IT202100023543A1 - Dispositivo per il rientro controllato di un cilindro - Google Patents

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IT202100023543A1
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duct
valve
chamber
cylinder
flow
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IT102021000023543A
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Alberto Pedrazzi
Pierre Luigi Zaccarelli
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Bosch Gmbh Robert
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Description

CAMPO TECNICO
La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo per il rientro controllato di un cilindro, in particolare per il rientro controllato di un cilindro di una gru.
BACKGROUND
La presente invenzione riguarda un sistema particolarmente inventivo per risolvere un problema tecnico riguardante il rientro di una gru.
Secondo l'attuale stato dell'arte, durante il rientro di un cilindro di una gru, in particolare nel caso di rientro a basse velocit? di un cilindro atto allo spostamento orizzontale di un carico, nel momento in cui il fluido va verso la camera dello stelo del pistone, nel fondello si crea una certa instabilit? dovuta alle attuali valvole utilizzate in questo campo.
Tuttavia, per applicazioni di gru in cui si richiede un controllo elevato, ? necessario adottare sistemi che possano controllare il movimento a velocit? bassissime, per esempio nel caso di gru che siano atte alla movimentazione di vetri ad uso edile. Questo controllo non ? finora possibile se non con dispersioni di fluido (come potrebbe essere il PRPF standard) che creano l?inconveniente di innalzare le pressioni del sistema, o con la riduzione del rapporto di pilotaggio, che ha come inconveniente un aumento dei consumi anche quando non ? necessario il controllo in rientro (ad esempio quando si voglia chiudere la macchina a fine lavoro).
Alla luce del problema tecnico sopra riportato scopo della presente invenzione ? proprio quello di andare a fornire un dispositivo che permetta di realizzare un controllo elevato del cilindro in ogni condizione ed anche a velocit? particolarmente basse, come richiesto in alcune particolari applicazioni.
SOMMARIO
La presente invenzione riguarda un sistema di controllo secondo le caratteristiche elencate in rivendicazione 1.
Forme di realizzazione preferibili sono contenute nelle rivendicazioni dipendenti. Anche se la presente invenzione ? descritta sempre con riferimento ad un distributore e ad in cilindro, ? chiaro che il cuore della presente invenzione risiede nel particolare schema idraulico della valvola compresa tra il distributore e il cilindro.
BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE
La presente invenzione sar? descritta con riferimento alle figure allegate nelle quali gli stessi numeri e/o segni di riferimento indicano le stesse parti e/o parti simili e/o corrispondenti del sistema.
La figura 1 mostra una vista schematica di un dispositivo per lo spostamento di un cilindro secondo una particolare forma di realizzazione della presente invenzione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Di seguito, la presente invenzione ? descritta facendo riferimento a particolari forme di realizzazione, come illustrate nelle tavole di disegno allegate. Tuttavia, la presente invenzione non ? limitata alle forme di realizzazione particolari descritte nella seguente descrizione dettagliata e rappresentata nelle figure, ma piuttosto le forme di realizzazione descritte esemplificano semplicemente i vari aspetti della presente invenzione, lo scopo della quale ? definito dalle rivendicazioni. Ulteriori modifiche e variazioni della presente invenzione appariranno chiare all?uomo del mestiere.
Il dispositivo di controllo per lo spostamento di un carico secondo la presente invenzione ? preferibilmente utilizzato in un circuito di alimentazione per un cilindro idraulico destinato a determinare lo spostamento di un carico.
Figura 1 mostra il dispositivo secondo la presente invenzione utilizzato per il rientro controllato di un cilindro.
Lo spostamento del carico ? realizzato mediante un cilindro C illustrato schematicamente in figura. Il cilindro C presenta normalmente due camere C1, C2 separate da uno stantuffo al quale ? associato lo stelo che, in vari modi, ? connesso al carico da spostare. Una prima camera C1, tipicamente la camera che si trova dal lato dello stelo del cilindro, ? destinata a ricevere olio in pressione per determinare il rientro del cilindro. Una seconda camera C2, disposta dal lato del fondello del cilindro C, ? predisposta per ricevere olio e determinare l'estensione del cilindro.
Un distributore D, di solito a quattro vie e tre posizioni, ? predisposto per determinare l?alimentazione dell?olio in pressione alla prima camera C1 o alla seconda camera C2 e, contemporaneamente, per mettere in comunicazione con uno scarico la camera che non ? alimentata dall?olio in pressione. Nella forma esemplificativa di realizzazione illustrata schematicamente, il distributore D ? dotato di un cassetto che pu? assumere una prima posizione, nella quale la prima camera C1 ? posta in comunicazione con una sorgente di fluido in pressione proveniente da una pompa P e la seconda camera C2 ? posta in comunicazione con uno scarico T. Tale prima posizione ? schematizzata sul lato sinistro del distributore D. Il cassetto pu? inoltre assumere una seconda posizione, schematizzata sul lato destro del distributore, nella quale si realizzano connessioni opposte rispetto a quelle della prima posizione. Il cassetto pu? altres? assumere una posizione centrale nella quale la prima e la seconda camera C1, C2 non sono in comunicazione con la sorgente di fluido in pressione P.
Il dispositivo di controllo secondo la presente invenzione comprende un primo condotto 20, predisposto per connettere la prima camera C1 del cilindro C con il distributore D. Un secondo condotto 30 ? invece predisposto per connettere la seconda camera C2 del cilindro C con il distributore D.
Una prima valvola 6, in particolare una valvola unidirezionale, ? disposta lungo il primo condotto 20. La prima valvola 6 ? configurata in modo da poter consentire il flusso di fluido dal distributore D verso la prima camera C1 e per impedire il flusso di fluido dalla prima camera C1 verso il distributore D.
Una seconda valvola 1, che ? in particolare una valvola di bilanciamento, ? disposta lungo il secondo condotto 30, ed ? predisposta per assumere una configurazione di chiusura, nella quale impedisce il flusso di fluido lungo il secondo condotto 30, ed una configurazione di apertura, in cui consente il flusso di fluido lungo il secondo condotto 30, solo se pilotata da una pressione di pilotaggio maggiore ad un valore predeterminato.
Per il pilotaggio della seconda valvola 1 ? presente un condotto di pilotaggio 40, che collega la seconda valvola 1 con il primo condotto 20. Tale condotto di pilotaggio 40 ? configurato in modo da permettere ad una pressione di pilotaggio proveniente dal primo condotto 20 di raggiungere detta seconda valvola 1 e di pilotarla in apertura. Come mostrato in figura, nella forma di realizzazione mostrata in figura, il condotto di pilotaggio 40 collega la seconda valvola 1 con il primo condotto 20 in corrispondenza di una posizione di detto primo condotto 2 compresa tra la prima valvola 6 ed il distributore D.
Parallelamente a detta seconda valvola 1 ? posizionata una valvola 12, preferibilmente una valvola unidirezionale, che ? configurata in modo da permettere il flusso da detto distributore D verso detta seconda camera C2 e da impedire il flusso inverso.
Lungo il condotto di pilotaggio 40 ? posizionata una strozzatura 7 (che ? un qualsiasi tipo di orifizio). Il dispositivo secondo la presente invenzione comprende ulteriormente un terzo condotto 50 che collega una porzione del condotto di pilotaggio 40 compresa tra la strozzatura 7 e la seconda valvola 1 ad una porzione di detto secondo condotto 30 compresa tra la seconda valvola 1 e la seconda camera C2. Lungo tale terzo condotto 50 ? posizionata una terza valvola 11 (che ? preferibilmente una valvola unidirezionale) che ? configurata in modo da consentire un flusso di fluido dal primo condotto 20 al secondo condotto 30 passando attraverso la strozzatura 7 e da impedire il flusso nel verso opposto.
Il dispositivo mostrato in figura comprende ulteriormente una strozzatura 8 posizionata lungo il terzo condotto 50 tra la terza valvola 11 e il condotto di pilotaggio 40. Preferibilmente l'apertura delle due strozzature ? la stessa.
Nell'esempio mostrato in figura la terza valvola 11 e la strozzatura sono presentati come due elementi separati e distinti ed aventi un ordine di posizionamento preciso lungo il terzo condotto 50. Tuttavia ? chiaro che l'ordine dei due elementi lungo il terzo condotto pu? essere invertito e che tali elementi possono venire integrati insieme in un'unica valvola avente una strozzatura senza allontanarsi dall'ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.
Il dispositivo mostrato in figura comprende ulteriormente un sistema di rigenerazione. Tale sistema comprende un quarto condotto 60 che collega il primo condotto 20 (in particolare una porzione compresa tra la prima valvola 6 e la prima camera C1) al secondo condotto 30 (in particolare una porzione compresa tra la seconda valvola 1 e la seconda camera C2). Lungo il quarto condotto 60 ? posizionato un sistema di valvole 2, 5 che ? configurato in modo da permettere un flusso di fluido proveniente dal secondo condotto 20 e diretto al terzo condotto nel caso in cui la pressione lungo detto secondo condotto 30 supera un valore predeterminato e da impedire il flusso opposto. In particolare tale sistema di valvola comprende una valvola di bilanciamento 2 e una valvola unidirezionale 5. La valvola unidirezionale 5 ? configurata in modo da permettere un flusso di fluido proveniente dal secondo condotto 20 e diretto al terzo condotto 30 e da impedire il flusso inverso. La valvola di bilanciamento 2 ? invece configurata in modo da permettere un flusso lungo il quarto condotto quando la pressione lungo detto secondo condotto 30 supera un valore predeterminato. Tale pressione ? fornita alla valvola di bilanciamento 2 tramite un condotto di pilotaggio 90 che raggiunge la valvola di bilanciamento e proviene da una porzione del secondo condotto 30 compresa tra la seconda valvola 1 e il distributore D.
La valvola di bilanciamento 2 riceve inoltre una pressione da una porzione del primo condotto 20 compresa tra la prima valvola 6 e il distributore D attraverso un condotto di pilotaggio 80.
In una forma di realizzazione preferibile pu? essere inserito un sistema di bypass del sistema di rigenerazione. Tale sistema di bypass comprende preferibilmente un condotto 70 che collega una porzione del quarto condotto 60 compresa tra la valvola di bilanciamento 2 e la valvola unidirezionale 5 ad una porzione del primo condotto compresa tra la prima valvola 6 e il distributore D. Lungo tale condotto 70 ? presente una valvola 4 che permette di aprire e di chiudere rispettivamente un flusso lungo tale canele 70 a seguito di un comando e preferibilmente una valvola di controllo non compensata 3.
Con riferimento alla figura 1 verr? ora descritto il rientro del cilindro C in modo tale da sottolineare i vantaggi della presente invenzione rispetto allo stato dell'arte.
Quando vieni richiesto un rientro del cilindro C, ossia uno spostamento dello stantuffo verso destra, viene spostato il distributore nella posizione di sinistra, in modo tale da fornire pressione nella prima camera C1 attraverso il primo condotto 20. La pressione va quindi a raggiungere la camera C1 passando attraverso il primo condotto 20 e la prima valvola 6. A questo punto per? lo scarico dalla seconda camera C2 ? ancora chiuso in quanto la valvola di bilanciamento 1 si trova ancora in posizione di chiusura. La pressione presente sul primo condotto 20 raggiunge per? la seconda camera C2 passando attraverso la prima e la seconda strozzatura 7, 8 e la valvola unidirezionale 11. Dato che l'area della seconda camera C2 ? maggiore dell'area della prima camera C1, e dato che la pressione nelle due camere ? sostanzialmente la stessa, accadrebbe che il cilindro si sposti lungo la direzione opposta a quella voluta. Tuttavia tale movimento ? chiaramente bloccato dalla presenza della prima valvola 6, che ostruisce un tale passaggio, e dal fatto che la valvola di bilanciamento 2 del sistema di rigenerazione ? chiusa, a causa del fatto che il condotto di pilotaggio 90 non fornisce alla valvola di bilanciamento 2 alcuna pressione di pilotaggio.
A causa di questa configurazione avverr? che la pressione lungo il primo condotto e quindi di conseguenza lungo il condotto di pilotaggio 40 andr? ad aumentare sempre di pi? fino a che la pressione raggiunge un valore predeterminato in corrispondenza del quale la valvola di bilanciamento 1 andr? ad aprirsi lentamente andando a scaricare lentamente olio verso il serbatoio T dalla seconda camera C2.
A causa del passaggio di olio attraverso la valvola 1 avverr? che inizier? un passaggio di olio attraverso il condotto 50 verso il secondo condotto 30. Questo passaggio di olio causer? quindi una diminuzione della pressione lungo il condotto di pilotaggio 40 in corrispondenza della valvola 1. Questa diminuzione di pressione ? tuttavia molto "lieve" grazie al fatto che la quantit? di olio che fluisce dal condotto di pilotaggio 40 al secondo condotto 30 ? limitata dalla presenza della strozzatura 8, che permette di andare a creare una differenza di pressione tra monte e valle della strozzatura 8. A causa di questa lieve riduzione di pressione avverr? che si andr? a creare una situazione di equilibrio nella quale la valvola di bilanciamento 1 ? aperta con un'apertura minima, la quale permette al cilindro C di rientrare a velocit? sostanzialmente costante e particolarmente ridotta.
Diversamente, utilizzando un sistema noto dallo stato dell'arte per il rientro del cilindro, lungo il quale non ? presente il canale 50, avverr? che, nel caso sia richiesta una velocit? di rientro particolarmente bassa, la valvola di bilanciamento 1 continuer? ad aprirsi e chiudersi a causa del fatto che, anche se la portata in ingresso alla prima camera C1 ? piccola, la portata in uscita dalla seconda camera C2 sar? comunque sempre pi? grande e andr? a far diminuire la pressione lungo il primo condotto 20 e di conseguenza a far chiudere la valvola di bilanciamento 1, generando quindi una reiterazione del processo qui descritto e quindi uno spostamento "a scatti".
Diversamente, grazie alla presente invenzione ? possibile garantire un'apertura continua della valvola di bilanciamento 1 anche nel caso in cui vengano fornite minime portate lungo il primo condotto 20, proprio per permettere uno spostamento particolarmente lento del cilindro.
In particolare, grazie al fatto che una parte del fluido che fluisce lungo il condotto di pilotaggio 40 viene scaricato lungo il secondo condotto 30, avviene che il rapporto di pilotaggio della valvola di bilanciamento 1 diminuisce. Inoltre, grazie al fatto che o scarico avviene in corrispondenza di una porzione del secondo condotto 30 compresa tra la seconda camera e la valvola di bilanciamento 1 avviene che velocit? molto ridotte di spostamento del cilindro possono venire raggiunte in quanto una parte dell'olio che fluisce attraverso la valvola di bilanciamento 1 proviene dal condotto 40.
Per esempio, grazie a questa invenzione, il rientro del cilindro pu? avvenire ad una velocit? inferiore ai 2 mm/s e per esempio rientrare di circa 10 cm in 15 minuti.
? sottolineato che il carattere inventivo della presente invenzione ? concentrato nella presenza di questo terzo condotto. Grazie a questo condotto ? possibile fare in modo che il cilindro rientri ad una velocit? costante e completamente contenuta.
Tale cilindro pu? essere preferibilmente un cilindro configurato per lo spostamento di una gru il cui asse ? perpendicolare rispetto alla forza di gravit? agente sul carico spostato dalla gru.
Anche se la presente invenzione ? stata descritta con riferimento alle forme di realizzazione descritte sopra, ? chiaro per l?esperto del ramo che ? possibile realizzare diverse modifiche, variazioni e miglioramenti della presente invenzione alla luce dell?insegnamento descritto sopra e nell?ambito delle rivendicazioni allegate, senza allontanarsi dall?oggetto e dall?ambito di protezione dell?invenzione.
Infine, quegli ambiti che si ritengono conosciuti da parte degli esperti del ramo non sono stati descritti per evitare di mettere eccessivamente in ombra in modo inutile l?invenzione descritta.
Di conseguenza, l?invenzione non ? limitata alle forme di realizzazione descritte sopra, ma ? solo limitata dall?ambito di protezione delle rivendicazioni allegate.

Claims (11)

RIVENDICAZIONI
1. Dispositivo di controllo di uno spostamento di un carico, comprendente:
un primo condotto (20), configurato in modo da poter connettere una prima camera (C1) di un cilindro (C) con un distributore (D); un secondo condotto (30), configurato in modo da poter connettere una seconda camera (C2) del cilindro (C) con il distributore (D);
una prima valvola (6), disposta lungo il primo condotto (20), che ? configurata in modo da poter consentire il flusso di fluido dal distributore (D) verso la prima camera (C1) e per impedire il flusso di fluido dalla prima camera (C1) verso il distributore (D);
una seconda valvola (1), disposta lungo il secondo condotto (30), che ? predisposta per assumere una configurazione di chiusura, nella quale impedisce il flusso di fluido lungo il secondo condotto (30), ed una configurazione di apertura, in cui consente il flusso di fluido lungo il secondo condotto (30), solo se pilotata da una pressione di pilotaggio maggiore ad un valore predeterminato;
un condotto di pilotaggio (40), che collega la seconda valvola (1) con il primo condotto (20) e configurato in modo da permettere ad una pressione di pilotaggio di raggiungere detta seconda valvola (1);
detto dispositivo essendo caratterizzato dal fatto che
detto dispositivo comprende ulteriormente un terzo condotto (50) che collega una porzione di detto condotto di pilotaggio (40) ad una porzione di detto secondo condotto (30) compresa tra detta seconda valvola (1) e detta seconda camera (C2) e dal fatto che lungo detto terzo condotto (50) ? posizionata una terza valvola (11) che ? configurata in modo da consentire un flusso di fluido da detto primo condotto (20) a detto secondo condotto (30) passando e da impedire il flusso opposto ed una prima strozzatura (8) posizionata lungo detto terzo condotto (50) tra detta terza valvola (11) e detto condotto di pilotaggio (40).
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo comprende ulteriormente una seconda strozzatura (7) posizionata lungo detto condotto di pilotaggio (40) tra detta secondo condotto (20) e l'allacciamento tra detto condotto di pilotaggio (40) e detto terzo condotto (50).
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui l'apertura della prima strozzatura (8) ? pari all'apertura della seconda strozzatura (7).
4. Dispositivo secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui un detto condotto di pilotaggio (40) collega la seconda valvola (1) con il primo condotto (20) in corrispondenza di una posizione di detto primo condotto (20) compresa tra la prima valvola (6) ed il distributore (D).
5. Dispositivo secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detta prima valvola (6) ? una valvola unidirezionale e/o in cui detta seconda valvola (1) ? una valvola di bilanciamento, e/o in cui detta terza valvola (11) ? una valvola unidirezionale.
6. Dispositivo secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto dispositivo comprende ulteriormente un sistema di rigenerazione, detto sistema comprendete un quarto condotto (60) che collega detto primo condotto (20) a detto secondo condotto (30), in cui detto sistema comprende un sistema di valvole (2, 5) posizionato lungo detto quarto condotto (60) e configurato in modo da permettere un flusso di fluido proveniente da detto secondo condotto (20) e diretto a detto terzo condotto nel caso in cui la pressione lungo detto secondo condotto (30) supera un valore predeterminato e da impedire il flusso opposto.
7. Dispositivo secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui parallelamente a detta seconda valvola (1) ? posizionata una valvola (12) configurata in modo da permettere il flusso da detto distributore (D) verso detta seconda camera (C2) e da impedire il flusso inverso.
8. Dispositivo secondo una delle precedenti rivendicazioni in cui detto dispositivo comprende ulteriormente detto cilindro (C), in cui detta prima camera (C1) ? la camera dello stelo di detto cilindro e detta seconda camera (C2) ? la camera del fondello di detto cilindro.
9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui detto cilindro (C) ? configurato in modo da poter permettere di spostare un carico lungo una direzione perpendicolare alla forza di gravit? agente su detto carico.
10. Uso di un dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui detto dispositivo ? usato in una gru per lo spostamento orizzontale di un carico.
11. Uso secondo la rivendicazione 10, in cui il carico viene spostato ad una velocit? inferiore a 2 mm/s.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102012220863A1 (de) * 2012-11-15 2014-05-15 Robert Bosch Gmbh Steueranordnung
EP3862576A1 (en) * 2020-02-10 2021-08-11 Robert Bosch GmbH Control system for an actuator cylinder of a crane

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