ITTO20000336A1 - Apparecchio per dosare ed erogare ciclicamente piccole quantita' di fluido. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Apparecchio per dosare ed erogare ciclicamente piccole quantità di fluido".

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un apparecchio dosatore ed erogatore per dosare ed erogare ciclicamente piccole quantità di fluido. In particolare, ma non esclusivamente, il settore di applicazione della presente invenzione è quello dei fluidi ad elevata viscosità. Più in particolare, l'invenzione trova applicazione nel dosaggio ed erogazione di fluidi lubrificanti ad elevata viscosità atti a lubrificare le superfici di scorrimento di un gruppo attuatore a pistone/cilindro in una macchina per la fabbricazione di pezzi presso-fusi in alluminio.

Nelle macchine di presso-fusione, le superfici di scorrimento dell'attuatore che spinge il metallo fuso in una cavità di stampaggio vanno lubrificate ad ogni ciclo; tipicamente il lubrificante viene applicato in forma nebulizzata per creare una pellicola lubrificante.

Lubrificanti del tipo sopra menzionato vengono usati soprattutto perché, non producendo fumi e fiamme, non sono dannosi per l'ambiente. Occorre però, da un lato, a causa del costo elevato di tali sostanze lubrificanti, dosarle con precisione in piccole quantità, solitamente inferiori ad un grammo per ogni ciclo di funzionamento della macchina di presso-fusione; dall'altro lato, bisogna avere la certezza che il quantitativo minimo di lubrificante richiesto per ogni ciclo di funzionamento sia effettivamente applicato.

Perciò, uno scopo generale dell'invenzione è di realizzare un apparecchio per dosare ed erogare con precisione piccole quantità di fluido.

Questo scopo è raggiunto, in accordo con la presente invenzione, da un apparécchio dosatore ed erogatore in grado di verificare e garantire automaticamente che ad ogni ciclo di erogazione venga effettivamente erogato il quantitativo di fluido richiesto, soprattutto se il fluido ha elevata viscosità e tende perciò ad intrappolare bolle d'aria.

Questo altro scopo è raggiunto, ancora in accordo con la presente invenzione, da un apparecchio come definito nella rivendicazione 2.

Altre caratteristiche importanti sono richiamate nelle altre rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche e i vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione déttagliata di un suo esempio di realizzazione fatta con riferimento al disegno allegato, dato a titolo indicativo e non limitativo, che rappresenta in forma schematica alcuni dei componenti dell'apparecchio secondo la presente invenzione.

Facendo riferimento alla figura, un apparecchio dosatore ed erogatore secondo la presente invenzione è complessivamente indicato con il numero di riferimento 10.

L'apparecchio 10 illustrato in figura e descritto qui di seguito è destinato, in particolare, a dosare ed erogare piccole quantità di fluido ad elevata viscosità, più in particolare un fluido lubrificante di consistenza semi-solida atto a lubrificare, ad ogni ciclo lavorativo, le superfici di scorrimento di un gruppo attuatore a stantuffo/cilindro di una macchina di presso-fusione come menzionato nella parte introduttiva della descrizione. Naturalmente, il riferimento a questo possibile campo di applicazione non deve essere in alcun modo interpretato come limitativo della portata del brevetto .

L'apparecchio 10 comprende un involucro o carcassa schematicamente indicata con 11. All'interno della carcassa il è previsto un serbatoio 12 contenente una riserva di fluido da erogare; il .serbatoio 12 è collegato tramite un condotto 13 ad una tanica o riserva esterna 13, in cui il fluido è tenuto in pressione. L'immissione del fluido nel serbatoio 12 è regolato da un'elettrovalvola 15.

Il serbatoio 12 è provvisto inoltre di un sistema atto a ripristinare automaticamente il livello del fluido. Le caratteristiche di funzionamento dei sistemi di questo tipo nono sono di per sé rilevanti ai fini della comprensione dell'invenzione e pertanto non verranno qui descritte in modo particolareggiato. Basterà qui ricordare il fatto che il sistema di riempimento comprende un sensore di livello, indicato schematicamente con 16, collegato ad un'unità di controllo elettronica (non illustrata) incorporata nell'apparecchio 10 che provvede automaticamente a comandare l'apertura dell'elettrovalvola 15 quando il livello del fluido nel serbatoio 12 è basso, e ad interrompere l'afflusso chiudendo tale elettrovalvola al raggiungimento del livello desiderato. Preferibilmente il sistema di ripristino del livello è predisposto per assicurare che il serbatoio 12 sia sempre pieno di liquido.

Il serbatoio 12 comunica, tramite un condotto di aspirazione 17 in cui è montata un'elettrovalvola 18, con la camera 19 di un gruppo di aspirazione e mandata indicato nel suo insieme con 20. Il gruppo 20 comprende un cilindro 21 in cui si muove di moto alternato uno stantuffo 22 azionato da un motore 23 che comanda la rotazione di un rotore a madrevite 24 (o di un organo rotante equivalente), in cui si impegna lo stelo 25 dello stantuffo 22 secondo una configurazione a vite senza fine.

Caratteristica importante della soluzione secondo l'invenzione è che il motore 23 è un motore del tipo passo-passo o stepper 23, vantaggiosamente a passo angolare molto piccolo, ad esempio 1,8 gradi, in modo tale che la rotazione del rotore a madrevite 24, e di conseguenza la traslazione dello stantuffo 22, possa essere controllata con grande precisione.

L'accoppiamento filettato tra la madrevite 24 e lo stelo filettato 25 è opportunamente progettato con un passo molto piccolo al fine di garantire un controllo accurato della posizione longitudinale dello stantuffo 22 all'interno del cilindro 21.

Con 26 è indicato un sensore di prossimità disposto in corrispondenza del fondo corsa inferiore dello stantuffo.

Un condotto di mandata 27 è disposto tra la zona di testa del cilindro 21 ed un gruppo di iniezione 28 situato esternamente all'apparecchio 10. Lungo il condotto di mandata 27, nella parte di questo ancora all'interno della carcassa il, è prevista una vaivola,di non ritorno 29 ed un dispositivo di monitoraggio della pressione, indicato con 30, comprensivo di un sensore di pressione 31.

La valvola di non ritorno 29 è configurata in modo da impedire al fluido presente nel condotto di mandata 27 di tornare nella camera 19, soprattutto quando l'apparecchio è in condizione passiva, fra due cicli di erogazione consecutivi.

Il sensore di pressione 31 serve a monitorare in modo continuativo la pressione del fluido erogato dal gruppo di aspirazione e mandata 20, ed è collegato ad un'unità di controllo ed elaborazione elettronica (non illustrata per semplicità) che sovrintende al funzionamento dell'apparecchio 10 nel suo complesso, dunque anche al funzionamento di tutte le elettrovalvole e gli organi motori/azionatori qui descritti.

Nel caso in cui le applicazioni dell'apparecchio lo richiedano, all'interno della carcassa 11 può essere installato un regolatore di pressione 32 per fornire in modo controllato aria compressa al gruppo di iniezione schematicamente indicato con 28, che in questo caso provvede anche alla vaporizzazione del fluido. 1 gruppi di iniezione di questo genere sono noti alle tecnica e non necessitano pertanto di essere descritti in dettaglio. Aria compressa proveniente da una sorgente di aria compressa 34 esterna all'apparecchio 10 viene mandata attraverso un condotto 33 provvisto di un'elettrovalvola dell'aria 35. Il gruppo di iniezione 28 provvede alla vaporizzazione del fluido ricevuto dal condotto di mandata 27 per fornirlo in condizione vaporizzata o nebulizzata sulla zona di applicazione tramite un ugello schematicamente designato con 28a.

L'apparecchio 10 comprende inoltre, sulla carcassa 11, altri dispositivi di controllo e regolazione quali una tastiera ed un visualizzatore (non illustrati per semplicità), mediante i quali è possibile regolare alcune funzioni, ad esempio la quantità di fluido da erogare ad ogni ciclo, ed ottenere informazioni su altri parametri, ad esempio sull'autonomia residua del fluido contenuto nel serbatoio 12.

Il funzionamento dell'apparecchio secondo la presente invenzione è il seguente.

Per richiamare fluido dal serbatoio 12 nella camera 19 attraverso il condotto di aspirazione 17, un segnale di comando provoca contemporaneamente (o comunque in modo coordinato) l'apertura dell'elettrovalvola di aspirazione 18 e l'azionamento del motore stepper 23 per far scendere lo stantuffo 22 nel cilindro 21 fino a quando il sensore di prossimità 26 non ne comanda l'arresto. In tale condizione la camera 19 è essenzialmente piena di fluido.

Un segnale di comando di erogazione, proveniente da un'unità di comando esterna, quale ad esempio un'unità della macchina (non illustrata) che riceve il fluido erogato dall'apparecchio 10, provoca l'azionamento del motore stepper 23. Il rotore a madrevite 24 viene fatto ruotare dal motore stepper 23 di un angolo che corrisponde ad un avanzamento lineare dello stantuffo 22 di una misura tale da provocare l'invio, attraverso il condotto di mandata 27, dell'esatta quantità di fluido da erogare. In modo sincronizzato con il comando che produce l'erogazione del fluido dal gruppo 20, l'unità elettronica di controllo emette un ulteriore segnale di comando che provoca l'apertura dell'elettrovalvola dell'aria 35, per cui il quantitativo di fluido pervenuto nel gruppo di iniezione 28 viene investito da un getto di aria compressa che lo vaporizza e lo convoglia all'utilizzo mediante un ugello 28a.

Il motore stepper 23 è tarato in funzione delle caratteristiche meccaniche é idrauliche del gruppo di aspirazione e mandata 20, tenendo in considerazione la sezione trasversale dello stantuffo 22 e della camera 19 del cilindro 21, e il passo dell'accoppiamento filettato tra lo stelo 25 dello stantuffo e il rotore a madrevite 24.

Il caricamento/svuotamento della camera 19 può avvenire con le diverse modalità seguenti, a seconda delle specìfiche esigenze:

a) caricamento della camera 19,- avanzamenti parziali e sequenziale dello stantuffo 22 equivalenti ognuno alla quantità di dose predeterminata fino allo svuotamento massimo della camera previsto dalla centrale di controllo,· ritorno dello stantuffo alla posizione di fondo corsa inferiore, con nuovo riempimento totale della camera;

b) caricamento parziale della camera in misura corrispondente solo alla quantità della singola dose di iniezione predeterminata; avanzamento dello stantuffo fino a fine corsa per una completa espulsione della dose,- ritorno dello stantuffo in posizione di inizio corsa,- nuovo caricamento della quantità unitaria;

c) caricamento totale della camera; avanzamento parziale dello stantuffo equivalente all'iniezione della dose predeterminata; ritorno dello stantuffo in posizione di inizio corsa,- nuovo riempimento totale della camera.

Come si potrà apprezzare, il funzionamento dell'apparecchio secondo l'invenzione è basato su un principio volumetrico dove l'adozione del motore stepper 23 associato al gruppo di aspirazione e mandata 20, permette di dosare ed erogare con elevata precisione quantità di fluido piccole.

Grazie al dispositivo 30 di monitoraggio della pressione, l'apparecchio della presente invenzione garantisce automaticamente che ad ogni ciclo la quantità di fluido erogata sia effettivamente quella richiesta. Se anche il fluido dovesse inglobare bolle di aria che potrebbero comportare una riduzione del quantitativo di fluido erogato in un ciclo, l'apparecchio è predisposto per riconoscere una condizione di questo tipo ed erogare comunque il quantitativo di fluido richiesto.

In assenza di bolle d'aria, il sensore di pressione 31 del dispositivo di monitoraggio 30 rileva una pressione operativa sostanzialmente costante e l'unità di controllo non comanda alcuna compensazione.

Se invece il sensore di pressione 31 rileva una diminuzione della pressione del fluido passante nel condotto di mandata 27, il che indica la presenza di una o più bolle d'aria non compresse, il dispositivo di monitoraggio 30 invia un corrispondente segnale di depressione all'unità di controllo per tutto il tempo in cui la depressione viene rilevata. In base ai valori di depressione rilevati, l'unità di controllo calcola, in tempo reale, il quantitativo di fluido che non è stato erogato a causa delle bolle d'aria e comanda al motore stepper di continuare a ruotare, proseguendo oltre il valore impostato dal comando di iniezione, per un angolo supplementare calcolato in funzione del quantitativo non erogato, fino a quando non viene erogato tutto il quantitativo di fluido prestabilito per quel ciclo. In questo modo, l'apparecchio compensa immediatamente ed automaticamente la mancata erogazione di fluido dovuta a bolle d'aria intrappolate nel fluido.

L'unità di controllo ed elaborazione sarà ovviamente predisposta per effettuare le operazioni di calcolo sopra accennate tenendo conto dei parametri caratteristici del fluido (densità, viscosità, ecc.) e delle perdite di carico del circuito idraulico.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio per dosare ed erogare ciclicamente piccole quantità di fluido, conprendente: un serbatoio. (12) contenente una riserva di fluido da erogare; un gruppo di aspirazione e mandata (20) comunicante (17) con il serbatoio (12) e comprendente un elemento a cilindro (21) in cui è mobile di moto alternato un elemento a stantuffo (22) azionato da un organo rotante (24) comandato in rotazione da un motore stepper (23); un condotto di mandata (27) per convogliare il fluido dal gruppo di aspirazione e mandata (20) ad un punto di utilizzo del fluido; mezzi valvolari (18, 29) apribili e chiudibili in modo selettivo per permettere l'aspirazione del fluido dal serbatoio (12) e la mandata del fluido da detto gruppo (20),-mezzi di controllo elettronico predisposti per fornire al motore (23) un segnale di comando per ruotare, in modo coordinato con l'apertura e la chiusura dei mezzi valvolari (18, 29), l'organo rotante (24) di un determinato angolo tale da provocare un corrispondente avanzamento lineare dell'elemento a stantuffo (22) così da erogare un determinato quantitativo di fluido attraverso il condotto di mandata (27).
2. 2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in particolare per dosare ed erogare un fluido ad alta viscosità, comprendente inoltre: mezzi di monitoraggio della pressione (30, 31) associati al condotto di mandata (27) per fornire segnali di depressione del fluido che passa in tale condotto; mezzi di controllo e di elaborazione predisposti per: acquisire detti segnali di depressione, calcolare, in base ai segnali di depressione, un valore corrispondente ad un quantitativo di fluido non erogato rispetto a detto quantitativo determinato, elaborare, in base al valore calcolato di fluido non erogato, un corrispondente valore angolare di rotazione supplementare da impartire all'organo rotante (24) per produrre l'erogazione di tutto il quantitativo di fluido determinato ; automaticamente comandare il motore (23) per ruotare l'organo rotante (24) di detto angolo supplementare oltre detto angolo determinato.
3. 3. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui l'organo rotante (24) è un rotore a madrevite.
4. 4. Apparecchio secondo la rivendicazione 3, in cui l'elemento a stantuffo (22) è provvisto di uno stelo filettato (25) atto ad impegnarsi con il rotore a madrevite (24) secondo una configurazione a vite senza fine.
5. 5. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui il motore stepper (23) ha un passo angolare piccolo e adatto a dosare quantitativi di fluido inferiori ad 1 grammo per ogni ciclo di erogazione.
6. 6. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi valvolari comprendono una valvola di non-ritorno (29) sul condotto di mandata (27).
7. 7. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre: mezzi (32, 33, 35) per fornire aria pressurizzata, comprendenti un'elettrovalvola dell'aria (35) operativamente collegata ai mezzi di controllo elettronico per associare un getto di aria pressurizzata al fluido erogato dal condotto di mandata.
8. 8. Apparecchio secondo la rivendicazione 7, in cui i mezzi per fornire aria pressurizzata comprendono almeno un regolatore di pressione (32) per regolare la pressione del getto di aria pressurizzata.
9. 9. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui il serbatoio (12) è collegato (13) ad una riserva esterna (14) di fluido in pressione.
10. 10. Apparecchio secondo la rivendicazione 1 in cui il serbatoio (12) è collegato (13) ad una riserva esterna (14) di fluido ed è dotato di mezzi (15, 16) per ripristinare automaticamente il livello del fluido nel serbatoio (12).
11. 11. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre una tastiera, collegata a detti mezzi di controllo elettronico, e provvista di comandi per regolare il quantitativo di fluido da erogare .