ITUB20152677A1 - Rubinetto a flusso variabile - Google Patents

Description

RUBINETTO A FLUSSO VARIABILE

Descrizione

La presente invenzione si riferisce ad un rubinetto a flusso variabile , in particolare per il riempimento di un fluido schiumante . Il rubinetto dell' invenzione è utilizzabile preferibilmente, ma non esclusivamente , in macchine riempitrici a peso netto .

Il riempimento di contenitori con fluidi schiumogeni , cioè che tendono a formare spesse schiume quando sottoposti a turbolenza, richiede particolari accorgimenti . Esempi di tali fluidi si trovano sia tra le bevande , quale ad esempio i derivati del latte o succhi di frutta , che tra liquidi per uso domestico o industriale , quali i detersivi e i saponi.

Se si utilizza un rubinetto di riempimento convenzionale con questo tipo di fluidi si ottiene una repentina formazione di schiuma che tende immediatamente a debordare dal contenitore .

Sono stati così studiati rubinetti di riempimento a flusso erogato variabile: all'inizio ed alla fine del riempimento di un contenitore la luce di erogazione del rubinetto è minima, così che il flusso di fluido sia sufficientemente ridotto da non provocare o almeno da minimizzare la formazione di schiuma, quindi nella fase centrale del riempimento il flusso viene aumentato in modo da assicurare tempi di riempimento industrialmente accettabili. E' stato visto infatti che sono proprio le variazioni repentine di portata del fluido di riempimento a favorire la formazione di schiuma.

Un rubinetto di riempimento di questo tipo è mostrato in fiqura 5 e comprende un otturatore A avente uno stelo B che scorre in corrispondenza di un restringimento C della cavità in cui scorre il fluido e che presenta subito al di sotto di tale restringimento una sezione D a minor diametro. In corrispondenza del restringimento C esiste uno spaziamento tra parete della cavità e superficie dello stelo B, in modo da creare un canale toroidale sufficiente al passaggio di un flusso di liquido a bassa portata quando 1'otturatore A viene sollevato. Quando però il sollevamento dell'otturatore A continua, cioè nella fase centrale del riempimento, la sezione a minor diametro D dello stelo B viene a trovarsi all'altezza del restringimento C, per cui il canale toroidale aumenta di sezione ed il flusso di liquido raggiunge la portata ottimale per un riempimento rapido. In fase di chiusura invece lo stelo B con diametro maggiore va ad impegnarsi nuovamente con il restringimento C della cavità di erogazione, causando una diminuzione di sezione del canale toroidale ed una conseguente riduzione della portata di fluido.

Questo meccanismo assicura un riempimento con una minima formazione di schiuma anche con i liguidi più schiumogeni. Nonostante il fatto che il dispositivo descritto sia sostanzialmente adeguato alla funzione che deve svolgere, esso può andare incontro ad un inconveniente che ne limita 1'efficienza e la versatilità di utilizzo. Infatti certi fluidi, come ad esempio i succhi di frutta, possono avere in sospensione piccole particelle, filamenti o grumi . Tali sospensioni possono incastrarsi nel sottile canale toroidale tra restringimento C e stelo B guando guest'ultimo viene abbassato nella fase finale dell'erogazione, provocando il grippaggio dell'otturatore.

Il problema indirizzato dalla presente invenzione è guindi guello di mettere a disposizione un rubinetto di riempimento a flusso erogato variabile che risolva i problemi insiti nei dispositivi dello stato dell'arte e che permetta il riempimento di contenitori con fluidi schiumogeni in tempi ridotti ed in modo efficiente.

Tale problema è risolto da un rubinetto di riempimento a fluido erogato variabile come delineato nelle annesse rivendicazioni, le cui definizioni formano parte integrante della presente descrizione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcuni esempi di realizzazione, fatta qui di seguito a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle seguenti figure:

Figura 1 mostra una vista in sezione longitudinale del rubinetto dell'invenzione in condizione non operativa (rubinetto vuoto);

Figura 2 mostra una vista in sezione longitudinale del rubinetto di figura 1 in condizione operativa (rubinetto riempito di fluido) di chiusura;

Figura 3A mostra una vista in sezione longitudinale del rubinetto di figura 1 in una prima condizione operativa di rubinetto aperto;

Figura 3B mostra una vista in sezione longitudinale del particolare di figura 3A;

Figura 4A mostra una vista in sezione longitudinale del rubinetto di figura 1 in una seconda condizione operativa di rubinetto aperto; Figura 4B mostra una vista in sezione longitudinale del particolare di figura 4A;

Figura 5 mostra una vista in sezione longitudinale di un rubinetto di riempimento dello stato dell'arte.

Con riferimento alle figure da 1 a 4B, con il numero 1 è indicato un rubinetto di riempimento secondo 1'invenzione. Il rubinetto 1 comprende un corpo 2 cavo che racchiude una cavità 4 in cui viene immesso un fluido di riempimento e che sfocia in basso in un'apertura di erogazione 5 del fluido (meglio visibile nelle figure 3A-4B). Nella cavità 4 è assialmente scorrevole un otturatore 3.

L'otturatore 3 comprende un puntale 6 di forma sostanzialmente ogivale, destinato ad otturare 1'apertura di erogazione 5 (come visibile nelle figure 1 e 2), ed uno stelo 7.

Lo stelo 7 presenta una porzione superiore 8 operativamente collegata con mezzi di attuazione 9 dell'otturatore 3. I mezzi di attuazione 9 possono essere ad esempio un attuatore pneumatico oppure un motore lineare "direct drive" quale un motore brushless lineare.

La porzione superiore 8 dello stelo 7 insiste su mezzi elastici 10, tipicamente una molla a spirale, precaricati in modo da mantenere 1'otturatore 3 in posizione di chiusura (figure 1 e 2).

La porzione superiore 8 dello stelo 7 è separata dalla cavità 4 del corpo 2 tramite una membrana di tenuta 11 di forma anulare, il cui perimetro esterno è fissato alla parete interna del corpo 2, mentre il perimetro interno è fissato allo stelo 7. La membrana di tenuta 11 ha proprietà elastiche ed una forma tale da potersi deformare quando 1'otturatore 3 si muove verso 1'alto o verso il basso nelle varie condizioni operative del rubinetto 1.

La cavità 4 comprende, al di sotto della membrana di tenuta 11, una prima porzione 4a di immissione del fluido di riempimento, una seconda porzione 4b ad imbuto ed una terza porzione 4c di erogazione, che termina inferiormente nell'apertura di erogazione 5.

La prima porzione 4a della cavità 4 presenta un'apertura (non visibile nelle figure) collegabile ad una tubatura di immissione del fluido di riempimento proveniente da un apposito serbatoio.

Tra la prima 4a e la seconda porzione 4b della cavità 4 la superficie interna del corpo 2 forma uno spallamento 26 rivolto verso il basso.

Tra la seconda porzione 4b ad imbuto e la terza porzione 4c di erogazione, la cavità 4 presenta un restringimento 13 della sezione trasversale.

Lo stelo 7 secondo 1'invenzione presenta una porzione 12 a sezione ridotta, posta in corrispondenza del restringimento 13 della cavità 4. Al di sopra della porzione 12 a sezione ridotta, lo stelo 7 presenta una porzione conica 14 che termina superiormente con uno spallamento 15.

L<f>otturatore 3 comprende un organo di regolazione 16 della portata del fluido di riempimento.

L'organo di regolazione 16 comprende un corpo toroidale 17 posto coassialmente rispetto alla porzione 12 a sezione ridotta e flottante rispetto ad essa.

Con riferimento alle figure 3B e 4B, il corpo toroidale 17 comprende una superficie esterna 18a ed una superficie interna 18b.

La superficie esterna 18a presenta una prima porzione cilindrica 19 a maggiore diametro ed una seconda porzione leggermente conica 20 a minore diametro di base, raccordate da una porzione conica 21.

Il diametro minimo della seconda porzione leggermente conica 20 è di poco inferiore alla sezione del restringimento 13 della cavità 4, in modo da creare un primo canale toroidale 22 a sezione ristretta, e variabile a seconda della posizione che assume lo stelo 7 durante le varie operative, per il passaggio del fluido di riempimento all'esterno dell'organo di regolazione 16, dalla porzione 4b ad imbuto alla porzione 4c di erogazione della cavità 4. Inoltre, 1'estensione assiale della seconda porzione leggermente conica 20 è tale da fare in modo che essa risulti sempre impegnata nel primo canale toroidale 22, in tutte le condizioni operative del rubinetto 1.

La superficie interna 18b dell'organo di regolazione 16 presenta una porzione cilindrica 23, che si estende in corrispondenza della porzione leggermente conica 20 e della porzione conica 21 della superficie esterna 18a, ed una porzione di accoppiamento 24 con lo stelo 7.

Il diametro interno della porzione cilindrica 23 dell'organo di regolazione 16 è superiore al diametro esterno della porzione 12 a sezione ridotta dello stelo 7, in modo da creare un secondo canale toroidale 25 per il passaggio del fluido di riempimento all'interno dell'organo di regolazione 16.

La porzione di accoppiamento 24 ha un profilo conico con una conicità combaciante con la porzione conica 14 dello stelo 7.

La figura 1 mostra il rubinetto 1 in fase non operativa. La cavità 4 è vuota e 1'organo di regolazione 16 è appoggiato inferiormente al bordo del restringimento 13 della cavità 4.

La figura 2 mostra il rubinetto 1 in fase operativa, ma in condizione di chiusura. Il puntale 6 dell'otturatore 3 ostruisce 1'apertura di erogazione 5 del corpo 2. La cavità 4 è piena di liquido di riempimento e 1'organo di regolazione 16, sotto la spinta di Archimede, flotta nel liquido e va in battuta contro la porzione conica 14 e lo spailamento 15 dello stelo 7 tramite la porzione di accoppiamento 24.

Le figure 3A e 3B mostrano il rubinetto in fase operativa, in una prima condizione di apertura. I mezzi di attuazione 9 provvedono a sollevare 1'otturatore 3, disimpegnando il puntale 6 dall'apertura di erogazione 5, permettendo quindi al fluido di riempimento di fuoriuscire dal rubinetto 1, passando, rispettivamente, attraverso la prima porzione 4a di immissione, la seconda porzione 4b ad imbuto, il primo canale toroidale 22 esterno all'organo di regolazione 16 e la terza porzione 4c di erogazione. In guesta condizione operativa, 1'organo di regolazione 16 rimane in battuta contro lo spailamento 15 dello stelo 7, per cui il secondo canale toroidale 25 interno all'organo di regolazione 16 rimane ostruito. Questa condizione operativa risulta in una portata ridotta di fluido di riempimento e si verifica nelle fasi finali e conclusive del riempimento di un contenitore, permettendo guindi di minimizzare o eliminare la formazione di schiuma.

Le figure 4A e 4B mostrano invece il rubinetto 1 sempre in fase operativa, ma in una seconda condizione di apertura. I mezzi di attuazione 9 continuano il sollevamento dell' otturatore 3, ma 1'organo di regolazione 16 va in battuta contro lo spailamento 26 della superficie interna del corpo 2 e guindi arresta il suo sollevamento, disimpegnandosi dal gradino 15 e dalla porzione conica 14 dello stelo 7. La porzione leggermente conica 20 dell'organo di regolazione 16 tuttavia non si disimpegna dal primo canale toroidale 22 esterno all'organo di regolazione 16. In guesto modo il secondo canale toroidale 22 interno all'organo di regolazione 16 risulta pervio ed il fluido di riempimento può passare anche attraverso di esso, aumentando la portata complessiva del fluido che viene erogato dal rubinetto 1. Questa condizione operativa corrisponde alla fase centrale del riempimento, che avviene guindi ad una velocità elevata.

Approssimandosi la fine del riempimento, i mezzi di attuazione 9 riportano 1'otturatore 3 verso il basso. Quando lo spailamento 15 dello stelo 7 va in battuta contro la porzione di accoppiamento 24 dell'organo di regolazione 16, guest'ultimo, sempre sotto 1'effetto della spinta di Archimede, viene spinto verso il basso solidalmente allo stelo 7 e, nello stesso momento, si chiude il secondo canale toroidale 22. Questo provoca una diminuzione della portata del fluido, in modo tale che nella fase immediatamente precedente la chiusura del rubinetto 1 non si abbia formazione di schiuma.

Il rubinetto di riempimento 1 secondo 1'invenzione può essere montato su una gualsiasi macchina di riempimento. Un esempio preferito di macchina di riempimento è una macchina di riempimento a peso netto. In tali macchine, il contenitore è associato ad un dispositivo di pesatura in cui è stato impostato il peso del fluido da erogare per il riempimento del contenitore . Le fasi iniziale e finale dell'erogazione, cioè guelle che richiedono un flusso ridotto di fluido per evitare la formazione di schiuma, possono guindi essere regolate a priori impostando un primo ed un secondo peso parziale di fluido che indichi 1'inizio e la fine della fase di riempimento veloce.

Il rubinetto di riempimento 1 secondo 1'invenzione permette di ottenere un riempimento a velocità elevata, sostanzialmente maggiore rispetto ai dispositivi dell'arte nota, evitando nel contempo 1'occlusione del primo canale toroidale 22 ad opera di residui solidi. Infatti, la porzione leggermente conica 20 dell'organo di regolazione 16 non si disimpegna mai dal canale toroidale 22, evitando che gli eventuali residui solidi si inseriscano tra le due pareti.

E' evidente che sono state descritte solo alcune forme particolari di realizzazione della presente invenzione, cui 1'esperto dell'arte sarà in grado di apportare tutte quelle modifiche necessarie per il suo adattamento a particolari applicazioni, senza peraltro discostarsi dall'ambito di protezione della presente invenzione.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Rubinetto di riempimento (1) per macchine riempitrici comprendente un corpo (2) cavo che racchiude una cavità (4) in cui viene immesso un fluido di riempimento e che sfocia in basso in un'apertura di erogazione (5), nella cavità (4) essendo assialmente scorrevole un otturatore (3), in cui 1'otturatore (3) comprende un puntale (6), atto ad otturare 1'apertura di erogazione (5), uno stelo (7) ed un organo di regolazione (16) della portata del fluido di riempimento, caratterizzato dal fatto che 1'organo di regolazione (16) comprende un corpo toroidale (17) posto coassialmente rispetto allo stelo (7) e flottante rispetto ad esso.
2. 2. Rubinetto (1) secondo la rivendicazione 1, in cui la cavità (4) comprende una prima porzione (4a) di immissione del fluido di riempimento, una seconda porzione (4b) ad imbuto ed una terza porzione (4c) di erogazione, che termina inferiormente in detta apertura di erogazione (5), in cui, tra la seconda porzione (4b) ad imbuto e la terza porzione (4c) di erogazione, la cavità (4) presenta un restringimento (13) della sezione trasversale ed in cui lo stelo (7) presenta una porzione (12) a sezione ridotta in corrispondenza del restringimento (13) della cavità (4), il corpo toroidale (17) dell'organo di regolazione (16) essendo posto coassialmente rispetto alla porzione (12) a sezione ridotta dello stelo (7).
3. 3. Rubinetto (1) secondo la rivendicazione 2, in cui il corpo toroidale (17) dell'organo di regolazione (16) comprende una superficie esterna (18a) ed una superficie interna (18b), la superficie interna (18b) comprendendo una porzione cilindrica (23) ed una porzione di accoppiamento (24) con lo stelo (7).
4. 4. Rubinetto (1) secondo la rivendicazione 3, in cui, al di sopra della porzione (12) a sezione ridotta, lo stelo (7) presenta una porzione conica (14) che termina superiormente con uno spallamento (15) ed in cui la porzione di accoppiamento (24) dell'organo di regolazione (16) ha un profilo conico avente una conicità combaciante con la porzione conica (14) dello stelo (7).
5. 5. Rubinetto (1) secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui la superficie esterna (18a) dell'organo di regolazione (16) presenta una prima porzione cilindrica (19) a maggiore diametro ed una seconda porzione leggermente conica (20) a minore diametro di base, raccordate da una porzione conica (21), il diametro minimo della seconda porzione leggermente conica (20) essendo di poco inferiore alla sezione del restringimento (13) della cavità (4), in modo da creare un primo canale toroidale (22) a sezione ristretta per il passaggio del fluido di riempimento all'esterno dell'organo di regolazione (16).
6. 6. Rubinetto (1) secondo la rivendicazione 5, in cui 1'estensione assiale della seconda porzione leggermente conica (20) è tale da fare in modo che essa risulti sempre impegnata nel primo canale toroidale (22), in tutte le condizioni operative del rubinetto (1).
7. 7. Rubinetto (1) secondo una gualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui il diametro interno della porzione cilindrica (23) dell'organo di regolazione (16) è superiore al diametro esterno della porzione (12) a sezione ridotta dello stelo (7), in modo da creare un secondo canale toroidale (25) per il passaggio del fluido di riempimento all'interno dell'organo di regolazione (16), detto secondo canale toroidale (25) essendo pervio solo guando la porzione di accoppiamento (24) dell'organo di regolazione (16) si disimpegna dallo stelo (7).
8. 8. Rubinetto (1) secondo una gualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui lo stelo (7) presenta una porzione superiore (8) operativamente col legata con mezzi di attuazione (9) dell' otturatore (3), detti mezzi di attuazione (9) essendo preferibilmente scelti tra un attuatore pneumatico e un motore lineare "direct drive".
9. 9. Rubinetto (1) secondo una gualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui la porzione superiore (8) dello stelo (7) è separata dalla cavità (4) tramite una membrana di tenuta (11) di forma anulare .
10. 10. Rubinetto (1) secondo una gualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 9, in cui, tra la prima (4a) e la seconda porzione (4b) della cavità (4), il corpo (2) comprende uno spailamento (26 ) rivolto verso il basso, atto ad andare in battuta con l'organo di regolazione (16) guando esso è liberamente spinto verso 1'alto dalla spinta di Archimede .
11. 11 . Macchina di riempimento comprendente almeno un rubinetto di riempimento (1) secondo una gualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10.
12. 12. Macchina di riempimento secondo la rivendicazione 11, detta macchina essendo una macchina di riempimento a peso netto.