ITMI20060479A1 - Attuatore a fluido - Google Patents

Description

Descrizione della domanda di breveto per invenzione industriale

L'invenzione riguarda in particolare un attuatore a fluido per organi meccanici in genere, con un comando ausiliario manuale.

Come è ben noto, un attuatore a fluido è un dispositivo di comando che trasforma l’energia fornita da un fluido quale aria, olio o altro in un movimento di comando per organi meccanici. A tal fine sono noti attuatori per il comando di valvole a sfera, a farfalla, o per una qualsiasi applicazione che richieda l’azionamento di un organo otturatore.

Gli attuatori sopra considerati prevedono di solito un comando manuale da usare nei casi in cui il fluido operatore sia, per un qualsiasi motivo, non disponibile; il comando manuale è in genere costituito da un volantino che fa ruotare un’asta filetata la quale spinge i pistoni che, in condizioni normali, vengono mossi dal fluido.

Nelle modalità di comando manuale note, però, non esiste la possibilità di controllare il grado di apertura/chiusura delle valvole. In questo modo non si può sapere con precisione quando terminare la rotazione del volantino in apertura/chiusura, rischiando di sforzarlo eccessivamente e rischiando di provocare il danneggiamento dell’ attuatore o dell’organo meccanico da esso comandato.

Scopo della presente invenzione è metere a disposizione un attuatore a fluido con comando manuale capace di dare un’indicazione del grado di chiusura della valvola per superare gli inconvenienti dell’arte nota.

Lo scopo sopra indicato è raggiunto da un attuatore a fluido per organi meccanici in genere comprendente:

una camera cilindrica nella quale è mobile almeno un pistone in seguito alla immissione di fluido della camera,

un’asta filettata solidale con detto almeno un pistone per traslare insieme ad esso,

mezzi per il comando manuale dell’attuatore, in caso di mancanza di alimentazione di fluido nella camera,

caratterizzato dal fatto di comprendere

una chiocciola avvitata sull’asta filettata la quale asta filettata si sposta tra due posizioni di inizio e fine corsa in seguito al comando di detti mezzi di comando manuale che ruotano la chiocciola rispetto alla direzione di spostamento dell’asta filettata.

Le caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un suo esempio di realizzazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

Le figure 1 , 2 e 3 mostrano viste in sezione di un attuatore a fluido con comando manuale , in condizioni sequenziali di rispettivi funzionamenti a fluido con valvola chiusa, manuale per l’apertura della valvola e ripristino del funzionamento a fluido con valvola aperta.

Le figure 4, 5 e 6 mostrano viste in sezione di un attuatore a fluido con comando manuale , in condizioni sequenziali di rispettivi funzionamenti a fluido con valvola aperta, manuale per la chiusura della valvola e ripristino del funzionamento a fluido con valvola chiusa.

La figura 7 mostra una vista in sezione di un attuatore a fluido con comando manuale con indicazioni sull 'avvenuta variazione del grado di apertura/chiusura della valvola.

Le figure 8 e 9 mostrano una vista in sezione di una seconda forma di realizzazione dell’attuatore con comando manuale in rispettive condizioni di valvola chiusa e aperta.

Nelle figure 1-6 è mostrato schematicamente un attuatore a fluido in una forma preferita di realizzazione della presente invenzione. Nelle figure citate, i vari componenti sono indicati con gli stessi numeri di riferimento. L’ attuatore comprende una camera cilindrica 100 definita in un corpo cavo 6 e chiusa da due testate 4 e 5, all’interno delle quali sono scorrevoli una coppia di pistoni 1, 3 contrapposti dotati di rispettive cremagliere 1a, 3 a; un pignone 2 è interposto tra queste ultime ed ingrana con esse. Il pignone 2 è solidale ad una valvola di per sé nota e non mostrata nei disegni.

Due condotti 7, 8 di alimentazione alla camera consentono l’immissione alternata di un flusso di fluido, in particolare un flusso d’aria, nella zona tra i due pistoni in cui si trova il pignone 2 o all’ esterno di essi tra i suddetti pistoni e le corrispondenti testate 4,5.

L’immissione di fluido tramite uno dei due condotti 7, 8 di alimentazione consente il movimento dei pistoni 1, 3 nella camera cilindrica; in particolare, quando l’aria passa nel condotto 8, i pistoni si muovono verso il centro della camera e, quando passa nel condotto 7, i pistoni si muovono verso le corrispondenti testate 4 e 5.

Un’asta filettata 9 è fissata al pistone 3 e, nella forma di realizzazione preferita dell’invenzione, scorre in asse con esso nella camera.

Vantaggiosamente, secondo l’invenzione una chiocciola 10 è avvitata sull’asta filettata 9; un primo manicotto 11, guidato da una bronzina 16, alloggia la chiocciola 10 ed è fissato ad un mozzo 12 tramite viti 13. Un secondo manicotto 18 esterno rispetto al primo manicotto Il e coassiale ad esso è rigidamente collegato alla bronzina 16 tramite viti 19. Aste di comando manuale 14, fissate al mozzo 12 in asse con i pistoni 1, 3, determinano la rotazione, in caso di funzionamento manuale dell’attuatore; la rotazione del mozzo 12, la conseguente rotazione del primo manicotto 11 e della chiocciola 10 determinano lo spostamento dell’asta filettata 9, tra due posizioni di fine corsa, e dei pistoni 1, 3.

Vantaggiosamente, secondo l’invenzione, il manicotto 11 presenta una prima dentatura 25 sulla sua superficie più esterna. Nel secondo manicotto 18 esterno è posizionato un disco mobile 21 dotato di una seconda dentatura 150 che ingrana con la prima dentatura 25 del primo manicotto 11, durante la rotazione del manicotto 11 solidalmente alla chiocciola 10. Il disco mobile 21 presenta due indici, un indice fisso 26 ed uno mobile 20; l’indice mobile 20 indica lo spostamento dell’asta filettata 9 tra due posizioni di inizio e fine corsa, rispetto all’indice fisso 26. L’indice 20 indica anche l’entità dello spostamento dei pistoni 1,3 nella camera, e quindi il grado di apertura/chiusura della valvola, conseguente alla rotazione del pignone 2 che ingrana con le cremagliere 1a e 3 a.

Un vetrino 22 posto sul disco mobile 21 consente la vista dei due indici 26 e 20.

Un disco di frizione 17 è bloccato tramite viti 13 tra il manicotto 11 ed il mozzo 12. Vantaggiosamente, secondo l’invenzione, una sede per una spina di fermo antirotazione 15 è presente tra la bronzina di guida 16 del manicotto 11 ed il disco di frizione 17; l’estrazione della spina di fermo antirotazione 15 dalla suddetta sede consente di operare sulle aste di comando manuale 14 in modo che la rotazione di esse venga trasmessa all’asta filettata 9 in una condizione manuale di funzionamento dell’attuatore. La spina di fermo antirotazione 15 è assicurata all’attuatore tramite, ad esempio, una catenella.

L’attuatore descritto sopra, in condizioni di funzionamento a fluido, agisce sull’apertura o chiusura di una valvola, quando i pistoni 1, 3 rispettivamente si allontanano o si avvicinano tra loro, in seguito all’immissione di aria compressa attraverso i condotti di alimentazione 7,8. Il pignone 2 ingranando le cremagliere la, 3 a, dei due pistoni 1, 3, si muove in senso orario o antiorario, in seguito al movimento dei due pistoni dettando P apertura/chiusura della valvola.

Un attuatore in condizioni di valvola chiusa, in cui si possono notare i due pistoni 1 , 3 in posizione ravvicinata, è mostrato in figura 1 ; come si vede dall’allineamento dell’indice mobile 20 con l’indice fisso 26, l’attuatore è in condizioni di funzionamento normale, cioè a fluido.

Un attuatore in condizioni di valvola aperta è mostrato in figura 4 in cui si vedono i due pistoni allontanati tra loro e fermi in corrispondenza delle testate 4,5; come si vede dall’allineamento dell’indice mobile 20 con l’indice fisso 26, l’attuatore è in condizioni di funzionamento normale, cioè a fluido.

Durante la manovra normale dell’attuatore a mezzo di un fluido in pressione, la chiocciola 10, avvitata sull’asta filettata 9, scorre longitudinalmente, senza ruotare, dentro il manicotto interno 11 in una pista che ne riproduce il profilo esterno; la chiocciola 10 non dà alcun impedimento al movimento assiale dei pistoni 1 , 3 che possono far ruotare liberamente il pignone 2, ma nel contempo è impossibilitata a ruotare su se stessa dato che il suo profilo è pressoché coincidente con la sezione della pista in cui scorre.

Vantaggiosamente secondo l’invenzione la manovra tipica del funzionamento normale, cioè a fluido, dell’attuatore va fatta con la spina di fermo antirotazione 15 inserita tra la bronzina di guida 16 del manicotto 11 ed il disco di frizione 17. In questo modo è garantita l impossibilità a ruotare della chiocciola 10 sulla vite filettata 9, vale a dire è impedito il funzionamento manuale dell’attuatore.

Facendo riferimento, ora, alla condizione iniziale di funzionamento a fluido con valvola chiusa, mostrata in figura 1, verranno descritte le fasi di di apertura della valvola con comando manuale, come mostrato in figura 2, e di ripristino del funzionamento a fluido con valvola aperta, come mostrato in figura 3.

Nel caso in cui il fluido di alimentazione dell’attuatore non sia disponibile, per il mancato funzionamento del sistema di alimentazione, o quant’ altro, l’attuatore può essere comandato manualmente.

Il comando manuale è subordinato all’estrazione della spina 15, come mostrato nella figura 2; tale estrazione permette la rotazione contemporanea e sincrona del gruppo mozzo 12, primo manicotto Il e chiocciola 10.

Dopo aver disinserito la spina di fermo 15, le aste di comando manuale 14 vengono opportunamente ruotate, in questo caso in senso antiorario determinando una corrispondente rotazione del mozzo 12, del primo manicotto 11 e della chiocciola 10, vincolata nella pista interna al manicotto 11. La rotazione della chiocciola 10 in senso antiorario determina lo spostamento dell’asta filettata 9 in una direzione coincidente (o parallela) all’asse del pistone 3 in avvicinamento verso una posizione di fondo corsa in prossimità delle aste di comando manuale 14. Le aste di comando manuale 14 ruotando non si spostano sull’asta filettata 9, non essendo né direttamente collegate ad essa né avvitate su di essa; esse possono essere sostituito da altri opportuni mezzi di rotazione, quali ad esempio un volantino, senza con ciò esulare dai contenuti dell’invenzione.

La suddetta rotazione della chiocciola 10 ha, nel funzionamento manuale dell’attuatore, lo stesso effetto dell’immissione di fluido tramite i condotti di alimentazione 7 e 8, specifica del funzionamento a fluido. Lo spostamento della vite filettata 9 trascina nella stessa direzione il pistone 3 e determina una rotazione in senso antiorario del pignone 2, anche in assenza di fluido di alimentazione per l’attuatore.

Un cuscinetto assiale a sfere 24 elimina l’attrito radente tra la chiocciola 10 ed il manicotto esterno 18 che si ha quando l’attuatore funziona con comando manuale.

Ad ogni manovra manuale corrisponde una rotazione dell’indice 20 solidalmente al disco mobile 21.

Infatti, in condizioni di apertura manuale della valvola, la dentatura 25 del manicotto 11, seguendo la rotazione della chiocciola 10 che ruota solidalmente alle aste di comando manuale 14, ingrana con la dentatura 150 posta nella parte inferiore del disco mobile 21, determinando una rotazione dell’indice 20, in senso orario e di un angolo a, rispetto all’indice fisso 26. Lo sfasamento di una angolo a diverso da zero tra i due indici, notifica che è stata effettuata una manovra manuale, in questo caso una manovra di chiusura.

Terminata la necessità di funzionamento manuale, come mostrato in figura 2, la posizione della chiocciola 10 è tale da non permettere più alcun movimento del pistone 1, 3. Quindi, nel momento in cui è stato ripristinato il fluido o riparato l’apparato esterno di immissione di fluido, la chiocciola 10 deve essere riportata in una posizione tale da permettere la ripresa del funzionamento a fluido; questa posizione della chiocciola 10 è detta posizione di folle. Il passaggio della chiocciola 10 in tale posizione si ottiene tramite ulteriore rotazione delle aste di comando manuale 14 che determina lo spostamento in rotazione della chiocciola 10 sull’asta filettata 9, quest’ultima rimanendo, al contrario, ferma in quanto già arrivata a fondo corsa; man mano che la chiocciola 10 si sposta, l’indice mobile 20 ruota ulteriormente andando a riallinearsi con l’indice fisso 26 completando una rotazione di 360° sul disco mobile 21; tale situazione è mostrata in figura 3.

Le figure 3 e 4 mostrano apparentemente la stessa condizione di funzionamento a valvola aperta; in realtà, in figura 3 la condizione è raggiunta in seguito ad un funzionamento manuale dell’attuatore e ad un successivo ripristino delle condizioni di funzionamento a fluido ( deducibile dalla particolare posizione dell’indice mobile 20 che si è riallineato con l’indice fisso 26). In figura 4, invece, si ha una condizione iniziale di funzionamento a fluido deducibile da uno stato iniziale di allineamento degli indici fisso e mobile.

Nella figura 1, è stato fatto riferimento alla condizione iniziale di funzionamento a fluido, con valvola chiusa; nelle figure 4, 5 e 6 il riferimento è fatto alle condizioni duali rispetto alle figure 1, 2 e 3; si avrà quindi una condizione di partenza a valvola aperta, le aste di comando manuale verranno ruotate in senso orario, la vite filettata 9 si sposterà in allontanamento dalle suddette aste 14 e lo spostamento dell’indice mobile 20 avverrà in senso antiorario rispetto all’indice fisso 26.

Sono possibili varianti di costruzione dell’attuatore secondo dell’invenzione; In una prima variante è previsto un unico pistone a cremagliera che ingrana con il pignone 2.

In una seconda variante l’asta filettata 9 può non essere in asse con il pistone 3.

In una ulteriore variante è previsto l’utilizzo di un pistone senza cremagliera e senza pignone per provocare un movimento traslatorio semplice, idoneo per il comando di una valvola che abbia un attuatore azionabile linearmente ( e non con una rotazione).

In una forma di realizzazione alternativa della presente invenzione, mostrata nelle figure 8 e 9, l' attuatore sopra descritto può essere sostituito da un altro attuatore dotato di pistoni a semplice effetto 31, 32 e di molle di ritorno 40; tutte le altre parti componenti sono numerate come nelle figure da 1 a 6. In questo caso, mentre in condizioni di funzionamento a fluido, l’allontanamento relativo dei due pistoni avviene con immissione di fluido tramite il condotto di alimentazione 9, l’avvicinamento può avvenire, oltre che tramite il condotto di alimentazione 91, anche per il semplice effetto elastico delle molle 40 in rilassamento dopo la compressione subita nella fase di allontanamento relativo dei due pistoni.

Secondo la presente invenzione, può anche essere regolato il grado di chiusura della valvola (posizione di folle della chiocciola).

La regolazione avviene nel modo seguente: dopo essersi accertati che la spina di fermo antirotazione 15 sia stata inserita correttamente tra il disco frizione 17 e la bronzina di guida 16, le viti 13, che bloccano il disco di frizione 17 tra il mozzo 12 ed il manicotto interno 11, vengono allentate leggermente in modo da rendere libero di ruotare il mozzo 12 rispetto al disco frizione 17, che rimarrà bloccato dalla spina di fermo antirotazione 15.

Viene ruotato il mozzo 12 tramite le aste di comando manualel4, fino ad ottenere il grado desiderato di chiusura della valvola, con conseguente rotazione dell’indice mobile 20.

Ora, l’indice fisso 26 indica una posizione di folle della chiocciola 10 che è scorretta, perché sfasata di un angolo β, rispetto a quella reale.

Viene allentata una vite 27 che fissa il vetrino 22 e questo viene ruotato fino ad allineare l’indice fisso 26 con la nuova posizione dell’indice mobile 20. Viene stretta la vite 27 per fissare il vetrino 22 nella nuova posizione. Ora la chiocciola è nella posizione finale di folle.

La Variazione del grado di chiusura della valvola, coincidente con la variazione della posizione di folle della chiocciola 10, si vede in figura 7b in cui l’allineamento tra gli indici fisso 26 e mobile 20 viene raggiunto in una posizione sfasata di un angolo β rispetto alla precedente posizione fissa dell’indice 26 .

La posizione di folle così ottenuta è la posizione a cui riportare sempre l’indice mobile 20 dopo ogni manovra manuale, per poi poter riprendere la manovra normale dell’attuatore a mezzo di un fluido in pressione.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Attuatore a fluido per organi meccanici in genere comprendente: una camera (100) cilindrica nella quale è mobile almeno un pistone (1, 3, 31, 32) tra due posizioni di fine corsa in seguito alla immissione di fluido della camera, un’asta filettata (9) solidale con detto almeno un pistone (1, 3, 31, 32) per traslare insieme ad esso, mezzi (14) per il comando manuale dell’ attuatore in caso di mancanza di alimentazione di fluido nella camera, caratterizzato dal fatto di comprendere una chiocciola (10) avvitata sull’asta filettata (9), la quale chiocciola viene messa in rotazione da detti mezzi (14) di comando manuale, per spostare l’asta filettata (9) tra due posizioni di fine corsa corrispondenti a quelle del pistone nella camera (100) cilindrica.
2. 2. Attuatore a fluido secondo la rivendicazione 1, comprendente mezzi indicatori atti a indicare lo spostamento dell’asta filettata (9) tra dette posizioni di fine corsa.
3. 3. Attuatore a fluido, secondo le rivendicazioni 1 o 2, comprendente un primo manicotto (11) coassiale all’asta filettata (9), il quale circoscrive detta chiocciola (10) che può scorrere al suo interno in senso longitudinale ruotando solidalmente a detto manicotto (11).
4. 4. Attuatore a fluido secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo manicotto (11) è dotato di una dentatura esterna (25) ed in cui i mezzi indicatori comprendono un disco mobile (21), posizionato su di un secondo manicotto esterno (18) rispetto al primo e coassiale ad esso, dotato di una dentatura (150) che ingrana con quella presente sul primo manicotto per essere ruotato da questo.
5. 5. Attuatore a fluido secondo la rivendicazione 4, in cui su detto disco mobile (21) è presente un segno (20) che indica l’entità dello spostamento dell’asta filettata (9), proporzionalmente alle rotazioni del disco.
6. 6. Attuatore a fluido secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’asta filettata (9) è fissata a detto almeno un pistone (1, 3, 31, 32) coassialmente ad esso.
7. 7. Attuatore a fluido secondo una qualsiasi delle rivendicazione precedenti, in cui il fluido viene immesso nella camera (100) cilindrica tramite almeno un condotto di alimentazione (7, 8, 9, 91).
8. 8. Attuatore a fluido secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, il cui funzionamento a fluido è di tipo pneumatico o idraulico.
9. 9. Attuatore a fluido secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un pistone (1, 3, 31, 32) presenta una cremagliera (1a, 3a, 31a, 32a), dalla parte opposta rispetto all’asta filettata (9) e disposta parallelamente alla direzione di scorrimento del pistone nella camera (100) che ingrana con un pignone (2) contenuto anch’esso in detta camera, per determinare il moto rotatorio di azionamento dell’organo meccanico, comandato dall’ attuatore.
10. 10. Attuatore a fluido secondo la rivendicazione 9 comprendente un secondo pistone opposto al primo che presenta, dalla parte opposta dell’asta filettata (9), una cremagliera disposta parallelamente alla direzione di scorrimento del pistone nella camera (100), che ingrana con detto pignone
11. 11. Attuatore a fluido secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui l’organo meccanico comandato è una valvola.
12. 12. Attuatore a fluido secondo la rivendicazioni da 1 a 8, in cui detto almeno un pistone (1, 3) provoca un movimento traslatorio semplice di un organo meccanico comandato.
13. 13. Attuatore a fluido secondo la rivendicazione 10, in cui la camera cilindrica (100) è dotata, alle sue estremità, di due testate ed in cui tra i pistoni (31, 32) e dette testate sono presenti molle (40) che vengono compresse dai pistoni durante una fase di allontanamento reciproco, per spingere questi ultimi durante la fase di rilassamento.
14. 14. Attuatore a fluido secondo la rivendicazione 1 in cui detti mezzi (14) per il comando manuale comprendono aste
15. 15. Attuatore a fluido secondo la rivendicazione 1 in cui detti mezzi (14) per il comando manuale comprendono un volantino.
16. 16. Attuatore a fluido, secondo la rivendicazione 14 comprendente un disco di frizione (17) tra il primo manicotto (11) e detti mezzi (14) per il comando manuale.
17. 17. Attuatore a fluido secondo la rivendicazione 15 comprendente una spina di fermo antirotazione (15) che blocca la rotazione del primo manicotto (11) durante il funzionamento a fluido dell’ attuatore.