ITMO20120277A1 - Valvola proporzionale a controllo elettromeccanico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“Valvola proporzionale a controllo elettromeccanico.”

La presente invenzione ha per oggetto una valvola proporzionale a controllo elettromeccanico; in particolare, ma non esclusivamente, queste valvole vengono prevalentemente utilizzate per l'azionamento della frizione in trasmissioni di macchine dotate di motori che erogano coppie di elevata intensità.

Le valvole di questo tipo sono normalmente realizzate in una cartuccia che è inseribile in un elemento di sostegno e collegabile allo stesso; queste valvole sono dotate di un otturatore mobile, disposto all'interno di un corpo cavo, che mette selettivamente in comunicazione delle aperture da cui proviene un fluido operatore in pressione con delle aperture di scarico o delle aperture di uscita predisposte per inviare un fluido in pressione ad un attuatore, tipicamente un cilindro oleodinamico; nell’utilizzo prevalente sopra indicato, l’attuatore è predisposto per chiudere la frizione della trasmissione della macchina che, in assenza di comandi, è mantenuta aperta mediante molle o altri mezzi. Lo spostamento di tale otturatore è controllato da un attuatore elettromeccanico, azionato da un comando esterno, e dalla pressione che sia ha nella apertura di uscita.

Le valvole di tipo noto necessitano, in particolare quando pressione e portata del fluido siano elevate, di attuatori elettromeccanici di grandi dimensioni; per evitare dimensioni eccessive e non tollerabili degli attuatori elettromeccanici tali valvole possono quindi convenientemente essere utilizzate per pressioni e portate di fluido limitate.

Nelle valvole di tipo noto inoltre la curva che mette in relazione la corrente fornita all'attuatore elettromeccanico con la pressione in uscita, la cui ripetibilità di funzionamento è importante per l'applicazione delle valvole, non sempre è ripetibile nelle valvole dello stesso tipo a causa di differenze nella precarica degli elementi elastici che contrastano l’azione dell’attuatore elettromeccanico; tali differenze sono determinate da inevitabili, seppure leggere, differenze delle caratteristiche costruttive e dimensionali delle parti componenti le valvole.

Un altro problema che si presenta nelle valvole note è quello di avere possibili segnali di disturbo (falsi segnali) nella camera di bilanciamento della valvola.

Scopo del presente trovato è quello di fornire una valvola proporzionale a controllo elettromeccanico che consenta di ovviare agli inconvenienti della tecnica nota.

Un vantaggio del presente trovato è che il bilanciamento della pressione in uscita è moderatamente dipendente dalla portata di attraversamento della valvola.

Un ulteriore vantaggio del presente trovato è quello di permettere una calibratura della curva corrente-pressione caratteristica della valvola ripetibile nelle valvole dello stesso tipo.

Questi scopi e vantaggi sono tutti raggiunti dalla valvola in oggetto, così come caratterizzata dalle rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato meglio appariranno dalla descrizione dettagliata che segue di una valvola proporzionale a controllo elettromeccanico in oggetto, illustrata a titolo esemplificativo ma non limitativo nelle allegate figure in cui:

• la figura 1 mostra una vista complessiva in sezione di una valvola secondo la presente invenzione;

• la figura 2 mostra una vista in esploso di alcuni componenti, illustrati in sezione, della valvola di figura 1 ;

· la figura 3 mostra una sezione eseguita secondo un piano di traccia lll-lll di figura 2, dell’otturatore della valvola;

• la figura 4 mostra, in sezione ed in scala ingrandita, un particolare della valvola con il disco limite mostrato in una posizione iniziale e, tratteggiata, in una possibile posizione finale che assume dopo la taratura.

Si precisa innanzitutto che le posizioni “inferiore e superiore” usate nella descrizione sono relative alla valvola posizionata come in figura 1.

La valvola in oggetto comprende un corpo cavo 2, di forma cilindrica avente un asse longitudinale x, che è aperto sulle due estremità ed è delimitato da una superficie laterale 2a; all’interno del corpo cavo 2 è disposto scorrevole un otturatore 11 del quale meglio si dirà in seguito. La superficie laterale 2a definisce nel corpo cavo una cavità interna 3 di forma cilindrica; il corpo cavo è dotato radialmente, sulla superficie laterale 2a, di una pluralità di aperture di ingresso 4, una pluralità di aperture di uscita 5 ed una pluralità di aperture di scarico 6; tutte queste aperture sono atte al passaggio di un fluido operatore.

Le aperture di ingresso 4 sono predisposte per il collegamento della cavità interna 3 con una sorgente di fluido operatore in pressione, ad esempio una pompa volumetrica. Le aperture di uscita 5 sono predisposte per il collegamento della cavità interna 3 con una attuatore, ad esempio un martinetto predisposto per effettuare la chiusura della frizione di una vettura. Le aperture di scarico 6 sono predisposte per il collegamento della cavità interna 3 con un serbatoio di scarico dal quale il fluido operatore viene prelevato per mezzo di una pompa volumetrica per essere re immesso in circolo. Le aperture di ingresso 4 sono preferibilmente protette da una superficie filtrante 25 avvolta attorno al corpo cavo 2.

La valvola di oggetto comprende altresì un contenitore 50, preferibilmente di forma cilindrica, all'interno del quale sono disposti un attuatore elettromeccanico 9, un elemento cilindrico mobile 18 coassiale all'asse longitudinale x ed un elemento cilindrico fisso 28 anch'esso coassiale all'asse longitudinale x. L'elemento cilindrico mobile 18 presenta ad una sua estremità una sede cilindrica 19, coassiale all'asse longitudinale x, all'interno della quale è presente un mezzo elastico 23, ad esempio una molla elicoidale. L'elemento cilindrico mobile 18 viene limitato superiormente nella corsa dall'attuatore elettromeccanico 9. L'elemento cilindrico fisso 28 presenta un foro passante 28a, coassiale all'asse longitudinale x, lungo il quale è scorrevole uno stelo 10. L'attuatore elettromeccanico 9 è predisposto per esercitare sullo stelo 10, dietro comando, una forza diretta lungo l'asse longitudinale x. A seguito di tale forza, lo stelo 10 spinge direttamente l'otturatore 11. Un foro di comunicazione 19a, disposto nell'elemento cilindrico mobile 18, mette in comunicazione la sede cilindrica 19 con la l'estremità 2c, attraverso il foro passante 28a dell'elemento cilindrico fisso 28. Questo attuatore elettromeccanico è comunque di tipo noto e normalmente utilizzato per valvole di questo tipo.

Come detto in precedenza, all’interno del corpo cavo 2 della valvola è presente un otturatore 11 , di forma cilindrica, che è scorrevole all'interno della cavità interna 3 lungo l'asse longitudinale x. L'otturatore 11 è dotato di superfici di tenuta 12, disposte a contatto della superficie della cavità interna 3; in corrispondenza di tali superfici di tenuta il diametro esterno dell'otturatore 11 è prossimo al diametro della cavità interna 3 in modo da impedire trafilamenti di olio lungo le pareti della cavità interna. Le superfici di tenuta 12 impediscono il collegamento diretto, attraverso la cavità interna 3, fra i fori 4, 5 e 6.

L’otturatore 11 presenta due scanalature anulari che definiscono, con la superficie della cavità interna 3, una prima camera di comunicazione 30 ed una seconda camera di comunicazione 31. Inoltre l'otturatore definisce alle sue estremità due camere di bilanciamento 40 e 41. L'otturatore 11 è mobile tra: una prima posizione, illustrata in figura 1, in cui mette in collegamento, per mezzo della camera di comunicazione 30, le aperture di uscita 5 con le aperture di scarico 6 ed impedisce il collegamento diretto fra le aperture 4 e 5; una seconda posizione, non illustrata, che per mezzo della camera di comunicazione 31 mette in collegamento le aperture di uscita 5 con le aperture di ingresso 4 ed impedisce il collegamento diretto fra le aperture 5 e 6. Quanto descritto fino ad ora è tecnica nota normalmente utilizzata per questo tipo di valvole.

L'otturatore 11 è dotato di un canale interno 7, con asse lungo all'asse longitudinale x, e di uno o più canali obliqui 8; nell’esempio illustrato l’otturatore presenta due canali obliqui 8. Tali canali sono predisposti per mettere in comunicazione la camera di comunicazione 30 con la camera di bilanciamento 40 attraverso un foro 20 previsto all’estremità superiore del canale interno 7. Per ragioni che meglio verranno chiarite in seguito, il tratto terminale dei canali obliqui 8 sfocia in una sede anulare 8a, che è ricavata con uno scasso assiale nella scanalatura che definisce la camera 30 ed è predisposta in modo che i canali 8 non sfocino direttamente nella camera di comunicazione 30 ma vi siano collegati attraverso la sede 8a; i canali 8 non prelevano quindi direttamente il segnale di pressione dalla camera di collegamento 30 ma lo prelevano dalla sede anulare 8a. Lo scasso che definisce la sede anulare 8a è concentrico alla camera 30, è ricavato nella zona della camera 30 prossima alle aperture 5, e presenta un diametro inferiore a quello della camera 30 stessa; in tal modo, sul perimetro esterno della sede 8a viene definita una corona 8b dietro la quale sfociano le estremità dei canali 8.

Attraverso i canali descritti e la camera di comunicazione 30, la camera di bilanciamento 40 è sempre collegata alle aperture di scarico 6 in tutte le posizioni dell’otturatore.

L'otturatore 11 comprende inoltre un secondo canale interno 15, avente diametro inferiore al diametro della camera di bilanciamento 41, che è coassiale all'asse longitudinale x ed opposto al canale interno 7; il canale interno 15 ospita un pistone 16 che definisce, nella parte superiore del canale interno 15, una camera di controllo 42.

Nella parte superiore chiusa del canale interno 15 è previsto un canale di collegamento 21 , ricavato con asse x' perpendicolare all'asse longitudinale x, che mette in collegamento, per mezzo di una camera anulare 14 aperta sulla superficie di tenuta centrale 12 dell'otturatore 11 , le apertura di uscita 5 con la camera di controllo 42. Il pistone 16 è dotato di superfici di tenuta che separano la camera di bilanciamento inferiore 41 dalla camera di controllo 42.

L'otturatore 11 è altresì dotato di una sede cilindrica 15a, che è in collegamento diretto con la camera di bilanciamento 41 , in cui è disposto un mezzo elastico 26, ad esempio una molla elicoidale.

L'otturatore 11 è inoltre dotato di un canale obliquo 13 predisposto per mettere in comunicazione le aperture di scarico 6 con la camera di bilanciamento 41 , attraverso la camera di comunicazione 30.

La camera di bilanciamento 41 , che è ricavata all’estremità inferiore del corpo cavo 2, presenta, sull'estremità rivolta verso l’esterno, un disco limite 17, inserito saldamente in uno scasso previsto sul corpo cavo 2, che mantiene compressa la molla elastica 26 all’interno della sede cilindrica 15a. Tale disco limite 17 è dotato di un condotto di piccolo diametro 22, che mette in comunicazione la camera di bilanciamento 41 con le apertura di scarico 6, stante il fatto che l’estremità inferiore rivolta verso l’esterno del corpo cavo 2 è sempre collegata con lo scarico, quindi con le aperture 6.

Il disco limite 17 è realizzato con un materiale, normalmente metallico, atto ad essere deformato in modo permanente; per le ragioni che verranno meglio specificate in seguito, il disco 17 può essere deformato in modo permanente ed assumere, ad esempio, un tipo di configurazione illustrata tratteggiata nella figura 4.

Il funzionamento della valvola avviene nel modo seguente.

In assenza di comandi sull'attuatore elettromeccanico 9, lo stelo 10 non esercita nessuna forza sull'otturatore 11 ; anche le due camere di bilanciamento 40 e 41 e la camera di controllo 42, essendo assoggettate alla medesima pressione di scarico, non generano alcuna forza significativa sull'otturatore 11. L’otturatore 11 è quindi mantenuto nella prima posizione dell'azione dei mezzi elastici 23 e 26 che sono precaricati in modo da definire tale prima posizione dell’otturatore. In tali condizioni il fluido, proveniente dalla pompa volumetrica, rimane all'interno della camera di comunicazione 31 senza avere la possibilità di passare nelle altre aperture della valvola.

Con riferimento alla precarica dei mezzi elastici si deve notare che, a causa delle inevitabili piccole tolleranze dimensionali nella lavorazione delle varie parti meccaniche che compongono la valvola, non sempre la precarica dei mezzi elastici 23 e 26 è quella di progetto in quanto le dimensioni assiali delle sedi che contengono i mezzi elastici (in particolare della sede che contiene i mezzi elastici 26) non sempre sono tali da ottenere la precarica desiderata; ciò comporta inevitabilmente la difficoltà di ottenere una ripetitività delle esatte caratteristiche nelle valvole dello stesso tipo.

Nelle valvole in oggetto questo inconveniente viene risolto effettuando, in fase di taratura della valvola montata, una deformazione permanente del disco 17 in modo da modificare la lunghezza assiale della sede 15a; con la deformazione del disco 17 si effettua quindi una sorta di “ripresa dei giochi” che consente di riportare le dimensioni della sede dei mezzi elastici 26 alle dimensioni di progetto, quindi al valore di progetto, uguale per tutte le valvole dello stesso tipo, della precarica della molla e delle esatte posizioni dell’otturatore 11.

In presenza di un comando di eccitazione dell'attuatore elettromeccanico 9, l’elemento cilindrico 18 viene attirato verso il basso e spinge lo stelo 10 che esercita una forza sull'otturatore 11 ; a seguito di ciò l’otturatore 11 viene spinto verso la seconda posizione.

A seguito dello scorrimento dell'otturatore 11 , si interrompe il collegamento tra le aperture di uscita 5 e le aperture di scarico 6 mentre si apre il collegamento tra le apertura di ingresso 4 e le apertura di uscita 5.

Appena il collegamento tra le apertura di ingresso 4 e le apertura di uscita 5 viene aperto, il fluido generato dalla sorgente finisce verso le aperture di uscita 5. La pressione nella camera di controllo 42, che grazie ai collegamenti descritti è identica a quella presente nelle aperture di uscita 5, contrasta la forza che l'attuatore elettromeccanico 9 esercita sull'otturatore 11.

La forza che agisce sull'otturare 11 è funzione della forza esercitata dall'attuatore elettromeccanico 9 e della forza generata nella camera 42 dalla pressione nelle aperture di uscita 5; si viene quindi a creare un bilanciamento tra queste due forze. La pressione nelle camere 5 di uscita è quindi correlata alla forza dell'attuatore elettromeccanico 9.

Nella valvola in oggetto la superficie attiva della camera 42 assoggettata alla pressione esistente nelle aperture di uscita è limitata rispetto a quella che si avrebbe con una camera di controllo avente il diametro pari a quello del corpo cavo 2; in questo modo la forza generata nella camera di controllo 42 può essere equilibrata con una forza generata dall’attuatore meccanico 9 relativamente modesta, quindi con un attuatore meccanico di dimensioni limitate, anche per portate e pressioni di uscita elevate.

Si nota infine che, a seguito dello scorrimento dell’otturatore 11 si potrebbero creare, nella zona fra le aperture di uscita 5 e la superficie di tenuta 12 ad esse vicina, delle turbolenze, quindi dei valori anomali di pressione che si trasmetterebbero alla camere di bilanciamento 40 e 41 attraverso i canali 8, 7 e 13 ed il foro 20; ciò comporterebbe un anomalo funzionamento della valvola. Nella valvola in oggetto questo problema è risolto grazie al fatto che il tratto terminale dei canali obliqui 8 sfocia nella sede anulare 8a, ed in particolare dietro la corona 8b definita sul perimetro esterno della sede 8a che, come detto, è ricavata con uno scasso assiale nella scanalatura che definisce la camera 30. Con una tale conformazione eventuali turbolenze che venissero a crearsi nella zona fra le aperture di uscita 5 e la superficie di tenuta 12 ad esse vicina non raggiungono (o raggiungono in minima parte) i canali 8 e non generano quindi disturbi nella camera di bilanciamento 40.

Un ulteriore vantaggio è rappresentato dal fatto che la camera di bilanciamento 41 prende il segnale dello scarico 6 all'interno della camera di comunicazione 30 dove viene preso anche il segnale della camera di bilanciamento 40; questa conformazione rende la valvola più stabile e precisa.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola proporzionale a controllo elettromeccanico, del tipo a cartuccia e comprendente: un corpo cavo (2) dotato di una cavità interna (3), sulla cui superficie laterale (2a) sono previste una pluralità di aperture di ingresso (4) collegate con una sorgente di fluido in pressione, una pluralità di aperture di uscita (5) collegate con un utilizzatore, ed una pluralità di aperture di scarico (6) collegate con uno scarico; un otturatore (11), scorrevole a tenuta nella cavità interna (3), all’interno del quale sono definite, da scanalature anulari presenti sull’otturatore, una prima camera di comunicazione (30) e una seconda camera di comunicazione (31), e alle estremità del quale sono definite una camera di bilanciamento superiore (40) e una camera di bilanciamento inferiore (41); detto otturatore (11) è mobile tra una prima posizione, in cui mette in comunicazione per mezzo della camera di comunicazione (30), le aperture di uscita (5) con le aperture di scarico (6), ed una seconda posizione, in cui mette in comunicazione, per mezzo della camera di comunicazione (31), le aperture di uscita (5) con le aperture di ingresso (4); un canale interno (7) ed almeno un canale obliquo (8), ricavati nell’otturatore (11) e predisposti per mettere in comunicazione la camera di comunicazione (30) con la camera di bilanciamento superiore (40); un attuatore elettromeccanico (9), di tipo noto, saldamente collegato al corpo cavo (2) e predisposto per esercitare a comando una forza che spinge l'otturatore (11) verso la seconda posizione; caratterizzata dal fatto che: l’otturatore (11) comprende un secondo canale interno (15), avente diametro inferiore al diametro della camera di bilanciamento (41) ed è coassiale aN'asse longitudinale x, al cui interno è previsto un pistone (16) che definisce, nella parte superiore del canale interno (15), una camera di controllo (42) e che è dotato di superfici di tenuta che separano la camera di bilanciamento inferiore (41) dalla camera di controllo (42); nella parte superiore del canale interno (15) è previsto un canale di collegamento (21) che mette in collegamento, per mezzo di una camera anulare (14), le apertura di uscita (5) con la camera di controllo (42).
2. 2. Valvola secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che il tratto terminale inferiore del canale obliquo (8) sfocia in una sede anulare (8a) che è ricavata con uno scasso assiale nella scanalatura anulare che definisce la camera (30) e che è predisposta in modo che il canale obliquo (8) non sfoci direttamente nella camera di comunicazione (30).
3. 3. Valvola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che lo scasso che definisce la sede anulare (8a) è concentrico alla camera (30), è ricavato nella zona della camera (30) prossima alle aperture (5), e presenta un diametro inferiore a quello della camera (30) stessa; sul perimetro esterno della sede (8a) viene definita una corona (8b) dietro la quale sfocia l’estremità del canale (8).
4. 4. Valvola secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che la camera di bilanciamento 41 è collegata allo scarico 6 attraverso la camera di comunicazione 30 e uno o più canali di collegamento 13 previsti sull'otturatore 11.
5. 5. Valvola secondo la rivendicazione 1 , del tipo dotato di una sede (15a), ricavata nella camera di bilanciamento (41), in cui è disposto un mezzo elastico 26 che agisce sull’otturatore 11 , caratterizzata dal fatto che comprende un disco limite (17), realizzato con un materiale atto ad essere deformato in modo permanente, che mantiene compressa la molla elastica (26) all’interno della sede cilindrica (15a).
6. 6. Valvola secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che il disco limite (17) è dotato di un condotto (22), che mette in comunicazione la camera (41) con le apertura di scarico (6).
7. 7. Metodo di taratura da applicarsi a valvole di cui alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che comprende una fase di deformazione, effettuata in fase di taratura della valvola montata, che provoca una deformazione permanente del disco (17) in modo da modificare la lunghezza assiale della sede (15a).