IT202000009277A1

IT202000009277A1 - Elettrovalvola compatta

Info

Publication number: IT202000009277A1
Application number: IT102020000009277A
Authority: IT
Inventors: Luca Andrea Pernechele
Original assignee: Aerea Spa
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2021-10-28
Also published as: EP3904740B1; US11293561B2; US20210332908A1; ES2929849T3; EP3904740A1

Description

DESCRIZIONE dell?invenzione industriale dal titolo:

?Elettrovalvola compatta?

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo dell?invenzione

La presente invenzione si riferisce in generale alle elettrovalvole del tipo comprendente una sezione valvolare con un otturatore atto a cooperare con una sede di valvola, ed una sezione di pilotaggio includente un attuatore a solenoide per muovere l?otturatore fra una condizione di chiusura e una condizione di apertura della sede di valvola.

Stato della tecnica

Nei sistemi oleo-pneumatici ? diffuso l?impiego di valvole a due vie comandate elettricamente. Se le pressioni di funzionamento sono relativamente basse, oppure se la portata di fluido richiesta ? modesta, l?azionamento pu? essere diretto, ovvero il solenoide agisce direttamente sull?otturatore che ? normalmente precaricato da una molla in posizione di chiusura per garantire la tenuta sulla sede di valvola.

Se invece le pressioni di funzionamento sono elevate o le portate di fluido sono significative, le elettrovalvole vengono controllate da una sezione di pilotaggio includente il solenoide, in grado di creare la forza necessaria per aprire l?otturatore della sezione valvolare.

Sezione di pilotaggio e sezione valvolare sono di norma fisicamente separate e connesse fra loro attraverso condotti. Poich? il compito della sezione di pilotaggio ? di creare uno scompenso di forze tale da aprire la sezione valvolare, non ? richiesta una portata di pilotaggio significativa per cui i condotti di collegamento possono anche essere piccoli. Sezione valvolare e sezione di pilotaggio possono essere combinate in base agli spazi disponibili e ai vincoli geometrici nelle applicazioni previste dell?elettrovalvola. In ogni caso ? sempre necessario collegare le due sezioni attraverso condotti pi? o meno lunghi.

Sia con produzione convenzionale sia con produzione additiva la realizzazione dei condotti comporta complicazioni e richiede un?attenzione particolare soprattutto nel caso di elettrovalvole di piccole dimensioni.

Sintesi dell?invenzione

L?invenzione si prefigge lo scopo di rendere disponibile un?elettrovalvola in cui la sezione di pilotaggio e la sezione valvolare coesistano in un ingombro complessivo ridotto cos? da limitare le dimensioni generali dell?elettrovalvola, ridurne il peso, semplificare l?interfaccia e garantire elevate velocit? di attuazione riducendo, se non addirittura annullando, il percorso dei condotti di fluido.

Secondo l?invenzione questo scopo viene conseguito grazie ad un?elettrovalvola le cui caratteristiche peculiari sono definite, in via principale, nella rivendicazione 1.

Specificamente nell?elettrovalvola secondo l?invenzione la sezione di pilotaggio ? integrata con la sezione valvolare e include uno stelo tubolare avente un?estremit? distale in comunicazione con l?atmosfera e un?estremit? prossimale. Lo stelo tubolare ? spostabile assialmente tramite il solenoide da una posizione arretrata, in cui l?otturatore della sezione valvolare ? mantenuto in condizione di chiusura, ad una posizione avanzata corrispondente alla condizione di apertura dell?otturatore. L?otturatore ? portato da uno stantuffo cavo coassiale con lo stelo tubolare e definente una camera interna di spinta entro la quale, nel funzionamento, nella suddetta posizione arretrata dello stelo tubolare viene applicata una pressione di fluido che mantiene l?otturatore in condizione di chiusura e che viene scaricata all?atmosfera, per muovere l?otturatore in condizione di apertura, attraverso l?estremit? prossimale dello stelo tubolare quando questo viene spostato dal solenoide nella suddetta posizione avanzata.

In una forma di attuazione dell?elettrovalvola la sezione valvolare ? inserita all?interno di un serbatoio di fluido sotto pressione dotato della sede di valvola.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti dalla dettagliata descrizione che segue, con riferimento ai disegni annessi forniti a puro titolo di esempio non limitativo, nei quali:

- la figura 1 ? una vista prospettica schematica di una forma di attuazione dell?elettrovalvola secondo l?invenzione,

- la figura 2 ? una vista in sezione longitudinale prospettica dell?elettrovalvola della figura 1,

- la figura 3 ? una vista in sezione longitudinale dell?elettrovalvola applicata ad un serbatoio di aria compressa, rappresentata in una prima condizione di funzionamento (valvola chiusa),

- la figura 4 mostra un ingrandimento di parte della figura 3,

- la figura 5 ? una vista analoga alla figura 3 che mostra l?elettrovalvola in una seconda condizione di funzionamento (inizio apertura),

- la figura 6 mostra un ingrandimento di parte della figura 5,

- la figura 7 una vista analoga alle figure 3 e 5 che mostra l?elettrovalvola in una terza condizione di funzionamento (fine apertura), e

- la figura 8 mostra un ingrandimento di parte della figura 7.

Descrizione dettagliata dell?invenzione

Riferendosi inizialmente alla figura 1 l?elettrovalvola secondo l?invenzione consiste in un corpo genericamente cilindrico 1 avente una porzione ingrossata 2 che contiene una sezione di pilotaggio 3, una porzione intermedia 4 che contiene una sezione valvolare 5, ed un otturatore mobile 7 sporgente all?esterno della porzione intermedia 4 del corpo 1.

L?otturatore 7 ? a superficie conica, ? trattenuto assialmente da un organo di ritegno ed ? atto a cooperare, con le modalit? chiarite nel seguito, con una sede di valvola che nella forma di attuazione descritta con riferimento alle figure 3, 5 e 7 ? formata da un bordo anulare di uscita 9 di un serbatoio di aria sotto pressione 8 entro il quale il corpo 1 dell?elettrovalvola ? integrato.

La sezione di pilotaggio 3 comprende, in modo generalmente convenzionale, un attuatore a solenoide 10 che aziona uno stelo assiale 11 per comandare l?apertura e la chiusura dell?otturatore 7 in modo da controllare la fuoriuscita dell?aria compressa dal serbatoio 9.

Una prima caratteristica peculiare dell?elettrovalvola secondo l?invenzione consiste nella sua compattezza, derivante dall?integrazione fra sezione di pilotaggio 3 e sezione valvolare 5, disposte in asse fra loro e con l?otturatore 7.

Le ulteriori caratteristiche essenziali dell?invenzione risiedono nella conformazione della sezione valvolare 5 e dello stelo 11.

L?otturatore 7 ? spostabile fra la posizione avanzata di completa chiusura rappresentata nella figura 3, in cui esso chiude a tenuta l?uscita 9 del serbatoio 8, e una posizione arretrata di completa apertura rappresentata nella figura 7 per consentire il deflusso dell?aria compressa verso l?esterno, verso un organo comandato dall?elettrovalvola. L?otturatore 7 ? portato da uno stantuffo cavo 12 la cui cavit? forma una camera di spinta 13 che, nella posizione di chiusura dell?elettrovalvola, ? in comunicazione con l?interno del serbatoio 8: la chiusura viene pertanto mantenuta grazie alla pressione dell?aria, unitamente alla spinta di una molla elicoidale di precarico 14 interposta, entro la camera di spinta 13, fra lo stantuffo 12 e un corpo anulare di guida 15 sull?esterno del quale lo stantuffo 12 ? scorrevole a tenuta. Questo corpo di guida 15 comunica con l?interno del serbatoio 8 attraverso passaggi radiali 16 i quali a loro volta sono posti in comunicazione con la camera di spinta 13, attraverso ulteriori passaggi radiali 17 distanziati assialmente dai passaggi 16, nella posizione di chiusura dell?otturatore 7. Per muovere l?otturatore 7 verso la sua posizione arretrata di apertura la pressione entro la camera di spinta 13 viene scaricata all?esterno, con le modalit? spiegate nel seguito, grazie al fatto che i passaggi 16 vengono chiusi e i passaggi 17 vengono posti in comunicazione con una camera secondaria 18 formata all?interno di un tappo 19 avvitato a tenuta nell?estremit? del corpo di guida 15 affacciata alla camera di spinta 13.

L?apertura e chiusura dei passaggi 16 e 17 sono controllate dallo stelo 11 azionato dal solenoide 10 della sezione di pilotaggio 3.

Lo stelo 11 ? tubolare e presenta un?estremit? distale 20 aperta verso l?esterno dell?elettrovalvola ed un?estremit? prossimale 21 aperta verso la camera ausiliaria 18, che pertanto ? in comunicazione con l?atmosfera.

Lo stelo tubolare 11 ? assialmente scorrevole a tenuta entro il corpo di guida 15 e porta, in prossimit? della sua estremit? prossimale 21, una guarnizione anulare metallica 24 illustrata in dettaglio nelle figure 4, 6 e pi? particolarmente nella figura 8. Questa guarnizione 24 ? in forma di manicotto avente una porzione assiale di diametro minore 25 ed una porzione assiale di diametro maggiore 26 che forma con la porzione assiale di diametro minore 25 una guarnizione anulare di tenuta frontale a spigolo 27. Con le modalit? chiarite nel seguito la guarnizione a spigolo 27 coopera con una prima superficie anulare conica interna 28 del corpo di guida 15.

Lo stelo tubolare 11 presenta un ulteriore elemento di tenuta frontale a spigolo anulare 29 atto a cooperare con una seconda superficie anulare conica interna 30 del corpo di guida 15. Le superfici coniche 28 e 30 sono contrapposte e situate da parti opposte rispetto ai passaggi radiali 17.

L?estremit? distale 20 dello stelo tubolare 11 porta una flangia esterna di arresto 22 affacciata al solenoide 10, e una molla elicoidale di spinta 23 avvolta sullo stelo tubolare 11 in prossimit? della sua estremit? distale 20 tende a mantenere la flangia 22 assialmente distanziata dal solenoide 10, nella posizione rappresentata nella figura 3. In questa condizione lo stelo tubolare 11 ? mantenuto, sotto l?azione della molla 23, verso sinistra rispetto alla figura. Quando il solenoide 10 viene eccitato la flangia 22 viene spostata verso destra rispetto alla figura, muovendo assialmente di eguale entit? lo stelo tubolare 11.

Il funzionamento dell?elettrovalvola secondo l?invenzione ? il seguente.

Nella condizione diseccitata del solenoide 10, rappresentata nella figura 3, la molla 23 della sezione di pilotaggio 3 preme come detto lo stelo tubolare 11 verso sinistra: l?aria in pressione contenuta nel serbatoio 8 agisce, attraverso i passaggi 16 e 17 e la camera di spinta 13, contro lo stantuffo cavo 12 spingendolo, unitamente all?azione della molla di precarico 14, verso destra: l?otturatore 7 ? cos? mantenuto chiuso a tenuta contro la sede anulare di valvola 9. Come si vede in maggior dettaglio nella figura 4 la tenuta frontale 29-30 ? aperta mentre la tenuta frontale 27-28 ? chiusa. La camera ausiliaria 18 ? cos? isolata dai passaggi 17 e non comunica con il serbatoio 8: essa ? mantenuta a pressione atmosferica attraverso lo stelo tubolare 11.

Allorch? il solenoide 10 viene eccitato lo stelo tubolare 11 inizia a muoversi verso destra, nel modo illustrato nella figura 5, per cui la tenuta frontale 29-30 inizia a chiudersi mentre la tenuta frontale 27-28 inizia ad aprirsi, come ? meglio rappresentato nella figura 6. La comunicazione fra la camera di spinta 13 e il serbatoio 8 attraverso i passaggi 16 si interrompe, mentre si apre la comunicazione fra la camera si spinta 13 e la camera ausiliaria 18, attraverso i passaggi 17. La pressione all?interno della camera di spinta 18 si scarica quindi all?atmosfera attraverso lo stelo tubolare 11, e lo stantuffo 12 arretra verso sinistra contro l?azione della molla di precarico 14, consentendo all?aria in pressione contenuta nel serbatoio 8 di agire sulla superficie conica 7 dell?otturatore 7, il quale si allontana cos? dalla sede di valvola 9.

Al termine della corsa verso destra dello stelo tubolare 11, determinato dall?arresto della flangia 22 contro il solenoide 10, la tenuta frontale 29-30 ? completamente chiusa e la tenuta frontale 27-28 ? completamente aperta, come ? ben visibile nella figura 8. Lo stantuffo 12 ha terminato la sua corsa verso sinistra e l?elettrovalvola ? cos? completamente aperta, come ? illustrato nella figura 7.

Apparir? evidente da quanto descritto che l?elettrovalvola secondo l?invenzione oltre ad essere particolarmente compatta e di ingombro e peso ridotti, grazie all?integrazione della sezione di pilotaggio con la sezione valvolare, semplifica in modo apprezzabile l?interfaccia fra le due sezioni eliminando tubazioni di connessione e assicurando cos? anche una velocit? di attuazione, ovvero di apertura, significativamente aumentata rispetto alle elettrovalvole convenzionali. Pertanto l?elettrovalvola secondo l?invenzione trova applicazioni particolarmente vantaggiose in campo aeronautico e aerospaziale in cui la riduzione di dimensioni e di peso unitamente alla rapidit? di attuazione assumono particolare rilevanza.

Naturalmente i particolari di costruzione dell?elettrovalvola potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione cos? come definita nelle rivendicazioni che seguono. Cos?, sebbene l?elettrovalvola sia stata descritta in relazione ad un esempio pneumatico, essa ? altrettanto vantaggiosamente applicabile in campo idraulico.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Elettrovalvola comprendente una sezione valvolare (5) con un otturatore (7) atto a cooperare con una sede di valvola (9), ed una sezione di pilotaggio (3) includente un attuatore a solenoide (10, 11) per muovere l?otturatore (7) fra una condizione di chiusura e una condizione di apertura della sede di valvola (9), caratterizzata dal fatto che la sezione di pilotaggio (3) ? integrata con la sezione valvolare (5) e include uno stelo tubolare (11) avente un?estremit? distale (20) in comunicazione con l?atmosfera e un?estremit? prossimale (21), detto stelo tubolare (11) essendo spostabile assialmente tramite il solenoide (10) da una posizione arretrata, in cui l?otturatore (7) della sezione valvolare (5) ? mantenuto in condizione di chiusura, ad una posizione avanzata corrispondente alla condizione di apertura dell?otturatore (7), e detto otturatore essendo portato da uno stantuffo cavo (12) coassiale con lo stelo tubolare (11) e definente una camera interna di spinta (13) entro la quale, nel funzionamento, in detta posizione arretrata dello stelo tubolare (11) viene applicata una pressione di fluido che mantiene l?otturatore (7) in detta condizione di chiusura e che viene scaricata all?atmosfera, per muovere l?otturatore in detta condizione di apertura, attraverso l?estremit? prossimale (21) dello stelo tubolare (11) quando questo viene spostato dal solenoide (10) nella suddetta posizione avanzata.

2. Elettrovalvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che comprende un corpo cavo di guida (15) entro il quale ? mobile assialmente detto stelo tubolare (11) e che ? formato con passaggi radiali di comunicazione (16, 17) con detta pressione di fluido; mezzi valvolari (27, 28; 29, 30) essendo previsti fra detto stelo tubolare (11) e detto corpo di guida (15) per mantenere o rispettivamente scaricare detta pressione di fluido relativamente a detta camera di spinta (13).

3. Elettrovalvola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detti mezzi valvolari (27, 28; 29, 30) sono a tenuta assiale frontale.

4. Elettrovalvola secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la sezione valvolare (5) ? inserita all?interno di un serbatoio di fluido sotto pressione (8) dotato di detta sede di valvola (9).