ITMI951856A1

ITMI951856A1 - Metodo e circuito per aumentare la durata di vita delle elettrovalvole

Info

Publication number: ITMI951856A1
Application number: IT95MI001856A
Authority: IT
Inventors: Robert S Eliott; Luca Frasnetti
Original assignee: Whirlpool Italia S P A
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1997-03-01
Also published as: ITMI951856A0; US5749388A; IT1277534B1

Abstract

Il metodo prevede che nella fase di chiusura della elettrovalvola, chiusura che avviene sotto l'azione di una molla (7); alla valvola stessa sia applicato un segnale di tensione avente lo scopo di frenare il moto di chiusura. Il circuito prevede un interruttore statico (8), posto tra la bobina (7) dell'elettrovalvola e la massa, e una presa intermedia (A) tra i due da cui prelevare un segnale di tensione (VA) che, gestito da un microcontrollore, viene da questi trasformato in un segnale di controllo dell'interruttore statico (8) tale da applicare il segnale di frenatura all'elettrovalvola (fig. 4).

Description

Descrizione di un brevetto d’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un metodo per prolungare la durata di vita utile di elettrovalvole, atte ad intercettare il moto di fluidi e comprendenti una bobina, un nucleo mobile caricato da una molla di ritorno e presentante un organo di tenuta costituito da un elastomero. L’invenzione si riferisce pure ad un circuito per 1 'attuazione del metodo.

Le elettrovalvole sono dispositivi di intercettazione a due stati (aperto/chiuso) e possono essere schematizzati come è riprodotto in sezione nella figura 1, ove con 1 è indicato il corpo della valvola provvisto di un ingresso 2 ed una uscita 3. Nel corpo 1 è presente una sede di tenuta 4 atta ad essere intercettata da un organo di tenuta 5 in materiale elastomerico. Tale organo di tenuta è solidale ad un nucleo mobile 6 su cui agisce, in un senso, una molla di ritorno 7 per portare l'organo di tenuta 5 sulla sede di tenuta 4 ed ottenere lo stato "chiuso" e, in senso opposto, una bobina 7A in cui è montato mobile il nucleo 6 per ottenere lo stato "aperto" quando essa bobina viene eccitata. In alcuni casi è anche previsto un nucleo fisso.

Con la diseccitazione della bobina 7A la molla 7 porta violentemente 1'organo di tenuta 5 contro la sede di tenuta 4. In questa fase l'organo di tenuta 5 viene quindi ad assorbire tutta 11energia cinetica posseduta dal nucleo mobile 6 a seguito della spinta della molla 7 e l'urto dell'organo di tenuta 5 ontro la sede di tenuta 4 è tale da provocare nel tempo deformazioni permanenti del materiale elastomerico che limitano la durata di vita utile della valvola, specialmente nei casi in cui la valvola è utilizzata in applicazioni in cui sono richieste commutazioni frequenti (ad esempio quando la valvola viene utilizzata per controllare la portata di un fluido mediante un segnale di controllo a modulazione di durata d'impulso).

Scopo precipuo della presente invenzione è quello di realizzare un metodo ed un circuito che consentano di aumentare la durata di vita utile di una elettrovalvola riducendo l'energia cinetica con cui l'organo di tenuta si porta sulla sede di tenuta.

Questo scopo oltre ad altri che meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata che vengono raggiunti da un metodo e da una disposizione circuitale i cui aspetti inventivi sono evidenziati nelle rivendicazioni annesse.

L'invenzione sarà meglio compresa dalla seguente descrizione dettagliata, fornita a puro titolo esemplificativo e quindi non limitativo, di una sua preferita forma di realizzazione illustrata nell'annesso disegno, in cui:

la figura 1 mostra in sezione schematica una nota elettrovalvola ;

la figura 2 mostra schematicamente un circuito di controllo convenzionale della elettrovalvola;

la figura 3 mostra due diagrammi relativi al passaggio della elettrovalvola dallo stato "aperto" a quello "chiuso";

la figura 4 mostra la disposizione circuitale dell’invenzione in una sua forma di realizzazione;

le figure 5 e 6 mostrano rispettivamente diagrammi funzionali relativi ad una elettrovalvola comandata in modo tradizionale e ad una elettrovalvola comandata secondo gli insegnamenti dell'invenzione.

Con riferimento alla figura 2, la bobina 7 della elettrovalvola è connessa ad una sorgente di tensione continua Vd ed in serie ad un interruttore statico 8 rappresentato esemplificativamente da un transitore con emettitore a massa. La base del transistore 8 è connessa attraverso un resistore Rg ad una sorgente (non rappresentata) di segnali di controllo ON (valvola aperta) ed OFF (valvola chiusa ).

Eseguendo un monitoraggio della tensione nel punto A (ove la bobina 7A si collega al transistore 8 ), tensione che risulta complementare a quella applicata ai capi della bobina stessa e limitando l'esame alla fase della sua diseccitazione, in cui il segnale di pilotaggio passa dallo stato ON a quello OFF, si hanno i segnali il cui andamento nel tempo è riprodotto nei diagrammi di figura 3, in cui quello superiore riproduce 1'andamento del segnale di controllo, mentre quello inferiore riproduce l'andamento della tensione (misurata nel punto A). Come si può rilevare dai diagrammi, il passaggio dello stato ON allo stato OFF del segnale di controllo, cioè l'azione a cui corrisponde la chiusura della elettrovalvola, è caratterizzato da una tensione nel punto A in cui si possono riconoscere i due momenti distinti, tipici degli induttori variabili nel tempo. descritti dalla equazione:

Il primo picco di di valore elevato, indicato con B, è rappresentato dal primo termie dell'equazione ed è praticamente relativo alla scarica dell'induttore (bobina+nuclei). Il secondo picco, di valore molto minore (indicato con C), è relativo al cambiamento della induttanza del complesso bobina+nuclei dovuta al movimento del nucleo mobile.

Secondo l'invenzione l'istante d'inizio (punto Ci) di questo secondo picco C, è indicativo dell'inizio del movimento del nucleo mobile 6 (e relativo organo di tenuta 5), e viene utilizzato come segnale di sincronizzazione per iniziare una operazione di smorzamento dell'urto dell'organo di tenuta 5 contro la sede di tenuta 4, ricorrendo allo scopo ad un opportuno circuito di controllo, ad esempio ad un microcontrollore pC nella disposizione circuitale esemplificativa riportata in figura 4. In questa disposizione circuitale, il segnale di tensione viene prelevato dal punto A e retrazionato al microcontrollore pC attraverso un condensatore 9, un resistore 10, un diodo Zener 11 ed un convertitore.

Come prima operazione, il microcontrollore pC (attraverso il programma in esso implementato ed il segnale che gli giunge da A) identifica il momento d'inizio del movimento del nucleo mobile 6: tale identificazione viene effettuata mediante una analisi della derivata prima del segnale retroazionato. Come si rileva dalla figura 3 il momento d'inizio (punto ) del movimento è caratterizzato da una inversione di segno della derivata prima e di un conseguente minimo relativo. Identificato tale istante il microcontrollore μθ conteggia un dato ritardo ed applica al transistore 8, allo scadere di tale ritardo, un segnale di controllo di tipo ,ON (alimentazione della elettrovalvola) di durata prefissata determinando: una azione antagonista alla forza della 7, ad esempio frenante, agentesul nucleo mobile 6 in movimento e con ciò un urto sensibilmente meno violento dell’organo di tenuta 5 contro la sede di tenuta 4.

L'entità del ritardo e la durata d'impulso frenante (e quindi la quantità di energia destinata a contrastare l'energia cinetica del nucleo mobile in movimento) sono relativi ad un determinato tipo di valvola (sono infatti funzione della massa del nucleo mobile, della costante elastica della molla della particolare realizzazione meccanica e dei particolari attriti ad essa legati) e vengono rilevati, preferibilmente sperimentalmente su una elettrovalvola di campione con modalità note.

Nella figura 5 il diagramma 100 rilevato sperimentalmente sul circuito di figura 2 corrisponde a quello di figura 3 e quindi alla variazione della tensione in A in corrispondenza del passaggio da valvola aperta a valvola chiusa, mentre il diagramma 101 è il segnale letto da un accelerometro posto sul corpo 1 della valvola (l’accelerazione del corpo 1 è legata, per reazione, al movimento del nucleo mobile all'interno della stessa). Il diagramma 101 si riferisce anch'esso alla disposizione circuitale di figura 2.

Il diagramma 100A di figura 6 si riferisce all'andamento della tensione del punto A in funzione del tempo nelle disposizione circuitale di figura 4. Nel diagramma 101A la parte K si riferisce al segnale di frenatura. Il diagramma 101A si riferisce al segnale accelerometrico nella disposizione circuitale di figura 4.

Come si può rilevare dal confronto tra i diagrammi 100 e 100A 1'accelerazione del corpo 1 della valvola a seguito dell'urto del nucleo mobile (5,6) viene circa dimezzata dell'azione del segnale di frenatura (vedasi picchi Z dei due diagrammi).

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per prolungare la durata della vita utile di elettrovalvole, atte ad intercettare il moto di fluidi e comprendente una bobina (7A), un corpo munito (1) di una sede di tenuta (4), un nucleo mobile (6) caricato da una molla di ritorno (7) e presentante un organo di tenuta (5), costituito da un elastomero ed atto a cooperare con la sede di tenuta (4) di tale corpo (1), caratterizzato dal fatto che una forza antagonismo alla molla viene applicata al nucleo mobile (6) in movimento verso la sede di tenuta (4) per ridurre 1'energia d'urto tra 1'organo di tenuta (5) e la sede di tenuta (4).
2. Un metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la forza frenante è ottenuta eccitando la bobina (7A) nella corsa di chiusura del nucleo mobile (6).
3. Un metodo secondo le rivendicazioni precedenti, in cui l'eccitazione della bobina (7A) ai fini della frenatura del nucleo mobile (6) avviene con un ritardo dall'inizio del movimento del nucleo mobile ed ha una durata tale da non variare sostanzialmente la durata della corsa .di chiusura del nucleo mobile {6).
4. Un metodo secondo le rivendicazioni precedenti, in cui un segnale di retroazione contenente l'informazione dell'inizio del moto del nucleo mobile (6) viene usato nella gestione della forza frenante.
5. Un circuito per l'attuazione del metodo di cui alle rivendicazioni precedenti, in cui la bobina (7A) della elettrovalvola è in serie ad interruttore statico (8) e tra i due si collega (in A) una linea di retroazione di un segnale di tensione che porta ad un microcontrollore (pC ) a cui è demandato il controllo di stato e movimento della elettrovalvola.