ITPR20130052A1 - Valvola regolatrice di pressione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

TITOLO: VALVOLA REGOLATRICE DI PRESSIONE

CAMPO DI APPLICAZIONE DELL’INVENZIONE

Il presente trattato si riferisce al campo delle valvole regolatrici di pressione del tipo a cartuccia, in particolare alle valvole regolatrici di pressione proporzionali ad azionamento diretto e con otturatore a cono, in cui si ha una regolazione della pressione sulla porta della valvola direttamente proporzionale alla corrente di controllo dell’azionamento elettromagnetico.

La valvola regolatrice crea una pressione a monte dello spigolo di tenuta, proporzionale alla corrente con cui viene alimentata il solenoide che genera la forza elettromagnetica che viene trasmessa sull’otturatore tramite la spinta del nucleo mobile presente all’interno dell’attuatore elettromagnetico.

STATO DELL’ARTE

Sono ampiamente presenti nella tecnica nota valvole costituite da un azionamento elettromagnetico controllato con un segnale di corrente, generante una forza elettromagnetica direttamente proporzionale alla corrente di controllo. Detta forza elettromagnetica viene trasmessa direttamente tramite uno spintore rigido o in alternativa tramite un elemento elastico intermedio come può essere una molla, su di un otturatore mobile a cono che va in tenuta su una sede di tenuta.

Questo otturatore impedisce il passaggio del fluido fino a quando la pressione che si genera non à ̈ sufficiente ad alzare l’otturatore per fare passare l’olio; la pressione di apertura dipende dalla forza agente sull’otturatore e dall’area di tenuta della sede in base a questa legge:

p= F/A

Come noto in corrispondenza di una sezione attraversata da un fluido, come può essere l’area di efflusso tra cono e sede di tenuta nella valvola regolatrice di pressione diretta, si genera un salto di pressione e in particolare localmente in corrispondenza della strizione si ha un importante decremento della pressione dovuta all’accelerazione subita dal fluido, tale fenomeno può generare quindi cavitazione in corrispondenza dell’area di efflusso che può provocare instabilità sull’otturatore e di conseguenza sulla valvola specialmente se la pendenza della curva Q/Dp à ̈ limitata.

Per ovviare questo fenomeno si cerca in genere di creare un minimo di contropressione in corrispondenza della porta di uscita della valvola con:

• uno strozzatore fisso, quale ad esempio un orifizio calibrato

• una valvola di ritegno/contropressione inserita nel sistema in serie alla valvola regolatrice di pressione. La contropressione generata con queste due soluzioni si somma sempre alla pressione generata sulla porta in ingresso.

Inconvenienti dello strozzatore fisso à ̈ che la contropressione generata aumenta repentinamente con legge quadratica in funzione dalla portata di attraversamento penalizzando di conseguenza la curva caratteristica Q-Dp della valvola, inoltre questo componente risente maggiormente dell’influenza della viscosità del fluido e introduce una maggiore variabilità della pressione regolata sulla porta 1.

La soluzione con valvola di ritegno (Check valve) ha invece un incremento lineare che dipende dalla molla utilizzata per generare la forza che preme sull’otturatore e rispetto allo stozzatore fisso ha una migliore caratteristica Q-Dp e una migliore ripetibilità, ma di contro ha ingombri maggiori e di fatto à ̈ un ulteriore componente che deve essere istallata all’interno del sistema/circuito.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i sopra lamentati inconvenienti con una valvola regolatrice di pressione proporzionale del tipo a cartuccia, con tenute a cono, che integra una valvola di ritegno per ottimizzare la stabilità della valvola mantenendo una curva caratteristica Q-Dp accettabile in modo da avere una portata di lavoro maggiore rispetto a quella generalmente dichiarata per questa tipologia di valvola, , e contemporaneamente trafilamenti limitati in quanto à ̈ comunque presente la tenuta a cono.

Specificamente, la valvola regolatrice di pressione ha integrata una valvola di ritegno costituita da un otturatore mobile ad anello e una molla di spinta guidata internamente sulla cartuccia, atta a generare una forza di spinta sull’otturatore mobile ad anello portandolo in tenuta contro la sede fissa in modo da creare una contropressione a valle dell’otturatore a cono all’interno della camera presente all’interno della valvola.

Questa valvola di ritegno integrata ha anche la funzione di evitare che l’olio presente all’interno della valvola fuoriesca dalla camera in comunicazione con la relativa porta e che entri così aria in grado di compromettere la stabilità della valvola.

Detti scopi e vantaggi sono tutti raggiunti dalla valvola regolatrice di pressione, oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto previsto nelle sotto riportate rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di alcune forme di realizzazione illustrate, a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno.

- Figura 1: Illustra la sezione di una forma realizzativa della valvola regolatrice proporzionale diretta con tenuta a cono con valvola di ritegno in serie caratteristica della tecnica nota.

- Figura 2: Illustra la sezione della forma realizzativa della valvola regolatrice di pressione proporzionale oggetto del trovato.

- Figura 3: Illustra la sezione di dettaglio in cui à ̈ rappresentata la valvola di ritegno oggetto dell’invenzione integrata nella valvola regolatrice di pressione proporzionale della figura 2.

DESCRIZIONE DEL TROVATO

Con riferimento alla figura 1 vengono ora esposte le caratteristiche e le modalità di funzionamento della forma realizzativa della valvola regolatrice di pressione proporzionale già conosciuta nella tecnica nota.

La valvola 20 dell’arte nota à ̈ provvista di una attuatore elettromagnetico definito dal cannotto 40. Quando la bobina 3 viene alimentata con una determinata e controllata corrente di controllo viene generata la forza di attrazione del nucleo mobile 4 verso il nucleo fisso 15. Il nucleo mobile 4 à ̈ libero di scorrere assialmente all’interno del cannotto 40 e trasmette quindi una forza sull’otturatore 14.

Detta forza può essere trasmessa all’otturatore 14 tramite contatto diretto con il nucleo mobile 4 come rappresentato nella figura 1, o attraverso un elemento elastico interposto come può essere possibilmente una molla; questo elemento elastico trasmette all’otturatore 14 la forza generata dall’azionamento elettromagnetico e oltre a trasmettere la forza elettromagnetica ha il compito di smorzare le vibrazioni indotte dall’oscillazione di corrente detta dithering generalmente presente sulla corrente di controllo degli attuatori elettromagnetici proporzionali. Il cannotto 40 à ̈ fissato tramite una filettatura alla boccola intermedia 7.

Detta boccola 7 intermedia à ̈ costituita superiormente dalla filettatura a cui viene fissato il cannotto 1 precedentemente descritto.

La boccola intermedia 7 à ̈ costituita nella parte inferiore da una filettatura esterna utilizzata per fissare la valvola 20 all’interno della cavità in cui andrà a lavorare, sempre nella parte inferiore ha inoltre una filettatura interna su cui viene avvitata e fissata la cartuccia 9; la cartuccia 9 à ̈ il componente sui cui à ̈ ricavata la sede di tenuta 9b in cui va in tenuta l’otturatore 14 e su cui sono ricavate le porte e i condotti di passaggio per il fluido.

Quando l’otturatore 14 à ̈ spinto dalla forza elettromagnetica contro la sede di tenuta 9b della cartuccia 9, il passaggio del fluido dalla porta 1 verso la porta 2 à ̈ bloccato fino a quando non si raggiunge una pressione atta a spostare l’otturatore 14; una volta che l’otturatore 14 si à ̈ alzato la porta 1 e la porta 2 sono messe in comunicazione attraverso le fresature o eventualmente attraverso i fori presenti in prossimità del filetto superiore della cartuccia 9.

La soluzione in figura à ̈ relativa a quella con valvola di ritegno, identificata con 50 in figura, disposta sulla porta 2 di uscita. La contropressione generata ha un incremento che dipende dalla molla 12 utilizzata per generare la forza che agisce sull’otturatore 13 ; come si vede tale soluzione ha ingombri maggiori e di fatto à ̈ un ulteriore componente che deve essere istallata all’interno del sistema/circuito.

Con riferimento alla figura 2 e 3 si illustra la valvola proporzionale regolatrice di pressione oggetto del presente trovato.

La valvola 30 oggetto del trovato comprende un attuatore elettromagnetico definito dal cannotto 40 . Con bobina 3 che se alimentata con una determinata e controllata corrente di controllo genera la forza di attrazione del nucleo mobile 4 verso il nucleo fisso 15.

Il nucleo mobile 4 à ̈ libero di scorrere assialmente all’interno del cannotto 40 e trasmette quindi una forza sull’otturatore 14.

Detta forza può essere trasmessa all’otturatore 14 tramite contatto diretto con il nucleo mobile 4 come rappresentato nella figura 2 , o attraverso un elemento elastico interposto come può essere possibilmente una molla; questo elemento elastico trasmette all’otturatore 14 la forza generata dall’azionamento elettromagnetico e oltre a trasmettere la forza elettromagnetica ha il compito di smorzare le vibrazioni indotte dall’oscillazione di corrente detta dithering generalmente presente sulla corrente di controllo degli attuatori elettromagnetici proporzionali.

Il cannotto 1 Ã ̈ fissato tramite una filettatura alla boccola intermedia 7.

Detta boccola 7 intermedia à ̈ costituita superiormente dalla filettatura a cui viene fissato il cannotto 40 precedentemente descritto.

La boccola intermedia 7 à ̈ costituita nella parte inferiore da una filettatura esterna utilizzata per fissare la valvola 30 all’interno della cavità in cui andrà a lavorare, sempre nella parte inferiore ha inoltre una filettatura interna su cui viene avvitata e fissata la cartuccia 9; la cartuccia 9 à ̈ il componente sui cui à ̈ ricavata la sede di tenuta 9b in cui va in tenuta l’otturatore 14 e su cui sono ricavate le porte e i condotti di passaggio per il fluido.

Rispetto alla valvola 20 della tecnica nota, ora la valvola 30 integra, così da fungere essa stessa, una valvola di ritegno per bloccare il passaggio del fluido verso la porta 2 fino a quando nella camera 40b non si genera un determinato valore di pressione che si somma alla pressione regolata dall’otturatore 14 sulla porta 1.

Allo scopo di creare la funzione di valvola di ritegno integrata, la valvola 30 comprende

- un otturatore 8 ad anello disposto in modo da fare tenuta sullo spigolo 7b della boccola intermedia 7 e

- una molla 10, inserita all’esterno e coassiale alla cartuccia 9; la molla 10 essendo opportunamente compressa per generare una determinata forza sull’otturatore 8 così da ottenere la contropressione necessaria a stabilizzare la valvola 30.

Ciò oltre a generare una contropressione a valle dello spigolo di tenuta della cartuccia 9, ovvero all’interno della camera 40b, ha altri vantaggi:

- evita che l’olio presente all’interno dell’attuatore elettromagnetico 1 fuoriesca permettendo all’aria di entrare per rimanere intrappolata all’interno della valvola pregiudicando il funzionamento e la stabilità della valvola regolatrice di pressione;

- la valvola regolatrice di pressione proporzionale e la valvola di ritegno sono di fatto un unico componente; per come realizzata la valvola 30 entra in una cavità standard, con riduzione degli ingombri e dei componenti. In altri termini la valvola 30 regolatrice ingloba ed attua sia la funzione di valvola regolatrice che di valvola di ritegno.

Detto otturatore 8 à ̈ di forma anulare ed à ̈ libero di scorrere sulla cartuccia 9 fino al raggiungimento di un finecorsa meccanico 9c realizzato sulla cartuccia 9 stessa.

Sul lato inferiore 8b di questo otturatore 8 agisce la molla 10 che à ̈ guidata internamente sulla cartuccia ed à ̈ appoggiata sulla superficie 9d piana di un riscontro ricavato sulla cartuccia 9 stessa.

Sulla cartuccia 9 à ̈ ricavata la sede per una guarnizione 18 che genera una tenuta tra la superficie interna dell’otturatore 8 e la cartuccia 9.

La forza generata della molla 10 sull’otturatore 8 definisce la contropressione che si istaura nella camera 40b dell’attuatore 40 e che si somma alla pressione regolata dall’otturatore 14 sulla sede di tenuta 9b della valvola.

L’otturatore 8, la molla 10 e la guarnizione 18, sono compresi nell’ingombro della cavità già utilizzate per le valvole analoghe presentate nella tecnica nota e il loro impiego non discrimina la necessità di adottare una cavità dedicata per la valvola in oggetto.

La guarnizione 18 può essere omessa nel caso il gioco di accoppiamento tra otturatore 8 e superfice di guida della cartuccia 9 sia tale da ammettere un trafilamento ridotto e comunque tale da permettere di ottenere la contropressione necessaria nella camera 40b.

In una forma realizzativa alternativa il precarico della molla 10 può essere regolato avvitando o svitando la cartuccia 9 sulla boccola 7 in modo da ottenere la pressione desiderata nella camera 40b.

La valvola 30 in oggetto può essere anche utilizzata come stadio pilota per una valvola regolatrice di pressione pilotata.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Una valvola (30) regolatrice di pressione, proporzionale, del tipo a cartuccia, ad azionamento diretto e con otturatore (14) a cono scorrevole assialmente e posizionabile con sua estremità inferiore conica su una sede di tenuta (9b) sulla cartuccia (9) in modo da controllare il passaggio del fluido tra la porta (1) e la porta (2) della valvola regolatrice; detta cartuccia (9) solidale a una boccola intermedia (7) sulla quale à ̈ fissato a sua volta un attuatore (40); la valvola (30) regolatrice caratterizzata dal fatto che attua sia la funzione di valvola regolatrice che di valvola di ritegno; detta funzione di valvola di ritegno à ̈ atta a impedire il passaggio del fluido verso la porta 2 fino a che non si genera un valore di pressione che si somma alla pressione regolata sulla porta 1 dall’otturatore 14 2. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la valvola di ritegno integrata comprende almeno: a. un otturatore 8 ad anello che va in tenuta su uno spigolo 7b di una boccola intermedia 7 e b. una molla 10 compressa per generare una determinata forza sull’otturatore 8 per ottenere la contropressione necessaria a stabilizzare la valvola. 3. Valvola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto otturatore 8 à ̈ di forma anulare ed à ̈ libero di scorrere sulla cartuccia 8 fino al raggiungimento di un finecorsa meccanico 9c realizzato sulla cartuccia 9 stessa; sul lato inferiore di questo otturatore 8 agisce la molla 10 guidata sulla cartuccia 9; la molla 10 essendo appoggiata su una superficie piana 9d ricavata sulla cartuccia 9 stessa. 4. Valvola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che sulla cartuccia 9 à ̈ ricavata la sede per una guarnizione 18 che genera una tenuta tra la superficie interna dell’otturatore 8 e la cartuccia 9. 5. Valvola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la forza generata della molla 10 sull’otturatore 8 definisce la contropressione che si istaura nella camera 40b dell’attuatore 40 e che si somma alla pressione regolata dall’otturatore 14 sulla sede 9b 6. Valvola regolatrice di pressione proporzionale come da rivendicazione 1 e 2 caratterizzata dal fatto che l†̃otturatore 8, la molla 10 e la guarnizione 18, sono compresi nell’ingombro della cavità già utilizzate per le valvole analoghe presentate nella tecnica nota e il loro impiego non discrimina la necessità di adottare una cavità dedicata per la valvola in oggetto. 7. Valvola regolatrice di pressione proporzionale come da rivendicazione 4 caratterizzata dal fatto che la guarnizione 18 può essere omessa nel caso il gioco di accoppiamento tra otturatore 8 e superfice di guida della cartuccia 9 sia tale da ammettere un trafilamento ridotto e comunque tale da permettere di ottenere la contropressione necessaria nella camera 40b. 8. Valvola regolatrice di pressione proporzionale come da rivendicazione 1 e 2 caratterizzata dal fatto che il precarico della molla 10 può essere regolato avvitando o svitando la cartuccia 9 sulla boccola 7 in modo da ottenere la pressione desiderata nella camera 40b. 9. Valvola regolatrice di pressione proporzionale come da rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detta valvola regolatrice di pressione proporzionale può essere anche utilizzata come stadio pilota per una valvola regolatrice di pressione pilotata proporzionale. 10. Valvola regolatrice di pressione proporzionale come da rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che l’attuatore 40 elettromagnetico in base alla corrente di controllo utilizzata per comandare la bobina 3 genera una forza che viene trasmessa attraverso il nucleo mobile 4 sull’otturatore 14 direttamente oppure attraverso un elemento elastico interposto e opportunamente guidato come può essere una molla. 11. Valvola regolatrice di pressione proporzionale come da rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che la forza trasmessa all’otturatore 14 per regolare le pressione sulla porta 1 può essere generata da una molla di compressione e che l’attuatore elettromagnetico in tiro in base alla corrente di controllo utilizzata per comandare la bobina 3 genera una forza sul nucleo mobile 4 che si oppone alla forza generata dalla detta molla riducendo di conseguenza la pressione regolata sulla porta 1.