IT201800003146A1

IT201800003146A1 - Rotating hydraulic joint

Info

Publication number: IT201800003146A1
Application number: IT102018000003146A
Authority: IT
Inventors: De Hieronymis Carlo Maria Rozzi; Ivo Morselli; Aldino Caffarra
Original assignee: Fives Oto Spa
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2019-08-28

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo Attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION having the title

“Giunto oleodinamico rotante” "Rotating hydraulic joint"

La presente invenzione ha per oggetto un giunto oleodinamico rotante. Un giunto oleodinamico rotante comprende normalmente uno statore dotato di una sede cilindrica nella quale è alloggiato, a tenuta, un rotore. Lo statore è dotato di almeno due condotti, uno per l'invio e l'altro per il ritorno di un fluido operatore. Anche il rotore è provvisto di almeno due condotti, sempre per l'invio ed il ritorno del fluido operatore. Ciascun condotto dello statore è in comunicazione con un rispettivo condotto del rotore per mezzo di una camera, interposta tra lo statore ed il rotore. Tale camera può essere definita da gole o scanalature che possono essere ricavate sulla superficie esterna del rotore o sulla superficie della sede dello statore. Per isolare le due camere, tra lo statore ed il rotore sono interposte delle guarnizioni di tenuta, che sono soggette allo strisciamento che si produce durante la rotazione del rotore. The present invention relates to a rotating hydraulic joint. A rotating hydraulic joint normally comprises a stator equipped with a cylindrical seat in which a rotor is housed, sealed. The stator is equipped with at least two ducts, one for sending and the other for returning an operating fluid. The rotor is also provided with at least two ducts, again for sending and returning the operating fluid. Each duct of the stator is in communication with a respective duct of the rotor by means of a chamber, interposed between the stator and the rotor. This chamber can be defined by grooves or grooves which can be obtained on the external surface of the rotor or on the surface of the stator seat. To isolate the two chambers, sealing gaskets are interposed between the stator and the rotor, which are subject to the sliding that occurs during the rotation of the rotor.

Frequentemente i giunti rotanti sono utilizzati in presenza di pressioni molto elevate, ad esempio nelle torrette rotanti di macchine operatrici o gru, o in altri organi rotanti che richiedono un fluido operatore ad alta pressione, sia per svolgere un lavoro, sia per mantenere un carico statico. In questi casi, le guarnizioni interposte tra statore e rotore, a causa delle elevate pressioni e delle alte velocità di rotazione cui sono soggette, subiscono un'usura piuttosto rapida, che rende necessari frequenti interventi di manutenzione. Inoltre, l'attrito che si sviluppa tra le guarnizioni ed il rotore comporta un dispendio energetico non irrilevante. Rotating joints are frequently used in the presence of very high pressures, for example in the rotating turrets of operating machines or cranes, or in other rotating parts that require a high-pressure operating fluid, both to perform a job and to maintain a static load. . In these cases, the gaskets interposed between the stator and rotor, due to the high pressures and high rotation speeds to which they are subject, undergo a rather rapid wear, which makes frequent maintenance interventions necessary. Furthermore, the friction that develops between the seals and the rotor involves a not insignificant energy expenditure.

Scopo della presente invenzione è di offrire un giunto oleodinamico rotante che consenta di superare gli inconvenienti dei giunti attualmente disponibili. The object of the present invention is to offer a rotary hydraulic joint which allows to overcome the drawbacks of the joints currently available.

Un vantaggio del giunto secondo la presente invenzione è che consente di ridurre la pressione che agisce sulle guarnizioni interposte tra statore e rotore. An advantage of the joint according to the present invention is that it allows to reduce the pressure acting on the gaskets interposed between the stator and rotor.

Un altro vantaggio del giunto secondo la presente invenzione è di potersi sostituire senza sostanziali interventi di adattamento ai giunti attualmente in esercizio. Another advantage of the joint according to the present invention is that it can be replaced without substantial adaptation interventions to the joints currently in use.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione meglio appariranno dalla descrizione dettagliata che segue di una forma di realizzazione dell’invenzione in oggetto, illustrata a titolo esemplificativo ma non limitativo nelle allegate figure in cui: Further features and advantages of the present invention will better appear from the detailed description that follows of an embodiment of the invention in question, illustrated by way of example but not of limitation in the attached figures in which:

− le figure 1 e 2 mostrano due viste in sezione di un giunto oleodinamico rotante secondo la presente invenzione; Figures 1 and 2 show two sectional views of a rotary hydraulic joint according to the present invention;

− la figura 3 mostra una vista in sezione di un mandrino di un aspo svolgitore dotato di un giunto secondo la presente invenzione; Figure 3 shows a sectional view of a mandrel of a decoiler equipped with a joint according to the present invention;

− la figura 4 mostra un ingrandimento di una zona della figura 3. - figure 4 shows an enlargement of an area of figure 3.

Il giunto rotante secondo la presente invenzione comprende uno statore (2), dotato di una sede cilindrica (20) destinata ad accogliere un rotore (3). Lo statore comprende un primo condotto (21) ed un secondo condotto (22), predisposti per l'alimentazione e lo scarico di un fluido operatore. Ciascun condotto può svolgere alternativamente la funzione di alimentazione o di scarico. The rotary joint according to the present invention comprises a stator (2), equipped with a cylindrical seat (20) intended to accommodate a rotor (3). The stator comprises a first conduit (21) and a second conduit (22), arranged for the supply and discharge of an operating fluid. Each duct can alternatively perform the function of supply or discharge.

Il giunto comprende inoltre un rotore (3), inserito a tenuta nella sede cilindrica (20) in modo girevole attorno ad un asse longitudinale (X). Anche il rotore (3) è dotato di un primo condotto (31) e di un secondo condotto (32), che possono svolgere alternativamente la funzione di alimentazione o di scarico. The joint also comprises a rotor (3), sealed in the cylindrical seat (20) for rotation around a longitudinal axis (X). The rotor (3) is also equipped with a first duct (31) and a second duct (32), which can alternatively perform the function of feeding or discharging.

Ciascun condotto (21,22) dello statore è posto in comunicazione con un rispettivo condotto (31,32) del rotore per mezzo di una camera (4,5), interposta tra statore e rotore, nella quale sfociano i condotti stessi. Each duct (21,22) of the stator is placed in communication with a respective duct (31,32) of the rotor by means of a chamber (4,5), interposed between stator and rotor, into which the ducts themselves lead.

Nella forma di realizzazione rappresentata, i primi condotti (21,31) sono tra loro in comunicazione attraverso una prima camera (4). I secondi condotti (22,32) sono tra loro in comunicazione attraverso una seconda camera (5). In the embodiment shown, the first ducts (21,31) are in communication with each other through a first chamber (4). The second ducts (22,32) are in communication with each other through a second chamber (5).

Le due camere (4,5) possono essere definite, in modo noto per il tecnico del settore, da gole o scanalature ricavate sulla superficie esterna del rotore (3) e/o sulla superficie della sede (20) dello statore (2). Nella forma di realizzazione rappresentata, ciascuna camera è definita in parte da una gola ricavata sulla superficie della sede (20), ed in parte da una scanalatura ricavata sulla superficie del rotore (3). The two chambers (4,5) can be defined, in a manner known to those skilled in the art, by grooves or grooves made on the external surface of the rotor (3) and / or on the surface of the seat (20) of the stator (2). In the embodiment shown, each chamber is defined partly by a groove formed on the surface of the seat (20), and partly by a groove formed on the surface of the rotor (3).

Due o più guarnizioni di tenuta (S1,S2,S3) sono interposte tra statore (2) e rotore (3) per isolare la prima camera (4) e la seconda camera (5). Tali guarnizioni sono disposte concentricamente al rotore (3) e sono almeno parzialmente contenute in rispettive gole ricavate sulla superficie della sede (20). Two or more seals (S1, S2, S3) are interposed between the stator (2) and rotor (3) to isolate the first chamber (4) and the second chamber (5). These gaskets are arranged concentrically to the rotor (3) and are at least partially contained in respective grooves formed on the surface of the seat (20).

Vantaggiosamente, il primo condotto (31) del rotore (3) è dotato di una valvola di ritegno (6). Tale valvola di ritegno è predisposta per impedire il flusso lungo il primo condotto (31). Preferibilmente, ma non esclusivamente, la valvola di ritegno (6) è normalmente chiusa, ed è pilotabile in apertura dalla pressione presente nel secondo condotto (32) del rotore (3), o dalla pressione del fluido che transita dalla prima camera (4) lungo il primo condotto (31). Advantageously, the first duct (31) of the rotor (3) is equipped with a check valve (6). This check valve is arranged to prevent the flow along the first conduit (31). Preferably, but not exclusively, the check valve (6) is normally closed, and can be opened by the pressure present in the second duct (32) of the rotor (3), or by the pressure of the fluid passing through the first chamber (4) along the first duct (31).

In sostanza, considerando un flusso di alimentazione che procede dal primo condotto (21) dello statore (2), attraverso la prima camera (4), al primo condotto (31) del rotore, la valvola di ritegno (6) è posta a valle della prima camera (4). Durante tale alimentazione, la valvola di ritengo (6) può essere mantenuta in una configurazione di apertura, in modo noto per il tecnico del settore, tramite un pilotaggio esterno o per effetto della spinta esercitata dal fluido. In una configurazione di chiusura della valvola di ritegno (6), un certo volume di fluido in pressione può essere confinato e mantenuto in pressione a valle della prima camera (4), in modo da alleggerire il carico agente sulle guarnizioni di tenuta (S1,S2,S3). Nella preferita forma di realizzazione della valvola di ritegno (6), normalmente chiusa, la configurazione di chiusura si ottiene semplicemente cessando l'alimentazione del fluido lungo i primi condotti (21,31). Basically, considering a supply flow that proceeds from the first duct (21) of the stator (2), through the first chamber (4), to the first duct (31) of the rotor, the check valve (6) is placed downstream of the first chamber (4). During this supply, the check valve (6) can be maintained in an opening configuration, in a manner known to those skilled in the art, by means of an external piloting or by the effect of the thrust exerted by the fluid. In a closure configuration of the check valve (6), a certain volume of fluid under pressure can be confined and maintained under pressure downstream of the first chamber (4), so as to lighten the load acting on the seals (S1, S2, S3). In the preferred embodiment of the check valve (6), normally closed, the closing configuration is obtained simply by ceasing the supply of the fluid along the first ducts (21,31).

Come visibile in figura 1, il primo condotto (21) dello statore (2) presenta una prima apertura (21a) ed una seconda apertura (21b). La prima apertura (21a) è disposta ad esempio su una superficie frontale dello statore (2), per potersi connettere agevolmente ad un condotto esterno, non illustrato. La seconda apertura (21b) è in comunicazione con la prima camera (4). A sua volta, il primo condotto (31) del rotore presenta una prima apertura (31a), posta in comunicazione con la prima camera (4), ed una seconda apertura (31b), posta su una superficie esterna del rotore. As can be seen in Figure 1, the first duct (21) of the stator (2) has a first opening (21a) and a second opening (21b). The first opening (21a) is arranged for example on a front surface of the stator (2), in order to be able to easily connect to an external duct, not shown. The second opening (21b) is in communication with the first chamber (4). In turn, the first duct (31) of the rotor has a first opening (31a), placed in communication with the first chamber (4), and a second opening (31b), placed on an external surface of the rotor.

Analogamente, il secondo condotto (22) dello statore (2) presenta una prima apertura (22a) ed una seconda apertura (22b). La prima apertura (22a) è disposta ad esempio su una superficie frontale dello statore (2), per potersi connettere agevolmente ad un condotto esterno, non illustrato. La seconda apertura (22b) è in comunicazione con la seconda camera (5). A sua volta, il secondo condotto (32) del rotore presenta una prima apertura (32a), posta in comunicazione con la seconda camera (5), ed una seconda apertura (32b), posta su una superficie esterna del rotore. Similarly, the second duct (22) of the stator (2) has a first opening (22a) and a second opening (22b). The first opening (22a) is arranged for example on a front surface of the stator (2), in order to be able to be easily connected to an external duct, not shown. The second opening (22b) is in communication with the second chamber (5). In turn, the second duct (32) of the rotor has a first opening (32a), placed in communication with the second chamber (5), and a second opening (32b), located on an external surface of the rotor.

Il giunto rotante secondo la presente invenzione può vantaggiosamente essere utilizzato in un aspo rotante, illustrato in figura 2. The rotating joint according to the present invention can advantageously be used in a rotating reel, illustrated in figure 2.

L'aspo comprende un albero (7), azionabile in rotazione attorno all'asse longitudinale (X) per mezzo di un motore non illustrato. L'albero (7) è dotato di una testa (8) (illustrata solo parzialmente) attorno alla quale può essere avvolta una bobina di materiale nastriforme. The reel comprises a shaft (7), which can be rotated around the longitudinal axis (X) by means of a motor not shown. The shaft (7) is equipped with a head (8) (shown only partially) around which a reel of web material can be wound.

Il mandrino dell'aspo è dotato di un attuatore di bloccaggio (9), predisposto per rendere solidali in rotazione l'albero (7) e la testa (8), che comprende un pistone (91) scorrevole entro l'albero (7). L'attuatore di bloccaggio (9) comprende un cuneo (92), solidale al pistone (91), che può impegnarsi in una corrispondente sede conica (82), solidale al mozzo della testa (8). The reel mandrel is equipped with a locking actuator (9), designed to make the shaft (7) and the head (8) integral in rotation, which includes a piston (91) sliding inside the shaft (7) . The locking actuator (9) comprises a wedge (92), integral with the piston (91), which can engage in a corresponding conical seat (82), integral with the hub of the head (8).

All'interno dell'albero (7) si definiscono una prima camera o primo lato (A), posto ad un primo lato del pistone (91) ed in comunicazione con i primi condotti (21,31) dello statore e del rotore, ed una seconda camera o secondo lato (B), posto ad un secondo lato del pistone, opposto al primo, ed in comunicazione con i secondi condotti (22,32) dello statore e del rotore. In particolare, l'albero (7) è provvisto di un condotto (71), connesso al primo condotto (31) del rotore (3) in modo da formare un unico condotto per l'alimentazione o lo scarico del fluido al primo lato del pistone (91). Il condotto (71) presenta una prima apertura (71a), disposta su una superficie interna dell'albero (7) e connessa alla seconda apertura (31b) del primo condotto (31) del rotore (3). Il secondo condotto (71) presenta inoltre una seconda apertura (71b), in comunicazione con il primo lato (A) del pistone (91). Inside the shaft (7) a first chamber or first side (A) is defined, placed on a first side of the piston (91) and in communication with the first ducts (21,31) of the stator and rotor, and a second chamber or second side (B), placed on a second side of the piston, opposite the first, and in communication with the second ducts (22,32) of the stator and of the rotor. In particular, the shaft (7) is provided with a duct (71), connected to the first duct (31) of the rotor (3) so as to form a single duct for the supply or discharge of the fluid to the first side of the piston (91). The duct (71) has a first opening (71a), arranged on an internal surface of the shaft (7) and connected to the second opening (31b) of the first duct (31) of the rotor (3). The second duct (71) also has a second opening (71b), in communication with the first side (A) of the piston (91).

L'alimentazione o lo scarico del fluido al secondo lato (B) del pistone avviene attraverso il secondo condotto (32) del rotore. The supply or discharge of the fluid to the second side (B) of the piston takes place through the second duct (32) of the rotor.

Alimentando il fluido operatore attraverso i primi condotti (21,31) dello statore (2) e del rotore (3), il pistone (91) viene azionato a rientrare nell'albero (7), forzando il cuneo (92) nella sede conica (82) e rendendo solidali in rotazione la testa (8) e l'albero (7). Il fluido presente all'altro lato del pistone (92) viene scaricato attraverso i secondi condotti (22,32) dello statore (2) e del rotore (3). Una volta raggiunta la desiderata pressione al primo lato del pistone (91), la valvola di ritegno (6) si chiude, mantenendo il fluido operatore alla pressione raggiunta. La prima camera (4), in queste condizioni, può essere connessa ad uno scarico, o comunque essere mantenuta a bassa pressione. Ciò consente di alleggerire notevolmente il carico sulle guarnizioni (S1,S2,S3). By feeding the operating fluid through the first ducts (21,31) of the stator (2) and of the rotor (3), the piston (91) is driven back into the shaft (7), forcing the wedge (92) into the conical seat (82) and making the head (8) and the shaft (7) integral in rotation. The fluid present on the other side of the piston (92) is discharged through the second conduits (22,32) of the stator (2) and of the rotor (3). Once the desired pressure has been reached on the first side of the piston (91), the check valve (6) closes, keeping the operating fluid at the pressure reached. The first chamber (4), in these conditions, can be connected to a drain, or in any case be kept at low pressure. This allows to considerably lighten the load on the seals (S1, S2, S3).

Per contrarre la testa (8) e disimpegnarla dall'albero (7) è sufficiente alimentare il fluido operatore attraverso i secondi condotti (22,32) dello statore (2) e del rotore (3). La pressione del fluido all'interno del secondo condotto (32) del rotore (3) produce l'apertura della valvola di ritegno (6), cosicché il fluido può essere scaricato attraverso i primi condotti (31,21). To contract the head (8) and disengage it from the shaft (7) it is sufficient to feed the operating fluid through the second ducts (22,32) of the stator (2) and rotor (3). The pressure of the fluid inside the second conduit (32) of the rotor (3) causes the check valve (6) to open, so that the fluid can be discharged through the first conduits (31,21).

Il giunto rotante secondo la presente invenzione consegue importanti vantaggi. The rotary joint according to the present invention achieves important advantages.

Grazie alla presenza della valvola di ritegno (6) lungo il primo condotto (31) del rotore (3), è possibile, in configurazione di chiusura della valvola (6) stessa, confinare un certo volume di fluido in pressione a valle della prima camera (4), in modo da alleggerire il carico agente sulle guarnizioni di tenuta (S1,S2,S3). Nel caso del mandrino dell'aspo rotante, una volta raggiunta la desiderata pressione al primo lato del pistone (91) per mantenere solidali in rotazione la testa (8) ed l'albero (7), la valvola di ritegno (6) può chiudersi o essere comandata in chiusura, mantenendo il fluido operatore alla pressione raggiunta. La prima camera (4), in queste condizioni, può essere connessa ad uno scarico, o comunque essere mantenuta a bassa pressione. Ciò consente di alleggerire notevolmente il carico sulle guarnizioni (S1,S2,S3). Thanks to the presence of the check valve (6) along the first duct (31) of the rotor (3), it is possible, in the closed configuration of the valve (6) itself, to confine a certain volume of pressurized fluid downstream of the first chamber (4), so as to lighten the load acting on the seals (S1, S2, S3). In the case of the rotating reel mandrel, once the desired pressure has been reached on the first side of the piston (91) to keep the head (8) and the shaft (7) integral in rotation, the check valve (6) can close o be commanded to close, keeping the operating fluid at the pressure reached. The first chamber (4), in these conditions, can be connected to a drain, or in any case be kept at low pressure. This allows to considerably lighten the load on the seals (S1, S2, S3).

Claims

CLAIMS 1) Hydraulic rotary joint, comprising: a stator (2), equipped with a cylindrical seat (20), a first conduit (21) and a second conduit (22); a rotor (3), sealed in the cylindrical seat (20) for rotation around a longitudinal axis (X), equipped with a first duct (31) and a second duct (32); a first chamber (4), interposed between the stator (2) and the rotor (3), which connects the first ducts (21,31); a second chamber (5), interposed between the stator (2) and the rotor (3), which connects the second ducts (22,32); two or more sealing gaskets (S1, S2, S3), interposed between the stator (2) and rotor (3) to isolate the first chamber (4) and the second chamber (5); characterized in that the first duct (31) of the rotor (3) is equipped with a check valve (6).

2) Rotary joint according to claim 1, in which the check valve (6) is normally closed and can be opened by the pressure present in the first duct (31) of the rotor (3).

3) Mandrel for a rotating reel, comprising: a shaft (7); a cylindrical head (8) of variable external diameter; a locking actuator (9), designed to make the shaft (7) and the head (8) integral in rotation, which comprises a piston (91) sliding inside the shaft (7) and equipped with a first and a second side (A, B); characterized in that it comprises a rotating joint (1) according to one of the preceding claims, in which the rotor (3) is integral in rotation with the shaft (7), and in which the supply of operating fluid to the piston (91) takes place through the rotating joint (1).

4) Spindle according to claim 3, wherein the first duct (31) of the rotor (3) is in communication with a first side (A) of the piston (91), and the second duct (32) of the rotor (3) is in communication with a second side (B) of the piston (91).

5) Spindle according to claim 4, wherein the shaft (7) is provided with a duct (71), connected to the first duct (31) of the rotor (3) so as to form a single duct for feeding or fluid discharge to the first side of the piston (91).

6) Mandrel according to claim 3, wherein: the locking actuator (9) comprises a wedge (92), integral with the piston (91); the head (8) comprises a conical seat (82), in which the wedge (92) can engage.