ITBO950394A1 - Comparatore a tampone per il controllo di parti a simmetria di rotazione - Google Patents

Abstract

Un dispositivo a tampone (1) per rilevare errori di forma, in particolare la rotondità, di una sede valvola (60), comprende superfici di appoggio (13, 14, 34) atte a cooperare con la superficie (64, 66) della sede (60), ed un circuito pneumatico con un ugello anulare (50) in corrispondenza delle superfici di appoggio (13, 14, 34).Il dispositivo comprende due elementi cilindrici coassiali, dei quali uno (6) è alloggiato dentro l'altro (18), che possono traslare mutuamente in direzione assiale e che comprendono rispettive superfici di appoggio (13,14,34) che si appoggiano entrambe sulla superficie (64,66) della sede da controllare (60). L'ugello anulare (50) è sostanzialmente definito da porzioni superficiali cilindriche interne (20) ed esterne (12) di tali due elementi mutuamente mobili (18,6).

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo:

"Comparatore a tampone per il controllo di parti a simmetria di rotazione",

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un'apparecchiatura per il controllo di caratteristiche geometriche di una superficie interna a simmetria di rotazione, con un corpo centrale ed un circuito di rilevamento a fluido, il corpo centrale comprendendo un elemento principale a simmetria di rotazione che definisce un asse geometrico e presenta una superficie di appoggio, a simmetria di rotazione, atta a cooperare con la superficie da controllare, il circuito di rilevamento comprendendo un’unità di alimentazione, un’unità di rilevamento, condotti per il passaggio del fluido sotto pressione ricavati all’interno del corpo, ed un ugello anulare, per la fuoriuscita del fluido, definito in corrispondenza di detta superficie di appoggio.

Le sedi valvola presenti nella testata di un motore a combustione interna, alloggiano relative valvole che hanno il compito di chiudere i condotti di aspirazione e di scarico che fanno capo alla camera di combustione. Per ottenere il corretto funzionamento del motore, la chiusura realizzata da ciascuna valvola deve essere, in linea di principio, assolutamente ermetica. In pratica però, per motivi costruttivi, le superfici di appoggio della valvola e della relativa sede presentano inevitabili errori di forma che impediscono in generale una piena aderenza lungo una teorica circonferenza di appoggio, provocando zone non a contatto attraverso le quali si stabiliscono delle fughe indesiderate di aria o gas di combustione fra i condotti e la camera di combustione. Tali fughe determinano sia un peggiore rendimento del motore che, in seguito ad una combustione difettosa, un maggiore inquinamento atmosferico.

Al fine di stimare, prima del montaggio di una testata, la capacità di tenuta delle valvole nelle relative sedi, è noto effettuare controlli delle caratteristiche geometriche di ciascuna sede valvola, ed in particolare effettuare controlli di rotondità della superficie conica della sede.

Dispositivi a "tampone che consentono di effettuare controlli della geometria di superfici coniche di sedi valvola sono descritti, ad esempio, nel brevetto Statunitense US-A-2553129 ed in quello Tedesco DE-C-2836925.

I dispositivi mostrati in entrambi i citati brevetti hanno struttura simile, con un corpo centrale avente una superficie di riferimento a simmetria di rotazione destinata a cooperare con la sede valvola, ed uno stelo cilindrico di guida, coassiale con il corpo e destinato ad essere alloggiato nella guida valvola per centrare il dispositivo.

Il tampone illustrato nel brevetto Statunitense presenta una superficie conica di riferimento, e mezzi di rilevamento comprendenti due anelli concentrici di contatti elettrici su tale superficie conica destinati a toccare la sede valvola in due distinte zone circolari. I contatti sono parte di relativi circuiti elettrici che, In base al numero dei contatti che, durante la verifica, toccano effettivamente la superficie della sede conica, forniscono indicazioni circa irregolarità o imperfezioni della sede valvola.

Il tampone descritto nei brevetto Statunitense presenta una struttura che richiede lavorazioni estremamente accurate per la disposizione mutua dei contatti, rispetto sia agli altri contatti appartenenti alla stessa circonferenza che a quelli della circonferenza adiacente.

Inoltre, essendo i contatti separati l’uno dall’altro, non viene effettuato un controllo completo lungo tutti i punti della circonferenza.

Il brevetto Tedesco mostra invece un tampone con superficie sferica di riferimento, ed un sistema pneumatico di rilevamento con una fessura circolare ricavata nella superficie sferica in corrispondenza della teorica circonferenza di contatto. La fessura circolare è connessa ad un circuito pneumatico che fa capo ad opportuni dispositivi che lo alimentano e rilevano variazioni di pressione.

La soluzione descritta richiede una lavorazione estremamente accurata della superficie sferica destinata ad appoggiarsi sulla superficie conica della sede da controllare, e, soprattutto, dell’apertura circolare per l'uscita deH'aria, la cui posizione deve essere definita con grande precisione per garantire il corretto funzionamento del dispositivo. La struttura del tampone comporta pertanto costi elevati ed inevitabili approssimazioni.

Scopo della presente invenzione è realizzare un dispositivo per il controllo della forma geometrica di superfici interne a simmetria di rotazione, in particolare di sedi valvole, che con una struttura semplice ed economica, superi i problemi delle soluzioni note.

Raggiunge questo scopo un’apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 , che comprende inoltre un elemento mobile cavo, coassiale all’elemento principale ed atto a compiere movimenti di traslazione assiale rispetto ad esso, l’elemento mobile comprendendo una superficie esterna di appoggio a simmetrìa di rotazione atta a cooperare con la superficie da controllare, l’ugello anulare essendo almeno in parte compreso fra dette superfici di appoggio.

Un importante risultato di un dispositivo secondo l'invenzione, è il fatto che esso consente di effettuare, in modo estremamente semplice, un controllo sulla porzione superficiale della sede che, in fase operativa, coopera direttamente con una corrispondente superficie della valvola per realizzare la tenuta.

L’apparecchiatura secondo l’invenzione ottiene il vantaggio di svincolare il controllo delle caratteristiche di forma di una sede valvola, in particolare per quanto riguarda la rotondità, da eventuali limitate variazioni nell’angolo della sede stessa, variazioni che non avrebbero comunque influenza sulla tenuta fra valvola e sede.

Altri vantaggi dell’apparecchiatura secondo l’invenzione consistono nell’estrema semplicità con cui si può effettuare il controllo, grazie all’adattabilità della struttura alla sede valvola da controllare, ed in una, seppur limitata, flessibilità di impiego che consente di controllare sedi valvole aventi dimensioni diametrali nominali comprese in un certo intervallo.

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento agli allegati disegni, dati a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nei quali

la figura 1 è una sezione longitudinale di un dispositivo a tampone secondo la presente invenzione, con alcuni particolari in vista,

la figura 2 è una sezione trasversale deil dispositivo a tampone di figura 1, secondo la traccia III di figura 1 ,

la figura 3 è una particolare ingrandito della sezione di figura 1 , e

la figura 4 è uno schema di un circuito di rilevamento a fluido associato al dispositivo a tampone.

Il dispositivo a tampone 1 illustrato nelle figure comprende un corpo centrale 2 a simmetria di rotazione (sostanzialmente cilindrico), che definisce un asse geometrico longitudinale e presenta un foro assiale passante 4. Un elemento a simmetria di rotazione, o elemento principale fisso 6, è fissato al corpo centrale 2 mediante un accoppiamento filettato centrale. Un elemento allungato, o gambo di guida 8, è rigidamente connesso all’elemento principale 6, in modo fisso (come mostrato in figura), oppure mediante un dispositivo di attacco rapido di tipo noto.

L’elemento principale 6 comprende una superficie cilindrica esterna di guida ed accoppiamento 10, una superficie anulare cilindrica 12, di dimensioni diametrali leggermente inferiori rispetto a quelle della superficie 10, un incavo anulare 11, fra le superfici cilindrica 10 ed anulare 12, ed una superficie di appoggio a simmetria di rotazione, con una porzione conica 14, ed uno spigolo circolare 13, fra la superficie anulare 12 e la porzione conica 14.

Un elemento cavo a simmetria di rotazione, o elemento mobile scorrevole 18, è disposto esternamente rispetto all’elemento principale 6, ad esso coassiale. Una superficie cilindrica interna di guida ed accoppiamento 20 dell’elemento scorrevole 18 si trova affacciata alla superficie esterna 10 dell’elemento principale 6, e coopera con essa per consentire movimenti di traslazione assiale, mediante scorrimento mutuo, fra gli elementi 18 e 6.

Il gioco fra le superfici di guida interna 20 ed esterna 10 è, nella realtà, di entità decisamente inferiore a quanto è mostrato, per motivi di chiarezza, nelle figure. Un valore tipico per tale gioco può essere, ad esempio, 20 μm .

L'elemento scorrevole 18 è connesso all'elemento principale 6, e da questo supportato in modo mobile, mediante una membrana anulare 22, realizzata ad esempio in gomma telata, fissata a entrambi gli elementi 6 e 18 con sei viti 24, e sei viti 25 disposte su circonferenze concentriche ed elementi anulari di compressione 26, 27. Solo due viti 24 e 25 per ciascun elemento sono visibili nella sezione di figura 1. Le viti 24 e l’elemento di compressione 27 definiscono anche superfici di riscontro che limitano i movimenti di traslazione assiale dell’elemento mobile 18 rispetto all’elemento principale 6. In particolare, facendo riferimento alla disposizione del tampone 1 di figura 1, movimenti verso l’alto dell’elemento scorrevole 18 sono limitati dalla battuta fra una superficie superiore piana 28 dell’elemento di compressione 27, ed una superficie inferiore piana 3, ad essa affacciata, del corpo centrale 2; movimenti verso il basso dell'elemento scorrevole 18 sono invece limitati dalla battuta fra un superficie piana interna 29 dell’elemento di compressione 27 e le superfici superiori delle teste delle viti 24 (o di almeno una di esse).

Elementi di spinta assiale comprendono una molla a compressione 16 disposta fra il corpo centrale 2 e, attraverso l’elemento di compressione 27, l’elemento scorrevole 18.

L’elemento scorrevole 18 definisce inoltre una superficie conica esterna di appoggio 34, disposta in prossimità della porzione conica 14 della superficie di appoggio dell’elemento principale 6.

Un circuito di rilevamento a fluido può essere realizzato in modo noto, ad esempio secondo lo schema in figura 4, che mostra alcuni componenti di un circuito pneumatico, in particolare un’unità di alimentazione di aria compressa 35, strozzatori registrabili 36, uno strozzatore fisso 37, un dispositivo di scarico dell'aria 38, ed un'unità di rilevamento di variazioni di pressione 39. Un tubo di alimentazione 40, fissato al corpo centrale 2 mediante un accoppiamento filettato ad un’estremità del foro passante 4, connette i suddetti componenti al tampone 1.

L’elemento principale 6 presenta un foro assiale 42 che, insieme al foro 4 del corpo centrale 2, definisce un condotto di alimentazione 44 dell'erta proveniente dal tubo 40.

L’elemento 6 presenta inoltre fori radiali 46, o condotti di distribuzione dell’aria, che collegano il condotto di alimentazione 44 all’incavo anulare 11. In figura 2 sono mostrati sei fori radiali 46, ma il numero di tali fori può essere diverso (ad esempio quattro).

Le ridotte dimensioni diametrali della superficie anulare 12 rispetto alla superficie di guida 10, fanno sì che, in corrispondenza della zona circolare in cui la superficie interna 20 dell’elemento scorrevole 18 e tale superficie anulare 12 si trovano affacciati, venga definita un’apertura, o ugello, anulare 50, in connessione diretta con l’incavo 11, che consente la fuoriuscita dell’aria proveniente dai condotti radiali 46.

Si noti che, anche in questo caso, la distanza radiale fra la superficie anulare esterna 12 e la superficie interna 20 dell’elemento scorrevole 18 è mostrata nelle figure, per motivi di chiarezza, di entità molto superiore alla realtà (un valore tipico può essere ad esempio 100 μm ).

Si noti anche che l’apertura anulare 50 può essere definita in modo diverso da quanto illustrato, ad esempio mantenendo le dimensioni diametrali della superficie anulare 12 uguali a quelle della superficie di guida 10, e ricavando, in posizione affacciata alla superficie 12, una porzione anulare di dimensioni diametrali maggiori nella superficie interna 20 dell'elemento scorrevole 18. In sostanza, l'ugello anulare 50 viene definito mediante porzioni superficiali cilindriche degli elementi principale 6 e mobile 18, mutuamente affacciate in prossimità delle superfici di appoggio 13, 14, 34, ed aventi opportune dimensioni radiali.

La tenuta dell'aria che, dall’incavo anulare 11, penetra nella zona di scorrimento fra le superfici di accoppiamento esterna 10 ed interna 20, è assicurata dalla membrana anulare 22.

Viene nel seguito descritto il funzionamento del dispositivo illustrato per il controllo di errori di forma di una superficie interna a simmetria di rotazione. Si prende ad esempio in considerazione un controllo effettuato manualmente su una sede valvola 60, compresa nella testata di un motore a combustione interna, con asse verticale ed apertura superiore.

La sede valvola 60, che è in comunicazione con un’apertura cilindrica allungata, o guida valvola 62, ad essa coassiale, presenta una superficie conica 64 superiormente delimitata da uno spigolo circolare 66. Tale spigolo circolare 66 rappresenta la zona di superficie con la quale coopera effettivamente la relativa valvola durante il normale funzionamento del motore.

Il tampone 1 viene abbassato verso la posizione di controllo, guidato mediante l’azione del gambo 8 introdotto nella guida valvola 62 (per motivi di chiarezza, il gioco fra gambo 8 a superficie della guida valvola 62 è mostrato in figura di entità molto superiore rispetto alla realtà).

Le superfici coniche 14 e 34 presentano un uguale angolo rispetto all’asse longitudinale, lievemente maggiore (2/4 gradi) rispetto all’angolo nominale della sede da controllare. In assenza di sollecitazioni esterne, la superficie 34 si trova in posizione leggermente inferiore rispetto alla superficie 14.

Grazie ad un’opportuna scelta delle dimensioni diametrali delle diverse parti del tampone 1 in rapporto a quelle della sede 60 da controllare, alla lieve differenza fra gli angoli delle superfici coniche, e alla disposizione mutua fra le superfici 14 e 34 in assenza di sollecitazioni, durante l’abbassamento del tampone 1 si verifica un primo contatto fra la superficie conica esterna 34 dell’elemento scorrevole 18 e lo spigolo circolare 66. In seguito ad un ulteriore abbassamento del corpo centrale 2 del tampone 1 , e ad uno scorrimento mutuo fra gli elementi 6 e 18, lo spigolo circolare 13 va in appoggio sulla superficie conica 64 della sede 60.

In tale condizione (figura 3), la parte centrale del tampone 1 costituita dal corpo 2 e dall’elemento 6 è mantenuta nella posizione di controllo ed esercita una spinta, definita dal proprio peso, sulla superficie conica 64 della sede 60 da controllare, mentre il contatto fra l’elemento scorrevole 18 e lo spigolo 66 è mantenuto grazie all’azione della molla 16.

La continuità dei due contatti circolari fra gli elementi principale 6 e scorrevole 18 e, rispettivamente, la superficie conica 64 e lo spigolo circolare 66 della sede valvola 60, è verificata dal circuito pneumatico nel quale l’aria è spinta contro la superficie della sede valvola 60 da controllare attraverso il condotto di alimentazione 44, i condotti radiali 46, l’incavo anulare 11 e l’ugello 50. In particolare, zone delle superfìci circolari nelle quali, a causa di errori di forma, non si verifica un corretto contatto, provocano il passaggio di aria proveniente dall'ugello 50, con conseguenti variazioni nella pressione del circuito pneumatico, variazioni che sono rilevate dall’unità di rilevamento 39 del circuito pneumatico.

La possibilità di scorrimento mutuo fra gli elementi 6 e 18 consente di rendere indipendenti l’uno dall’altro i due contatti circolari citati in precedenza. In tal modo il controllo è reso indipendente da eventuali limitate variazioni dell'angolo della superficie conica 64, che non influenzano in alcun modo la corretta tenuta della valvola.

Inoltre il controllo è particolarmente affidabile poiché uno dei contatti circolari che vengono controllati è proprio in corrispondenza della zona di superficie (lo spigolo 66) che operativamente realizza la tenuta con una superficie della relativa valvola, e che è più soggetta a danneggiamenti.

Le figure e la relativa descrizione si riferiscono, come accennato in precedenza, ad un dispositivo particolarmente adatto a controlli di tipo manuale di sedi valvola ad asse verticale, nel quale il corpo centrale 2 è opportunamente dimensionato per consentire l’impugnatura da parte di un operatore, e l'elemento principale 6 si appoggia sulla sede 60 per peso proprio. In tali applicazioni, la molla 16, che spinge da parti opposte il corpo centrale 2 e l’elemento scorrevole 18, è opportunamente dimensionata per consentire (quando l’operatore rilascia il tampone nella posizione di controllo) spinte equamente ripartite e costanti dell’elemento principale 6 e dell’elemento scorrevole 18 sulla superficie della sede 60, al fine di aumentare la precisione del dispositivo a tampone 1.

Una soluzione alternativa, sempre per controlli manuali di sedi valvola ad asse verticale, può essere costituita da un opportuno dimensionamento delle masse degli elementi principale 6 e scorrevole 18, che consenta di ottenere, anche in assenza della molla 16, la stessa distribuzione costante ed equiripartita delle spinte.

Per controlli di tipo automatico, nei quali il corpo centrale del dispositivo è fissato ad una parte di una macchina ed è orientato lungo un asse generico non necessariamente verticale, le spinte esercitate dagli elementi principale e scorrevole sono generalmente definite da mezzi elastici distinti, o che comunque consentono di definire In modo distinto le spinte di un elemento e dell’altro.

Diversi circuiti di rilevamento a fluido, rispetto al circuito pneumatico illustrato nelle figure e descritto in precedenza, possono essere impiegati in un dispositivo a tampone secondo la presente invenzione, ad esempio circuiti idraulici di tipo noto.

Le figure e la descrizione di cui sopra si riferiscono al controllo di una sede valvola 60 con superficie conica 64. Tuttavia, il dispositivo a tampone 1 può essere impiegato anche per il controllo di superfici interne a simmetria di rotazione che hanno diverso profilo, e presentano, ad esempio, sezione convessa.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per il controllo di caratteristiche geometriche di una superficie interna a simmetria di rotazione (60,64,66), con un corpo centrale (2) ed un circuito di rilevamento a fluido (35-40,44,46,50), il corpo centrale (2) comprendendo un elemento principale a simmetria di rotazione (6) che definisce un asse geometrico e presenta una superficie di appoggio (13,14), a simmetria di rotazione, atta a cooperare con la superficie da controllare (64), il circuito di rilevamento comprendendo un’unità di alimentazione (35), un’unità di rilevamento (39), condotti (44,46) per il passaggio del fluido sotto pressione ricavati all'interno del corpo (2), ed un ugello anulare (50), per la fuoriuscita del fluido, definito in corrispondenza di detta superficie di appoggio (14), caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre un elemento mobile cavo (18), coassiale all’elemento principale (6) ed atto a compiere movimenti di traslazione assiale rispetto ad esso, l’elemento mobile (18) comprendendo una superficie esterna di appoggio (34) a simmetria di rotazione atta a cooperare con la superficie (64) da controllare, l’ugello anulare (50) essendo almeno in parte compreso fra dette superfici di appoggio (13,34).
2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 , per il controllo di caratteristiche geometriche di una sede valvola (60, 64, 66), la sede valvola essendo in comunicazione con e coassiale a una relativa guida valvola (62), nella quale il corpo centrale (2) comprende un gambo di guida (8), atto ad essere alloggiato nella guida valvola (62) per guidare l'apparecchiatura sulla sede (60) da controllare.
3. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, nella quale il circuito di rilevamento è di tipo pneumatico.
4. 4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, nella quale l'elemento principale (6) e l’elemento mobile cavo (18) presentano superfici cilindriche, rispettivamente, esterna (10) ed interna (20), di guida ed accoppiamento, atte a cooperare mutuamente per accoppiare l'uno all’altro detti elementi principale (6) e mobile (18), e per guidare detti movimenti di traslazione assiale.
5. 5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, nella quale l’elemento principale (6) e l’elemento mobile (18) presentano porzioni superficiali cilindriche mutuamente affacciate (12,20), in prossimità di dette superfici di appoggio (13,14,34), atte a definire l’ugello anulare (50), almeno una di dette porzioni cilindriche avendo dimensioni diametrali diverse rispetto alle superfici cilindriche di guida (10,20).
6. 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, nella quale l’elemento principale (6) presenta, in prossimità della relativa superficie di appoggio (13,14), una superficie anulare (12) di dimensioni diametrali ridotte rispetto alla superfìcie di guida (10), la superficie anulare (12) e la superficie cilindrica interna (20) dell’elemento mobile (18) definendo almeno in parte l’ugello anulare (50).
7. 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, per il controllo di una sede valvola (60) che comprende una superficie conica (64) ed uno spigolo circolare (66), nella quale detta superficie esterna di appoggio (34) dell'elemento mobile (18) è atta a cooperare con detto spigolo circolare (66).
8. 8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7, nella quale la superfìcie di appoggio dell’elemento principale (6) comprende una porzione conica (14) ed uno spigolo circolare (13), detto spigolo circolare (13) dell’elemento principale (6) essendo atto a cooperare con la superfìcie conica (64) della sede.
9. 9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, comprendente una membrana anulare (22) fissata all’elemento principale (6) e all'elemento mobile (18), atta a realizzare la tenuta pneumatica in direzione opposta rispetto alle superfici di appoggio (13,14,34).
10. 10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 9, comprendente un elemento di spinta assiale (16), disposto fra il corpo centrale (2) e l’elemento mobile (18), per definire la spinta della superficie di appoggio (34) dell’elemento mobile (18) sulla superficie della sede da controllare (60) in relazione alla spinta, sulla stessa superficie della sede (60), della superficie di appoggio (13,14) dell’elemento principale (6).
11. 11. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 10, nella quale detti condotti (44,46) per il passaggio del fluido sotto pressione comprendono un condotto di alimentazione assiale (4,42,44), condotti radiali di distribuzione (46) ed un incavo anulare (11) disposto in corrispondenza di detto ugello anulare (50).