ITMI20131632A1 - Pompa a vibrazione per macchine da caffè o distributori automatici di bevande - Google Patents

Description

Descrizione del testo per invenzione industriale dal:

Titolo: “ Pompa a vibrazione per macchine da caffè o distributori automatici di bevande”

Testo della descrizione

La presente invenzione è relativa al settore delle macchine per erogazione di bevande, quali the, caffè (e bevande simili) etc. che eseguono l’erogazione automatica di dette bevande, tramite ad esempio distributori automatici o macchine da caffè di vario tipo, ed anche per uso domestico.

E’ noto che per l’ erogazione di una bevanda tramite distributori automatici, i fattori da considerarsi per ottimizzare sia la resa qualitativa, che l’affidabilità della macchina, nonché la qualità del servizio fornito all’utente, siano molteplici. Detti fattori sono, come è ovvio, dipendenti in gran parte dai componenti costituenti dette macchine, comprendenti almeno un serbatoio, una pompa, una caldaia, ed un sistema di erogazione. Tra detti componenti è sicuramente di fondamentale importanza la pompa idraulica che regola l’afflusso dell’acqua alla macchina del caffè o al distributore automatico, e il cui funzionamento e le relative prestazioni, influenzano tutta la fase successiva di preparazione ed erogazione della bevanda.

E’ dunque da considerarsi particolarmente importante, che detta pompa idrauliche sia particolarmente affidabile e funzionale. Ma vi è un ulteriore aspetto che riguarda la macchine da caffè ed i distributori automatici, che dipende in gran parte dalla pompa idraulica, ed è considerato particolarmente importante nella valutazione qualitativa di detti dispositivi: ovvero la rumorosità di detti dispositivi durante tutta la fase di erogazione delle bevanda. La rumorosità della macchina infatti, ancor più delle prestazioni generali della macchina stessa, ha un impatto immediato sugli utenti, e come è ovvio, la rumorosità di detti dispositivi ha un impatto negativo sull’utente finale.

Appare dunque ovvio che, tra gli aspetti che contribuiscono a migliorare la soddisfazione dell’utente nei confronti del servizio fornito da distributori automatici per bevande, o macchine da caffè, vi è sicuramente il fattore riduzione del rumore. Si noti infatti, che detti dispositivi possono essere installati sia in ambienti quali abitazioni private, così come in ambienti lavorativi, tra cui uffici, aziende, edifici pubblici, od anche scuole ed ospedali. Come detto, è una nota causa di disturbo per l’utente il fatto che, nella maggior parte dei casi, l’erogazione di una bevanda da un distributore automatico sia accompagnata da un rumore abbastanza prolungato ed anche abbastanza intenso. Appare evidente che, in effetti, questo possa essere un problema rilevante; infatti, ritenendo di utilizzare una macchina per caffè in un ambiente lavorativo più volte al giorno, per chi ha postazione nelle vicinanze del distributore, il rumore può in effetti essere disturbante, come anche in particolare in ambito scolastico, e in particolar modo anche in un contesto d’utilizzo come quello ospedaliero, dove sono fondamentali quiete e il silenzio. In alcuni casi limite, il rumore generato dalle macchine da caffè e/o dai distributori automatici, non rispetta le leggi vigenti in materia di inquinamento acustico, ma in ogni caso, in genere i distributori automatici di caffè e/o bevande e le macchine da caffè sono sempre piuttosto rumorosi, a prescindere dalla grandezza del dispositivo analizzato. Il fattore rumore obbliga ad esempio l’installazione di dette macchine in spazi appositi dedicati, dove siano meno fastidiose, od addirittura ne limita l’utilizzo in determinate fasce giornaliere in modo da non arrecare fastidio ai lavoratori o studenti o pazienti ospedalizzati etc.

In genere, per detto tipo di dispositivi, vengono utilizzate delle pompe a vibrazione - si noti che per le macchine da caffè per uso domestico possono essere utilizzate anche pompe a rotazione, queste ultime però sono più ingombranti e più costose delle pompe a vibrazione. Le pompe a vibrazione, in genere, sono apprezzate dai costruttori di distributori automatici e macchine da caffè, in quanto, appunto sono di dimensioni contenute, hanno un costo modesto, forniscono buone prestazioni e raggiungono facilmente le pressioni necessarie alla corretta erogazione di the, caffè, etc. Si noti che, in una pompa a vibrazione, l’acqua entra a pressione pari a zero e deve fuoriuscire ad una pressione tipicamente compresa tra i 15 e i 25 bar per l’erogazione del caffè, e di circa 2 e 10 bar per l’erogazione del the, valori che, con dette pompe, si raggiungono con facilità.

Una pompa a vibrazione, come è noto, comprende un nucleo mobile, molle e valvole che ne permettono il funzionamento. Dette pompe a vibrazione, seppur abbastanza performanti e pratiche per l’uso in detti dispositivi di erogazione delle bevande, nondimeno sono abbastanza soggette a rottura (come vedremo descritto qui di seguito nelle figure allegate) e sono, come è stato detto poc’anzi, la causa primaria del rumore prodotto dai distributori automatici e dalle macchine da caffè.

E’ dunque uno scopo della presente invenzione, realizzare pompe a vibrazione che consentano, a parità di prestazioni, una riduzione della rumorosità e una maggior affidabilità, rispetto alle pompe a vibrazione tradizionali.

Ancora è uno scopo della presente invenzione, migliorare ed aumentare la durata di vita di dette pompe a vibrazione.

E’ quindi uno scopo della presente invenzione migliorare l’affidabilità di detti distributori e macchine da caffè in genere.

Ancora uno scopo della presente invenzione, è migliorare la soddisfazione dell’utente finale in termini economici di risparmio sugli interventi di manutenzione.

In particolare, uno scopo della presente invenzione, è realizzare una pompa a vibrazione che riduca notevolmente il rumore prodotto dalla stessa, in fase di funzionamento e che si traduce in rumorosità del distributore e/o delle macchina per caffè.

E’ dunque uno scopo della presente invenzione ridurre l’inquinamento acustico provocato da dette pompe in fase di funzionamento.

E’infine uno scopo della presente invenzione migliorare la soddisfazione dell’utente finale e migliorare qualitativamente i dispositivi.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è realizzare quanto detto ottimizzando i costi.

Gli scopi qui descritti si ottengono mediante la presente invenzione, che descrive l’utilizzo di pompe a vibrazione comprendenti l’uso di molle aventi due o più costanti elastiche, ad esempio molle di tipo bi-lineare, al posto delle molle lineari che da sempre vengono utilizzate per il settore della produzione di distributori automatici e macchine da caffè. In modo particolarmente inventivo la richiedente utilizza, in una forma di realizzazione preferita delle presente invenzione, dette molle di tipo bi-lineare, che solitamente vengono utilizzate in ambiti completamente differenti, quali i settori automobilistico e farmaceutico, e che mai prima d’ora erano state applicate per pompe a vibrazione operanti nel settore qui d’interesse.

E’stato verificato, tramite opportune prove tecniche, che pompe a vibrazione realizzate comprendendo molle dotate di due o più costanti elastiche, come le molle bilineari, a parità di prestazioni, hanno un affidabilità molto superiore rispetto alle tradizionali pompe a vibrazione.

E’stato inoltre verificato che, utilizzando in macchine da caffè e distributori automatici di bevande dette pompe a vibrazione, comprendenti l’utilizzo di molle bilineari, l’inquinamento ambientale la rumorosità di tale prodotto così configurato viene ridotto almeno del 20%-30% rispetto a quello rilevato dai tradizionale i distributori automatici e macchine da caffè che comprendono pompe a vibrazione.

Appare evidente quanto sia fondamentale ed innovativa la riduzione del rumore prodotto da detti dispositivi alla luce di quando descritto nella precedente introduzione.

Questi ed ulteriori vantaggi, saranno realizzati secondo la presente invenzione tramite la realizzazione di una pompa idraulica a vibrazione per macchine da caffè o distributori automatici per bevande. Detti dispositivi comprendenti almeno un serbatoio, una caldaia, un sistema di erogazione , come detto, una pompa idraulica a vibrazione di regolazione dell’afflusso d’acqua alla macchina, e detta pompa comprendente almeno una molla principale ed una molla secondaria, ed essendo caratterizzata dal fatto di utilizzare come molla principale o secondaria, almeno una molla dotata di due o più costanti elastiche. Detta almeno una molla, dotata di due o più costanti elastiche, permette a detta pompa di ridurre notevolmente il rumore in funzionamento, ed inoltre aumenta le prestazioni di detta pompa.

Questi ed ulteriori vantaggi dell’utilizzo nel settore delle macchine da caffè e distributori automatici, di una pompa a vibrazione che comprende l’uso di almeno una molla dotata di due o più costanti elastiche al suo interno, risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione preferita, in cui, per semplicità, detta molla è una molla bi-lineare, fatta con riferimento alle annesse tavole di disegni in cui:

in fig.1 è rappresentata una sezione longitudinale di una pompa a vibrazione dotata di molla bi-lineare secondo la presente invenzione;

in figura 2 è rappresentato un dettaglio di detta molla bi-lineare, così com’è posizionata all’interno delle pompa a vibrazione;

nelle figure 3a,3b sono rappresentati i diagrammi di riferimento forza/compressione rispettivamente di una molla lineare, e di una molla bi-lineare.

Con riferimento alle figura 1, in genere una pompa a vibrazione 1 comprende principalmente un solenoide 2, un nucleo mobile 11, inserito in un sistema di molle 1718, all’interno di un alloggiamento 21, un cannotto 5 cilindrico per contenere il nucleo mobile 11, e due valvole di non ritorno 13 e 15 poste in serie. Il solenoide 2 viene solitamente alimentato ad una tensione alternata pulsante, e il nucleo mobile 11 viene dunque sottoposto ad una forza magnetica generata dal solenoide 2, che è in grado di muovere detto nucleo mobile 11 verso l’alto, e detto nucleo mobile 11, va a comprimere la molla 17. La molla 17, (che viene spesso definita anche molla “principale” 17) comprimendosi, assorbe l’energia cinetica del nucleo mobile 11, e la restituisce allo stesso, quando la forza magnetica viene a mancare, facendo cambiare verso al moto di detto nucleo mobile 11. A questo punto la molla 18, (che viene definita anche molla secondaria 18), viene compressa, facendo gradualmente rallentare il nucleo mobile 11, fino a che detto nucleo mobile 11 raggiunge una determinata posizione. La molla 18 è particolarmente utile per evitare che il nucleo mobile 11 urti contro le pareti del cannotto 5, disperdendo inutilmente l’energia; inoltre la molla 18 riporta il nucleo fisso 11 in posizione di riposo.

All’ arrivo del successivo impulso, il nucleo mobile 11 riparte dalla posizione iniziale. In questo modo il nucleo mobile 11 continua ad oscillare tra il suo punto morto inferiore e superiore, ad una frequenza di circa 50 Hz. Il nucleo mobile 11, comprimendo la molla 17, genera una depressione in grado di far passare l’ acqua attraverso un canale 20, ricavato all’interno del nucleo mobile 11. La depressione creatasi fa sì che, la prima valvola 13 di non ritorno, che incontra l’acqua, si apra e l’ acqua a questo punto satura la camera in cui è contenuta la valvola di non ritorno 13. Sono presenti ulteriori organi di tenuta (che non è rilevante descrivere ai fini dell’ invenzione) che bloccano l’acqua in detta camera, non consentendone il ritorno lungo le pareti del nucleo mobile 11. Quando la molla 17 ha raggiunto la massima compressione, (ovvero è nel punto morto superiore) il nucleo mobile 11 inverte il moto, e muovendosi dunque, va a chiudere la valvola di non ritorno 13, e va a ridurre gradualmente il volume della camera, generando una pressione. Di conseguenza avviene l’apertura della seconda valvola di non ritorno 14, e la fuoriuscita dell’acqua dalla camera in direzione e verso concorde con il moto del nucleo mobile 11, ad una determinata pressione di lavoro. Nell’ arte nota le molle 17 e 18 poc’anzi descritte, sono lineari, o lavorano in ogni caso a passo costante. In particolare, detta molla secondaria 18 è posizionata all’interno della pompa senza essere vincolata alle due estremità, e dunque ha un certo gioco all’interno della pompa. Il rumore generato dalle pompe a vibrazione 1, e dalle pompe utilizzate in generale nell’ambito di applicazione dei distributori automatici di bevande e macchine da caffè, è dovuto proprio al fatto che il nucleo mobile 11, per frenare e fermarsi, manda la molla 18 a pacco, causando in questo modo detto rumore, che risulta particolarmente intenso e fastidioso. Come detto, il rumore generato dalle pompe attualmente impiegate è considerato dall’utente finale molto fastidioso, e a volte l’intensità di detto rumore supera i limiti consentiti dalle norme vigenti in fatto di inquinamento acustico. E’ cosa nota che, proprio a causa della rumorosità di detti dispositivi, spesso e volentieri si rende necessario posizionarli in una stanza apposita, per non disturbare eccessivamente il personale circostante.

Inoltre, appare ulteriormente evidente, che l’urto causato dall’impatto del nucleo mobile 11 sulla molla 18, causa l’usura della molla 18 stessa, con conseguenti effetti negativi sull’affidabilità della pompa a vibrazione 1, che è più soggetta a rotture.

Come detto, lo scopo della presente invenzione è di risolvere i problemi poc’anzi esposti, mantenendo le prestazioni della pompa, ma migliorandone l’affidabilità, e diminuendo sensibilmente il rumore che causa, attraverso l’uso di molle dotate di almeno due costanti elastiche differenti, ovvero, ad esempio, nellea presente forma di realizzazione preferita della presente invenzione, molle bi-lineari, al posto di molle lineari. E’stato verificato che, in modo particolarmente vantaggioso, l’uso di questa tipologia di molle, dotate di due o più costanti elastiche, che non sono mai state applicate in questo settore, risolvono brillantemente tutti i problemi fin qui citati.

E’stato dunque riscontrato che inserendo, ad esempio, almeno una molla bilineare nel sistema formato dalle molle 17-18, all’interno dell’ alloggiamento 21, (in questa forma di realizzazione preferita, al posto della molla secondaria 18, opportunamente dimensionata, come rappresentato nel dettaglio di fig.2), le prestazioni della pompa a vibrazione 1 vengono decisamente incrementate, ottenendo inoltre una diminuzione del rumore generato dalla pompa stessa di un 20%-30%, rispetto alla medesima pompa a vibrazione 1, che lavori utilizzando molle lineari. Infatti, a parità di prestazioni, (valutate in termini di pressione e portata) due pompe a vibrazione 1- 1’, l’una d’ arte nota, e l’altra dotata di almeno una molla bi-lineare, messe a confronto, permettono di verificare che: nella pompa a vibrazione 1’, dotata di una molla bi-lineare 18’, si riduce notevolmente l’urto causato dall’arresto del nucleo mobile 11; questo, come detto, accade senza apportare ulteriori modifiche alla pompa 1’, rispetto alla pompa 1, se non quella di utilizzare una molla bi-lineare 18’, a posto della nota molla lineare secondaria 18.

Si noti che in figura 2, la differenza di constante elastica è rappresentata come un passo diverso tra le spire superiori ed inferiori della molla.

E’stato inoltre verificato che, se al posto di una molla bi-lineare 18’ si introducesse semplicemente una molla lineare 18’’, con costante elastica più elevata dello standard, si ridurrebbe in parte il rumore generato dall’urto, ma le prestazioni della pompa a vibrazione ne risentirebbero. Infatti, una molla lineare 18’’ con una costante elastica particolarmente elevata, farebbe sì che il nucleo mobile 11 avesse una velocità massima ed una corsa minori, a discapito dunque delle prestazioni. Invece, utilizzando una molla secondaria bi-lineare 18’’, come descritto nella presente invenzione, si riscontra un tangibile effetto incrementale dell’efficienza della pompa a vibrazione 1, in quanto utilizzando una molla bi-lineare 18’, il nucleo mobile 11 non perde energia durante gli urti, ma la cede all’ acqua, che può raggiungere pressioni e portate più elevate.

E’ stato infine verificato che, in modo ulteriormente vantaggioso, detta molla secondaria 18, ad esempio bi-lineare può essere posizionata indifferentemente con le spire con costante elastica più elevata rivolte sia verso il lato iniziale, che terminale della corsa. Ovvero, il verso di posizionamento di detta molla bi-lineare 18’, sia che le spire dotate di costante elastica maggiore siano rivolte nel verso del nucleo 11 (ovvero inizio corsa), sia che siano rivolte verso il lato di fine corsa, non altera in alcun modo il funzionamento particolarmente vantaggioso della pompa vibrazione 1’ dotata una molla 18’, ad esempio bi-lineare.

Inoltre, in questo caso, il nucleo mobile 11 mantiene velocità maggiori, e questo tenendo conto che non cambiano le condizioni al contorno: ovvero la corsa del nucleo mobile 11 è la stessa, come anche le dimensioni, e la forma esterna della molla. E’ solo nel tratto terminale della corsa, che la decelerazione del nucleo mobile 11 aumenta bruscamente, proprio grazie alla molla bi-lineare 18’, la cui costante elastica varia, aumentando nel tratto terminale della corsa del nucleo mobile 11. In genere, le costanti elastiche delle molle che si utilizzano, e dunque la distribuzione delle spire ed il materiale utilizzato per la realizzazione di dette molle, dipendono dalla prestazioni (ovvero pressione e portata) della pompa a vibrazione.

Con riferimento alle figure 3a, 3b: la molla bi-lineare 18’, in modo particolarmente vantaggioso, permette, durante la prima fase di compressione, di avere una costante elastica più bassa di quella solitamente caratterizzante una molla 18 lineare utilizzata nell’arte nota, e successivamente, nella seconda fase di compressione della molla bi-lineare 18’ da parte del nucleo mobile 11, entra in gioco la seconda costante elastica – detta seconda costante elastica è invece più elevata che la constante elastica di una generica molla 18 lineare d’arte nota utilizzata per questo scopo.

Utilizzando dunque una molla secondaria 18’ bi-lineare, si è riscontrato un tangibile aumento dell’efficienza della pompa a vibrazione 1, in quanto il nucleo mobile 11 non perde energia durante gli urti. Infatti, eliminando l’urto, quando il nucleo 11 va a fine corsa, non manda più la molla a pacco, ed inoltre, ed eliminando l’urto, non viene persa l’energia corrispondente, che andando persa, si tradurrebbe in calore o vibrazioni. Detta energia viene invece ceduta all’acqua, che può raggiungere dunque pressioni e portate più elevate. Dunque, il nucleo mobile 11, grazie all’utilizzo particolarmente vantaggioso di una molla bi-lineare 18’, mantiene velocità elevate e maggiori rispetto a quelle ottenute con una molla lineare 18, utilizzando comunque sempre la medesima corsa, ed aumentando bruscamente la decelerazione solo nella parte finale delle propria corsa.

In particolare, utilizzando una molla bi-lineare 18’, è possibile mantenere costante il diametro medio dell’elica della molla, ed utilizzare materiali idonei già noti ed approvati per le pompe a vibrazione utilizzate in questo settore, come ad esempio acciaio inossidabile, AISI 302, AISI 631, oppure EN 1.4462. Appare evidente, come questo sia ulteriormente vantaggioso per i produttori di detti dispositivi, in quanto è possibile utilizzare gli stessi materiali e le stesse linee di produzione, con un notevole risparmio economico, ottenendo però un prodotto nuovo, migliore, più affidabile e, in modo particolarmente vantaggioso, meno rumoroso.

E’stato verificato che l’applicazione di molle con due o più costanti elastiche, come appunto ad esempio molle bi-lineari, permette in modo particolarmente vantaggioso una diminuzione notevole del rumore generato da distributori automatici per bevande e macchine da caffè anche per uso domestico, e questo fattore va incontro non solo all’utente, che richiede macchine più silenziose, ma anche alle esigenze normative e di mercato che sono sempre più restrittive.

Si noti infine che, è anche possibile l’uso di molle di tipo quadratico al posto di quelle bi-lineari, anch’esse non utilizzate per pompe a vibrazione in questo settore. Anche le molle quadratiche porterebbero a vantaggi simili a quelli poc’anzi descritti, ma l’utilizzo di una molla di tipo quadratico, benché vantaggioso dal punto di vista delle prestazioni della pompa e delle diminuzione del rumore, comporterebbe una variazione geometrica delle pompe a vibrazione prodotte, in quanto per poter svolgere al meglio la sua funzione, la sezione di detta molla quadratica, utilizzata come molla secondaria, dovrebbe essere conica, e ciò significherebbe modificare, almeno in parte, la geometria della pompa a vibrazione, perdendo dunque il vantaggio di poter utilizzare le pompe già in produzione. Il risultato sarebbe in ogni caso ottimo, ma i costi di produzione delle varie parti componenti la pompa a vibrazione, aumenterebbero.

Queste sono solo alcune delle forme di realizzazione preferite delle pompe a vibrazione utilizzate in particolare per il settore dei distributori automatici di bevande e macchine da caffè, ed in particolare, nei circuiti di detti dispositivi, che comprendono l’uso di almeno una molla dotata di due o più costanti elastiche, ad esempio una molla bi-lineare, e/o una molla che abbia caratteristiche assimilabili ad una molla di tal genere; detta molla può essere posizionata preferibilmente, ma non solo, come molla secondaria 18’ all’interno di detta pompa vibrazione 1, e può essere vincolata o meno, essere realizzata in materiali qualsiasi adatti allo scopo, nonché può presentare forme di realizzazione alternative a quelle preferite precedentemente descritte, in cui modifiche e cambiamenti riguardanti ad esempio le geometrie scelte per i singoli elementi mobili e fissi, i materiali adottati per ciascun organo, ed anche le specifiche del sistema di azionamento, possono essere apportate senza per questo discostarsi dall’ambito di protezione della presente invenzione così come definita nelle annesse rivendicazioni.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa idraulica a vibrazione (1) per macchina da caffè o distributori automatici di bevande, regolante l’afflusso dell’ acqua, comprendente almeno un nucleo mobile (11), una molla principale (17), ed una molla secondaria (18) caratterizzata dal fatto che detta molla secondaria (18) è una molla (18’) dotata di due o più costanti elastiche, per ridurre la dispersione di energia e il rumore causati dagli urti di detto nucleo mobile (11) su detta molla secondaria (18’).
2. 2. Pompa idraulica a vibrazione (1) per macchina da caffè o distributori automatici di bevande secondo la rivendicazione 1, in cui detta molla secondaria (18’) è una molla bi-lineare.
3. 3. Pompa idraulica a vibrazione (1) per macchina da caffè o distributori automatici di bevande secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui detta molla (18’) può essere posizionata con costanti elastiche crescenti o decrescenti indifferentemente rivolte verso inizio o fine corsa all’interno di un alloggiamento (21), senza modificare le prestazioni della pompa a vibrazione (1).
4. 4. Pompa idraulica a vibrazione (1) per macchina da caffè o distributori automatici di bevande secondo la rivendicazione 3, in cui a parità di prestazioni con una pompa a vibrazione standard, detta molla (18’) riducendo gli urti sul nucleo mobile (11), riduce la perdita di energia del nucleo (11) durante gli urti, aumentando l’efficienza della pompa a vibrazione (1).
5. 5. Pompa idraulica a vibrazione (1) per macchina da caffè o distributori automatici di bevande secondo le rivendicazioni precedenti, in cui le condizioni al contorno, ovvero le dimensioni e forma di detta molla (18’) sono equivalenti a quelle di una molla lineare (18).
6. 6. Pompa idraulica a vibrazione (1) per macchina da caffè o distributori automatici di bevande secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detta molla (18’) riduce l’usura di detta pompa a vibrazione (1), aumentano il tempo di vita della pompa a vibrazione e dunque l’affidabilità delle macchina da caffè o distributore automatico.
7. 7. Pompa idraulica a vibrazione (1) per macchina da caffè o distributori automatici di bevande secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detta molla (18’) riduce il rumore prodotto dalla pompa a vibrazione (1) dal 20% al 30% .
8. 8. Pompa idraulica a vibrazione (1) per macchina da caffè o distributori automatici di bevande secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detta molla (18’) è realizzata in materiali come acciaio inossidabile, AISI 302, AISI 631 o EN 1.4462 od altro materiale idoneo allo scopo.
9. 9. Pompa idraulica a vibrazione (1) per macchina da caffè o distributori automatici di bevande secondo la rivendicazione 1, in cui come molla (18’) si può usare una molla quadratica.