CH674900A5 - - Google Patents

Description

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CH 674 900 A5

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Descrizione

La presente invenzione si riferisce ad uno spettrofotometro che trova una particolare ma non esclusiva applicazione nell'analisi del colore di manufatti quali carrozzerie di automobili ed aotoveicoli in generale, così da consentirne la riproduzione.

E' noto che, nei campo dei lavori di riparazione della carrozzeria di autoveicoli quali automobili, autocarri e simili, nasce l'esigenza di riprodurre quanto più fedelmente possibile il colore dell'autoveicolo da riverniciare successivamente ai lavori di riparazione eseguiti sulla carrozzeria.

La vernice che protegge un autoveicolo incorre, infatti, in tutta sua serie di alterazioni di tonalità, conseguenti a fenomeni di invecchiamento decisamente e riconosciutamente attribuiti all'azione dei raggi solari e/o degli agenti atmosferici, ovvero all'azione dei lavaggi ed alla loro frequenza. Il colore della vernice, quindi, subisce con l'andar del tempo inevitabili cambiamenti, difficilmente prevedibili che lo rendono diverso da quello inizialmente posseduto dal veicolo.

Ne consegue che la vernice cosiddetta «originale» fornita dalla casa costruttrice, risulta in ogni caso inadatta a riprodurre fedelmente il colore effettivamente posseduto da ogni singolo manufatto.

Per soddisfare la suddetta esigenza, sono stati quindi realizzati, nella tecnica del ramo, strumenti più o meno complessi di analisi del colore, in grado di consentire una ricettazione «ex novo» della vernice da usarsi, che viene ottenuta combinando tra loro vernici al momento disponibili commercialmente.

A tale scopo la luce riflessa dalla superficie del manufatto, in altre parole il suo «colore», viene usualmente analizzata per via spettrofotometrica, viene cioè scomposto nelle sue componenti spettrali successivamente qualitativamente e quantitativamente misurate con spettrofotometri cosiddetti «da banco».

Questi ultimi, pur consentendo una misurazione molto precisa delle componenti spettrali del colore analizzato, sono strumenti molto complessi e di grande mole, dal costo molto elevato e dall'altrettanto elevato consumo energetico.

Gli spettrofotometri da banco, quindi si configurano come un classico strumento da laboratorio, molto preciso ma ben lontano dal soddisfare le caratteristiche di flessibilità, facilità di impiego e trasporto, basso costo da sempre auspicate da quanti operano nel campo dei lavori di carrozzeria.

La mole di questi strumenti da banco, infatti, comporta l'impossibilità di un loro utilizzo al di fuori dell'officina e/o del laboratorio, direttamente sull'autoveicolo. Nasce di conseguenza la necessità di prelevare in qualche modo, ricorrendo talvolta anche a tecniche di tipo distruttivo, un campione della carrozzeria da riverniciare.

Per ovviare ai suddetti inconvenienti degli strumenti da banco, sono stati proposti e realizzati nella tecnica del ramo spettrofotometri in grado di essere trasportati ed utilizzati «sul campo».

Gli strumenti di questo tipo, comprendono un testa di lettura, collegata mediante un cavo flessibile ad una unità di elaborazione dati munita di accessori vari, tra cui una stampante per la rappresentazione grafica dei dati misurati.

Gli spettrofotometri di quest'ultimo tipo, tuttavia, sono trasportabili non senza difficoltà, essendo costituiti da parti di un certo peso che devono necessariamente essere collegate tra loro da un cavo di connessione.

Quest'ultima necessità limita il loro impiego sul campo, dal momento che il trasporto sia della testa di lettura che dell'unità di elaborazione, inscindibili tra loro, risulta disagevole e faticoso.

Un ulteriore inconveniente di questi strumenti è quello del costo, che, essendo talvolta addirittura superiore a quello degli spettrofotometri da banco, risulta generalmente ben al di là della portata di un operatore medio.

Il problema tecnico che sta alla base della presente invenzione è quello di mettere a disposizione uno spettrofotometro che sia portatile e che abbia caratteristiche strutturali e funzionali tali da consentire una riproduzione ex novo del colore analizzato, superando nel contempo gli inconvenienti citati con riferimento alla tecnica nota.

Questo problema viene risolto secondo l'invenzione da uno spettrofotometro portatile munito di un involucro di supporto, il quale si caratterizza per il fatto di comprendere, all'interno di detto involucro:

- una sorgente luminosa collegata, tramite un circuito di controllo, ad una uscita di un microprocessore munito di memorie dati (RAM) e di programma (ROM),

- una sfera per uniformare la densità del flusso luminoso in uscita da detto involucro,

- uno spettroscopio per la dispersione spettrale delia luce riflessa da un campione illuminato da detta sorgente, su un dispositivo fotometrico collegato in ingresso, tramite un convertitore analogico/digitale a detto microprocessore,

- un dispositivo ottico per l'illuminazione diretta di detto dispositivo fotometrico da parte di detta sorgente luminosa,

- un alimentatore della sorgente luminosa, del dispositivo fotometrico, del circuito di controllo, del convertitore analogico/digitale e del microprocessore,

- un connettore di collegamento del microprocessore con l'esterno di detto involucro.

Le caratteristiche ed i vantaggi dello spettrofotometro della presente invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione che segue di un esempio di realizzazione di esso, dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati in cui:

- la fig. 1 rappresenta prospetticamente uno spettrofotometro portatile realizzato in accordo con la presente invenzione,

- la fig. 2 rappresenta una sezione longitudinale dello spettrofotometro di fig. 1 fatta secondo la linea

II-II di fig. 3,

- la fig. 3 rappresenta una sezione longitudinale dello spettrofotometro di fig. 1 fatta secondo la linea

III-III di fig. 2,

- la fig. 4 rappresenta una vista in pianta, in parziale sezione secondo la linea IV—IV di fig. 2, dello spettrofotometro di fig. 1,

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- la fig. 5 mostra lo schema a blocchi di un dispositivo elettronico di comando incorporato nello spettrofotometro di fig. 1.

Con riferimento alle suddette figure, con 1 è complessivamente indicato uno spettrofotometro portatile realizzato in accordo con la presente invenzione.

Lo spettrofotometro 1 comprende un involucro 2 di supporto, sostanzialmente parallelepipedico, contenente dispositivi ottico-meccanici 60 ed un dispositivo elettronico di comando 63, entrambi illustrati più dettagliatamente nel prosieguo della presente descrizione.

L'involucro 2 è sormontato da una maniglia 3 di trasporto ed è inferiormente munito di un fondo 18 dotato di una pluralità di piedini 4 di appoggio.

L'involucro 2 comprende inoltre una testa di lettura 5, sostanzialmente parallelepipeda, munita frontalmente di un elemento di supporto 6, essenzialmente a tronco di piramide, di un occhio di lettura 8 a sezione circolare protetto anteriormente da un coperchio 7, piastriforme. (Vedi Fig. 2)

L'occhio di lettura 8 comprende una apertura 11 a sezione circolare ricavata in una sfera 12, cava, destinata ad uniformare, come meglio apparirà nel seguito della descrizione, la densità del flusso luminoso in uscita dalla testa di lettura 5 attraverso l'occhio di lettura 8.

Quest'ultimo è dotato perimetralmente di una calamita 9 ad anello, per facilitare l'aderenza della testa di lettura 5 alle superfici metalliche da analizzare.

Con riferimento alla fig. 2 è da rilevare che i dispositivi ottico-meccanici dello spettrofotometro sono supportati all'interno dell'involucro 2 da una piastra 13 avente profilo sostanzialmente rettangolare, appoggiata su una pluralità di distanziali 14 estesi di pezzo dal fondo 18 del'involucro 2 stesso, ai quali è ulteriormente fissata tramite viti del tutto convenzionali, non rappresentate.

Viene in tal modo definita, tra la suddetta piastra 13 ed il fondo 18 dell'involucro, una camera 19, sostanzialmente parallelepipeda, destinata all'accoglimento di un alimentatore 20, comprendente una batteria di accumulatori 21 (vedi figg. 2 e 4).

La suddetta camera 19 è accessibile dall'esterno tramite un coperchio 56 rimovibilmente fissato al fondo 18 dell'involucro 2 tramite viti del tutto convenzionali non rappresentate.

Con riferimento alla figura 2, è da rilevare che l'involucro 2 è munito all'interno della testa di lettura 5 ed in prossimità della sfera 12, di una coppia di colonnette 59 che ne irrigidiscono la struttura aumentando le caratteristiche di robustezza dello spettrofotometro.

La piastra 13 è munita ad un estremo di una porzione a forcella 16 di supporto della sfera 12 ad essa convenzionalmente fissata tramite viti 17.

Al fine di aumentarne la stabilità, la sfera 12 trova appoggio su una sede 58 avente un profilo coniugato alla superficie esterna della sfera stessa.

La sfera 12 (figg. 2 e 3) comprende due porzioni semisferiche rispettivamente anteriore 12a e posteriore 12b rimovibilmente fissate tra loro in modo del tutto convenzionale, ad esempio mediante una pluralità di viti 22.

Per effettuare l'illuminazione della superficie del manufatto da analizzare, lo spettrofotometro 1 è munito di una sorgente luminosa 23 fissata convenzionalmente alla porzione semisferica posteriore 12b della sfera 12 in prossimità della zona di giunzione con la porzione anteriore 12a (vedi fig. 3). La sorgente luminosa 23 comprende una lampada lampo 25 inserita in un rispettivo contenitore 26 prismatico, aperto sulla sfera 12 in corrispondenza di un passaggio 24, a sezione rettangolare, esteso nella sfera 12 simmetricamente rispetto ad un piano orizzontale diametrale A-A di quest'ultima (vedi Fig. 2).

La lampada lampo 25 consente l'illuminazione della superficie da analizzare con lampi aventi una temperatura di colore di circa 6000 K.

In accordo con una caratteristica della presente invenzione, come schematizzato in Fig. 5, la sorgente luminosa 23 è collegata, mediante un cavo 29a, all'uscita di un circuito di controllo 27 del tutto convenzionale, a sua volta collegato ad una uscita di un microprocessore 28, anch'esso di tipo convenzionale, tramite un conduttore cosiddetto BUS 62.

La sorgente luminosa 23 risulta pertanto asservita al microprocessore 28 tramite il suddetto circuito di controllo 27.

La stessa sorgente luminosa 23 è alimentata, tramite una ulteriore coppia di cavi 29b, 29c contenuti con il cavo 29a in una guaina 30, dall'alimentatore 20 posto nella camera 19 definita tra la piastra 13 di supporto ed il fondo 18 dell'involucro 2.

L'accensione della lampada lampo 25 e quindi le successive operazioni di analisi del colore, vengono comandate dall'esterno premendo un tasto 61, disposto a cavaliere della maniglia 3 al di sopra della testa di lettura 5 e convenzionalmente collegato in modo non rappresentato, con il microprocessore 28.

I dispositivi ottico-meccanici dello spettrofotometro 1 comprendono inoltre (vedi figg. 2 e 3) uno spettroscopio 31 per la dispersione spettrale della luce riflessa dalla superficie del manufatto illuminata dalla sorgente luminosa 23.

Lo spettroscopio 31 comprende un collimatore 32 ed un reticolo di diffrazione 33. Il collimatore 32 è munito di una serie di lenti del tutto convenzionali e non rappresentate, il cui asse ottico t-t interseca, come illustrato in fig. 3, il centro dell'apertura 11 della sfera 12.

II reticolo 33 è accolto in un involucro scatolare 34 di protezione, sostanzialmente parallelepipedico, ed è disposto sul prolungamento dell'asse ottico t-t del collimatore 32 in modo da formare con esso un angolo di circa 45°.

L'involucro scatolare 34 è convenzionalmente supportato dalla piastra 13 (ad esempio mediante saldature) e presenta, in corrispondenza di una base minore di esso, una apertura 35 chiusa da un dispositivo fotometrico 36 fissato alla piastra 13 di supporto in modo altrettanto convenzionale non rappresentato.

Al fine di aumentare la risoluzione ottica delle componenti spettrali della luce difratta dal reticolo 33, un obiettivo 37 di focalizzazione è interposto tra

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11 suddetto reticolo ed il dispositivo fotometrico 36 (Fig. 3).

L'obiettivo 37, come illustrato nelle figg. 2 e 3, è supportato dall'involucro scatolare 34 e dalla piastra 13 tramite un rispettivo elemento di supporto 38 piastriforme.

Con riferimento alla figg. 2, è da rilevare inoltre che gli assi dell'apertura 11, del collimatore 32 e dell'obiettivo 37 giacciono sullo stesso piano orizzontale A-A la cui traccia è riportata per maggior chiarezza nella stessa figura.

Il dispositivo fotometrico 36 comprende una pluralità di convenzionali fotocellule, non visibili in alcuna figura, per il rilevamento qualitativo e quantitativo delle componenti spettrali della luce riflessa dalla superficie del manufatto. A tale scopo, questa stessa luce viene scomposta dal reticolo 33 in modo da formare un fascio di diffrazione la cui ampiezza di estende complessivamente in un campo di lunghezze d'onda che va da 400 a 700 nanometri.

Il fascio di diffrazione ottenuto può essere vantaggiosamente campionato dal dispositivo fotometrico 36 in modo registrabile, secondo intervalli di lunghezza d'onda che vanno da circa 10 a circa 20 manometri, selezionati dall'esterno tramite il microprocessore 28.

Con riferimento alla fig. 3 è da rilevare che la sorgente luminosa 23 è otticamente collegata in ingresso al dispositivo fotometrico 36 mediante un dispositivo ottico 39 comprendente un elemento fotosensibile 40 ed un cavo flessibile 41 munito di una coppia di fibre ottiche 42.

Viene in tal modo trasmesso al dispositivo fotometrico 36 un secondo fascio luminoso, di riferimento, destinato ad essere confrontato, come meglio apparirà nel seguito della descrizione, con il fascio luminoso riflesso dal campione e disperso nelle sue componenti spettrali dallo spettroscopio 31.

L'elemento fotosensibile 40 si configura quindi come un riferimento interno dello spettrofotometro: a tale scopo esso si affaccia sull'interno della sfera

12 in corrispondenza di una apertura 43 in essa praticata da parte contrapposta alla sorgente luminosa 23, dalla quale l'elemento fotosensibile 40 è illuminato contemporaneamente alla superficie del manufatto da analizzare.

Il dispositivo fotometrico 36 è collegato in ingresso, tramite una pluralità di cavi elettrici 44, al dispositivo elettronico di comando 63 come schematizzato in Fig. 5, verso il quale indirizza, come meglio apparirà nel seguito della descrizione, i dati di misura in forma analogica.

Con riferimento alle figg. 2 e 3 è da rilevare che i dispositivi ottico-meccanici 60 dello spettrofotometro 1 fin qui illustrati, sono privi di parti in movimento, dal momento che il riferimento interno (l'elemento fotosensibile 40) e la superficie da analizzare vengono illuminati contemporaneamente dalla sorgente luminosa 23.

Viene in tal modo evitata la necessità di illuminare in successione temporale il manufatto ed il riferimento interno, così come avviene negli spettrofotometri della tecnica nota.

Con riferimento alla fig. 5 verrà ora illustrato il dispositivo elettronico di comando 63 incorporato nello spettrofotometro 1 della presente invenzione.

Tale dispositivo è montato in modo del tutto convenzionale, a bordo di due schede elettroniche, non rappresentate, supportate in una scatola 47, sostanzialmente parallelepipedica, a sua volta supportata all'interno dell'involucro 2 al di sopra del collimatore 32 e dell'involucro scatolare 34 da una pluralità di colonnette 48 cilindriche (vedi fig. 2).

Il microprocessore 28 è collegato in ingresso come illustrato in Fig. 5 che mostra schematicamente l'intero dispositivo elettronico di comando 63, al dispositivo fotometrico 36 tramite una interfaccia 64 di ingresso, in particolare tale interfaccia 64 è un convertitore analogico/digitale 45 destinato a convertire in forma digitale dati di misura ricevuti in forma analogica dal dispositivo fotometrico 36 e ad indirizzare i dati così convertiti al microprocessore 28 mediante un conduttore cosiddetto BUS 65.

In accordo con una caratteristica della presente invenzione, il microprocessore 28 è munito di una prima memoria 49 cosiddetta RAM (Random Access Memory) di lettura e scrittura, destinata a contenere i dati inviati al microprocessore 28 stesso sotto forma digitale dal convertitore analogico/digitale 45.

Il microprocessore 28 è altersì corredato di una seconda memoria 50 a sola lettura, in particolare dei tipo cosiddetto ROM (Read Only Memory), nella quale sono residenti i programmi destinati a rendere operativo il microprocessore 28.

Le suddette memorie 49 e 50 sono convenzionalmente collegate al microprocessore 28 tramite una serie di conduttori cosiddetti BUS 51 a e 51 b.

In accordo con un'ulteriore caratteristica della presente invenzione, l'energia necessaria per il funzionamento del dispositivo elettronico di comando 63, della lampada lampo 25 e del dispositivo fotometrico 36, viene fornita dall'alimentatore 20 incorporato nello spettrofotometro all'interno della camera 19.

Il microprocessore 28 e l'alimentatore 20 sono ulteriormente ed indipendentemente collegati in ingresso, in modo convenzionale non rappresentato, ad un connettore 52 supportato da parte contrapposta alla testa di lettura 5 su una parete laterale 53 dell'involucro 2.

Mediante il connettore 52 avvengono sia le operazioni di ricarica dell'alimentatore 20 sia il trasferimento, abilitato dal microprocessore 28, dei dati di misura registrati nella memoria 49 RAM ad un calcolatore esterno (non rappresentato) destinata alla loro ulteriore rielaborazione ed utilizzo in sede di ricettazione.

Il consenso all'effettuazione della misura, fornito dal microprocessore 28 e la carica dell'alimentatore 20, sono controllabili dall'esterno rispettivamente mediante un indicatore luminoso 54 ed un galvano-metro 55 montati sulla testa di lettura 5 dello spettrofotometro da parti contrapposte della maniglia 3 (vedi fig. 4).

Il funzionamento dello spettrofotometro 1 della presente invenzione, verrà ora illustrato con riferimento alla fig. 2 nella quale sono rappresentati i dispositivi ottico-meccanici 60 di esso.

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Quando si vuole analizzare il colore di un manufatto (ad esempio una carrozzeria di automobile) ai fini di una sua riproduzione o controllo, occorre, dopo aver acceso lo spettrofotometro, rimuovere il coperchio 7 di protezione dell'occhio di lettura 8 ed appoggiare la testa di lettura 5 alla superficie del manufatto da analizzare.

Per poter effettuare una lettura corretta dei colore, l'asse dell'occhio di lettura 8 deve essere il più possibile perpendicolare alla superficie del manufatto. Tale operazione viene facilitata, nel caso di superfici metalliche, dalla calamita 9 ad anello che consente una aderenza perfetta tra la testa di lettura 5 ed il manufatto stesso.

L'analisi del colore viene quindi effettuata premendo il tasto 61 disposto a cavaliere della maniglia 3.

Viene in tal modo attivata dal microprocessore 28, tramite il circuito di controllo 27, la sorgente luminosa 23. Quest'ultima emette, mediante la lampada lampo 25, un lampo che illumina l'interno della sfera 12 cava utilizzando l'energia ad essa fornita dall'alimentatore 20. La sfera 12, internamente rivestita con smalto bianco, consente di uniformare la densità del flusso luminoso in uscita dall'occhio di lettura 8, flusso luminoso che, di conseguenza, illumina in modo uniforme la superficie del manufatto colorato da analizzare.

Grazié alla sua particolare disposizione a bordo della sfera 12, l'elemento fotosensibile 40 del dispositivo ottico 39 viene illuminato dal lampo emesso dalla sorgente luminosa 25 contemporaneamente alla superficie del manufatto.

La luce riflessa dalla superficie così illuminata, viene quindi focalizzata dal collimatore 32 sul reticolo di difrazione 33 che ne disperde le componenti spettrali in un campo che va da 400 a 700 nanometri riflettendole previa ulteriore focalizzazione da parte dell'obiettivo 37, sulle fotocellule del dispositivo fotometrico 36. E' da rilevare che quest'ultimo viene contemporaneamente illuminato grazie al dispositivo ottico 39, anche dal lampo emesso dalla lampada 25.

L'emissione luminosa della lampada 25, infatti, raggiunge direttamente il dispositivo fotometrico 36 mediante le fibre ottiche 42, in corrispondenza di due gruppi di fotocellule, rispettivamente illuminati con componenti spettrali aventi lunghezze d'onda che vanno da 410 a 440 nm e da 600 a 640 nm.

Il dispositivo fotometrico 36 invia quindi al convertitore analogico/digitale 45 (tramite i cavi 44) i dati in forma analogica relativi alla misura della luce riflessa dal campione e di quella emessa dalla sorgente luminosa 23. Il convertitore analogico/digitale 45 provvede quindi alla commutazione dei segnali in ingresso dalla forma analogica a quella digitale ed al loro successivo invio al microprocessore 28 mediante il conduttore BUS 65. Il microprocessore provvede quindi ad immagazzinare nella propria memoria 49 RAM i dati relativi alla duplice lettura così eseguita.

Quando si vuole analizzare il colore di un manufatto diverso, è sufficiente ripetere le operazioni sin qui illustrate, avendo cura di mantenere, in occasione di ogni misurazione la testa di lettura 5 quanto più possibile perpendicolare alla superficie del manufatto.

In accordo con una caratteristica del presente trovato, tutte le fasi suesposte del funzionamento dello spettrofotometro 1 vengono attuate senza alcun tipo di collegamento con fonti di alimentazione esterne allo strumento e tanto meno con unità esterne di controllo.

I dati di misura, infatti, vengono direttamente immagazzinati nella memoria 49 RAM del microprocessore 28, e solo successivamente vengono trasmessi in modo seriale, tramite il connettore 52, ad un calcolatore da banco destinato alla loro ulteriore elaborazione.

Grazie alle proprie caratteristiche di semplicità, robustezza e ridotto consumo energetico, lo spettrofotometro della presente invenzione consente vantaggiosamente l'effettuazione di analisi dei colori da riprodurre e/o da controllare direttamente sul campo in modo completamente autonomo e senza alcun collegamento con unità di alimentazione esterne.

A questo proposito è da rilevare che grazie alla presenza della memoria 49 RAM, lo spettrofotometro 1 consente l'effettuazione di misurazioni ripetute del colore di uno stesso o più manufatti. I dati rilevati vengono immagazzinati nella memoria 49 e trasferiti solo successivamente, al rientro in officina o in laboratorio, ad un calcolatore destinato alla loro rielaborazione.

Lo spettrofotometro della presente invenzione, inoltre, grazie al razionale impiego di materiali a basso costo e largamente disponibili sul mercato, presenta l'ulteriore importante vantaggio di un costo estremamente contenuto, finalmente alla portata di una vasta gamma di utenti.

Esso si presta quindi vantaggiosamente ad una commercializzazione su vasta scala, non più limitata a pochi e sofisticati laboratori specializzati.

Claims (2)

Rivendicazioni

1. Spettrofotometro portatile munito di un involucro (2) di supporto, caratterizzato dal fatto di comprendere, all'interno di detto involucro (2):

- una sorgente luminosa (23) coiiegata, tramite un circuito (27) di controllo, ad una uscita di un microprocessore (28) munito di memorie dati (49) (RAM) e di programma (50) (ROM),

- una sfera (12) per uniformare la densità del flusso luminoso in uscita da detto involucro (2),

- uno spettroscopio (31) per la dispersione spettrale della luce riflessa da un campione illuminato da detta sorgente (23), su un dispositivo fotometrico (36) collegato in ingresso, tramite un convertitore analogico/digitale (45) a detto microprocessore (28),

- un dispositivo ottico (39) per l'illuminazione diretta di detto dispositivo fotometrico (36) da parte di detta sorgente luminosa (23),

- un alimentatore (20) della sorgente luminosa (23), del dispositivo fotometrico (36), del circuito (27) di controllo, del convertitore analogico/digitale (45) e del microprocessore (28),

- un connettore (52) di collegamento del microprocessore (28) e dell'alimentatore (20) con l'esterno di detto involucro (2).

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2. Spettrofotometro secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto alimentatore (20) comprende una batteria di accumulatori (21).

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