono molto influenzate dalla termica del fenomeno. In altre parole, il riempimento del volume tramite un gas genera un transitorio termico che a sua volta produce una variazione di pressione una volta che il volume riempito viene isolato dalla sorgente. È quindi necessario attendere molto tempo prima di effettuare il calcolo del drop pressure, attendendo quindi l’equilibrio termico del gas interno al volume. Per minimizzare questo fenomeno si utilizzano normalmente dei riempitivi in grado di diminuire il più possibile la quantità di aria all’interno del volume in prova.

Uno scopo della presente invenzione è di proporre un metodo per individuare perdite d’aria in componenti meccanici che sia meno influenzato dai transitori termici rispetto ai metodi noti, e che permetta pertanto di condurre misure in tempi più rapidi.

Forma pertanto oggetto dell’invenzione un metodo per l’individuazione di perdite d’aria in componenti meccanici, comprendente i passi seguenti: predisporre almeno un primo e un secondo campione di un componente meccanico in modo tale da definire rispettivamente un primo e un secondo volume in prova racchiusi fra pareti rigide, almeno una parte delle pareti rigide che racchiudono il primo volume in prova essendo fornita dal primo campione, e almeno una parte delle pareti rigide che racchiudono il secondo volume in prova essendo fornita dal secondo campione, in cui detti primo e secondo volume in prova sono fluidicamente collegati a una sorgente di vuoto;

generare una depressione all’interno dei volumi in prova;

isolare i volumi in prova dalla sorgente di vuoto e l’uno dall’altro; e

misurare per un intervallo di tempo valori di differenza di pressione fra i volumi in prova mediante un trasduttore di pressione differenziale fluidicamente collegato ai volumi in prova.

Forme di realizzazione preferite dell’invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti, che sono da intendersi come parte integrante della presente descrizione.

La misura in depressione permette di avere un valore di pressione iniziale inferiore alla pressione ambiente e quindi la derivata della pressione nel tempo che identifica la perdita sarà positiva e non negativa come nel caso di misure in pressione. Essendo tuttavia la densità dell’aria inferiore al caso di misure in pressione ci sarà una dipendenza dalla temperatura inferiore. Tale soluzione permette altresì di minimizzare la forza di chiusura del volume che risulta addirittura auto-chiudente; si ricorda che un bar relativo di sovrapressione su un’area pari a quella del diametro ruota genera diverse tonnellate di spinta. In questo caso quindi la forza di chiusura è fornita dalla presenza stessa della depressione.

La misura differenziale su due campioni permette di sottrarre il transitorio termico e di ottenere un segnale pulito. Tale soluzione permette di rilevare quindi perdite molto piccole in pochissimo tempo in quanto il segnale di differenza di pressione fra i due campioni in prova è legato solamente alla presenza eventuale di trafilamenti di aria dall’atmosfera verso uno dei due campioni. Ovviamente, se per assurdo entrambi i campioni avessero un valore identico di perdita (caso molto raro) la misura differenziale sarebbe nulla e quindi non permetterebbe l’identificazione delle perdite.

Secondo una forma di realizzazione preferita, si effettua pertanto la misura su tre o più campioni, intrecciando i valori a coppie e minimizzando ulteriormente la possibilità stocastica di incorrere nel caso di cui sopra.

Benché l’invenzione venga descritta nel seguito con riferimento al settore delle ruote per veicoli, è chiaro che essa può trovare applicazione in qualsiasi settore nel quale vi sia la necessità di effettuare misure di perdite d’aria su componenti meccanici.

Caratteristiche e vantaggi del metodo secondo l’invenzione diverranno più chiari con la seguente descrizione dettagliata di una forma di attuazione del trovato, fatta con riferimento al disegno allegato, fornito a titolo puramente illustrativo e non limitativo, in cui

la figura 1 rappresenta un esempio di configurazione strumentale che permette di attuare il metodo secondo l’invenzione, e

la figura 2 rappresenta una procedura di misura secondo una preferita forma di attuazione dell’invenzione.

Nella seguente descrizione, con direzione assiale si intende una direzione parallela all’asse della ruota. Inoltre, con il termine cerchio ruota si designa non solo il cerchio ruota in sé, ma anche una ruota completa dotata di un disco collegato al cerchio ruota.

Con 1 e 2 sono rispettivamente indicati un primo e un secondo cerchio ruota. Ciascuno dei cerchi ruota 1 e 2 è chiuso fra una coppia di elementi di chiusura, ad esempio piastre di chiusura, rispettivamente indicati con 3a, 3b e 4a, 4b. Nello spazio circoscritto da ciascun cerchio ruota 1 e 2 e delimitato assialmente dai rispettivi elementi di chiusura 3a, 3b e 4a, 4b risulta pertanto definito un volume in prova, rispettivamente indicato con 5 e 6. Per ridurre il più possibile i volumi in prova 5, 6, entro lo spazio circoscritto da ciascun cerchio ruota 5, 6 è convenzionalmente posto un elemento riempitivo, rispettivamente indicato con 7 e 8. Ciascuno degli elementi riempitivi 7, 8 può essere costituito da uno o più pezzi di materiale solido.

Tramite condotti ricavati in almeno uno dei rispettivi elementi di chiusura 3a, 3b e 4a, 4b, ciascuno dei volumi in prova 7, 8 è fluidicamente collegato con una sorgente di vuoto 10, per mezzo di rispettive tubazioni di alimentazione vuoto 11 e 12. Fra ciascuna tubazione di alimentazione vuoto 11, 12 e il rispettivo volume in prova 7, 8 è interposta una rispettiva valvola di carico 13, 14, controllabile da un’unità di controllo del sistema di misurazione (non illustrata) per selettivamente mettere in comunicazione o isolare il rispettivo volume in prova 5, 6 con/dalla sorgente di vuoto 10.

A ciascun volume in prova 7, 8 è inoltre fluidicamente connessa una diramazione di scarico 15, 16, a valle di ciascuna valvola di carico 13, 14. Ciascuna diramazione di scarico 15 e 16 è provvista di una rispettiva valvola di scarico 17, 18, controllabile dall’unità di controllo del sistema di misurazione per selettivamente mettere in comunicazione o isolare il rispettivo volume in prova 5, 6 con/dall’atmosfera dell’ambiente esterno.

Naturalmente, la disposizione valvolare può essere differente da quella sopra descritta.

Un trasduttore di pressione differenziale 20 è fluidicamente collegato ai volumi in prova 5, 6. Il trasduttore di pressione differenziale 20 è atto a misurare valori di differenza di pressione fra i volumi in prova 5 e 6 e a fornire un segnale di differenza di pressione all’unità di controllo del sistema di misurazione.

Nel caso di misure condotte su più di due cerchi ruota, è possibile prevedere che il sistema di misurazione comprenda un numero maggior di connessioni alla sorgente di vuoto, oppure che, una volta condotta una misurazione su una coppia di cerchi ruota, si sostituisca uno di essi per una nuova misurazione.

Una procedura di misurazione con il sistema sopra descritto comprende essenzialmente i passi seguenti.

Inizialmente i cerchi ruota 1, 2 da sottoporre a misurazione vengono chiusi ermeticamente fra i rispettivi elementi di chiusura 3a, 3b e 4a, 4b, eventualmente con i rispettivi elementi riempitivi 7 e 8. Si genera quindi il vuoto all’interno dei cerchi ruota 1, 2, aprendo le valvole di carico 13 e 14 che mettono in comunicazione i volumi in prova 5, 6 con la sorgente di vuoto 10. Gli elementi di chiusura 3a, 3b e 4a, 4b vengono quindi serrati contro i rispettivi cerchi ruota 1, 2 grazie alla differenza di pressione fra i volumi in prova e l’ambiente esterno; non è quindi necessaria l’applicazione di alcuna forza esterna.

Una volta rilevato (grazie al trasduttore di pressione 20) che nei volumi in prova 5, 6 è stato raggiunto un medesimo livello di vuoto, si isolano i volumi 5, 6 dalla sorgente di vuoto 10.

Per un intervallo di tempo avente una durata, ad esempio, dell’ordine di pochi secondi, si acquisiscono i valori differenziali di pressione fra i volumi 5, 6, tramite il trasduttore di pressione differenziale 20.

Sulla base dei valori differenziali di pressione forniti dal trasduttore 20, l’unità di controllo del sistema di misurazione calcola quindi la perdita d’aria di almeno un cerchio ruota in Ncc/min o unità equivalenti. È previsto che uno dei cerchi ruota abbia una perdita d’aria di valore noto e pari a zero, e quindi tramite misure differenziali fatte rispetto a tale cerchio ruota usato come riferimento è possibile determinare la perdita d’aria in altri cerchi ruota. Con “pari a zero” si intende che il campione del componente in questione presenta una perdita sostanzialmente pari a zero, e comunque inferiore alla sensibilità del trasduttore di pressione.

Una volta effettuate le misure con il trasduttore di pressione differenziale 20, si collegano i volumi in prova 5, 6 alla pressione ambiente, aprendo le valvole di scarico 17, 18.

Gli elementi di chiusura 3a, 3b e 4a, 4b possono quindi essere separati dai rispettivi cerchi ruota 1, 2, e i cerchi ruota 1, 2 possono essere rimossi.

Secondo una forma di realizzazione, è possibile effettuare una misura di perdite d’aria su una serie, anche numerosa, di campioni C0, …, CN del componente meccanico, purché comprendente un campione master usato come riferimento e caratterizzato da una perdita nota e pari a zero (indicato con C0 in figura 2). Qualora il metodo sopra descritto venga ripetuto in sequenza per più coppie distinte successive di campioni Ci-1, Ci (dove l’indice i varia da 0 a N), ciascuna coppia avendo un campione in comune con una coppia successiva come indicato in figura 2, è possibile ottenere i valori di perdita d’aria incogniti per tutti i campioni della serie.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per l’individuazione di perdite d’aria in componenti meccanici, comprendente i passi seguenti: predisporre almeno un primo e un secondo campione di un componente meccanico in modo tale da definire rispettivamente un primo e un secondo volume in prova (5, 6) racchiusi fra pareti rigide, almeno una parte delle pareti rigide che racchiudono il primo volume in prova (5) essendo fornita dal primo campione (1), e almeno una parte delle pareti rigide che racchiudono il secondo volume in prova (6) essendo fornita dal secondo campione (2), in cui detti primo e secondo volume in prova (5, 6) sono fluidicamente collegati a una sorgente di vuoto (10); generare una depressione all’interno dei volumi in prova (5, 6); isolare i volumi in prova (5, 6) dalla sorgente di vuoto (10) e l’uno dall’altro; e misurare per un intervallo di tempo valori di differenza di pressione fra i volumi in prova (5, 6) mediante un trasduttore di pressione differenziale (20) fluidicamente collegato ai volumi in prova (5, 6).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui uno di detti campioni presenta una perdita d’aria nota e pari a zero.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui si predispone una serie di campioni (C0, … , CN) del componente meccanico, in cui il metodo secondo la rivendicazione 1 viene ripetuto per più coppie differenti di detti campioni, ciascuna coppia avendo in comune un campione con un’altra coppia, e in cui uno di detti campioni (C0) presenta una perdita d’aria nota e pari a zero.
4. 4. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre calcolare la perdita d’aria di almeno uno di detti campioni sulla base dei valori misurati di differenza di pressione.
5. 5. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto componente meccanico è un cerchio ruota, ciascuno dei campioni (1, 2) di cerchio ruota essendo assialmente chiuso fra una coppia di elementi di chiusura (3a, 3b, 4a, 4b) in modo tale da definire un rispettivo volume in prova (5, 6) circoscritto dal cerchio ruota (1, 2).