IT201900013713A1

IT201900013713A1 - Ruota dentata avente un profilo perfezionato

Info

Publication number: IT201900013713A1
Application number: IT102019000013713A
Authority: IT
Inventors: Manuele Rossi; Andrea Ceruti
Original assignee: Settima Mecc S R L
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2021-02-01
Also published as: US20220282621A1; TW202111234A; EP4007841A1; KR20220043180A; WO2021019014A1; JP2022544362A; CN114423554A

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione fa riferimento ad una ruota dentata per un apparato idraulico, ad esempio per una pompa volumetrica rotativa ad ingranaggi, e la descrizione seguente è fatta con riferimento a questo campo di applicazione con il solo scopo di semplificarne l’esposizione.

Arte nota

Come è ben noto, le pompe volumetriche rotative ad ingranaggi comprendono normalmente due ruote dentate (o ingranaggi) delle quali una, detta conduttrice, è connessa ad un albero motore e trascina in rotazione l'altra ruota, detta condotta. Ciascuna ruota dentata comprende una pluralità di denti, diritti o elicoidali, i quali sono configurati per ingranare tra loro secondo successive configurazioni di ingranamento durante la rotazione delle ruote.

Secondo una soluzione nota, sviluppata in passato dalla Richiedente e illustrata nelle figure 1 e 2, una pompa ad ingranaggi è dotata di una coppia di ruote dentate 1 i cui denti 2 hanno un profilo caratterizzato da una forma sfondata o arcuata in corrispondenza della sommità.

Una ruota dentata di questo tipo consente un contatto continuo tra i profili delle due ruote ingrananti, in qualsiasi posizione angolare esse si trovino, con il risultato che non vi è alcun incapsulamento di fluido tra la cresta ed il fondo di due denti ingrananti tra loro. Ciò accade ad esempio quando la forma del dente sulla sua sommità è definita da una funzione che descrive un arco di cerchio o di ellisse, il cui centro o i cui fuochi si trovano all’interno del dente stesso tra il diametro esterno ed il diametro interno della ruota dentata 1 .

Nonostante questa soluzione nota comporti numerosi vantaggi, tra i quali silenziosità, non incapsulamento di fluido e pulsazioni molto basse sulla bocca di mandata, essa non garantisce una corretta interazione delle ruote dentate 1 con il corpo o carcassa 3 della pompa nella quale sono alloggiate.

In particolare, la criticità maggiore per questo tipo di pompe è riscontrata durante la fase di rodaggio, dove le ruote dentate 1, sotto il carico dovuto alla pressione che si crea sulla bocca di mandata, creano la propria sede nel corpo 3 della pompa. Infatti, nella fase di rodaggio, le ruote dentate 1 entrano in contatto con le pareti interne del corpo 3 di pompa nella zona prossima alla bocca di bassa pressione e, poiché le ruote stesse sono realizzate con materiale avente maggiore durezza rispetto al materiale con cui è realizzato corpo 3, la geometria di quest’ultimo viene alterata.

Detto in altre parole, sotto il carico che si sviluppa durante la fase di rodaggio, si innescano cedimenti elastici, delle ruote dentate e/o diverso posizionamento radiale delle stesse ruote rispetto all’asse di rotazione, che portano ad un’usura plastica del corpo di pompa 3 dall’esito spesso imprevedibile e potenzialmente dannoso.

Ancora più in particolare, con riferimento ad un esempio schematico mostrato nella figura 2, nella soluzione sopra illustrata accade che, sotto l’azione della forza dovuta alla pressione del fluido trasportato dalle ruote dentate, si ha un cedimento elastico dei cuscinetti a strisciamento alloggiati nelle boccole di supporto di tali ruote, tale cedimento essendo proporzionale alla pressione di utilizzo, alla lunghezza delle ruote dentate e ai materiali utilizzati. In determinate condizioni di funzionamento, si verifica un’interferenza meccanica tra la parete interna del foro del corpo 3 in cui la ruota 1 è alloggiata e la ruota 1 stessa.

Data la particolare forma del dente con arrotondamento in punta, quello che si innesca a seguito di tale interferenza è quindi un fenomeno di usura provocata da deformazione plastica del materiale (ad esempio alluminio ma anche altri materiali quali ghisa non sono esclusi, duttili e malleabili rispetto al materiale delle ruote dentate, normalmente di acciaio cementato e temperato) e una sua successiva e conseguente “spalmatura” di materiale asportato come strato sottile sulle pareti libere dei fori del corpo 3.

Inoltre, durante il rodaggio, attriti eccessivi creano dissipazione energetica (calore) e i suddetti fenomeni di usura sono ancor più accentuati e difficili da tenere sotto controllo.

L’effetto di spalmatura del materiale asportato e depositato nelle zone libere delle pareti dei fori, dovuta alla suddetta forma sfondata dei denti, dipende prevalentemente dalle tolleranze definite in fase di progetto. Maggiore è la compenetrazione tra le ruote dentate ed il corpo dell’apparato idraulico, maggiore è il calore sviluppato e il volume di materiale asportato; quindi maggiori sono le dilatazioni termiche e maggiore è il volume di materiale asportato (“strappato”) e successivamente depositato (“spalmato”).

In determinati casi, la sede creata dalla ruota dentata, una volta che si è ritornati alla temperatura di partenza, presenta una geometria deformata tale da interferire con la rotazione della ruota stessa. L’entità della deformazione è inoltre difficilmente prevedibile.

Questo fenomeno è misurabile e si riscontra anche sperimentalmente, dove accade che, quando si prova a far ruotare la ruota conduttrice, il rotolamento è difficoltoso e procede a scatti, se non addirittura viene del tutto bloccato. Ciò può comportare scarti di produzione per non superamento del controllo qualità.

Tutto ciò ha conseguenze molto pericolose per la pompa, dove neH’awiamento a freddo si verifica spesso un danneggiamento del corpo di pompa con conseguente perdita di efficienza volumetrica. È quindi desiderabile che, durante il rodaggio di una pompa in cui sono alloggiate per la prima volta le ruote dentate, tale inconveniente non si verifichi.

Il problema tecnico della presente invenzione è quello di escogitare una ruota dentata avente caratteristiche strutturali e funzionali tali da consentire di superare le limitazioni e gli inconvenienti che tuttora affliggono le soluzioni note, in particolare che non causi una deformazione plastica del corpo di pompa con conseguente spalmatura di materiale sulla superficie dei fori di alloggiamento delle ruote durante la fase di rodaggio.

Sommario dell' invenzione

L’idea di soluzione che sta alla base della presente invenzione è quella di realizzare una ruota dentata i cui denti comprendono un elemento tagliente, disposto sulla loro sommità, in grado di rimuovere materiale dal corpo di pompa per asportazione di truciolo durante la fase di rodaggio, così da limitare e se non addirittura evitare la deformazione plastica del corpo che si verifica nelle soluzioni note. Il materiale asportato viene poi espulso dal fluido pompato dalla porta di mandata, con limitata o addirittura assente spalmatura di materiale sulle pareti dei fori di alloggiamento.

Sulla base di tale idea di soluzione, il suddetto problema tecnico viene risolto da una ruota dentata per un apparato idraulico, comprendente una pluralità di denti e disposta girevole attorno ad un asse di rotazione, tali denti avendo un determinato profilo in sezione ed essendo atti ad ingranare rispettivi denti di un'altra ruota dentata durante un moto rotazionale attorno all’asse di rotazione, caratterizzata dal fatto che almeno un dente è conformato in modo da presentare almeno un tagliente configurato per asportare materiale, in particolare materiale in trucioli, da un corpo (ad esempio una carcassa) con cui esso entra in contatto durante la rotazione della ruota dentata.

Più in particolare, l’invenzione comprende le seguenti caratteristiche supplementari e facoltative, prese singolarmente o all’occorrenza in combinazione.

Secondo un aspetto della presente invenzione, il tagliente può essere disposto in corrispondenza di una porzione di sommità del dente, intesa come la porzione del dente più distante dal centro del cerchio primitivo della ruota dentata.

Secondo un aspetto della presente invenzione, il tagliente può estendersi per tutta la lunghezza del dente, intesa come la dimensione del dente in una direzione parallela all’asse di rotazione.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, ogni dente della ruota dentata può comprendere il tagliente.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, almeno un dente può comprendere una pluralità di taglienti separati tra loro.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, il tagliente può essere tale da introdurre una discontinuità nella funzione che definisce il profilo del dente, tale tagliente essendo disposto in corrispondenza del punto di discontinuità. Ad esempio, tale discontinuità può essere una discontinuità di prima specie.

Alternativamente, il tagliente può essere tale da introdurre un punto di non derivabilità nella funzione che definisce il profilo del dente.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, il profilo del dente può essere un profilo simmetrico.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, il tagliente può essere uno spigolo di una scanalatura ricavata lungo un asse longitudinale del dente, inteso come un asse parallelo all’asse di rotazione.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, il tagliente può essere in corrispondenza di un bordo (ossia è lo spigolo) di una porzione avente una forma squadrata o una forma a cuneo.

Ulteriormente, i denti possono essere denti elicoidali (o bielicoidali) e la ruota dentata può avere un numero di denti compreso fra 5 e 21.

Secondo un altro aspetto ancora della presente invenzione, la funzione che definisce il profilo dei denti può descrivere, in corrispondenza della sommità degli stessi, un arco di cerchio centrato sull’asse di rotazione della ruota dentata e avente un diametro pari o maggiore, a meno delle tolleranze di lavorazione, a un diametro di un foro di alloggiamento di tale ruota dentata.

Secondo un altro aspetto ancora della presente invenzione, il tagliente può essere ottenuto per asportazione di materiale dal dente.

Infine, si osserva che la forma del tagliente può essere ottenuta mediante rettifica di forma utilizzando una mola singola sagomata o una mola a vite.

La presente invenzione fa altresì riferimento ad un apparato idraulico comprendente una carcassa e una coppia di ruote dentate, in cui almeno una ruota dentata è come sopra definita, tali ruote dentate essendo alloggiate in fori di alloggiamento nella carcassa, in cui il tagliente è configurato per asportare materiale, in particolare materiale in trucioli, da una superficie interna dei fori di alloggiamento della carcassa, con la quale esso entra in contatto durante la rotazione delle ruote dentate.

È quindi chiaro che l’apparato della presente invenzione, dotato di due ruote dentate, può comprendere solamente una ruota dotata del tagliente secondo le forme di realizzazione sopra illustrate, oppure entrambe.

Più in particolare, l’apparato idraulico può essere una pompa volumetrica rotativa ad ingranaggi o un motore idraulico.

La presente invenzione fa altresì riferimento ad un metodo di realizzazione di una ruota dentata del tipo girevole attorno ad un asse di rotazione e comprendente una pluralità di denti atti ad ingranare rispettivi denti di un'altra ruota dentata durante un moto rotazionale attorno all’asse di rotazione, comprendente le fasi di:

- predisporre un corpo da lavorare;

- formare una pluralità di denti nel corpo; e

- asportare materiale di almeno un dente in modo da formare almeno un tagliente in tale dente, tale tagliente essendo configurato per asportare materiale, in particolare materiale in trucioli, da un corpo (ad esempio una carcassa) con cui esso entra in contatto durante la rotazione della ruota dentata.

Secondo un aspetto della presente invenzione, il metodo può comprendere una fase di eseguire una rettifica di forma del profilo del dente utilizzando una mola singola sagomata o una mola a vite.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, il metodo può comprendere una fase di rettifica del diametro della ruota dentata mediante rettificatrice in tondo.

Le caratteristiche e i vantaggi della ruota dentata e dell’apparato della presente invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un loro esempio di realizzazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

Breve descrizione dei disegni

In tali disegni:

- la figura 1 mostra schematicamente un profilo di una ruota dentata in accordo con le soluzioni note;

- la figura 2 mostra schematicamente un apparato idraulico comprendente ruote dentate in accordo con le soluzioni note;

- la figura 3 mostra schematicamente un profilo di una ruota dentata in accordo con la presente invenzione;

- la figura 4 mostra un dettaglio del profilo della ruota dentata secondo la presente invenzione;

- la figura 5 mostra una vista prospettica della ruota dentata secondo la presente invenzione;

- la figura 6 mostra una vista prospettica di un dente della ruota dentata secondo la presente invenzione;

- la figura 7 mostra schematicamente varianti di realizzazione di una ruota dentata secondo la presente invenzione; e

- la figura 8 mostra schematicamente un apparato idraulico comprendente ruote dentate in accordo con la presente invenzione.

Descrizione dettagliata

Con riferimento a tali figure, con 10 è globalmente e schematicamente indicata una ruota dentata realizzata in accordo con la presente invenzione.

È opportuno notare che le figure rappresentano viste schematiche e non sono disegnate in scala, ma sono invece disegnate in modo da enfatizzare le caratteristiche importanti dell’invenzione. Ulteriormente, nelle figure, i diversi elementi sono rappresentati in modo schematico, la loro forma potendo variare a seconda dell’applicazione desiderata. È inoltre opportuno notare che nelle figure numeri di riferimento identici si riferiscono ad elementi identici per forma o funzione. Infine, particolari accorgimenti descritti in relazione a una forma di realizzazione illustrata in una figura sono utilizzabili anche per le altre forme di realizzazione illustrate nelle altre figure.

La ruota dentata 10 della presente invenzione è utilizzata in apparati idraulici quali pompe volumetriche ad ingranaggi o anche motori idraulici ad ingranaggi. Come sarà descritto in maggior dettaglio più avanti, la ruota dentata 10 viene impiegata in un apparato idraulico comprendente una coppia di ruote dentate ingrananti, montate in modo da essere reciprocamente girevoli in una carcassa o corpo di alloggiamento tra un lato di ingresso ed un lato di uscita di un fluido avente, nell'uso, flusso sostanzialmente trasversale rispetto agli assi di rotazione delle ruote dentate. Tali ruote dentate ingrananti realizzano nella loro rotazione reciproca configurazioni progressive di ingranamento.

In particolare, la presente invenzione verrà di seguito illustrata secondo un esempio preferito in cui la ruota dentata 10 è utilizzata in una pompa ad ingranaggi, anche se gli insegnamenti mostrati saranno applicabili anche ad altri apparati idraulici, come appunto un motore.

Facendo particolare riferimento alla figura 3, la ruota dentata 10 della presente invenzione, chiamata nel settore anche rotore, comprende un corpo principale lavorato in modo da presentare una pluralità di denti 11, i quali sono atti ad ingranare rispettivi e coniugati denti di un’altra ruota dentata durante la rotazione.

Più in particolare, la ruota dentata 10 è disposta in modo da essere girevole attorno ad un asse di rotazione, indicato nella presente come asse H-H, il quale è da immaginare come perpendicolare al piano della figura e configurato come un asse passante per il centro O della ruota dentata 10, ossia dal centro del cerchio primitivo. Ciascun dente 11 ha un profilo P in sezione trasversale definito da una determinata funzione su un piano ortogonale a tale asse di rotazione H-H.

In particolare, la funzione che definisce il profilo P dei denti 1 1 descrive un arco di cerchio in corrispondenza della sommità del dente, tale cerchio essendo centrato nel centro O e avendo un diametro sostanzialmente pari o maggiore a quello dei fori di alloggiamento della ruota nel corpo di pompa, a meno delle tolleranze di lavorazione. La presente invenzione prende spunto da un profilo di questo tipo, il quale presenta una forma arrotondata in corrispondenza della sommità del dente, e lo modifica vantaggiosamente al fine di risolvere i problemi lamentati in relazione alle soluzioni note.

In particolare, opportunamente secondo la presente invenzione, almeno un dente 1 1 della ruota dentata 10 è conformato in modo da presentare un tagliente 12 in almeno una sua porzione 13, ad esempio in corrispondenza della sommità del dente. Il tagliente 12 del dente 1 1 è una sua estremità attiva atta ad asportare materiale sotto forma di trucioli da un corpo con il quale è in contatto, ad esempio dalla superficie dei fori di alloggiamento della carcassa di pompa, in particolare durante la rotazione della ruota dentata 10 nella fase di rodaggio dell’apparato in cui essa è alloggiata, come sarà illustrato più avanti in maggior dettaglio.

A seguito della lavorazione del dente 11, la funzione che definisce il suo profilo P è quindi opportunamente modificata, ad esempio introducendo una discontinuità o in generale una irregolarità.

Facendo riferimento all’esempio schematico e non limitativo della figura 3, si può affermare che il tagliente 12 è ottenuto come spigolo di una scanalatura 14 longitudinale che interessa preferibilmente l’intera lunghezza o profondità del dente 11 o della ruota 10 che dir si voglia.

Detto in altre parole, la presente invenzione prevede di dotare i denti 11 della ruota dentata 10 di almeno una superficie tagliente per asportare materiale durante la rotazione della ruota. Questa configurazione comporta notevoli vantaggi, soprattutto in fase di rodaggio della pompa, come verrà descritto in dettaglio nel seguito.

Come sopra accennato, la porzione 13 del dente 11 in cui è formato il tagliente 12 è una porzione di sommità di tale dente 11, dove nella presente descrizione con il termine “sommità” si intende la porzione di dente più distante dal centro O del cerchio primitivo della ruota dentata 10. Ulteriormente, in una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, il tagliente 12 si estende per tutta la lunghezza o profondità del dente 11, dove nella presente descrizione con il termine “lunghezza del dente” si intende la dimensione del dente 11 lungo una direzione parallela all’asse di rotazione H-H.

Come meglio illustrato nella figura 4, il tagliente 12 è ottenuto mediante asportazione di materiale dal dente 11, in particolare in corrispondenza della porzione 13 del dente 11, ad esempio in corrispondenza di almeno un lato di tale porzione 13, formando la suddetta scanalatura 14 estesa longitudinalmente lungo lo sviluppo (profondità) del dente 11. In una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, una seconda scanalatura 15 del tutto analoga alla scanalatura 14 è formata parallelamente alla precedente scanalatura 14, definendo tra tali scanalature un risalto 16 corrispondente, in questa forma di realizzazione, alla porzione 13.

Nella figura 4, il riferimento P’ indica il profilo del dente 11 delle soluzioni note, avente una tipica forma sfondata o arrotondata senza soluzione di continuità, mentre il profilo P del dente 11 della presente invenzione risulta in sezione interessato dal risalto 16 ottenuto dalla suddetta asportazione di materiale mediante le due parallele scanalature 14 e 15, con la formazione del tagliente 12, ad esempio su uno spigolo longitudinale del risalto 16.

Le tecniche di lavorazione della ruota dentata 10 sono molteplici e la presente invenzione non è limitata ad una di esse in particolare. Ad esempio, in una forma di realizzazione della presente invenzione, la forma del tagliente 12 è ottenuta mediante rettifica di forma per ottenere la scanalatura 14 (e di conseguenza il tagliente 12) utilizzando ad esempio una mola singola sagomata, oppure è ottenuta utilizzando una mola a vite.

In una forma di realizzazione della presente invenzione, la rettifica del diametro esterno della ruota dentata 10 è ottenuta mediante rettificatrici in tondo, in modo tale che la funzione che definisce il profilo P dei denti 1 1 descriva, in corrispondenza della sommità di ciascun dente, un arco di cerchio centrato sull’asse di rotazione H-H della ruota dentata 10 e avente un diametro pari (o maggiore) a un diametro del foro di alloggiamento, come sopra indicato.

Sempre a titolo di esempio non limitativo, rispetto all’altezza massima del dente 11 (sostanzialmente preferibilmente corrispondente all’altezza massima dei denti delle soluzioni note), la modifica del profilo noto dovuta all’asportazione di materiale può portare ad una diminuzione dell’altezza del dente (ai piedi del tagliente 12) pari a circa 0,1 mm, tale valore assottigliandosi sempre di più man mano che ci si allontana dal tagliente 12, risultando in una sporgenza del risalto 16 rispetto al resto del rimanente profilo di circa 0,03 mm.

In una forma preferita di realizzazione, illustrata nella figura 5, ogni dente 11 della ruota dentata 10 comprende il tagliente 12, anche se altre soluzioni rientrano nell’ambito della presente invenzione; è infatti possibile prevedere una configurazione in cui il tagliente 12 è presente solo su alcuni denti della ruota dentata, ad esempio una configurazione in cui un dente comprendente il tagliente si alterna ad un dente che non include alcun tagliente.

Ulteriormente, è anche possibile prevedere una forma di realizzazione in cui almeno un dente 11 comprende una pluralità di taglienti 12 separati tra loro lungo il profilo P, ad esempio equidistanziati, come ad esempio i denti di una sega. Detto in altre parole, in questa forma di realizzazione, il dente 11 comprende una pluralità di porzioni 13 che presentano il tagliente 12, tali porzioni essendo tra di loro spazialmente separate (esempio equidistanziate) lungo il profilo P del dente 11.

Come accennato in precedenza, il tagliente 12 introduce una discontinuità nella funzione che definisce il profilo P del dente 11, ad esempio una discontinuità di prima specie, in cui a sinistra del tagliente 12 la funzione che descrive tale profilo P si avvicina al punto di taglienza assumendo un valore diverso da quello che assume avvicinandosi da destra.

In un’altra forma di realizzazione della presente invenzione, il tagliente 12 introduce un punto di non derivabilità nella funzione che definisce il profilo P del dente 11. Ad esempio, il tagliente 12 può introdurre un punto angoloso o una cuspide.

Tutti questi differenti profili sono illustrati sempre a titolo schematico e non esaustivo in figura 7, dalla quale si evince che i principi dell’invenzione sono applicabili ad un elevato numero di forme possibili per il profilo P del dente 11. Si osserva infatti che la presente invenzione non è limitata ad una particolare forma dei denti 11 , in particolare della porzione 13 di dente comprendente il tagliente 12, la quale può variare a seconda delle esigenze e/o circostanze.

Più in particolare, nella figura 7 sono riportate diverse alternative soluzioni indicate con le lettere da (a) a (p) che illustrano una sezione di dente 11 in corrispondenza della porzione 13 di sommità. La soluzione (a) corrisponde sostanzialmente all’esempio di realizzazione delle figure da 3 a 6 discusso in precedenza, mentre le altre soluzioni possono essere considerate varianti di realizzazione.

Di conseguenza, la porzione 13 di dente comprendente il tagliente 12 può essere considerata un risalto 16 ricavato nel profilo di sommità, come ad esempio nella forma di realizzazione delle figure da 3 a 6 e della figura 7 (a) , oppure in generale ottenuta mediante almeno una scanalatura 14 longitudinale estesa per tutta la lunghezza del dente.

Nel contesto della presente invenzione, il risalto 16 della forma di realizzazione delle figure da 3 a 6 e della figura 7(a) è da intendersi in senso relativo rispetto all’avvallamento ai suoi fianchi; vale a dire che il risalto 16 è una discontinuità realizzata mediante almeno una scanalatura 14 estesa per tutta la lunghezza o profondità del dente, ed esso non sporge più di tanto al di là della linea arrotondata del profilo P effettivo del dente 11 (esso sporge infatti per circa 0,03 mm), e serve per definire il tagliente 12 in almeno uno spigolo in cui avviene un cambio di livello rispetto al centro O di tale dente 11. In ogni caso, l’altezza massima del risalto 16 è preferibilmente sostanzialmente pari all’altezza massima del profilo P del dente delle soluzioni note, dal quale viene poi asportato materiale come sopra illustrato, con l’ottenimento appunto del risalto 16.

Il tagliente 12 è disposto in corrispondenza di un bordo della porzione 13 (ossia è lo spigolo di tale porzione), la quale può avere quindi una qualunque forma, ad esempio squadrata oppure una forma a cuneo. In generale, si può dire che, rispetto alle soluzioni note, il dente 1 1 ha un profilo P dotato di una porzione acuminata.

Si osserva inoltre che il profilo P del dente 11 può essere un profilo simmetrico (come appunto il profilo della forma di realizzazione delle figure da 3 a 6 e della figura 7(a), oppure il profilo P può essere un profilo antisimmetrico.

In una forma di realizzazione della presente invenzione, i denti 11 sono denti elicoidali, e la ruota dentata 10 ha un numero di denti compreso fra 5 e 21, preferibilmente 5-11, ancora più preferibilmente 8.

Ulteriormente, la ruota dentata 10 secondo la presente invenzione, quando è elicoidale, ha passo d’elica Pe (in mm) pari a preferibilmente dove F è la lunghezza di fascia della ruota dentata e n è il numero di denti.

Ovviamente, i principi deirinvenzione si applicano anche a ruote dentate bi-elicoidali, come ad esempio ruote dentate del tipo descritto nella domanda di brevetto numero 102016000076227 a nome della Richiedente, così come si applica a ruote dentate con denti dritti.

La configurazione sopradescritta adottata per la ruota dentata 10 consegue numerosi vantaggi e permette di risolvere efficacemente il problema tecnico della presente invenzione.

A questo proposito, facendo riferimento alla figura 8, si consideri un apparato idraulico 100 incorporante una coppia di ruote dentate 10 secondo la presente invenzione. Le ruote dentate 10 realizzano, nella loro rotazione reciproca, un ingranamento fra rispettivi denti cooperanti.

Come sopra indicato, la rettifica del diametro esterno della ruota dentata 10 avviene in modo tale che la funzione che definisce il profilo P dei denti 11 descrive, in corrispondenza della sommità di ciascun dente, un arco di cerchio centrato sull’asse di rotazione H-H della ruota dentata 10 e avente un diametro pari a un diametro di un foro di alloggiamento della ruota, a meno di tolleranze di lavorazione. Questo profilo viene poi opportunamente modificato introducendo il tagliente 12 della presente invenzione.

Questo profilo perfezionato permette di ottenere in ogni caso ruote dentate “a contatto continuo” lungo la quasi totalità del profilo, ossia vi è un punto singolo di contatto teorico che si sposta da un fianco all'altro della ruota dentata con continuità, non generando aree di intrappolamento di fluido durante l'ingranamento. Solo nella porzione interessata dal tagliente 12 il suddetto contatto viene meno. In questo caso, si crea un piccolo volume di incapsulamento, ma il tagliente 12 è comunque progettato e dimensionato in modo tale da rendere tale modifica del tutto impercettibile. Infatti, da prove effettuate dalla Richiedente, non si riscontrano perdite volumetriche per trafilamento del fluido pompato e vengono mantenute le ottime caratteristiche di silenziosità proprie di questi apparati.

L’apparato 100 comprende una carcassa o corpo 110, la quale è dotata di fori di alloggiamento 120 passanti per Tallo ggiamento delle ruote dentate 10.

Come accennato in precedenza, Tapparato idraulico 100 può essere una pompa volumetrica rotativa ad ingranaggi o un motore idraulico.

Durante il funzionamento dell’apparato 100, è noto che, sotto l’azione della forza dovuta alla pressione del fluido trasportato dalle ruote dentate 10, avviene un cedimento elastico dei cuscinetti a strisciamento alloggiati nelle boccole. Questo cedimento è proporzionale alla pressione di utilizzo, alla lunghezza dei rotori e ai materiali utilizzati. Tutto ciò provoca il verificarsi di un’interferenza meccanica tra la parete interna dei fori di alloggiamento 120 della carcassa 1 10 e le ruote dentate 10.

Le ruote dentate 10 sono realizzate in un materiale, ad esempio acciaio, avente durezza maggiore del materiale della carcassa 110, ad esempio alluminio, motivo per cui la suddetta interferenza meccanica tra ruote dentate 10 e carcassa 110 genera, nelle soluzioni note, un fenomeno di usura da deformazione plastica, in particolare a causa della particolare forma del dente del rotore arrotondata in corrispondenza della punta.

Ebbene, vantaggiosamente secondo la presente invenzione, il tagliente 12 è configurato per asportare materiale in trucioli dalla superficie interna dei fori di alloggiamento 120 della carcassa 110, con la quale esso entra in contatto durante la rotazione delle ruote dentate 10.

In questo modo, durante la fase di rodaggio della carcassa 110, il tagliente 12 agisce asportando materiale sotto forma di truciolo, il quale viene poi espulso assieme al fluido pompato dalla porta di mandata con limitato o addirittura assente riporto/ spalmatura di materiale sulla superficie interna dei fori di alloggiamento 120. La geometria finale del foro di alloggiamento (la quale può essere prevista con dimensioni a tolleranza modesta) non influenza le prestazioni dell’apparato.

È quindi evidente che, al termine della fase di rodaggio, non si verificano più tutti i problemi causati dalla deposizione/ spalmatura di materiale indesiderato sulla superficie interna del foro di alloggiamento, come avviene invece nella tecnica nota che, tale spalmatura comportando una modifica non voluta e del tutto casuale dei giochi meccanici dovuta a rodaggi che portano a differenti prestazioni e avviamento difficoltoso a freddo, con conseguente perdita di efficienza volumetrica.

L’innovazione apportata al profilo P del dente 1 1 della ruota dentata 10 consente quindi di migliorare le prestazioni e la vita utile dell’apparato idraulico 100 che incorpora tale ruota dentata 10, velocizzando i tempi di rodaggio e garantendo un miglioramento della qualità complessiva in termini di costanza e ripetitività dei parametri che lo caratterizzano. Il tagliente 12 sulla sommità dei denti 11 elimina infatti le problematiche dei profili noti che, a causa della forma esclusivamente stondata, crea a volte danni irreversibili al corpo dell’apparato stesso al termine della fase di rodaggio.

La configurazione adottata premette in ogni caso di minimizzare le perdite per trafilamento di fluido, e in generale si è verificato che le prestazioni della pompa non sono in alcun modo influenzate dalla presenza del tagliente 12.

Pur non alterando le prestazioni, una tale configurazione consente in ogni caso un sensibile miglioramento in termini di affidabilità, ripetibilità delle prestazioni, usura, durata, rendimento meccanico e volumetrico.

Si osserva infine che tutti i vantaggi delle soluzioni note a contatto continuo vengono mantenute, essendo il profilo modificato minimamente solo in corrispondenza della sommità per la realizzazione del tagliente 12, il quale permette di garantire sempre le massime prestazioni anche dopo la fase di rodaggio, tale tagliente 12 asportando in modo opportuno materiale in truciolo successivamente espulso assieme al fluido pompato nell’apparato.

Prove svolte presso la Richiedente hanno potuto dimostrare che le dimensioni estremamente contenute del tagliente 12 non comportano alcun inconveniente in fase di funzionamento post-rodaggio della pompa, anzi rappresentano una minima via di fuga per micro-incapsulamenti di fluido che vengono smaltiti con facilità mantenendo estremamente ridotta la silenziosità della pompa.

Ovviamente un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare alla ruota dentata e all’apparato sopra descritti numerose modifiche e varianti, tutte comprese nell'ambito di protezione dell'invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Ruota dentata (10) per un apparato idraulico, comprendente una pluralità di denti (11) e disposta girevole attorno ad un asse di rotazione (H-H), detti denti (11) avendo un determinato profilo (P) in sezione ed essendo atti ad ingranare rispettivi denti di un'altra ruota dentata durante un moto rotazionale attorno all’asse di rotazione (H-H), caratterizzata dal fatto che almeno un dente (11) è conformato in modo da presentare almeno un tagliente (12) configurato per asportare materiale da un corpo con cui esso entra in contatto durante la rotazione di detta ruota dentata (10).
2. Ruota dentata (10) secondo la rivendicazione 1, in cui il tagliente (12) è in corrispondenza di una porzione di sommità di detto dente (11), intesa come la porzione di dente più distante dal centro (O) del cerchio primitivo della ruota dentata (10).
3. Ruota dentata (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il tagliente (12) si estende per tutta la lunghezza del dente (11), intesa come la dimensione del dente (11) in una direzione parallela all’asse di rotazione (H-H).
4. Ruota dentata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ogni suo dente (11) comprende detto tagliente (12).
5. Ruota dentata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno un dente (11) comprende una pluralità di taglienti (12) separati tra loro.
6. Ruota dentata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il tagliente (12) è tale da introdurre una discontinuità nella funzione che definisce il profilo (P) del dente (11), detto tagliente (12) essendo disposto in corrispondenza del punto di discontinuità.
7. Ruota dentata (10) secondo la rivendicazione 6, in cui detta discontinuità è una discontinuità di prima specie.
8. Ruota dentata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui il tagliente (12) è tale da introdurre un punto di non derivabilità nella funzione che definisce il profilo (P) del dente (11).
9. Ruota dentata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il profilo (P) del dente (1 1) è un profilo simmetrico.
10. Ruota dentata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il tagliente (12) è uno spigolo di una scanalatura (14) ricavata lungo un asse longitudinale del dente (11), inteso come un asse parallelo all’asse di rotazione (H-H).
11. Ruota dentata (10) secondo la rivendicazione 10, in cui il tagliente ( 12) è lo spigolo di una porzione ( 13) avente una forma squadrata o una forma a cuneo.
12. Ruota dentata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti denti (11) sono denti elicoidali o bielicoidali.
13. Ruota dentata (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, avente un numero di denti (11) compreso fra 5 e 21.
14. Ruota dentata (10) secondo la rivendicazione 1, in cui la funzione che definisce il profilo (P) dei denti (11) descrive, in corrispondenza della sommità degli stessi, un arco di cerchio centrato sull’asse di rotazione (H-H) della ruota dentata (10) e avente un diametro pari o maggiore a un diametro di un foro di alloggiamento di detta ruota dentata (10), la sommità dei denti (11) essendo intesa come la porzione di dente più distante dal centro del cerchio primitivo di detta ruota dentata (10).
15. Ruota dentata (10) secondo la rivendicazione 1, in cui il tagliente (12) è ottenuto per asportazione di materiale da detto dente (11).
16. Ruota dentata (10) secondo la rivendicazione 15, in cui la forma del tagliente (12) è ottenuta mediante rettifica di forma utilizzando una mola singola sagomata o una mola a vite.
17. Apparato idraulico (100) comprendente: - una carcassa (110); e - una coppia di ruote dentate, in cui almeno una di dette ruote dentate è secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dette ruote dentate (10) essendo alloggiate in fori di alloggiamento (120) in detta carcassa (110), in cui il tagliente (12) è configurato per asportare materiale da una superficie interna dei fori di alloggiamento (120) della carcassa (1 10), con la quale esso entra in contatto durante la rotazione delle ruote dentate (10).
18. Apparato idraulico (100) secondo la rivendicazione 17, in cui detto apparato idraulico (100) è una pompa volumetrica rotativa ad ingranaggi o un motore idraulico.
19. Metodo di realizzazione di una ruota dentata (10) del tipo girevole attorno ad un asse di rotazione (H-H) e comprendente una pluralità di denti (11) atti ad ingranare rispettivi denti di un'altra ruota dentata durante un moto rotazionale attorno all’asse di rotazione (H-H), comprendente le fasi di: - predisporre un corpo da lavorare; - formare una pluralità di denti (11); e - asportare materiale di almeno un dente (11) in modo da formare almeno un tagliente (12) in detto dente (11), detto tagliente (12) essendo configurato per asportare materiale da un corpo con cui esso entra in contatto durante la rotazione di detta ruota dentata (10).
20. Metodo secondo la rivendicazione 19, comprendente una fase di rettifica di forma del profilo di detto almeno un dente (11) utilizzando una mola singola sagomata o una mola a vite.
21. Metodo secondo la rivendicazione 19, comprendente una fase di rettifica del diametro della ruota dentata (10) mediante rettificatrice in tondo.