IT201900002599A1

IT201900002599A1 - Sistema valvola di ritegno a controllo elettronico

Info

Publication number: IT201900002599A1
Application number: IT102019000002599A
Authority: IT
Inventors: Paolo Ferraresi; Felice Bello; Francesco Dotti; Marcel Brucker
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-08-22
Also published as: US20200271142A1; CN111609201A; EP3699438A1; US11280359B2; EP3699438B1

Description

Descrizione

L’invenzione ha ad oggetto un sistema valvola per attuatori o cilindri idraulici comprendente un'unità valvola.

Il sistema è particolarmente adatto a macchinari come scavatrici, elevatori in cui è richiesta conformità alla normativa relativa allo scoppio o alla rottura di un tubo di alimentazione del fluido in pressione Un’unità valvola simile è nota dalla scheda tecnica "Compact Excavator Pipe-Rupture Valve - Series CFS" della società Bucher Hydraulics (Riferimento: 300-P-9050076-E-03/11.2009). Tale unità valvola è fissata direttamente ad un cilindro o a qualsiasi altro attuatore idraulico attraverso una seconda porta. Un tubo rigido o flessibile è collegato ad una prima porta, in cui il tubo rigido o flessibile è collegato ad una fonte di fluido in pressione. La terza porta è collegata ad un serbatoio. Quando il tubo rigido si rompe o il tubo flessibile esplode, la prima sede di valvola è chiusa tramite un primo pistone secondo una modalità a tenuta di fluidi. Durante il funzionamento normale, la posizione del primo pistone è regolabile costantemente tramite una pressione di comando idraulico che agisce su una valvola pilota, di modo che possa essere comandato il movimento del cilindro o dell’attuatore.

Il documento DE 10 2014 204 070 A1 mostra un'unità valvola che presenta similitudini strutturali con l'unità valvola facente parte dell’invenzione. Il primo pistone presenta altresì un primo orifizio ed una camera di comando. Il primo pistone è collegato in modo diverso alla prima ed alla seconda porta, nonché alla valvola pilota. Pertanto, tale unità valvola nemmeno presentala funzionalità spiegata in precedenza, la quale è imperativa secondo l’invezione.

La domanda di brevetto IT102017000096057 che verrà pubblicata successivamente alla data di presentazione della presente domanda, descrive un’unità valvola che presenta il vantaggio di poter essere comandata direttamente da una corrente elettrica. Pertanto, la sua realizzazione è significativamente più semplice rispetto a quella dell'unità valvola esistente di Bucher. Il movimento del cilindro può essere comandato in modo molto preciso. L'unità valvola è molto compatta. Inoltre, il primo pistone rimane aperto in caso di rottura di tubo rigido o flessibile, quando una corrispondente corrente di comando è erogata all'unità valvola. In particolare, quando una tale rottura si verifica durante movimento dell'attuatore, la velocità dell'attuatore aumenta solamente di una quantità irrilevante, non raddoppiando in modo indipendentemente dalle condizioni operative.

Secondo la domanda suddetta, è presente un nucleo il quale è almeno parzialmente circondato da una bobina, in cui un flusso di fluido proveniente dalla camera di comando verso la prima porta è regolabile tramite una corrente elettrica nella bobina. Il flusso di fluido sunnominato è preferibilmente regolabile in modo continuo. L'unità valvola è atta ad essere utilizzata con un fluido in pressione, il quale è preferibilmente un liquido e più preferibilmente un olio idraulico.

L’unità valvola secondo l’arte nota permette un buon controllo del movimento utilizzando una corrente di comando. Tuttavia, non viene fornita indicazione di come effettuare il controllo della corrente di comando, mentre sarebbe desiderabile un controllo accurato, in particolare in caso di rottura del tubo.

I problemi sopra delineati sono ora stati risolti secondo la presente invenzione da un sistema valvola comprendente un’unità valvola dotata di un alloggiamento avente una prima sede di valvola, la quale è chiudibile tramite un primo pistone mobile, in cui l'alloggiamento presenta una prima ed una seconda porta, in cui la prima porta è collegata in modalità di convogliamento fluidi alla seconda porta attraverso la prima sede di valvola, in cui la pressione in corrispondenza della prima porta spinge il primo pistone in allontanamento dalla prima sede di valvola, in cui il primo pistone delimita un primo orifizio il quale è regolabile costantemente tramite un movimento del primo pistone, in cui il primo pistone delimita una camera di comando, in cui la pressione nella camera di comando spinge il primo pistone contro la prima sede di valvola, in cui la seconda porta è collegata in modalità di convogliamento fluidi alla camera di comando tramite il primo orifizio, unità valvola in cui è presente un nucleo il quale è almeno parzialmente circondato da una bobina, in cui un flusso di fluido proveniente dalla camera di comando verso la prima porta è regolabile tramite una corrente elettrica nella bobina, sistema caratterizzato dal fatto di comprendere un’unità logica atta a ricevere segnali da almeno un sensore, in particolare un sensore di pressione, inerziale, di posizione ed a regolare la corrente elettrica in detta bobina.

Secondo un aspetto preferito, detta unità logica è atta a ricevere segnali da un dispositivo di immissione di comandi da parte di un operatore, in particolare un comando manuale, per esempio un joystick.

L’unità logica è atta a regolare la corrente in conseguenza dei dati del sensore e del dispositivo immissione comandi. Essa può essere per esempio una CPU, una CAN bus o qualsiasi tipo di macchinario atto ad elaborare segnali ed a fornire un segnale in uscita, in particolare la corrente di pilotaggio della bobina. L’unità logica può essere esterna, o secondo un particolare aspetto dell’invenzione essere integrata all’unità valvola. Questo vale anche per i sensori, che possono essere di tipo noto, e tali da produrre un segnale, per esempio elettrico, leggibile dall’unità logica, essendo completi di trasduttori integrati al sensore. Per esempio, sensori di pressione possono essere integrati nell’unità valvola, e anche sensori (diretti o indiretti) di posizione degli organi della valvola. Sensori di posizione (per esempio ottici o meccanici) o inerziali (per esempio dinamometrici) possono essere applicati in modo noto al cilindro o attuatore, o, in genere agli organi meccanici del macchinario comprendente il cilindro o attuatore.

Preferibilmente, è presente una seconda sede di valvola, la quale è chiudibile tramite un secondo pistone mobile, in cui il secondo pistone è accoppiato al nucleo, in cui il secondo pistone è spinto contro la seconda sede di valvola tramite una molla, in cui il movimento del secondo pistone è regolabile costantemente tramite la corrente elettrica nella bobina, in cui è presente una terza sede di valvola, la quale è chiudibile tramite un terzo pistone mobile, in cui è presente un primo percorso di flusso di fluido dalla camera di comando, attraverso un secondo orifizio, ulteriormente attraverso la seconda sede di valvola, alla prima porta, in cui è presente un secondo percorso di flusso di fluido dalla camera di comando, attraverso la terza sede di valvola, alla prima porta, in cui il secondo percorso di flusso bypassa la seconda sede di valvola, di modo che la terza sede di valvola non faccia parte del primo percorso di flusso, in cui la pressione fra il secondo orifizio e la seconda sede di valvola spinge il terzo pistone contro la terza sede di valvola, in cui la seconda sede di valvola è ubicata in corrispondenza del terzo pistone, in cui la seconda e la terza sede di valvola sono ubicate sui lati opposti del terzo pistone. Di conseguenza, la prima sede di valvola rimane aperta quando una corrente elettrica fluisce attraverso la bobina. L'area aperta in corrispondenza della prima sede di valvola dipende, principalmente, dalla corrente sunnominata ed è pressoché indipendente dalle pressioni in corrispondenza della prima e della seconda porta. In particolare, quando il tubo flessibile o rigido si rompe in corrispondenza della prima porta, di modo che si verifichi un improvviso calo di pressione nella prima porta medesima, il primo pistone si muove solamente di una misura insignificante. In nessun caso l'attuatore collegato alla seconda porta raddoppia la propria velocità. Preferibilmente, è presente un accoppiamento fisso fra il nucleo ed il secondo pistone, di modo che le parti sunnominate si muovano in modo sincrono.

Preferibilmente, il primo pistone delimita un terzo orifizio che è regolabile costantemente tramite un movimento del primo pistone, in cui il terzo orifizio è ubicato fra la prima porta e la prima sede di valvola rispetto al flusso di fluido, in cui aumenta l'area aperta del terzo orifizio quando il primo pistone è allontanato dalla prima sede di valvola. La prima sede di valvola garantisce che il flusso fra la prima e la seconda porta possa essere chiuso in una modalità a tenuta di fluidi. Tramite il terzo orifizio può essere regolata la linea caratteristica della corrispondente area aperta.

Preferibilmente, il primo pistone presenta una sezione di estremità a tubo, in cui il terzo orifizio è delimitato tramite almeno un alesaggio radiale nella sezione di estremità a tubo, in cui il primo orifizio è delimitato da almeno un'asola su una superficie circonferenziale del primo pistone. Preferibilmente, è presente una pluralità di alesaggi radiali e/o una pluralità di asole. Tale configurazione è di semplice realizzazione ed economicamente conveniente.

Preferibilmente, l'almeno un alesaggio radiale e l'almeno un'asola sono ubicati sui lati opposti della prima sede di valvola.

Preferibilmente, è presente una quarta sede di valvola, la quale è chiudibile tramite un corpo di chiusura mobile, in cui la quarta sede di valvola fa parte del primo percorso di flusso di fluido ed anche del secondo percorso di flusso di fluido, in cui il corpo di chiusura mobile ed il terzo pistone presentano direzioni di apertura opposte rispetto al flusso di fluido. Il corpo di chiusura è preferibilmente una sfera. La configurazione conformemente al documento DE 10 2014 204 070 Al è atta solamente per una direzione di flusso, specificamente dalla prima alla seconda porta. L'unità valvola è tipicamente utilizzata con due direzioni di flusso. Con un flusso dalla seconda porta alla prima porta, il sunnominato cilindro o attuatore è tipicamente abbassato sotto una forza esterna, come la gravità. In tal caso, la valvola pilota comanda la velocità del movimento. Quando il flusso proviene dalla prima porta verso la seconda porta, la valvola pilota è disattivata dalla quarta sede di valvola chiusa. Di conseguenza, il primo pistone si porta nella propria posizione completamente aperta. La portata dalla prima alla seconda porta è tipicamente comandata da un'ulteriore valvola che è collegata all'unità valvola secondo l’invenzione tramite un tubo flessibile o rigido, la cui rottura è protetta dall'unità valvola. Preferibilmente, la quarta sede di valvola è ubicata fra la terza sede di valvola e la prima porta rispetto al flusso di fluido. In tale punto, risulta semplice porre la quarta sede di valvola nel primo e nel secondo percorso di flusso di fluido.

Preferibilmente, sono presenti una terza porta ed una valvola limitatrice di pressione, la quale apre una connessione fluidi dalla camera di comando alla terza porta quando la pressione in corrispondenza della seconda porta supera un valore predeterminato, in cui la camera di comando è collegata in modalità di convogliamento fluidi alla seconda porta mediante una valvola di non ritorno, la quale consente solamente un flusso dalla camera di comando alla seconda porta. Tale caratteristica è nota dall'unità valvola di Bucher spiegata in precedenza. La seconda porta è protetta dalla pressione eccessiva, tramite l'apertura della prima sede di valvola utilizzando la valvola limitatrice di pressione.

Preferibilmente, la linea caratteristica dell'area aperta del primo orifizio rispetto alla posizione del primo pistone presenta una prima sezione che inizia in corrispondenza della prima sede di valvola chiusa, in cui essa aumenta linearmente da zero con una prima pendenza, in cui essa prosegue tramite una seconda sezione che aumenta linearmente con una seconda pendenza, in cui la seconda pendenza è almeno il doppio, preferibilmente almeno il quadruplo rispetto alla prima pendenza. Grazie a tale configurazione, è possibile ottenere un comando molto preciso del movimento a velocità ridotte.

Preferibilmente, l'alloggiamento presenta una quarta porta, la quale è collegata in modalità di convogliamento fluidi alla seconda porta mediante un quarto orifizio, in cui una connessione fluidi fra la quarta porta e la terza porta è chiudibile tramite un tappo a vite. In caso di rottura del tubo rigido o flessibile, il cilindro può essere abbassato tramite una valvola esterna in corrispondenza della quarta porta e/o svitando il tappo a vite.

Preferibilmente, l'alloggiamento presenta una prima, una seconda ed una terza superficie esterna, le quali sono piatte e reciprocamente perpendicolari a due a due, in cui la prima porta è ubicata sulla prima superficie esterna, in cui la seconda porta è ubicata sulla seconda superficie esterna, in cui il primo pistone è mobile perpendicolarmente alla prima superficie esterna, in cui il secondo ed il terzo pistone sono mobili perpendicolarmente alla terza superficie esterna. Il corrispondente alloggiamento risulta molto compatto e di semplice realizzazione. La terza e/o la quarta porta sono preferibilmente ubicate sulla terza superficie esterna.

Le caratteristiche summenzionate e quelle che saranno spiegate di seguito possono essere utilizzate non solamente nella combinazione particolare riportata, ma altresì in altre combinazioni o in forma indipendente, senza discostarsi dall'ambito di protezione. l’invenzione sarà spiegata con maggiore dettaglio di seguito con riferimento agli allegati disegni, in cui: La figura 1 mostra una vista prospettica di un'unità valvola facente parte di un sistema secondo la presente invenzione;

la figura 2 mostra una vista in sezione dell'unità valvola conformemente alla figura 1, in cui il piano secante attraversa la linea centrale del primo pistone; la figura 3 mostra un'ulteriore vista in sezione dell'unità valvola conformemente alla figura 1, in cui il piano secante è contrassegnato con U-U nella figura 2;

la figura 4 mostra una vista in sezione della valvola pilota priva di bobina;

la figura 5 mostra un diagramma dell'area aperta in corrispondenza del primo orifizio;

la figura 6 mostra un diagramma dell'area aperta in corrispondenza del terzo orifizio e della prima sede di valvola;

la figura 7 mostra uno schema dell'unità valvola conformemente alla figura 1

le figure 8, 9, 10 ed 11 mostrano uno schema di un sistema secondo la presente invezione in cui è realizzato rispettivamente un controllo di pressione, un controllo inerziale, uno di posizione del cilindro o attuatore ed uno di pressione combinato con uno di posizione del primo pistone dell’unità valvola.

La figura 1 mostra una vista prospettica di un'unità valvola 10, analoga all’unità valvola già descritta in IT102017000096057. L'unità valvola 10 presenta un alloggiamento 20 dotato di una prima, di una seconda e di una terza superficie esterna 21; 22; 23, le quali sono piatte e reciprocamente perpendicolari a due a due. Qualora osservato sulla terza superficie esterna 23, l'alloggiamento presente un profilo ad L. L'alloggiamento 20 è realizzato in alluminio o ghisa. Sulla prima superficie esterna 21 è presente una prima porta 11, a cui è collegabile un tubo flessibile o rigido. Sulla seconda superficie esterna 22 è presente una seconda porta 12, a cui è collegabile un attuatore idraulico, in particolare un cilindro idraulico. Risulta preferibile che la seconda porta 12 sia collegata direttamente all'attuatore idraulico, e risulta ottimale quando la seconda superficie esterna 22 poggia contro l'attuatore idraulico. Sulla terza superficie esterna 23 sono presenti una terza ed una quarta porta 13; 14. La terza e la quarta porta 13; 14 sono, ciascuna, alesaggi che attraversano l'intero alloggiamento 20 perpendicolarmente alla terza superficie esterna 23, in cui essi sono chiusi con un tappo a vite sul lato opposto (nella figura 1 non visibile) dell'alloggiamento 20.

È presente una valvola pilota 48, la quale è realizzata quale valvola a cartuccia. Essa è avvitata in un alesaggio corrispondente nella terza superficie esterna 23, di modo che solamente la parte con la bobina 46 sia ubicata all'esterno dell'alloggiamento 20.

La figura 2 mostra una vista in sezione dell'unità valvola 10 conformemente alla figura 1, in cui il piano secante attraversa la linea centrale 39 del primo pistone 30, in cui esso è parallelo alla terza superficie esterna (n. 23 nella figura 1).

Il primo pistone 30 è accolto in un primo alesaggio 24 dell'alloggiamento 10, in cui esso è mobile linearmente. Il primo alesaggio 24 definisce una prima sede di valvola 31, la quale è preferibilmente realizzata quale bordo anulare, la quale circonda la linea centrale 39 del primo pistone 30. Il diametro della prima sede di valvola 31 è in una certa misura minore del diametro del primo alesaggio 24, di modo che la pressione in corrispondenza della seconda porta 12 spinga il primo pistone 30 in allontanamento dalla prima sede di valvola 31. La corrispondente connessione fluidi è identificata con il riferimento numerico 94 nella figura 7. In particolare quando la prima valvola limitatrice di pressione 61 si apre, il primo pistone 30 si allontana dalla prima sede di valvola 31. In altre condizioni operative, la pressione nella camera di comando 15 esercita una forza maggiore sul primo pistone 30 rispetto alla pressione in corrispondenza della seconda porta 12. L'area idraulicamente efficace del primo pistone 30 rispetto alla pressione in corrispondenza della prima porta 11 è circa il quadruplo dell'area idraulicamente efficace del primo pistone 30 rispetto alla pressione in corrispondenza della seconda porta 12. La prima sede di valvola 31 è chiudibile tramite il primo pistone 30, preferibilmente tramite una sezione a cono del primo pistone 30. La prima porta 11 è definita da un'estremità aperta del primo alesaggio 24, di modo che la pressione in corrispondenza della prima porta 11 spinga il primo pistone 30 in allontanamento dalla prima sede di valvola 31. La corrispondente connessione fluidi è identificata con il riferimento numerico 95 alla figura 7.

Il primo pistone 30 presenta una sezione di estremità a tubo 34, la quale è orientata verso la prima porta 11. La sezione di estremità a tubo 34 presenta un primo ed un secondo alesaggio radiale 36a; 36b, i quali formano un terzo orifizio 33, in cui il terzo orifizio 33 è ulteriormente delimitato da un bordo di comando sull'alloggiamento 20. Il terzo orifizio 33 è ubicato nel percorso di flusso di fluido dalla prima alla seconda porta 11; 12 fra la prima porta 11 e la prima sede di valvola 31. La resistenza combinata del flusso di fluido del terzo orifizio e della prima sede di valvola 31 sarà spiegata di seguito con riferimento alla figura 6.

Il primo alesaggio 24 presenta una prima scanalatura anulare 25, la quale è collegata in modalità di convogliamento fluidi alla seconda porta 12, preferibilmente tramite almeno un alesaggio nell'alloggiamento 20. La prima scanalatura anulare 25 circonda il primo pistone 30, di modo che la prima e la seconda porta 11; 12 siano collegabili in modalità di convogliamento fluidi tramite la prima sede di valvola. Il primo pistone 30 delimita una camera di comando 15, in cui la prima sede di valvola 31 e la camera di comando 15 sono ubicate sui lati opposti del primo pistone 30. La pressione nella camera di comando 15 spinge il pistone contro la prima sede di valvola 31. L'alloggiamento 20 presenta una seconda scanalatura ad anello 26, la quale circonda il primo pistone 30. La seconda scanalatura anulare 26 definisce un bordo di comando di un primo orifizio regolabile 32. Il primo orifizio 32 è ulteriormente delimitato dalle asole 37 sulla superficie circonferenziale 35 del primo pistone 30, le quali sono parallele alla linea centrale 30 del primo pistone 30. L'area aperta del primo orifizio 32 aumenta quando il primo pistone 30 è allontanato dalla prima sede di valvola 31, in cui gli ulteriori dettagli saranno spiegati di seguito con riferimento alla figura 5. Il primo orifizio 32 è ubicato fra la prima e la seconda scanalatura anulare 25; 26. La seconda scanalatura anulare 26 è collegata alla camera di comando 15 tramite secondi alesaggi 90 nel primo pistone 30, di modo che la seconda porta 12 sia collegata alla camera di comando 15 tramite il primo orifizio 32.

La camera di comando 15 è ulteriormente delimitata dall'alloggiamento 20 e da una parte di inserto separata 63, la quale è fissata all'interno del primo alesaggio 24. Fra la parte di inserto 63 ed il primo pistone 30 è presente una molla 38, preferibilmente una molla elicoidale, la quale spinge il primo pistone 30 contro la prima sede di valvola 31. La parte di inserto 63 accoglie una valvola di non ritorno 60 ed una valvola limitatrice di pressione 61. La valvola di non ritorno 60 è realizzata tramite una sfera separata ed una sede di valvola sulla parte di inserto 63. Essa consente solamente un flusso di fluido dalla camera di comando 15 alla seconda porta 12. Il tale percorso di flusso di fluido è presente un quinto orifizio 65, il quale presenta una resistenza di flusso definita, fissa, in cui esso è preferibilmente realizzato tramite una parte separata che è avvitata nella parte di inserto 63.

La pressione fra la valvola di non ritorno 60 ed il quinto orifizio 65 agisce su un elemento scorrevole 64 della valvola limitatrice di pressione 61 in una direzione di apertura di una corrispondente valvola di sede 66, la quale è realizzata tramite l'elemento scorrevole 64 e la parte di inserto 63. L'elemento scorrevole 64 è spinto nella direzione opposta tramite una molla 67, il cui pretensionamento è regolabile tramite una vite 68. Di conseguenza, la pressione di apertura della valvola limitatrice di pressione 61 è regolabile tramite la vite 68. La camera di comando 15 è collegabile in modalità di convogliamento fluidi alla terza porta (n. 13 nella figura 1) tramite la valvola di sede 66. Preferibilmente, è presente un corrispondente canale nella parte di inserto 63, il quale è identificato tramite una linea tratteggiata nella figura 2.

La figura 3 mostra un'ulteriore vista in sezione dell'unità valvola 10 conformemente alla figura 1, in cui il piano secante è contrassegnato con U-U alla figura 2. La valvola pilota 48 è mostrata in modo semplificato, in cui la figura 4 mostra ulteriori dettagli della valvola pilota 48.

E' presente un percorso di flusso di fluido dalla camera di comando (n. 15 alla figura 2), attraverso la valvola pilota 48, ulteriormente attraverso una quarta sede di valvola 51, ad una terza scanalatura anulare 27 (vedere altresì la figura 2) del primo alesaggio (n. 24 alla figura 2). La prima porta (n. 11 alla figura 2) è collegata direttamente alla terza scanalatura anulare 27.

La quarta sede di valvola 52 è chiudibile tramite un corpo di chiusura 50, realizzato quale sfera. Il corpo di chiusura 50 è montato, tramite un'apertura, nell'alloggiamento 20, il quale è chiuso da un tappo a vite 53. Fra il tappo a vite 53 ed il corpo di chiusura 50 è presente una molla 52, preferibilmente una molla elicoidale, la quale spinge il corpo di chiusura 50 contro la quarta sede di valvola 51. Il corpo di chiusura 50 consente solamente un flusso di fluido dalla valvola pilota 48 alla prima porta (n. 11 alla figura 2), ma non nella direzione inversa.

La valvola pilota 48 è realizzata quale valvola a cartuccia, in cui essa presenta una bobina 46, la quale può esercitare una forza magnetica su un nucleo (n. 45 alla figura 4).

La figura 4 mostra una vista in sezione della valvola pilota 48 priva della bobina (n. 46 alla figura 3). Il piano secante è lo stesso della figura 3, in cui esso attraversa il centro della valvola pilota 48. Il nucleo 45 è montato in un cannotto 49, in cui esso è linearmente mobile. Il cannotto 49 è circondato dalla bobina elettrica (n. 46 alla figura 3), di modo che la bobina possa esercitare una forza magnetica sul nucleo diretta in allontanamento dalla seconda sede di valvola 41. La seconda sede di valvola 41 è chiudibile tramite un secondo pistone 40 accoppiato al nucleo 45, di modo che il secondo pistone 40 segua il movimento del nucleo 45 con un rapporto 1:1. E' presente una molla 47, la quale spinge il secondo pistone 40 contro la seconda sede di valvola 41.

La seconda sede di valvola 41 è ubicata su un terzo pistone mobile 42. La valvola pilota 48 presenta una terza sede di valvola 43 che è chiudibile tramite il terzo pistone 42. La terza sede di valvola 43 e la seconda sede di valvola 41 sono ubicate sui lati opposti del terzo pistone 42. La valvola pilota 48 presenta una quinta porta 91, ubicata sulla propria faccia di estremità, nonché una sesta porta 92, ubicata sulla propria superficie circonferenziale. La quinta porta 91 è collegata in modalità di convogliamento fluidi alla prima porta, tramite la quarta sede di valvola (n. 51 alla figura 3). La sesta porta 92 è collegata alla camera di comando (n. 15 alla figura 2). Nella valvola pilota 48 sono presenti un primo ed un secondo percorso di flusso di fluido, i quali sono paralleli. Il primo percorso di flusso di fluido va dalla sesta porta 92, attraverso un secondo orifizio 44, ulteriormente attraverso la seconda sede di valvola 41 verso la quinta porta 92. Il secondo orifizio 44 presenta una resistenza di flusso fissa, in cui esso è realizzato tramite un alesaggio nel terzo pistone 42. Il primo percorso di flusso di fluido scorre su una sezione ridotta attraverso un piccolo interstizio 93 fra il terzo pistone 42 e la valvola pilota 48 circostante. Il secondo percorso di flusso di fluido va dalla sesta porta 92, attraverso la terza sede di valvola 43, verso la quinta porta 91. Il secondo percorso di flusso di fluido bypassa la seconda sede di valvola 41, di modo che la terza sede di valvola 43 non faccia parte del primo percorso di flusso. La pressione fra la seconda sede di valvola 41 ed il secondo orifizio 44 spinge il terzo pistone 42 contro la terza sede di valvola 43. La pressione in corrispondenza della sesta porta 92 spinge il terzo pistone 42 in allontanamento dalla terza sede di valvola. Di conseguenza, il terzo pistone 42 segue il movimento del secondo pistone 40. Il diametro idraulicamente efficace della seconda sede di valvola 41 è minore del diametro idraulicamente efficace della terza sede di valvola 43. La figura 5 mostra un diagramma dell'area aperta in corrispondenza del primo orifizio (n. 32 alla figura 2). L'asse verticale corrisponde alla sunnominata area aperta A. L'asse orizzontale corrisponde alla posizione x del primo pistone. Con x = 0 il primo pistone chiude la prima sede di valvola (n. 31 alla figura 2). In una prima sezione 71 della corrispondente linea caratteristica 70, l'area aperta A aumenta da zero con una prima pendenza 73. La prima sezione 71 prosegue tramite una seconda sezione 72, in cui l'area aperta A della linea caratteristica 70 aumenta ulteriormente con una seconda pendenza 74. La seconda pendenza 74 è almeno il doppio, preferibilmente almeno il quadruplo rispetto alla prima pendenza 73. Nella prima e nella seconda sezione 71; 72, la linea caratteristica 70 presenta un comportamento lineare, nella misura in cui ciò sia ottenibile tramite una configurazione corretta delle asole (n. 37 alla figura 2) nel primo pistone. La figura 6 mostra un diagramma dell'area aperta B in corrispondenza del terzo orifizio (n. 33 alla figura 2) e della prima sede di valvola (n. 31 alla figura 2).

L'asse verticale corrisponde alla sunnominata area aperta B, la quale si basa sull'effetto combinato del terzo orifizio e dell'apertura in corrispondenza della prima sede di valvola. L'asse orizzontale corrisponde alla posizione x del primo pistone. Con x = 0 il primo pistone chiude la prima sede di valvola. In una prima sezione 81 della corrispondente linea caratteristica 80, l'area aperta B è determinata in modo prevalente dai primi alesaggi radiali relativamente piccoli (n.

36a alla figura 2). Pertanto, la linea caratteristica 80 aumenta in modo relativamente piatto da zero. La prima sezione 81 prosegue tramite la seconda sezione 82, in cui l'area aperta A è determinata in modo prevalente dai secondi alesaggi radiali relativamente grandi (n. 36b alla figura 2), in cui i primi alesaggi radiali sono completamente aperti. Pertanto, la linea caratteristica 80 aumenta ulteriormente con una pendenza accentuata. Nella terza sezione 83 i primi ed i secondi alesaggi radiali sono completamente aperti, in cui solamente l'apertura in corrispondenza della prima sede di valvola influisce sulla pendenza della linea caratteristica. Dato che tale apertura è significativamente più ampia dell'area aperta in corrispondenza dei primi e secondi alesaggi radiali, la linea caratteristica 80 è pressoché piatta nella terza sezione 83. Nella prima, nella seconda e nella terza sezione 81; 82; 83, la linea caratteristica 82 presenta un comportamento pressoché lineare, nella misura in cui ciò sia tecnicamente possibile.

La figura 7 mostra uno schema dell'unità valvola conformemente alla figura 1. Il primo orifizio 32 è mostrato quale simbolo separato, in cui è presente una linea di accoppiamento al primo pistone 30, la quale indica che il primo orifizio 32 è definito dal primo pistone 30. Tutte le connessioni fluidi sono mostrate così come descritto con riferimento alle figure da 1 a 6.

Una quarta porta 14 è collegata alla seconda porta 12 attraverso un quarto orifizio 62. Risulta possibile fissare una valvola esterna (non mostrata) alla quarta porta 14. Tale valvola è normalmente chiusa. Essa è aperta solamente quando il tubo flessibile o rigido si rompe, allo scopo di muovere l'attuatore idraulico collegato all'unità valvola 10. Risulta altresì possibile chiudere in modo permanente la quarta porta 14. In tal caso, il tappo a vite 16 può essere svitato per aprire una connessione fluidi fra la quarta porta 14 e la terza porta 13. La terza porta 13 è tipicamente collegata ad un serbatoio.

Con riferimento alle figure 8-11, il sistema secondo la presente invenzione comprende un’unità 10 come sopra descritta ed un’unità logica, rispettivamente indicata con 101, 201, 301, 401 nelle varie figure.

Un dispositivo di immissione di comandi 96, di tipo noto, può interfacciarsi, mediante apposito trasduttore 97 all’unità logica. Una valvola 98 invertitrice, anch’essa di tipo noto, può, come avviene comunemente con unità valvola di tipo noto o come sopra descritta, connettere la sorgente di fluido 99 all’unità valvola 10. Essa può essere comandata dal dispositivo 96 e può svolgere funzione compensatrice dei flussi, secondo caratteristiche di comportamento note.

Secondo un aspetto preferito dell’invenzione, il sistema, grazie all’unità logica, può funzionare con una modalità di solo monitoraggio in cui il comando dell’attuatore o cilindro, durante il movimento controllato in cui l’olio fluisce dalla porta 12 alla porta 11, avviene mediante un controllo principale, esterno al sistema, per esempio la pompa della sorgente di fluido 99 e la valvola invertitrice 98, che può essere comandata direttamente dal dipositivo di immissione dei comandi 96. In tale modalità, l’unità logica mantiene l’unità valvola 10 aperta, preferibilmente tutta aperta, per esempio alimentando la massima corrente alla bobina, intervenendo per la chiusura pilotata, riducendo la corrente al minimo solo se, mediante i sensori viene rilevata una condizione anomala, per esempio connessa alla rottura del tubo di alimentazione o anche a una rottura a valle dell’unità valvola. In tal modo, l’unità valvola interviene in modo più efficace e preciso rispetto all’arte nota.

Secondo un altro aspetto preferito il sistema può funzionare con una modalità di controllo attivo, in cui l’unità logica, elaborando i comandi immessi dal dispositivo di immissione, regola l’apertura dell’unità valvola 10 per effettuare il controllo dell’attuatore o cilindro, sempre monitorando i dati dei sensori, per intervenire nel modo sopra delineato in caso di rilevata anomalia. Preferibilmente il sistema può funzionare nelle due modalità suddette alternativamente, secondo le esigenze.

Gli schemi di funzionamento qui di seguito delineati sono adatti ad essere impiegati con ciascuna delle due modalità.

Con riferimento alla figura 8, son presenti due sensori di pressione 102 e 103 che misurano la pressione in corrispondenza della seconda porta 12 e la prima 11 rispettivamente. Essi possono essere vantaggiosamente integrati nell’unità valvola 10. L’unità logica 101 elabora i dati dei sensori calcolando la differenza di pressione. Una differenza troppo elevata tra la porta 12 e la 11 può essere interpretata come una rottura del tubo di alimentazione e provocare la chiusura dell’unità valvola da parte della unità logica che riduce la corrente alla bobina 46 dal valore massimo o intermedio di apertura, a seconda di quale delle modalità sopra illustrate sia operativa, al valore minimo associato alla completa chiusura dell’unità valvola.

Nella forma realizzativa di figura 9 un sensore inerziale 202 è posizionato opportunamente sul macchinario 203 mosso dall’attuatore o cilindro. In tal caso l’unità logica 201 può interpretare un’accelerazione eccessiva come un’anomalia che richiede l’intervento di chiusura come visto sopra.

Nella forma realizzativa di figura 10, un sensore di posizione 303 misura la corsa dell’attuatore 303 del macchinario. In tal caso, l’unità logica 301 può utilizzare il dato per la regolazione, nel caso si operi in modalità di controllo attivo, e interpretare una accelerazione oltre una certa soglia come nel caso precedente.

In figura 11 è rappresentata una forma realizzativa in cui un sensore di posizione 404 fornisce la posizione di un organo interno alla unità valvola 10, preferibilemnte quella del primo pistone 30, correlato all’apertura del primo orifizio, che determina la portata di fluido dalla seconda porta 12 alla prima 11. A tal fine può compiere una misura diretta o indiretta, per esempio misurando la differenza di pressione in corrispondenza della prima porta 11 e nella camera di controllo 15. Questo tipo di sensore può essere utilizzato preferibilmente con altri sensori del tipo già visto, per esempio la coppia di sensori 402 e 403, che, come nel caso di figura 8 misura la differenza di pressione tra la seconda e la prima porta. L’aggiunta del sensore di posizione 404, evidentemente, è vantaggiosa nel caso l’unità logica sia destinata ad operare in modalità di controllo attivo.

Possono anche essere realizzate combinazioni diverse di sensori, anche combinando due o più degli schemi sopra proposti.

Riferimenti numerici

A area aperta in corrispondenza del primo orifizio

B area aperta in corrispondenza del terzo orifizio ed in corrispondenza della prima sede di valvola

x posizione del primo pistone 10 unità valvola

11 prima porta

12 seconda porta

13 terza porta

14 quarta porta

15 camera di comando

16 tappo a vite

20 alloggiamento

21 prima superficie esterna 22 seconda superficie esterna 23 terza superficie esterna 24 primo alesaggio

25 prima scanalatura anulare 26 seconda scanalatura anulare 27 terza scanalatura anulare 30 primo pistone

31 prima sede di valvola

32 primo orifizio

33 terzo orifizio

34 sezione di estremità a tubo 35 superficie circonferenziale 36a primo alesaggio radiale 36b secondo alesaggio radiale 37 asola

38 molla

39 linea centrale del primo pistone 40 secondo pistone

41 seconda sede di valvola

42 terzo pistone

43 terza sede di valvola

44 secondo orifizio

45 nucleo

46 bobina

47 molla

48 valvola pilota

49 cannotto

50 corpo di chiusura

51 quarta sede di valvola

52 molla

53 tappo a vite

54 alesaggio

60 valvola di non ritorno

61 valvola limitatrice di pressione 62 quarto orifizio

63 parte di inserto

64 elemento scorrevole

65 quinto orifizio

66 valvola di sede

67 molla

68 vite

70 linea caratteristica del primo orifizio

71 prima sezione di 70

72 seconda sezione di 70

73 prima pendenza

74 seconda pendenza

80 linea caratteristica del terzo orifizio e della prima sede di valvola

81 prima sezione di 80

82 seconda sezione di 80

83 terza sezione di 80

90 secondo alesaggio

91 quinta porta

92 sesta porta

93 intercapedine

94 connessione fluidi

95 connessione fluidi

96 dispositivo di immissione comandi

97 trasduttore

98 valvola invertitrice

99 alimentazione di fluido

101, 201, 301, 401 unità logica

102, 103, 402, 403 sensori di posizione

202 sensore inerziale

203 macchinario

302 sensore di posizione

303 cilindro o attuatore

404 sensore di posizione di organo interno all’unità valvola.

Claims

Rivendicazioni 1. Sistema di valvola comprendente un’unità valvola (10) dotata di un alloggiamento (20) avente una prima sede di valvola (31), la quale è chiudibile tramite un primo pistone mobile (30), in cui l'alloggiamento presenta una prima ed una seconda porta (11; 12), in cui la prima porta (11) è collegata in modalità di convogliamento fluidi alla seconda porta (12) attraverso la prima sede di valvola (31), in cui la pressione in corrispondenza della prima porta (11) spinge il primo pistone (30) in allontanamento dalla prima sede di valvola (31), in cui il primo pistone (30) delimita un primo orifizio (32) il quale è regolabile costantemente tramite un movimento del primo pistone (30), in cui il primo pistone (30) delimita una camera di comando (15), in cui la pressione nella camera di comando (15) spinge il primo pistone (30) contro la prima sede di valvola (31), in cui la seconda porta (12) è collegata in modalità di convogliamento fluidi alla camera di comando (15) tramite il primo orifizio (32), unità valvola in cui è presente un nucleo (45) il quale è almeno parzialmente circondato da una bobina (46), in cui un flusso di fluido proveniente dalla camera di comando (15) verso la prima porta (11) è regolabile tramite una corrente elettrica nella bobina (46), sistema caratterizzato dal fatto di comprendere un’unità logica (101, 201, 301, 401) atta a ricevere segnali da almeno un sensore, in particolare un sensore di pressione (102, 103, 402, 403), inerziale (202), e/o di posizione (302, 404) ed a regolare la corrente elettrica in detta bobina (46).
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detta unità logica (101, 201, 301, 401) è atta a ricevere segnali da un dispositivo di immissione comandi (96).
3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui detta unità logica (101, 201, 301, 401) è atta a funzionare, durante il passaggio di fluido dalla seconda porta (12) alla prima (11) alternativamente in una modalità di solo monitoraggio in cui determina un’apertura fissa del passaggio tra dette seconda e prima porta, in particolare un’apertura massima, ed una modalità di controllo attivo, in cui regola l’apertura di passaggio in risposta ai segnali del dispositivo di immissione dei comandi (96).
4. Sistema secondo qualsiasi rivendicazione precedente comprendente sensori di pressione (102, 103, 402, 403), in particolare integrati in detta unità valvola (10), atti a misurare la pressione in corrispondenza della prima (11) e della seconda (12) porta.
5. Sistema secondo la rivendicazione 4, comprendente un sensore di posizione (404) di un organo interno all’unità valvola (10), in particolare il primo pistone (30).
6. Sistema secondo qualsiasi rivendicazione precedente, in cui l’unità logica (101, 201, 301, 401) è atta a ricevere segnali da un sensore inerziale (202) o di posizione (302) associati ad un attuatore o cilindro (303) o a un macchinario (203) comprendente tale attuatore o cilindro.
7. Sistema secondo qualsiasi rivendicazione precedente, in cui è presente una seconda sede di valvola (41), la quale è chiudibile tramite un secondo pistone mobile (40), in cui il secondo pistone (40) è accoppiato al nucleo (45), in cui il secondo pistone (40) è spinto contro la seconda sede di valvola tramite una molla (47), in cui il movimento del secondo pistone (40) è regolabile costantemente tramite la corrente elettrica nella bobina (46), in cui è presente una terza sede di valvola (43), la quale è chiudibile tramite un terzo pistone mobile (42), in cui è presente un primo percorso di flusso di fluido dalla camera di comando (15), attraverso un secondo orifizio (44), ulteriormente attraverso la seconda sede di valvola (41), verso la prima porta (11), in cui è presente un secondo percorso di flusso di fluido dalla camera di comando (15), attraverso la terza sede di valvola (43), verso la prima porta (11), in cui il secondo percorso di flusso bypassa la seconda sede di valvola (41), di modo che la terza sede di valvola (43) non faccia parte del primo percorso di flusso, in cui la pressione fra il secondo orifizio (44) e la seconda sede di valvola (41) spinge il terzo pistone (42) contro la terza sede di valvola (43), in cui la seconda sede di valvola (41) è ubicata in corrispondenza del terzo pistone (42), in cui la seconda e la terza sede di valvola (41; 43) sono ubicate sui lati opposti del terzo pistone (42).
8. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo pistone (30) delimita un terzo orifizio (33) il quale è regolabile costantemente tramite un movimento del primo pistone (30), in cui il terzo orifizio (33) è ubicato fra la prima porta (11) e la prima sede di valvola (31) rispetto al flusso di fluido, in cui l'area aperta del terzo orifizio (33) aumenta quando il primo pistone (30) è allontanato dalla prima sede di valvola (31).
9. Sistema secondo la rivendicazione 8, in cui il primo pistone (30) presenta una sezione di estremità a tubo (34), in cui il terzo orifizio (33) è delimitato da almeno un alesaggio radiale (36a; 36b) in the in the sezione di estremità a tubo (34), in cui il primo orifizio (32) è delimitato da almeno un'asola (37) su una superficie circonferenziale (35) del primo pistone (30).
10. Unità valvola secondo la rivendicazione 9, in cui l'almeno un alesaggio radiale (36a; 36b) e almeno un'asola (37) sono ubicati sui lati opposti della prima sede di valvola (31).
11. Unità valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui è presente una quarta sede di valvola (51), la quale è chiudibile tramite un corpo di chiusura mobile (50), in cui la quarta sede di valvola (51) è parte del primo percorso di flusso di fluido ed anche del secondo percorso di flusso di fluido, in cui il corpo di chiusura mobile (50) ed il terzo pistone (42) presentano direzioni di apertura opposte rispetto al flusso di fluido.
12. Unità valvola secondo la rivendicazione 11, in cui la quarta sede di valvola (51) è ubicata fra la terza sede di valvola (43) e la prima porta (11) rispetto al flusso di fluido.
13. Unità valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui è presente una valvola limitatrice di pressione (61), la quale apre una connessione fluidi dalla camera di comando (15) alla terza porta (13) quando la pressione in corrispondenza della seconda porta (12) supera un valore predeterminato, in cui la camera di comando (15) è collegata in modalità di convogliamento fluidi alla seconda porta (12) tramite una valvola di non ritorno (60), la quale consente solamente un flusso dalla camera di comando (15) alla seconda porta (12).
14. Unità valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la linea caratteristica (70) dell'area aperta del primo orifizio (32) rispetto alla posizione del primo pistone (30) presenta una prima sezione (71), la quale inizia in corrispondenza della prima sede di valvola chiusa (31), in cui essa aumenta linearmente da zero con una prima pendenza (73), in cui essa prosegue tramite una seconda sezione (72) che aumenta linearmente con una seconda pendenza (74), in cui la seconda pendenza (74) è almeno il doppio, preferibilmente almeno il quadruplo della prima pendenza (73).
15. Unità valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'alloggiamento presenta una quarta porta (14), la quale è collegata in modalità di convogliamento fluidi alla seconda porta (12) tramite un quarto orifizio (62), in cui una connessione fluidi fra la quarta porta (14) e la terza porta (13) è chiudibile tramite un tappo a vite (16).
16. Unità valvola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'alloggiamento (20) presenta una prima, una seconda ed una terza superficie esterna (11; 12; 13), le quali sono piatte e reciprocamente perpendicolari a due a due, in cui la prima porta (11) è ubicata sulla prima superficie esterna (21), in cui la seconda porta (12) è ubicata sulla seconda superficie esterna (22), in cui il primo pistone (30) è mobile perpendicolarmente verso la prima superficie esterna (21), in cui il secondo ed il terzo pistone (40; 42) sono mobili perpendicolarmente verso la terza superficie esterna (23).