ES2863698T3 - Dispositivo de cilindro y pistón rotativo - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de cilindro y pistón rotativo (1) que comprende un rotor (2), un estator (4) y un obturador giratorio (3), el rotor y el estator definen una cámara de trabajo, el rotor comprende al menos un pistón (5) que se extiende dentro de la cámara de trabajo, el obturador giratorio está provisto de al menos una abertura (3a), en la que en una condición abierta del obturador giratorio permite el paso del al menos un pistón a través del mismo, y en una condición cerrada el obturador giratorio divide el cámara de trabajo, el pistón que comprende un primer lado (5b) y un segundo lado (5a), el primer lado dispuesto para sellarse con una ranura (3a) del obturador, y comprende una cara de trabajo, el segundo lado que es un lado dirigido sustancialmente opuesto al primer lado, caracterizado porque el segundo lado comprende una porción de sellado dispuesta para sellarse con la ranura del obturador y/o el estator y una porción que no se sella dispuesta para no sellarse con la ranura del obturador.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de cilindro y pistón rotativo

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a dispositivos de cilindro y pistón rotativo.

Antecedentes

Los dispositivos de cilindro y pistón rotativo pueden tomar varias formas y usarse para numerosas aplicaciones, tales como un motor de combustión interna, un compresor tal como un sobrealimentador o una bomba de fluido, un expansor tal como un motor de vapor o reemplazo de turbina, o como otra forma de dispositivo de desplazamiento positivo.

Se puede considerar que un dispositivo de cilindro y pistón rotativo comprende un rotor y un estator, el estator que define al menos parcialmente una cámara anular o espacio de cilindro, el rotor puede tener la forma de un anillo o una superficie anular (de sección cóncava), y el rotor que comprende al menos un pistón que se extiende desde el rotor hacia el espacio anular de cilindro, durante su uso el al menos un pistón se mueve circunferencialmente a través del espacio anular de cilindro por la rotación del rotor con relación al estator, el rotor que se sella con relación al estator, y el dispositivo que comprende además un obturador de espacio cilíndrico que es capaz de moverse con relación al estator a una posición cerrada en la que el obturador divide el espacio anular de cilindro, y a una posición abierta en la que el obturador permite el paso del al menos un pistón, tal como, cuando el obturador está montado de manera giratoria, el obturador del espacio de cilindro puede tener la forma de un disco obturador.

Los documentos WO 2010/023487 y GB2528508 son dispositivos de cilindro y pistón rotativo conocidos.

Hemos ideado un pistón mejorado para tales dispositivos.

Resumen

De acuerdo con la invención, se proporciona un dispositivo de cilindro y pistón rotativo según se reivindica en la reivindicación 1.

La porción de sellado del segundo lado puede comprender una porción de superficie distal que se dispone para sellar con una superficie de la ranura del obturador, o una superficie del estator, o una combinación de ambas. En este contexto, de un sello entre el pistón y las respectivas superficies que definen la cámara del estator, y entre el pistón y las superficies que definen las ranuras del obturador, la referencia a un sello incluye un margen para una trayectoria de fuga intencional de fluido, por medio de una separación estrecha entre superficies opuestas, y no necesariamente formar una formación estanca a los fluidos. Dentro de este alcance, se puede lograr un sellado por medio de superficies de funcionamiento cercano o una línea de funcionamiento cercano o una región de funcionamiento cercano. El sello puede proporcionarse mediante un espacio de sellado entre superficies opuestas, para minimizar o restringir la transmisión de fluido a través de las mismas. Los espacios de sellado correspondientes a diferentes superficies pueden tener diferentes espacios con sus respectivas partes opuestas, debido a los diferentes requisitos de ensamblaje y funcionamiento.

La porción que no se sella puede comprender una superficie que está separada o apartada de la porción de sellado y la porción de sellado puede comprender una región distal de dicho segundo lado.

Se puede considerar que el segundo lado o una porción del segundo lado tiene un espacio libre aumentado con respecto a la ranura del obturador.

La porción que no se sella del segundo lado está sustancialmente desprovista de una superficie de funcionamiento cercano o de sellado, con respecto a una superficie de la ranura del obturador. La porción que no se sella puede estar lo suficientemente separada de una superficie opuesta de la ranura del estator/obturador para no sellar o formar una línea de funcionamiento cercano de la región. La porción que no se sella puede verse como desplazada (al menos en parte) de una posición o configuración geométricamente ideal (para efectuar un sellado). Generalmente, el desplazamiento puede ser hacia el primer lado. El desplazamiento puede ser uniforme, o puede ser desigual o no uniforme en toda el área de desplazamiento.

El segundo lado puede denominarse el lado inverso. En dependencia de la aplicación para la que se use el dispositivo, la cara de trabajo y la cara posterior pueden ser la cara delantera y la cara posterior respectivamente, o viceversa.

El primer lado y el segundo lado pueden ocupar respectivamente partes opuestas del pistón, colocadas así a lo largo del sentido de rotación del rotor.

Se puede considerar que el primer y el segundo lado comprenden porciones laterales distales.

El pistón puede ser al menos en parte hueco. Una porción volumétrica sustancial de la segunda porción lateral puede ser hueca o comprender uno o más vacíos o rebajes. La primera porción lateral también puede ser hueca. La región distal del segundo lado puede proporcionar una abertura en un espacio interno del pistón. La porción que no se sella puede proporcionar o ser una abertura a una región interna del pistón.

La región distal del segundo lado puede comprender un margen o periferia a una abertura o vacío o espacio, cuya región distal comprende una superficie. La superficie tiene dimensiones de superficie apreciables y puede excluir la referencia a un borde, o una esquina pronunciada/discernible, o una porción de área de superficie sustancialmente despreciable o ancho/tamaño de superficie.

El segundo lado puede ser una porción lateral abierta.

La segunda porción lateral puede estar sustancialmente desprovista de una superficie o cara invertida principal. Un volumen interno del pistón puede incluir un inserto que está formado de un material diferente al de la porción principal del pistón. El inserto puede ser un inserto estructural.

El término “pistón" se usa en la presente descripción en su sentido más amplio para incluir, cuando el contexto lo admita, una división capaz de moverse con relación a la pared de un cilindro, y dicha división no necesita generalmente tener un grosor sustancial en la dirección del movimiento relativo, pero puede ser en forma de álabe. La división puede tener un grosor sustancial o puede ser hueca. El pistón puede formar una división dentro del espacio de cilindro. El pistón puede disponerse para girar, durante su uso, alrededor del eje de rotación del rotor. Aunque en teoría el obturador podría ser alternativo, se prefiere evitar el uso de componentes alternativos, particularmente cuando se requieren altas velocidades, y el obturador preferentemente comprende uno o más discos obturadores dispuestos para colocarse sustancialmente en alineación con el orificio que se extiende circunferencial o circularmente del espacio anular de cilindro, y se proporciona con al menos una abertura que en la condición abierta del obturador permite el paso del al menos un pistón a través del mismo.

Una superficie del rotor que define en parte la cámara de trabajo puede ser cóncava o curvada en sección transversal. La cámara de trabajo puede tener una forma sustancialmente anular. El obturador puede presentar una división que se extiende sustancialmente de manera radial del espacio de cilindro.

La al menos una abertura del obturador se puede proporcionar sustancialmente de manera radial en y con respecto al obturador.

Preferentemente, el eje de rotación del rotor no es paralelo al eje de rotación del obturador. Con mayor preferencia, el eje de rotación del rotor es sustancialmente ortogonal al eje de rotación del obturador.

Preferentemente, el pistón tiene una forma de manera que pasará a través de una abertura en el obturador móvil, sin obstruirse, cuando la abertura pase a través del espacio anular de cilindro. El pistón se puede conformar de manera que haya una holgura mínima entre el pistón y la abertura en el obturador, de manera que se forme un sello cuando el pistón pase a través de la abertura. Puede proporcionarse un sello en una superficie o región de borde de la primera porción lateral del pistón. En el caso de un compresor, la primera porción lateral proporciona una superficie delantera y, en el caso de un expansor, la primera porción lateral proporciona una superficie trasera. En cualquier caso, la primera porción lateral comprende la cara de trabajo del pistón, que es la cara que imparte un trabajo sustancial sobre ella o tiene trabajo impartido por el fluido de trabajo.

El rotor puede estar soportado de manera giratoria por el estator en lugar de depender de la cooperación entre el pistón y las paredes del cilindro para posicionar relativamente el cuerpo del rotor y el estator. Se apreciará que un dispositivo de cilindro y pistón rotativo es distinto de un dispositivo de pistón alternativo convencional en el que el pistón se mantiene coaxial con el cilindro por medio de aros de pistón adecuados o bases que dan lugar a fuerzas de fricción relativamente altas.

El rotor puede estar soportado de manera giratoria por un cojinete adecuado llevado por el estator o conjunto de estator.

El cojinete puede estar localizado entre las partes que están unidas al rotor o al estator.

Preferentemente, el estator comprende al menos uno o más puertos. Puede haber al menos un puerto para el flujo de entrada y al menos un puerto para el flujo de salida.

Al menos uno de los puertos puede estar sustancialmente adyacente al obturador.

Al menos uno de los puertos puede posicionarse de manera que forme un puerto con válvula en cooperación con un puerto en el rotor.

Preferentemente, la relación entre la velocidad angular del rotor y la velocidad angular del disco obturador es 1:1, aunque son posibles otras relaciones.

El dispositivo puede ser de un tipo en el que la superficie del rotor que define la cámara esté dirigida u orientada generalmente hacia fuera del eje de rotación del rotor. El dispositivo también puede ser de un tipo en el que la superficie del rotor que define la cámara esté dirigida u orientada generalmente hacia dentro hacia el eje de rotación del rotor.

El obturador puede disponerse para extenderse a través o intersecar la cámara de trabajo en (solo) una región o localización del espacio de cilindro.

El dispositivo, y cualquier elemento del dispositivo, puede comprender una o más características estructurales o funcionales descritas en la descripción siguiente y/o mostradas en los dibujos.

Breve descripción de dibujos

A continuación, se describirán diversas modalidades de la invención, solo a modo de ejemplo, con referencia a los siguientes dibujos en los que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un dispositivo de cilindro y pistón rotativo,

La Figura 2 es una sección transversal del dispositivo de la Figura 1, tomada en un plano que contiene el eje de rotación del rotor,

La Figura 3 es una vista en perspectiva del dispositivo de la Figura 1, con el estator omitido,

Las Figuras 4a y 4b son vistas en perspectiva de un pistón de rotor,

La Figura 5 es una vista en perspectiva de una modalidad de un pistón,

La Figura 6 es una vista en perspectiva de una modalidad de un rotor, que incluye una modalidad adicional de un pistón,

Las Figuras 7a y 7b muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón,

Las Figuras 8a y 8b muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón,

Las Figuras 9a y 9b muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón,

Las Figuras 10a y 10b muestran una perspectiva y una vista en sección transversal de una modalidad de un pistón, Las Figuras 11a y

muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón,

Las Figuras 12a y

muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón,

Las Figuras 13a y

muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón,

La Figura 14 muestra una vista en perspectiva de una modalidad de un pistón,

Las Figuras 15a y

muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón,

Las Figuras 16a y

muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón,

Las Figuras 17a y

muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón,

Las Figuras 18a y muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón,

Las Figuras 19a y 19b muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón.

Las Figuras 20a y 20b muestran vistas en perspectiva de una modalidad de un pistón.

Las Figuras 21a y 21b muestran vistas en perspectiva de un pistón de un tipo de dispositivo de cilindro y pistón rotativo adicional.

Las Figuras 22a y 22b muestran vistas en perspectiva de un pistón de otro tipo de dispositivo de cilindro y pistón rotativo adicional.

Descripción detallada

Se hace referencia a las Figuras 1, 2 y 3 que muestran un dispositivo de cilindro y pistón rotativo 1 que comprende un rotor 2, un estator 4 y un disco obturador 3, que puede configurarse para su uso en numerosas formas operativas. El estator 4, aunque no se muestra en la Figura 3 para facilitar la representación, pero se muestra en parte en las Figuras 1 y 2, comprende una formación, tal como un alojamiento o carcasa, que se mantiene en relación con el rotor, y la superficie del estator que se orienta hacia la superficie 2a del rotor, juntas definen un espacio de cilindro anular o cámara de trabajo, mostrada generalmente como 100.

El estator 4 comprende lo que se puede denominar un estator interior y un estator exterior. El estator interior 4a tiene una forma sustancialmente cilíndrica y define una superficie exterior 4a'. El estator exterior 4b tiene una forma sustancialmente anular.

Se proporciona un pistón 5 integrado o fijado al rotor y que se extiende desde la superficie 2a. Una ranura 3a proporcionada en el disco obturador 3 está dimensionada y configurada para permitir el paso del pistón a través de la misma, sin interferencia. La rotación del disco obturador 3 se ajusta al rotor por medio de un conjunto de transmisión. El conjunto de transmisión sincroniza la rotación del rotor 2 y el obturador 3. El conjunto de transmisión comprende un engranaje dentado 150. Engranajes adicionales (no mostrados) u otra transmisión, tal como la que comprende una caja de engranajes, para conectar el engranaje dentado al eje 9, lo que asegura así que el obturador 3 gire en sincronía con el pistón. Se entenderá que son posibles diferentes formas/tipos de transmisión para sincronizar la rotación del obturador y el rotor y el pistón.

El estator 4 comprende además una ranura que se proporciona para recibir el obturador 3, para dividir la cámara anular, o espacio de cilindro, 100 definido por las superficies del rotor y el estator mencionadas anteriormente. Se proporciona un puerto 7 en el estator exterior 4b. También se pueden proporcionar otros puertos en el estator o además del puerto 7.

Durante el uso del dispositivo, una superficie circunferencial 30 del disco obturador se orienta hacia la superficie 2a del rotor para proporcionar un sello entre las mismas, y así permitir que el disco obturador sirva funcionalmente como una división dentro de la cámara de trabajo anular.

La geometría de la superficie 2a del rotor está gobernada por al menos parte de la superficie circunferencial del disco obturador giratorio. Dado que el disco obturador 3 penetra/interseca sólo un lado de la cámara (anular), los ejes del disco y el rotor generalmente no se intersecan.

El obturador 3 comprende una ranura de obturador 3a para permitir que el pistón 5 pase a través de la misma. La ranura 3a está definida por las superficies 13, 14 y 15.

En las modalidades descritas a continuación se hace mención particular a las características ventajosas de la configuración del pistón.

Con referencia en particular a la Figura 3, el rotor 2 comprende una superficie cóncava y abombada (en sección transversal en un plano radial que incluye el eje del rotor). El rotor 2 encaja sobre el estator interior 4a para definir el espacio anular del cilindro 100. El rotor 2 está provisto de un puerto de fluido 16. El puerto 16 puede corresponder con un puerto adicional en una porción de estator adicional (no mostrada) en el lado opuesto del rotor con relación al espacio de cilindro anular, para formar un puerto con válvula. En esta modalidad, dicha porción de estator estará sustancialmente radialmente hacia fuera del rotor. Alternativamente, se puede usar otra forma de válvulas o puertos. Durante el uso, el eje 9 se dispone para transmitir par hacia o desde el rotor.

Se puede considerar que el pistón 5 tiene un primer lado y un segundo lado, cada uno de los lados que ocupa posiciones respectivas con respecto al sentido de rotación, y se puede considerar que se orientan de manera opuesta a ese sentido. En el contexto de esta modalidad particular de dispositivo de cilindro y pistón rotativo, cada porción lateral puede considerarse como una parte delantera/frontal y una parte trasera/inversa, respectivamente, que ocupan regiones distales del pistón. En las modalidades que se describen a continuación, se presta especial atención a lo que puede denominarse la porción del lado inverso o no funcional del pistón, y su estructura y configuración. Además, con relación a las modalidades que se describen a continuación, se usan los mismos números de referencia cuando se hace referencia al mismo o sustancialmente el mismo elemento, o elemento equivalente (desde una perspectiva funcional y/o estructural).

Se hace referencia a las Figuras 4a y 4b que muestran un pistón 5', en el que el lado de trabajo está referenciado con 5b, y el lado inverso 5a. Con el propósito de comprender mejor las características de las modalidades descritas a continuación, las Figuras 4a y 4b se usan para demostrar la geometría de los lados del pistón para realizar o evitar el sellado con, o estar relativamente en funcionamiento cercano con la ranura del obturador. La línea discontinua del lado 5a ilustra la extensión y configuración de ese lado si estuviera dispuesto para sellar con la respectiva superficie que define la ranura de la abertura del obturador 3. Como es evidente, el lado inverso está desplazado desde esa posición de sellado hacia el lado de trabajo 5b. Esto significa que cuando el pistón pasa a través de la ranura del obturador, el lado inverso no sellaría con la superficie respectiva de la ranura del obturador 3a. Sin embargo, el lado de trabajo 5b, cuando pasa a través de la ranura del obturador, forma un sello con la superficie respectiva de la ranura.

El desplazamiento del lado inverso a menudo puede ser necesario para evitar el agarrotamiento del pistón dentro de la ranura debido al juego (como el juego de los dientes del engranaje o la tensión de la correa) de cualquier transmisión unida al rotor, al disco del obturador o a una transmisión entre el rotor y el disco obturador.

El juego en los engranajes, por ejemplo, puede estar presente solo temporalmente durante las vibraciones o los ciclos sin carga, pero si no se permite el movimiento relativo entre el pistón y el disco obturador, es posible que se produzcan agarrotamientos o daños durante estas condiciones. Es posible disponer simplemente de holguras más grandes entre el pistón y la ranura en las caras de trabajo e inversa del pistón, de manera que nunca se produzca un agarrotamiento, pero esto significaría que para la mayoría de las condiciones de funcionamiento la holgura entre la cara de trabajo del disco y la superficie respectiva de la ranura del disco obturador sería mucho más grande, lo que aumenta las fugas y reduce el rendimiento. La modalidad mostrada en la Figura 4 es para disponer el espacio adicional requerido para acomodar el juego en la cara inversa del pistón (por medio de la superficie desplazada 5a). De esta manera, la sincronización entre el pistón y el disco obturador se puede establecer en un extremo del juego (que debería ser el juego operativo predominantemente esperado) y, en el caso de que exista juego en algún punto, puede ser absorbido por esta holgura.

Sin embargo, al desplazar la totalidad de la cara 5a, se puede ver que el efecto de sellado de las caras 5c, 5d, 5e se ha reducido debido a la longitud más baja/más corta, en la dirección del movimiento del pistón, de sus respectivas superficies de funcionamiento cercano. Dado que es poco probable que estas caras se agarroten debido al juego del tren de engranajes como las caras opuestas 5a y 5b, esta reducción de la longitud de sellado no tiene ningún beneficio/efecto contrario.

En las modalidades que siguen, hemos ideado una manera de mantener las superficies de sellado largas de las caras 5c, 5d y 5e (o cualquier superficie colocada de manera equivalente), mientras que al mismo tiempo se reduce la probabilidad de agarrotamiento entre el disco de obturación y el pistón. Esto se logra al tener una mayor extensión de algunas o todas las regiones distales de 5a, en comparación con la región o regiones centrales de 5a. Por central incluimos la región hacia adentro, al menos en parte, que rodea una porción marginal. Las regiones distales pueden ser preferentemente aquellas que están situadas cerca del perímetro o región de margen de 5a a lo largo de los lados que no están en contacto con la superficie 2a del rotor. Estas regiones son preferentemente aquellas que están en estrecha cooperación con el estator, y en una parte del ciclo pueden estar en estrecha cooperación con la ranura del obturador.

Un beneficio adicional de esta disposición es que dado que el desplazamiento en la región central de la cara inversa puede ser significativamente mayor que la cantidad requerida para acomodar el juego (dado que el sellado entre esta porción y la ranura del obturador puede no ser importante), esta superficie puede fabricarse con una tolerancia más baja (siempre que el desplazamiento en un punto dado de la superficie sea mayor que la suma del juego esperado y la variación de tolerancia máxima) de lo que era posible anteriormente, lo que puede reducir los costos de fabricación. Este desplazamiento también puede permitir que se incorporen otras características en el pistón sin más desventajas en términos de sellado o aumento de fugas.

En todas las modalidades que se describen a continuación, al menos una porción del lado inverso del pistón se configura para no sellar o funcionar relativamente cerca de la ranura del obturador, por ejemplo, al estar formada como desplazada desde su posición geométricamente ideal para hacerlo, y una porción se dispone para funcionar más cerca de la ranura del obturador con el beneficio adicional de que las regiones distales que funcionan más cerca de la ranura del obturador también pueden aumentar la longitud de al menos parte de las regiones laterales o superficies tales como 5c, 5d y 5e en la dirección de desplazamiento del pistón para proporcionar posibles mejoras de sellado.

Se hace referencia a la Figura 5 en la que se muestra un pistón 25 que es en parte hueco, que se extiende desde una abertura en la superficie del lado inverso 25a. Se define una cavidad o vacío 28 que se extiende desde el lado inverso hacia el volumen del pistón. El pistón 25 también está provisto de características de ubicación 29, que son características de ubicación de sujetadores, tales como orificios ciegos, que permiten que el pistón 5 se fije con seguridad a la superficie 2a del rotor. La cara 25f es la cara del pistón que está sustancialmente en cooperación con la cara del rotor 2a una vez ensamblada. La cara inversa con cavidad (que mantiene la mayor extensión alrededor de todas sus superficies periféricas 25c, 25d y 25e) proporciona ventajosamente una amplia superficie 25f que facilita la unión o fijación del pistón al rotor. La superficie del lado inverso 25a se dispone para funcionar más cerca de la ranura del obturador y define efectivamente una periferia que delimita la abertura al vacío 28. Claramente, la abertura forma una porción que no se sella y de funcionamiento no cercano del lado inverso.

Volviendo a la Figura 6, se muestra un rotor 2 que está provisto de una variante de pistón hueco 35. Como puede verse, el lado inverso 35a está provisto de una abertura que se extiende hacia un vacío o hueco 38. El pistón 35 comprende además superficies 35c, 35d y 35e, que se disponen para sellar, o preferentemente formar una disposición de funcionamiento cercano, con las superficies respectivas de las partes interior y exterior del estator 4a y 4b. De manera similar a la Figura 5, la superficie del lado inverso 35a puede sellar o funcionar relativamente cerca de la ranura del obturador y la abertura al vacío 38 sirve como una porción que no se sella. Al igual que con las figuras y modalidades anteriores y todas las siguientes, se entiende que funcionamiento cercano es un término relativo cuando se compara con otras superficies o regiones y que una región o superficie de funcionamiento cercano puede tener todavía una holgura sustancial con su superficie opuesta.

En las Figuras 7a y 7b, se muestra un pistón 45 que comprende una cara o lado inverso 45a, y que comprende además una nervadura 46 que define dos subcámaras o vacíos 48a y 48b dentro de la envoltura espacial del pistón. La nervadura 46 está desplazada hacia adentro (es decir, hacia la cara de trabajo) en una cantidad constante. Se apreciará que la superficie lateral de la nervadura 46 podría verse como que proporciona una superficie trasera escalonada del lado inverso, con respecto a la superficie distal o "más extrema" 45a de ese lado. Una proporción volumétrica significativa del pistón que es hueca permite ventajosamente una reducción de masa. Aunque en esta modalidad la nervadura está desplazado hacia dentro en una cantidad constante, son posibles otras modalidades en las que las partes de la nervadura están desplazadas hacia adentro en una cantidad variable. Además, los vacíos 48a y 48b pueden estar completamente separados o pueden disponerse para comunicarse en una o más regiones. Las Figuras 8a y 8b muestran un pistón 55 que es algo similar al mostrado en las Figuras 7a y 7b, con una superficie del lado inverso 55a, y la adición de nervaduras 57a y 57b para proporcionar soporte estructural, en particular a la superficie 55d. Las nervaduras y la nervadura 56 definen juntas cavidades o vacíos 58a, 58a', 58b y 58b' dentro del volumen del pistón.

Las Figuras 9a y 9b muestran un pistón 65 que tiene una superficie de sellado del lado inverso 65a. La superficie del lado inverso está provista de aberturas 66, que están en comunicación con un volumen interior hueco 68 del pistón. Las aberturas 66 pueden crear una cavidad resonante dentro del pistón, lo que da como resultado el control/absorción de pulsaciones de presión (ruido) en la cámara de trabajo 100 del dispositivo (la porción de la cámara que está en comunicación con las características 65a y 66 en un momento dado). Las aberturas también pueden proporcionar una forma de reducir aún más la masa de un pistón hueco, ventajosamente con un efecto mínimo sobre la resistencia/rigidez. Además, las aberturas también pueden aumentar la transferencia de calor entre los fluidos a ambos lados del pistón. Se apreciará que la ranura del obturador no formará un sello con las aberturas 66.

Las Figuras 10a y 10b muestran un pistón 75 que comprende una superficie de sellado trasera 75a y vacíos 78a y 78b, separados por una división 76. La superficie de sellado trasera 75a rodea la abertura del vacío 78a y en esa abertura no se produce el sellado con el obturador. Como puede verse en la Figura 10b, la superficie 75f que se orienta hacia la superficie del rotor 2a una vez ensamblada, está formada parcialmente por la porción 76'. La provisión de 76' proporciona ventajosamente un área amplia para lograr un alto grado de fuerza de unión si el pistón se une al rotor mediante soldadura fuerte o adhesivos u otro método de unión similar (de la superficie 75f a la superficie 2a del rotor) en lugar de por medio de sujetadores mecánicos. Puede verse que de esta manera, se ha logrado un área de unión amplia, al tiempo que se reduce la posibilidad de agarrotamiento debido a la ausencia de la mayor parte de la superficie 75a. En comparación con la Figura 5, se logra un pistón más rígido debido a la presencia de la división 76.

Las Figuras 11a y 11b muestran un pistón 85 con un interior 82 poroso (representado aquí por una estructura tipo panal). Se muestra que la porosidad se extiende hasta la cara de montaje 85f. El pistón 85 comprende la superficie del lado inverso 85a. Se proporciona una región 88 'recortada' o rebajada adyacente a la porción interior porosa y está retrasada o desplazada de la superficie de sellado 85a. Esto proporciona una rigidez superior y una masa más baja en comparación con un pistón hueco y sólido, respectivamente. Las características de porosidad podrían crearse mediante inserciones en la fundición, o simplemente mediante el método de fundición, o podrían mecanizarse después de la fundición. Las características de porosidad no necesitan estar distribuidas uniformemente. La porosidad se puede considerar como un vacío adicional dentro del pistón.

Las Figuras 12a y 12b muestran un pistón 95 que puede considerarse sustancialmente desprovisto de una cara inversa principal con la superficie inversa 95a dispuesta para sellar o funcionar relativamente cerca de la ranura del obturador. Esto se aprecia mejor cuando se compara con la modalidad mostrada en las Figuras 7a y 7b en las que la nervadura 46 se omite esencialmente en esta modalidad. La superficie trasera de la nervadura proporcionó una superficie inversa (desplazada) del pistón. Esto, en la modalidad actual, da como resultado la creación del gran vacío 98. El pistón 95 proporciona una reducción de masa significativa y un mecanizado simplificado.

Las Figuras 13a y 13b muestran una modalidad alternativa 105 del pistón mostrado en las Figuras 12a y 12b que comprende una nervadura estructural 107 y una superficie inversa 105a. La nervadura 107 ayuda a definir las subcámaras 108a y 108b. Esto aumenta la rigidez del pistón y proporciona espacio adicional para las características 109 de ubicación adicionales, como puede ser necesario cuando el pistón se somete a una carga mayor. Este es solo un ejemplo de una posible modalidad y en modalidades alternativas pueden emplearse nervaduras o protuberancias adicionales.

La Figura 14 muestra una modalidad de pistón 115 que puede verse como una versión modificada de la mostrada en las Figuras 12a y 12b. El pistón 115 incluye una puerta de molde 112a y una nervadura 112b para ayudar a que el molde fluya alrededor del cambio brusco de dirección, ubicado dentro del hueco del pistón y que puede retenerse en el interior del pistón. Además, los subproductos de moldeo, tal como los rebajes del pasador de expulsión, se pueden ubicar en las superficies de una cavidad dentro del pistón y, de manera similar, no es necesario eliminarlos en operaciones posteriores (lo que reduce el costo y la complejidad de la producción) ya que no corren el riesgo de entrar en contacto con un porción de la ranura o estator. Alternativamente, se pueden ubicar características adicionales fundidas o mecanizadas dentro del hueco 118 del pistón para ayudar a montar el pistón para la fabricación o para formar puntos de referencia o características para la medición de las superficies o regiones del pistón.

Las Figuras 15a y 15b muestran un pistón 125 que está provisto de múltiples aletas 127 separadas entre sí. La superficie del lado de sellado inverso distal del pistón se muestra con 125a. Las aletas aumentan ventajosamente el área de la superficie para mejorar la transferencia de calor entre el fluido de trabajo a ambos lados del pistón, a través del pistón. Las aletas también pueden tener el efecto de amortiguar las vibraciones en la cámara.

Las Figuras 16a y 16b muestran un pistón en el que un espacio 138 definido por el pistón incluye un inserto estructural 131 de alta rigidez. El pistón puede fundirse de un metal o material de menor calidad, que luego se refuerza con el inserto. Esto puede reducir significativamente la complejidad y el costo de producir el pistón en su totalidad con el material más rígido (que puede ser más costoso y complejo de procesar). El inserto se puede unir con sujetadores o unir mediante el uso de soldadura o adhesivos. Se observa que podrían usarse uno o más insertos y que podrían emplearse muchas formas alternativas o formas de inserto.

Las Figuras 17a y 17b muestran un concepto similar en el que el pistón 145 comprende un inserto 141 ubicado en el espacio 148, y el inserto incluye una superficie orientada hacia atrás. El inserto podría hacerse de materiales baratos mediante el uso de métodos de baja tolerancia, tal como plásticos moldeados por inyección, y podría usarse para proporcionar una aproximación a la cara de trabajo geométricamente correcta, con una masa y un costo más bajos en comparación con el pistón que se fabrica con el material rígido (por ejemplo, metal) mediante el uso de un proceso de alta precisión en todo momento. El propósito de proporcionar el inserto podría ser reducir la transferencia térmica entre el fluido de trabajo a cada lado del pistón. La superficie orientada hacia atrás del inserto 141 puede estar desplazada de la superficie 145a para dar una holgura adicional a la ranura del disco.

Las Figuras 18a y 18b muestran otra modalidad 155 a lo largo de líneas similares en la que un inserto 151 en forma de panal o poroso está unido al espacio 158 definido internamente del pistón. El inserto puede proporcionar rigidez adicional o puede incluirse únicamente con el propósito de reducir el volumen del vacío 158 o para absorber vibraciones adicionales.

Las Figuras 19a y 19b muestran una modalidad de pistón 165 en la que un medio sensor 161 está incluido dentro del volumen hueco 168 del pistón. Dado que la porción del lado inverso del pistón está sustancialmente abierta, el sensor tendrá acceso al fluido en la cámara y, por ejemplo, podría usarse para controlar la presión, temperatura, humedad o contaminación. El sensor podría ser una pintura pasiva sensible al calor que podría observarse externamente mediante el uso de una cámara. El sensor podría ser además un módulo o dispositivo electrónico activo, que podría ser alimentado por una variedad de fuentes de energía tal como una batería, transferencia de energía inductiva desde una fuente externa, un gradiente térmico a través de él, vibración u otro método. También podrían usarse otros medios de detección.

Las Figuras 20a y 20b muestran el pistón 175, que puede considerarse una variación del pistón 45 en las Figuras 7a y 7b. En este caso, una parte adicional de la región distal de la superficie trasera 175a se ha rebajado o desplazado. Aunque se reduce el efecto de sellado a través de la superficie 175d más corta resultante, su impacto sobre esta superficie puede ser menor que el de las superficies 175c y 175e. De esta manera, pueden ser posibles más reducciones de masa mientras se pueden seguir utilizando los beneficios de sellado en las superficies de longitud completa 165c y 175e. En una modalidad alternativa, las partes adicionales de la región distal de la superficie trasera 175a podrían estar rebajadas o desplazadas, lo que puede reducir las superficies de sellado de parte o la totalidad de 175c y 175e.

Las Figuras 21a y 21b muestran el pistón 185 de una modalidad adicional de un dispositivo de cilindro y pistón rotativo. Esta se usa para ilustrar cómo se puede aplicar la presente invención a tales tipos de pistón. El pistón 185 tiene menos superficies externas debido a una configuración diferente de la ranura del obturador y el estator interno. Se verá que la segunda porción lateral todavía puede definirse como opuesta a la cara de trabajo 185b de la primera porción lateral, que comprende la región de superficie distal 185a. Puede verse que la nervadura 186 representa un gran desplazamiento no uniforme de la superficie respectiva del obturador, y está presente para aumentar la rigidez del pistón. Las características de localización de sujetadores 189 están presentes para ayudar a la unión del pistón al rotor.

Las Figuras 22a y 22b muestran el pistón 195 que incorpora la invención actual en otra modalidad adicional del dispositivo de cilindro y pistón rotativo. Se puede ver que el pistón tiene una forma más alargada, pero se entenderá que todavía se pueden identificar una cara de trabajo 195b en un primer lado del pistón, y una región de cara inversa dispuesta de manera distal 195a en un segundo lado del pistón de manera similar. El vacío 198 está delimitado por la región distal 195a.

Resultará claramente evidente a partir de la descripción anterior que existen numerosas ventajas significativas para asegurar que el lado inverso del pistón no selle o funcione relativamente cerca del obturador, y también para proporcionar que un volumen interno del pistón sea hueco. En particular, la comprensión de que el lado inverso no necesita sellar completamente, o funcionar cerca de, o sellar solo parcialmente con la ranura del obturador en todas las regiones del lado inverso, facilita la fabricación del pistón, y habiendo relajado ese requisito, se ha descubierto que se pueden incorporar características funcionales adicionales con el pistón, mientras se mantiene el sellado y el rendimiento estructural de otras superficies.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de cilindro y pistón rotativo (1) que comprende un rotor (2), un estator (4) y un obturador giratorio (3), el rotor y el estator definen una cámara de trabajo, el rotor comprende al menos un pistón (5) que se extiende dentro de la cámara de trabajo, el obturador giratorio está provisto de al menos una abertura (3a), en la que en una condición abierta del obturador giratorio permite el paso del al menos un pistón a través del mismo, y en una condición cerrada el obturador giratorio divide el cámara de trabajo,

el pistón que comprende un primer lado (5b) y un segundo lado (5a),

el primer lado dispuesto para sellarse con una ranura (3a) del obturador, y comprende una cara de trabajo, el segundo lado que es un lado dirigido sustancialmente opuesto al primer lado, caracterizado porque el segundo lado comprende una porción de sellado dispuesta para sellarse con la ranura del obturador y/o el estator y una porción que no se sella dispuesta para no sellarse con la ranura del obturador.

2. Un dispositivo como se reivindicó en la reivindicación 1, en el que la porción de sellado es una región distal del segundo lado (5a).

3. Un dispositivo como se reivindicó en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la porción que no se sella está sustancialmente desprovista de una superficie de sellado o de funcionamiento cercano, con respecto a una superficie de la ranura (3a) del obturador (3).

4. Un dispositivo como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la porción que no se sella está separada de una respectiva superficie del obturador que define una ranura (3) de manera que no se logra una relación de funcionamiento cercano o sellado.

5. Un dispositivo como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la porción que no se sella comprende una o más aberturas (28).

6. Un dispositivo como se reivindicó en la reivindicación 5, en el que una o más aberturas (28) se proporcionan en una región distal del segundo lado (5a).

7. Un dispositivo como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la segunda porción lateral (25a) define una región rebajada o cavidad o un volumen interno o vacío (28).

8. Un dispositivo como se reivindicó en la reivindicación 7, en el que la porción de sellado define al menos en parte la(s) abertura(s).

9. Un dispositivo como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es al menos en parte hueco.

10. Un dispositivo como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo lado (85a) comprende una pluralidad de poros o es poroso (82).

11. Un dispositivo como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo lado comprende una estructura de panal (151).

12. Un dispositivo como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda porción lateral (125a) comprende al menos una formación de intercambio de calor (127).

13. Un dispositivo como se reivindicó en la reivindicación 12 en el que la formación de intercambio de calor comprende una o más formaciones de nervaduras o aletas (127).

14. Un dispositivo como se reivindicó la reivindicación 12 o 13, en el que la al menos una formación de intercambio de calor (127) se dispone para realizar un efecto de enfriamiento en el pistón (125).

15. Un dispositivo como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda porción lateral (105a) incluye una o más formaciones de refuerzo (107).

16. Un dispositivo como se reivindicó en la reivindicación 15, en el que una o más formaciones de refuerzo (107) comprenden una o más nervaduras.

17. Un dispositivo como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la porción que no se sella del segundo lado (5a) está desplazada o retrasada con relación a la porción de sellado.

18. Un dispositivo como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la porción de sellado del segundo lado comprende una región periférica del segundo lado.

19. Un dispositivo como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la porción de sellado puede comprender una porción de borde o una región del segundo lado.