ITBO970609A1 - Gruppo di erogazione per una macchina dispensatrice di prodotti fluidi comprendente una camera pompante a volume variabile, e macchina compr - Google Patents

Description

La presente invenzione si riferisce al settore delle macchine dispensatrici per erogare e/o dosare prodotti fluidi più o meno viscosi, quali ad esempio vernici, coloranti, inchiostri, e simili.

Nel settore sopra indicato sono note macchine dispensatrici che operano secondo vari principi di funzionamento. Un tipo di macchina noto piuttosto diffuso comprende una pluralità di serbatoi per fluidi coloranti connessi ad un circuito di erogazione. Ciascun prodotto fluido viene estratto dal rispettivo serbatoio tramite una pompa volumetrica e mandato ad una rispettiva valvola distributrice a tre vie e due posizioni. In una posizione inattiva della valvola, il fluido viene inviato nuovamente nel relativo serbatoio attraverso un condotto di ricircolo. Quando si rende necessario erogare una quantità predeterminata di fluido, la valvola viene portata in una posizione attiva in modo da inviare il fluido proveniente dal serbatoio verso un ugello di erogazione. Tale tipo di macchina fornisce risultati eccellenti in termini di precisione, ripetibilità e affidabilità nel tempo dei risultati. Tuttavia, l’adozione di una pompa e di una elettrovalvola per ciascun serbatoio di prodotto fluido contribuisce ad innalzare il costo complessivo della macchina, sia per quanto riguarda la fase di produzione che quella di manutenzione.

Un altro tipo noto di macchina dispensatrice per prodotti fluidi, in particolare fluidi coloranti, comprende una serie di serbatoi connessi o integrati a pompe erogatrici del tipo a siringa, comprendenti stantuffi mobili assialmente all intemo di rispettivi cilindri, solitamente disposte sulla circonferenza di un tamburo rotante. Per erogare una predeterminata quantità di prodotto fluido in un contenitore è necessario ruotare il tamburo fino a posizionare l’appropriata siringa in corrispondenza del contenitore. Nella generalità di macchine di tale tipo noto, risulta pertanto impossibile l’erogazione contemporanea di più prodotti fluidi in uno stesso contenitore, il che si traduce in una bassa produttività delle macchine di tale tipo noto. Sono state proposte varie soluzioni per ovviare all’inconveniente suddetto, tutte piuttosto complicate e costose nella fabbricazione e manutenzione. Inoltre, un problema intrinseco delle macchine del tipo noto a siringa è dato dalla difficoltà di realizzazione delle tenute striscianti fra gli stantuffi ed i cilindri sufficienti a garantire una buona precisione e ripetibilità di erogazione e dosaggio nel tempo. Inoltre, l’impiego di tali macchine con prodotti fluidi aggressivi o abrasivi determina una rapida usura delle tenute striscianti ed il conseguente degrado delle prestazioni della macchina, in parte superabile solo con una manutenzione continua che incide pesantemente sui costi di gestione della macchina.

Scopo della presente invenzione è quello di superare gli inconvenienti della tecnica nota sopra indicati, fornendo una macchina dispensatrice per erogare e/o dosare prodotti fluidi che risulti di semplice ed economica fabbricazione e manutenzione e che fornisca elevate caratteristiche di precisione ed affidabilità nel tempo, anche nel caso di impiego con prodotti fluidi aggressivi, corrosivi o abrasivi. Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire una macchina di ingombro limitato con prestazioni di produttività soddisfacenti, soprattutto — ma non esclusivamente — nel caso di dispensazione di quantità non troppo elevate di prodotti fluidi. Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire una macchina comprendente una pluralità di gruppi di erogazione modulari autonomi, che risultino di semplice fabbricazione ed installazione a bordo della macchina, e che possano essere rapidamente sostituiti in caso di necessità anche da personale non specializzato, ad esempio dallo stesso utente della macchina.

Al fine di raggiungere gli scopi sopra indicati, la presente invenzione ha per oggetto un gruppo di erogazione avente le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni che seguono. L’invenzione ha anche per oggetto una macchina dispensatrice per erogare e/o dosare prodotti fluidi, comprendente una pluralità di gruppi di erogazione del tipo suddetto.

Secondo una caratteristica particolare della presente invenzione, il gruppo di erogazione comprende una camera pompante a pareti flessibili, in particolare ma non esclusivamente di tipo a soffietto. In una forma di attuazione particolare, la camera pompante è azionata tramite un attuatore lineare in modo da fornire una proporzionalità lineare fra la corsa dell’attuatore e la quantità di prodotto fluido erogato. Secondo un’ulteriore caratteristica particolare, l attuatore lineare comprende un motore passo, in modo da fornire una proporzionalità lineare fra il numero di passi del motore e la quantità di prodotto fluido erogato.

Un’altra caratteristica particolare è data dal fatto che con il gruppo di erogazione della presente invenzione, nel momento in cui viene interrotta l’erogazione si ottiene anche il desiderato effetto di azzerare immediatamente la pressione nel condotto di mandata verso l’ugello di erogazione, il che impedisce la formazione di gocce e colature in corrispondenza dell’ugello.

Secondo un altra caratteristica dell’invenzione, il gruppo di erogazione viene riportato in posizione di carica al termine di ogni erogazione, rendendo il gruppo di erogazione immediatamente disponibile per una successiva dispensazione.

Secondo un’altra caratteristica dell’invenzione, il gruppo di erogazione comprende un sensore ottico di fine corsa che definisce un punto di zero per il gruppo pompante. Tale caratteristica consente di ottenere un’elevata riproducibilità del processo di erogazione di un prodotto fluido da parte del gruppo di erogazione.

Un’ulteriore caratteristica del gruppo di erogazione consiste nel fatto che le corse di aspirazione e di erogazione possono avvenire a velocità differente per migliorare la produttività della macchina riducendo il tempo necessario per la ricarica della camera pompante, senza tuttavia sacrificare la precisione durante la fase di erogazione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno dalla descrizione che segue di un esempio preferito di attuazione, con riferimento alle figure annesse, date a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

la figura 1 è una sezione longitudinale schematica di una coppia di gruppi di erogazione della presente invenzione montati all’interno di un corpo di macchina dispensatrice,

la figura 2 è una sezione longitudinale ingrandita del gruppo pompante della presente invenzione,

la figura 3 è uno schema del sistema di controllo di una macchina dispensatrice della presente invenzione, particolarmente adatto per l’erogazione sequenziale di prodotti, e

la figura 4 è uno schema analogo a quello della figura 3, illustrante un sistema di controllo particolarmente adatto per l’erogazione simultanea di prodotti.

Con riferimento ora alle figure, una macchina dispensatrice per erogare e/o dosare prodotti fluidi comprende un corpo 10 nella cui parte anteriore è posto almeno un ugello o gruppo ugelli di erogazione 11 di tipo generalmente noto al quale pervengono condotti di erogazione 12 destinati a convogliare, simultaneamente o sequenzialmente, quantità predeterminate di prodotti fluidi in uno o più contenitori C. Il corpo della macchina dispensatrice può assumere nel suo complesso forme e configurazioni differenti dettate principalmente dalle esigenze di movimentazione o manipolazione dei contenitori C, oltre che da considerazioni relative all’ergonomia e all’estetica, che non hanno particolare rilevanza ai fini della presente invenzione. Per tali motivi, la struttura complessiva della macchina non verrà descritta in dettaglio nel seguito della presente descrizione.

All’interno del corpo 10 della macchina dispensatrice sono alloggiati gruppi di erogazione 13, ciascuno dei quali comprende un serbatoio 14 per un prodotto fluido comunicante con un gruppo pompante 15 il quale, a sua volta comunica con il rispettivo condotto di erogazione 12 sfociante all’esterno in corrispondenza dell’ugello o gruppo di ugelli 11. Preferibilmente, fra il serbatoio 14 e il corrispondente gruppo pompante 15 è interposto un filtro 16. All’intemo del serbatoio 14 può essere montato un organo di agitazione 17 di tipo generalmente noto, ad esempio del tipo a palette rotanti come illustrato nella figura 1, azionato da un gruppo motore 18 fissato all’estremità inferiore del serbatoio stesso.

Il generico gruppo pompante 15, illustrato in maggior dettaglio nella figura 2, comprende un supporto di base 19 sotto al quale è fissato un motore passo 20 il cui albero motore 21 si estende all’interno di una cavità 22 ricavata nel supporto di base 19. L’albero motore 21 è connesso ad un organo attuatore 23 montato girevole all’interno del supporto di base e in esso sostenuto da una coppia di cuscinetti assiali 24. Nell’organo attuatore 23 è assialmente ricavata una madrevite 25 entro la quale è avvitata un’estremità filettata 26 di un albero di manovra 27 con funzione di vite di manovra. Preferibilmente l’accoppiamento vite-madrevite è di tipo irreversibile. L’albero di manovra 27 è fissato ad un carrello 28 scorrevole su barre di guida verticali 29 fissate al supporto di base 19, sul quale è inoltre montato un sensore di posizione 40 la cui funzione risulterà più chiara nel seguito.

Sul carrello 28 è fissata la base inferiore di una camera pompante a soffietto 30, la cui cavità interna 30a comunica con un collettore 31 ricavato all’intemo di una traversa superiore 32 fissata all’estremità superiore delle barre di guida 19. Il collettore 31 a sua volta comunica con una luce di aspirazione 33 ed una luce di mandata 34, che comunicano rispettivamente con il serbatoio 14 e con il condotto di erogazione 12 con l’interposizione di due rispettive valvole di non ritorno 35, 36. Nel dettaglio, le valvole di non ritorno comprendono ciascuna un otturatore sferico 37 che preme contro una sede di valvola circolare 38 grazie all’azione di un elemento elastico 39, preferibilmente una molla elicoidale tarata.

Naturalmente, possono essere apportate numerose varianti alla configurazione del gruppo pompante 15 che, ad esempio, può comprendere un motore passo con albero motore filettato che si impegna avvitandosi in una madrevite ricavata direttamente sul carrello.

Il motore passo può essere comandato da un sistema di controllo di tipo elettronico 45 (mostrato schematicamente nella figura 4) montato a bordo del gruppo di erogazione 13, che può provvedere inoltre al comando del gruppo motore 18 dell’organo di agitazione 17. Nell’esempio di attuazione illustrato nello schema della figura 4, i sistemi di controllo 45 comunicano con un’unità di elaborazione centrale 46 preferibilmente montata sulla macchina e in grado di inviare informazioni per l’attivazione del sistema di controllo 45 del gruppo di erogazione 13 appropriato in seguito ad una richiesta di erogazione di quantità predeterminate di uno o più prodotti fluidi. In particolare, l’unità di elaborazione centrale 46 costituisce l’interfaccia fra la macchina e l’utente ed è collegata, mediante un qualsiasi sistema noto di trasmissione dati, ad un blocco circuitale 47 a cui è demandato il controllo e la gestione degli organi della macchina dispensatrice. blocco circuitale 47 è collegato in modo noto alle risorse della macchina, quali un dispositivo umidificatore 48 dell’ugello di erogazione, un attuatore 49 di uno sgabello di regolazione dell’altezza del contenitore, o anche un sistema sensore 50 di presenza del contenitore nel vano di erogazione della macchina, ed altro ancora. Nel caso della figura 4, il blocco circuitale 47 comunica con un collegamento di rete dati 51 con i sistemi di controllo 45 piazzati a bordo di ciascun gruppo di erogazione 13. In tal caso, è possibile l’attivazione simultanea di due o più gruppi di erogazione 13 e la conseguente erogazione simultanea di due o più prodotti.

In un altra forma di attuazione, mostrata schematicamente nella figura 3, il blocco circuitale 47 è connesso ad una scheda I/O 52 che comanda direttamente, senza l’interposizione dei sistemi di controllo 45, i gruppi di erogazione 13, ricevendo inoltre da ciascuno di essi segnali di informazione, ad esempio i segnali emessi da ciascun singolo sensore di posizione 40. Questa soluzione consente di realizzare una macchina dispensatrice decisamente più economica di quella della figura 4, non essendo necessario dotare ogni singolo gruppo di erogazione 13 di una propria logica di controllo indipendente. Nonostante il sistema di controllo della figura 3 non consenta un’erogazione simultanea di prodotti, la precisione e la ripetibilità dell’ erogazione non risente di alcun degrado, essendo determinata dalle caratteristiche di ogni singolo gruppo di erogazione 13.

In condizioni di inattività, quando nessuna erogazione di prodotto è in corso, tutti i gruppi di erogazione a bordo della macchina sono in una posizione di riposo nella quale le camere pompanti a soffietto 30 sono estese al massimo e sono completamente riempite di prodotto fluido. In tale situazione, i carrelli 28 sono in una posizione di fine corsa inferiore rilevata dai sensori di posizione 40. I sistemi elettronici a bordo della macchina sono predisposti per elaborare informazioni relative a quantità in volume o in peso di prodotti fluidi da erogare e tradurle, mediante confronto con tabelle di conversione, in informazioni sul numero di cicli e frazioni di ciclo necessarie affinché la camera pompante 30 trasferisca la quantità di prodotto fluido desiderato verso il relativo condotto di uscita 12. Tale conversione è semplificata dal fatto che il rapporto fra il volume di prodotto trasferito verso l’uscita in seguito ad una compressione del soffietto 30 è praticamente linearmente proporzionale allo spostamento assiale dell’albero di manovra 27 e quindi al numero di passi del motore passo 20.

Quando il sistema di elaborazione centrale 46, tramite il blocco circuitale 47, invia un’informazione di erogazione ad uno specifico gruppo pompante 15, il sistema di controllo elettronico locale 45 o la scheda I/O 46 attiva il motore passo 20 per comandare lo spostamento del carrello 28 e quindi la compressione della camera pompante a soffietto 30. Poiché la cavità 30a della camera pompante è già piena di prodotto fluido, il gruppo di erogazione è immediatamente pronto all’erogazione non appena riceve rinformazione di attivazione da parte dell’unità di elaborazione centrale.

Se la quantità in volume del prodotto fluido da erogare è inferiore alla cilindrata della camera pompante a soffietto 30, il motore passo 20 viene comandato in un verso di rotazione per un numero di passi sufficiente a ridurre il volume della camera pompante di una quantità pari al volume di prodotto da erogare. Poiché i prodotti fluidi da erogare sono sostanzialmente incomprimibili, non appena il carrello 28 viene sollevato per comprimere il soffietto 30, la pressione che si genera all inteo della camera 30a è sufficiente a vincere la resistenza della molla 39 della valvola di non ritorno 36, aprendola, e provocando perciò l’uscita di prodotto fluido dal condotto di erogazione 12, che è normalmente pieno di prodotto ed ha preferibilmente lunghezza ridotta per ridurre gli effetti delle perdite di carico sulla precisione e sulla linearità del gruppo di erogazione.

Al termine dell’erogazione, il motore passo 20 viene comandato in senso contrario finché il sensore 40 non segnala il raggiungimento da parte del carrello 28 della posizione di fine corsa inferiore. Non appena il motore 20 inverte il suo moto, la pressione all intemo della camera 30a crolla, provocando l’immediata chiusura della valvola di non rito o 36. Ciò provoca anche un crollo della pressione nel condotto di erogazione 12 e probabilmente, a causa del lieve spostamento dell’otturatore 37, anche una lieve depressione nel condotto 12, sufficiente ad impedire la formazione di gocce o colature di prodotto fluido in corrispondenza dell’ugello 11. Durante la corsa di ritorno verso la posizione di fine corsa inferiore del carrello 28, il volume della camera 30a del soffietto 30 aumenta, provocando l’aspirazione di prodotto fluido dal serbatoio 14 attraverso la valvola di non ritorno 35, che si apre. Preferibilmente, come illustrato nella figura 1, il serbatoio 14 è disposto sopra al relativo gruppo pompante 15 e comunica con esso attraverso un condotto sostanzialmente verticale e avente una sezione piuttosto ampia. Tutto ciò contribuisce a facilitare la penetrazione di prodotto fluido all’interno della camera 30a in seguito all’abbassamento del carrello 28, senza rischi di cavitazione. Il fatto che l’aspirazione di prodotto dal serbatoio 14 sia particolarmente agevole rende possibile comandare la corsa di ritorno del carrello 28 a velocità maggiore di quella della corsa di erogazione.

Questa caratteristica è particolarmente vantaggiosa nel caso in cui la quantità di prodotto da erogare sia superiore alla cilindrata del soffietto. In tal caso, il sistema di controllo elettronico comanda il motore passo 20 in modo tale che questo svolga uno o più cicli completi di erogazione, ciascuno dei quali consta di una corsa completa del carrello 28 verso l’alto e di una corsa di ritorno fino alla posizione di fine corsa inferiore segnalata dal senso* re di posizione 40. Per erogare la quantità di prodotto fluido desiderata, l’ultima corsa di erogazione del carrello 28 sarà nella maggior parte dei casi una corsa parziale, seguita dal ritorno del carrello 28 nella posizione di fine corsa inferiore, nella condizione di riposo. Il fatto che le corse di ritorno del carrello 28, durante le quali l’erogazione di prodotto dall’ugello 11 è interrotta per consentire il riempimento della camera 30a del soffietto 30, avvengano a velocità superiore a quella delle corse di mandata, consente di ridurre i tempi di ricarica ed aumentare quindi complessivamente la produttività della macchina dispensatrice.

La presenza del sensore di posizione 40 consentedi implementare con facilità un’importante funzione di controllo del corretto funzionamento del gruppo di erogazione, ed una conseguente procedura di correzione di eventuali malfunzionamenti. Infatti, è sufficiente contare il numero di passi del motore che sono necessari per riportare il carrello nella posizione di zero o fine corsa inferiore — segnalata dal sensore di posizione — e confrontarlo con il numero di passi impiegati dal motore per effettuare la corsa di andata del carrello, per verificare immediatamente un’eventuale anomalia di funzionamento qualora i due numeri non coincidessero. In una tale eventualità, il sistema di controllo può generare un segnale di errore e segnalare il malfun-zionamento all’utente. Inoltre, nel caso in cui il numero di passi nella corsa di erogazione sia inferiore a quello nella corsa di ritorno, il sistema di elaborazione può provvedere automaticamente ad attivare nuovamente il motore passo per un numero di passi corrispondente alla differenza riscontrata, in modo tale da erogare la quantità di prodotto mancante e completare così l’operazione di dispensazione che risulterebbe altrimenti difettosa.

Per aumentare la produttività della macchina, inoltre, è possibile comandare in parallelo più gruppi di erogazione, come mostrato nell’esempio dello schema di figura 4, in modo da erogare simultaneamente in uno stesso contenitore C una pluralità di prodotti fluidi attraverso un gruppo di ugelli 11 comune. Tale esigenza è particolarmente sentita nel settore di produzione di vernici, pitture e simili, in cui è normale erogare quantità predeterminate di diversi prodotti coloranti in un contenitore C per ottenere un prodotto finito avente una desiderata tonalità cromatica.

Il fatto che l’accoppiamento vite-madrevite, avente funzione di attuatore lineare, fìa il motore passo 20 e il carrello 28 sia di tipo irreversibile, consente al carrello 28 di rimanere nella posizione raggiunta anche in caso di temporanea interruzione accidentale di alimentazione elettrica. In altre parole, il tipo di vite-madrevite impiegato non consente al carrello di muoversi se non in seguito all’attivazione del motore passo nell’uno o nell’altro verso di rotazione.

Ciascun gruppo di erogazione 13 è autonomo e facilmente sostituibile anche da personale non specializzato in caso di guasto, essendo sufficiente il collegamento dei connettori elettrici di alimentazione elettrica e di comunicazione del condotto di erogazione 12.

La camera pompante a soffietto 30 può essere realizzata con materiali resistenti all’aggressione da parte dei prodotti fluidi, ad esempio con fluoropolimeri. L’assenza di tenute striscianti garantisce elevata affidabilità nell’uso anche in presenza di prodotti fluidi abrasivi. Naturalmente, la geometria della camera pompante può essere differente da quella mostrata, potendosi prevedere la realizzazione, ad esempio, di una camera a volume variabile di tipo diverso, ad esempio a pareti flessibili o a membrana o simili. Inoltre, uno stesso carrello può comandare più di una camera pompante.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall ambito della presente invenzione.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo di erogazione per una macchina dispensatrice di prodotti fluidi, comprendente almeno un condotto di ingresso (35) ed un condotto di uscita (36) per un prodotto fluido comunicanti con una camera pompante (30) a volume variabile, caratterizzato dal fatto che la camera pompante comprende almeno una parete flessibile (30a), mezzi attuai ori (20, 21, 23, 26) essendo predisposti per muovere selettivamente la camera pompante (30) da una posizione di zero in cui la camera ha un volume massimo, ad una posizione di fine corsa in cui la camera ha un volume minimo, mezzi di intercettazione selettiva (37, 38) essendo predisposti nei condotti di ingresso ed uscita (35, 36) per consentire l’ingresso e l’uscita di prodotto fluido dalla camera pompante (30) durante il moto della parete flessibile verso la posizione di zero e verso la posizione di fine corsa, rispettivamente.
2. 2. Gruppo di erogazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la parete flessibile (30) è di tipo a soffietto.
3. 3. Gnippo di erogazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la camera pompante (30) è azionata tramite un attuatore lineare (20, 21, 23, 27) 4. Gruppo di erogazione secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l’attuatore lineare (20, 21, 23, 27) comprende un motore passo (20). 5. Gruppo di erogazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi di intercettazione (37, 38, 39) comprendono valvole di non ritorno montate in controfase nei condotti di ingresso ed uscita (35, 36), rispettivamente. 6. Gruppo di erogazione secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che comprende un sensore ottico (40) che definisce il punto di zero per la camera pompante (30). 7. Gruppo di erogazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un serbatoio (14) disposto in prossimità della camera pompante (30), al di sopra di essa, e comunicante con il condotto d’ingresso (35). 8. Macchina dispensatrice di prodotti fluidi, comprendente almeno un ugello (11) di erogazione di un prodotto fluido, caratterizzata dal fatto che comprende almeno gruppi di erogazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, i condotti di uscita (36) dei gruppi di erogazione sfociando all’esterno della macchina in corrispondenza dell’almeno un ugello (11). 9. Macchina dispensatrice secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che comprende un’unità di elaborazione centrale (46) che trasmette ad un gruppo di controllo (47, 52, 45) dati significativi delle quantità di prodotto da erogare per ogni erogazione, il gruppo di controllo comandando i mezzi attuatoli (20, 21, 23, 27) per muovere selettivamente la camera pompante (30) di ciascun gruppo di erogazione. 10. Macchina dispensatrice secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che il gruppo di controllo comanda il movimento della camera pompante (30) verso la posizione di zero al termine di ogni erogazione. 1 1. Macchina dispensatrice secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che il gruppo di controllo comanda il movimento della camera pompante (30) con velocità differenti nella corsa verso il punto di zero e verso il punto di fine corsa, rispettivamente.