IT201900001613A1 - Pistone per macchine idrauliche a pistoni assiali. - Google Patents
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Description
"Pistone per macchine idrauliche a pistoni assiali"
DESCRIZIONE
Il presente trovato ha per oggetto un pistone per macchine idrauliche a pistoni assiali.
Sono' note macchine idrauliche a pistoni assiali in cui è previsto un gruppo pompante comprendente un blocco cilindri rotante attorno ad un asse di lavoro e dotato di una pluralità di sedi in cui sono alloggiati scorrevoli rispettivi pistoni associati ad un albero motore di ingresso/uscita in funzione del fatto che la macchina stessa operi come una pompa o un motore idraulico, che sono in comunicazione con una piastra di distribuzione di olio idraulico.
Ciascun pistone si sviluppa lungo un asse longitudinale e presenta una testa comprendente una calotta sferica destinata ad impegnarsi in una corrispondente sede definita su un pattino associato all'albero motore o direttamente ricavata su di esso, che è raccordata mediante un codolo intermedio ad uno stelo terminante con un fondo disposto da parte opposta della testa, alloggiato all'interno della relativa sede di scorrimento sul gruppo cilindri, in comunicazione con la piastra di distribuzione.
Sono note diverse tipologie di pistone, aventi differenti conformazioni ed ottenuti mediante diverse tecnologie di lavorazione. Ad esempio sono noti pistoni realizzati in un corpo unico pieno o con cavità aperte verso il fondo del pistone stesso, eventualmente riempite con inserti di alleggerimento, che sono ottenuti mediante convenzionali lavorazioni meccaniche. Inoltre sono noti pistoni costituiti da più parti ottenute mediante convenzionali lavorazioni meccaniche tra loro collegate, ad esempio mediante saldatura, a definire cavità interne chiuse di alleggerimento.
Ancora, dalla domanda di brevetto n. WO2016/201241A1, sono noti pistoni ottenuti mediante manifattura additiva, costituiti da un pezzo unico dotato di cavità interne chiuse di alleggerimento .
Per diminuire l'attrito e l'usura che si manifestano nel contatto tra la testa del pistone e la relativa sede, che sono in moto relativo tra loro durante il funzionamento della macchina idraulica, occorre lubrificare le rispettive superi ici .
A tale scopo i pistoni di tipo noto presentano generalmente un condotto assiale avente le estremità contrapposte aperte in corrispondenza della testa e del fondo, per il passaggio di olio idraulico proveniente dalla piastra di distribuzione verso la zona di accoppiamento della testa con la relativa sede.
In corrispondenza del foro di uscita del condotto assiale, la testa del pistone presenta generalmente una spianatura a definire una porzione anulare piana attorno al foro stesso, cosiddetto "pozzetto", che consente di creare una zona di accumulo di olio idraulico tra la testa del pistone e la relativa sede.
Inoltre, per migliorare la distribuzione di olio in tutta la zona di accoppiamento tra la testa del pistone e la relativa sede, può essere previsto un canale a forma di spirale che si sviluppa dal pozzetto attorno alla testa del pistone, in modo da favorire la lubrificazione dell'intera zona di contatto.
Questi pistoni di tipo noto non sono scevri di inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che la necessità di prevedere sulla testa il pozzetto e il canale a spirale riduce notevolmente l'estensione della superficie di contatto tra la testa del pistone e la relativa sede, con conseguente aumento delle pressioni specifiche di contatto e , quindi, maggior rischio di usura e /o danneggiamento dei componenti.
Compito precipuo del presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati della tecnica nota escogitando un pistone per macchine idrauliche che consenta, nell'uso, di migliorare il sostentamento idrostatico della relativa testa in tutte le condizioni angolari di esercizio e, quindi, per qualsiasi cilindrata della macchina idraulica.
Nell'ambito di tale compito tecnico, altro scopo del presente trovato è quello di aumentare la superficie di contatto tra la testa del pistone e la relativa sede, così da ottenere una riduzione delle pressioni specifiche di contatto e dei conseguenti fenomeni di usura.
Altro scopo del presente trovato è quello di poter essere realizzato in un corpo unico, eventualmente con cavità interne chiuse di alleggerimento, mediante tecnologie di lavorazione note .
Ulteriore scopo del presente trovato è quello di presentare una struttura semplice, di relativamente facile attuazione pratica, di sicuro impiego ed efficace funzionamento, nonché di costo relativamente contenuto.
Questo compito e questi scopi vengono tutti raggiunti dal presente pistone per macchine idrauliche a pistoni assiali comprendente una testa raccordata ad uno stelo sviluppantesi lungo un asse longitudinale e definente un fondo posizionato da parte opposta della testa stessa, essendo inoltre previsto almeno un condotto di adduzione passante all'interno del pistone stesso ed avente una prima ed una seconda estremità, tra loro contrapposte, aperte rispettivamente in corrispondenza della testa e del fondo, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un condotto di distribuzione passante all'interno del pistone stesso, che presenta una prima ed una seconda estremità, tra loro contrapposte, di cui la prima estremità è in comunicazione di fluido con detto condotto di adduzione e la seconda estremità è aperta in corrispondenza di detta testa, il pistone essendo realizzato in un pezzo unico .
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di dettaglio di due forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di un pistone per macchine idrauliche a pistoni assiali, illustrate a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:
la figura 1 è una schematica vista in assonometria di una prima forma di attuazione di un pistone per macchine idrauliche a pistoni assiali, secondo il trovato;
la figura 2 è una schematica vista in alzato frontale del pistone di figura 1;
la figura 3 è una schematica vista in sezione secondo il piano di traccia III-III di figura 2; la figura 4 è una schematica vista in assonometria di una seconda forma di attuazione del pistone secondo il trovato;
la figura 5 è una vista in sezione longitudinale del pistone di figura 4;
la figura 6 è una schematica vista in alzato laterale del pistone di figura 4;
la figura 7 è una schematica vista in sezione secondo il piano di traccia VII-VII di figura 6.
Con particolare riferimento a tali figure, si è indicato globalmente con 1 un pistone per macchine idrauliche a pistoni assiali.
Il pistone 1 è destinato ad essere incorporato in convenzionali macchine idrauliche a pistoni assiali del tipo di pompe e motori.
Il pistone 1 risulta particolarmente adatto all'impiego in macchine idrauliche a pistoni assiali di tipo a corpo inclinato (tipo bentaxis) , ma è possibile prevederne l'utilizzo anche per macchine a piatto oscillante (tipo swashplate) .
Il pistone 1 comprende una testa 2 raccordata ad uno stelo 3 sviluppantesi lungo un asse longitudinale A e definente un fondo 4 posizionato da parte opposta della testa stessa.
La testa 2 è sagomata a definire, almeno nella porzione centrale rispetto all'asse longitudinale A, una calotta sferica 2a centrata sull'asse stesso che definisce la zona di accoppiamento con la relativa sede definita sull'albero motore o su un pattino ad esso associato.
Il fondo 4 presenta conformazione piana. Sul mantello laterale dello stelo 3, in prossimità del fondo 4, sono previste sedi anulari 5 per l’alloggiamento di convenzionali anelli di tenuta, non rappresentati, atti a riscontrarsi sulla corrispondente sede di scorrimento del pistone 1 definita nel blocco cilindri della macchina idraulica .
Tra la testa 2 e lo stelo 3 è preferibilmente interposto un codolo 6 di raccordo. Il codolo 6 presenta generalmente sezione trasversale ridotta rispetto alla testa 2 e allo stelo 3.
Il pistone 1 è provvisto di almeno un condotto di adduzione 7 passante al suo interno ed avente una prima ed una seconda estremità 8 e 9, tra loro contrapposte, aperte rispettivamente in corrispondenza del fondo 4 e della testa 2.
Nell'uso, attraverso il condotto di adduzione 7 viene alimentato olio idraulico proveniente dalla piastra di distribuzione della macchina idraulica dal fondo 4 verso la testa 2 del pistone 1 per lubrificare la zona di accoppiamento della testa stessa nella relativa sede definita sull'albero motore o su un pattino ad esso associato .
Preferibilmente il condotto di adduzione 7 presenta conformazione rettilinea. Ancor più preferibilmente il condotto di adduzione 7 si sviluppa lungo l'asse longitudinale A. In questo caso la seconda estremità 9 del condotto di adduzione 7 è disposta centralmente rispetto alla calotta sferica 2a della testa 2.
In corrispondenza della seconda estremità 9, il condotto di adduzione 7 presenta conformazione svasata verso l'esterno.
In corrispondenza della seconda estremità 9 del condotto di adduzione 7, sulla testa 2 può essere prevista una spianatura 10 anulare che circonda la seconda estremità stessa a definire, nell'uso, un pozzetto di accumulo di olio idraulico tra la testa 2 e la relativa sede. L'estensione di tale spianatura 10 è comunque ridotta rispetto a quelle previste nei pistoni tradizionali .
Lungo il condotto di adduzione 7 può essere previsto un tratto a sezione ridotta con funzione di strozzamento per disaccoppiare la pressione dell'olio idraulico agente in corrispondenza del fondo 4 da quella agente in corrispondenza della testa 2.
Il pistone 1 comprende, inoltre, almeno un condotto di distribuzione 11 passante al suo interno, che presenta una prima ed una seconda estremità 12 e 13, tra loro contrapposte, di cui la prima estremità 12 è in comunicazione di fluido con il condotto di adduzione 7 e la seconda estremità 13 è aperta in corrispondenza della testa 2. Più precisamente la seconda estremità 13 dell 'almeno un condotto di distribuzione 11 sfocia in corrispondenza della calotta sferica 2a della testa 2.
La presenza dell'almeno un condotto di distribuzione 11 consente, nell'uso, di ottenere un corretto sostentamento idrostatico della testa 2 del pistone 1 alloggiata nella relativa sede, senza comportare importanti riduzioni dell'estensione della superficie di contatto.
Vantaggiosamente il pistone 1 è realizzato in un pezzo unico. Ad esempio il pistone 1 può essere ottenuto in un pezzo unico mediante un processo di manifattura additiva del tipo di stampa 3D.
Il pistone 1 può prevedere almeno una scanalatura 14 definita sulla superficie esterna della testa 2 che è in comunicazione di fluido con la seconda estremità 13 dell’almeno un condotto di distribuzione 11 per favorire, nell'uso, la distribuzione dell'olio idraulico nella zona di contatto tra testa 2 e la relativa sede.
Preferìbilmente la scanalatura 14 intercetta la seconda estremità 13 dell'almeno un condotto di distribuzione 11.
Ancor più preferibilmente la scanalatura 14 ha sviluppo anulare attorno all'asse longitudinale A, in modo da favorire, nell'uso, la distribuzione dell'olio idraulico su tutta la periferia della testa 2 garantendo un corretta lubrificazione indipendentemente dall'inclinazione del pistone 1 rispetto alla relativa sede e, quindi, della cilindrata della macchina idraulica.
In una preferita forma di attuazione il pistone prevede una pluralità di condotti di distribuzione 11 aventi le relative seconde estremità 13 distribuite in corrispondenza testa 2. Più precisamente le seconde estremità 13 dei condotti di distribuzione 11 si aprono in corrispondenza della calotta sferica 2a della testa 2.
Preferibilmente è previsto almeno un gruppo 15 di condotti di distribuzione 11 aventi le rispettive seconde estremità 13 distribuite lungo una circonferenza centrata sull'asse longitudinale A.
In corrispondenza di tale circonferenza può essere prevista una corrispondente scanalatura 14.
Le seconde estremità 13 dei condotti di distribuzione 11 del gruppo 15 sono distribuite con passo angolare costante attorno a all'asse longitudinale (A).
Inoltre i condotti di distribuzione 11 del gruppo 15 presentano le rispettive prime estremità 12 direttamente in comunicazione con il condotto di adduzione 7.
In alternativa possono essere previsti almeno due gruppi 15 e 15' di condotti di distribuzione 11 aventi le relative seconde estremità 13 distribuite lungo rispettive circonferenze disposte sfalsate lungo l'asse longitudinale A. In questo caso le seconde estremità 13 dei condotti distribuzione 11 dei gruppi 15 e 15' sono disposte sfalsate angolarmente attorno all'asse longitudinale A.
Inoltre, il pistone 1 può prevedere una gola 16 anulare di raccolta di olio idraulico definita sulla superficie esterna della testa 2. Le seconde estremità 13 dei condotti di distribuzione 11 sono posizionate tra la gola 16 e la seconda estremità 9 del condotto di adduzione 7.
La gola 16 può essere prevista in corrispondenza della periferia della calotta sferica 2a della testa 2.
Nell'uso lungo la gola 16 si raccoglie parte dell'olio idraulico che fuoriesce dai condotti di adduzione 11 e si distribuisce sulla testa 2.
Non ultimo il pistone 1 può essere provvisto di almeno una cavità interna di alleggerimento definita in corrispondenza della testa 2 e/o dello stelo 3. Preferibilmente la o le cavità sono distribuite simmetricamente attorno all'asse longitudinale A.
Si fa notare che per l 'impiego in macchine idrauliche a cilindrata fissa, al variare della cilindrata della macchina idraulica in cui deve essere incorporato il pistone 1, la distribuzione spaziale dei condotti di distribuzione 11 e delle relative seconde estremità 13 può essere concentrata in determinate zone in funzione della specifica configurazione geometrica di esercizio assunta dal pistone 1 per ottimizzare il sostentamento idrostatico della testa 2 nella relativa sede.
Per le macchine a cilindrata variabile, invece, una distribuzione uniforme dei condotti di distribuzione 11 e delle relative seconde estremità 13 consente di ottenere un adeguato sostentamento idrostatico della testa 2 nella relativa sede al variare della configurazione geometrica di esercizio assunta dal pistone stesso .
Nelle figure 1-3 è rappresentata una prima forma di attuazione del pistone 1 particolarmente adatta per l'impiego in una macchina idraulica di tipo a piatto oscillante (pompa o motore).
In tali macchine a piatto oscillante generalmente la sede della testa 2 è ricavata in un pattino in bronzo associato all'albero motore, per cui c'è una minore esigenza di lubrificazione nella zona di accoppiamento tra la testa 2 e la relativa sede in considerazione dei ridotti fenomeni di attrito che si sviluppano nel contatto tra i diversi materiali con cui sono realizzati tali componenti.
In questo caso il pistone 1 comprende uno stelo 3 sostanzialmente cilindrico provvisto di una cavità 17 anulare che si sviluppa per tutta la sua estensione longitudinale. Lo stelo 3 non presenta sedi anulari 5 per anelli di tenuta.
Il pistone 1 è dotato di un gruppo 15 comprendente quattro condotti di distribuzione 11 distribuiti con passo angolare di 90° attorno all'asse longitudinale A.
Nella testa 2 è prevista una cavità 18 anulare attraverso la quale si sviluppano i condotti di distribuzione 11 e il tratto terminale del condotto di adduzione 7.
La testa 2 non è provvista di spianatura 10, dì scanalatura 14 e di gola 16.
Nelle figure 3-7 è rappresentata una seconda forma di attuazione del pistone 1 particolarmente adatta per l'impiego in una macchina idraulica di tipo a corpo inclinato (pompa o motore).
In tali macchine a corpo inclinato generalmente la sede della testa 2 è direttamente ricavata nell'albero motore, per cui c'è una maggiore esigenza di lubrificazione nella zona di accoppiamento tra la testa 2 e la relativa sede in considerazione dei fenomeni di attrito non trascurabili che si sviluppano nel contatto tra i materiali metallici con cui sono realizzati tali componenti .
In questo caso il pistone 1 comprende uno stelo 3 sostanzialmente conico e provvisto di una cavità 17 anulare a sviluppo longitudinale, nonché di due sedi anulari 5 per anelli di tenuta.
Il pistone 1 è dotato di due gruppi 15 e 15' di condotti di distribuzione 11 aventi le relative seconde estremità 13 distribuite lungo una rispettiva circonferenza centrata sull'asse longitudinale A. Ciascun gruppo 15, 15' comprende quattro condotti di distribuzione 11 distribuiti con passo angolare di 90° attorno all'asse longitudinale A lungo la rispettiva circonferenza.
Le seconde estremità 13 dei condotti di distribuzione 11 dei due gruppi 15 e 15' sono disposte longitudinalmente e angolarmente sfalsate rispetto all'asse longitudinale A (figura 6) per ottimizzare la distribuzione di olio idraulico su tutta la calotta sferica 2a della testa 2.
Le seconde estremità 13 dei condotti di distribuzione 11 del gruppo 15' sono interposte in senso assiale tra le seconde estremità 13 dei condotti di distribuzione 11 del gruppo 15 e la seconda estremità 9 del condotto di adduzione 7.
Le prime estremità 12 dei condotti di distribuzione 11 del gruppo 15' sono interposte in senso assiale tra le prime estremità 12 dei condotti di distribuzione 11 del gruppo 15 e la seconda estremità 9 del condotto di adduzione 7.
Nella testa 2 è prevista una cavità 18 anulare attraverso la quale si sviluppano i condotti di distribuzione 11 dei gruppi 15 e 15’ e il tratto terminale del condotto di adduzione 7.
In corrispondenza delle seconde estremità 13 dei condotti di distribuzione 11 del gruppo 15 è prevista una scanalatura 14 anulare.
La testa 2 è anche provvista di gola 16 di raccolta .
Si è in pratica constatato come il trovato descritto raggiunga gli scopi proposti ed in particolare si sottolinea il fatto che il pistone secondo il trovato consente, nell'uso, di ottenere un sostentamento idraulico della relativa testa per qualsiasi condizione di esercizio e senza comportare riduzioni dell'estensione della superficie di contatto tra la testa e la relativa sede tali da incrementare i fenomeni di usura e di danneggiamento dei componenti.
Inoltre, il pistone secondo il trovato può essere facilmente adattato alle esigenze della specifica applicazione, al variare della tipologia di macchina idraulica in cui deve essere incorporato, al fine di consentirne un funzionamento ottimale,
Ancora il pistone secondo il trovato può essere realizzato con cavità interne di alleggerimento onde migliorarne le prestazioni.
Non ultimo il pistone secondo il trovato può essere ottenuto mediante tecnologie note di manifattura additiva al fine di contenere i tempi e i costi di produzione.
Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.
Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze senza per questo uscire dall'ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni .
Claims (16)
- RIVENDICAZIONI 1. Pistone (1) per macchine idrauliche a pistoni assiali comprendente una testa (2) raccordata ad uno stelo (3) sviluppantesi lungo un asse longitudinale (A) e definente un fondo (4) posizionato da parte opposta della testa stessa, essendo inoltre previsto almeno un condotto di adduzione (7) passante all'interno del pistone stesso ed avente una prima ed una seconda estremità (8,9), tra loro contrapposte, aperte rispettivamente in corrispondenza della testa (2) e del fondo (4), caratterizzato dal fatto che comprende almeno un condotto di distribuzione (11) passante all'interno del pistone stesso, che presenta una prima ed una seconda estremità (12,13), tra loro contrapposte, di cui la prima estremità (12) è in comunicazione di fluido con detto condotto di adduzione (7) e la seconda estremità (13) è aperta in corrispondenza di detta testa (2), il pistone (1) essendo realizzato in un pezzo unico.
- 2. Pistone (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una scanalatura (14) definita sulla superficie esterna di detta testa (2) che è in comunicazione di fluido con la seconda estremità (13) di detto almeno un condotto di distribuzione (11).
- 3. Pistone (1), secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta almeno una scanalatura (14) intercetta la seconda estremità (13) di detto almeno un condotto di distribuzione (11)·
- 4. Pistone (1), secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detta scanalatura (14) ha sviluppo anulare attorno a detto asse longitudinale (A).
- 5. Pistone (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di detti condotti di distribuzione (11).
- 6. Pistone (1), secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di condotti di distribuzione (11) comprende almeno un gruppo (15;15') di condotti di distribuzione (11) aventi le rispettive seconde estremità (13) distribuite lungo una circonferenza centrata su detto asse longitudinale (A).
- 7. Pistone (1), secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che le seconde estremità (13) dei condotti di distribuzione (11) di detto almeno un gruppo (15;15') sono distribuite con passo angolare costante attorno a detto asse longitudinale (A).
- 8. Pistone (1), secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che i condotti di distribuzione (11) di detto almeno un gruppo (15; 15') presentano le rispettive prime estremità (12) direttamente in comunicazione di fluido con detto condotto di adduzione (7).
- 9. Pistone (1), secondo una o più delle rivendicazioni 6-8, caratterizzato dal fatto che comprende almeno due di detti gruppi (15,15') di condotti di distribuzione (11) aventi le relative seconde estremità (13) distribuite lungo rispettive circonferenze disposte sfalsate lungo detto asse longitudinale (A).
- 10. Pistone (1), secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che le seconde estremità (13) dei condotti distribuzione (11) di detti almeno due gruppi (15,15') sono disposte angolarmente sfalsate attorno a detto asse longitudinale (A).
- 11. Pistone (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una gola (16) anulare di raccolta definita sulla superficie esterna di detta testa (2), le seconde estremità (13) di detti condotti di distribuzione (11) essendo posizionate tra la gola stessa e la seconda estremità (9) di detto condotto di adduzione (7).
- 12. Pistone (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta testa (2) comprende una spianatura (10) sviluppantesi attorno alla seconda estremità (9) di detto condotto di adduzione (7).
- 13. Pistone (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una cavità (17;18) interna in corrispondenza di detta testa (2) e/o di detto stelo (3).
- 14. Pistone (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che è ottenuto mediante manifattura additiva .
- 15. Macchina idraulica a pistoni assiali di tipo a corpo inclinato, caratterizzata dal fatto che comprende almeno un pistone (1) secondo una o più delle rivendicazioni 1-14.
- 16. Macchina idraulica a pistoni assiali di tipo a piatto oscillante, caratterizzata dal fatto che comprende almeno un pistone (1) secondo una o più delle rivendicazioni 1-14.
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