ITBO20120481A1 - Cilindro oleodinamico in laminato composito ibrido, in particolare per applicazioni ad elevate potenze di esercizio - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
“CILINDRO OLEODINAMICO IN LAMINATO COMPOSITO IBRIDO, IN PARTICOLARE PER APPLICAZIONI AD ELEVATE POTENZE DI ESERCIZIOâ€
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione à ̈ relativa ad un cilindro oleodinamico in laminato composito ibrido, in particolare per applicazioni ad elevate potenze di esercizio.
ARTE ANTERIORE
Come noto, i cilindri oleodinamici comprendono un primo elemento costituito sostanzialmente da una camicia esterna provvista di un asse di simmetria, ed un secondo elemento comprendente a sua volta un pistone alloggiato all’interno della detta camicia esterna e mobile lungo l’asse di simmetria fra una prima posizione estrema di finecorsa inferiore ed una seconda posizione estrema di finecorsa superiore, ed uno stelo rigidamente collegato al pistone.
I cilindri oleodinamici normalmente impiegati, in particolare per applicazioni ad elevate potenze di esercizio, ad esempio per macchine movimento terra oppure per applicazioni nel settore nautico o aeronautico, sono realizzati in materiale metallico; l’impiego di materiali metallici non consente però di ottenere buone prestazioni in termini di peso del cilindro oleodinamico stesso.
Per superare questo tipo di inconveniente, sono stati proposti dei cilindri oleodinamici che sono interamente o almeno parzialmente realizzati in materiale composito. In altre parole, in questo tipo di cilindri oleodinamici almeno un elemento fra la camicia esterna e l’assieme formato dal pistone e dallo stelo à ̈ realizzato in un materiale composito.
Anche questo tipo di cilindri oleodinamici presentano però alcuni svantaggi.
Nel caso in cui lo stelo sia realizzato in un materiale composito, lo stelo stesso non à ̈ sufficientemente rigido in direzione assiale e questo causa dei problemi di instabilità elastica a compressione (fenomeno noto anche come “buckling†).
Nel caso invece in cui la camicia esterna sia realizzata in un materiale composito, la camicia esterna pur offrendo buone prestazioni in termini di rigidezza in direzione assiale non à ̈ sufficientemente rigida in direzione cerchiante, causando un indesiderato effetto di “pompaggio†della camicia esterna stessa che sotto l’effetto di elevate pressioni di utilizzo tende a gonfiarsi radialmente. Con il trascorrere del tempo, questo fenomeno di pompaggio comporta un decadimento della tenuta all’interno della camicia esterna piuttosto rapido e l’usura della tenuta stessa con il rischio di trafilamenti tra le camere che si definiscono all’interno del cilindro.
Per porre rimedio a questo inconveniente e cercare di ottenere mediante il materiale composito la stessa rigidezza nella direzione cerchiante che sarebbe possibile ottenere con l’impiego di materiali metallici, à ̈ necessario aumentare considerevolmente gli spessori di materiale composito utilizzato per la camicia esterna. Ma l’aumento di spessore comporta chiaramente anche un considerevole aumento di peso e di costo.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un cilindro oleodinamico in laminato composito ibrido, in particolare per applicazioni ad elevate potenze di esercizio, che sia privo degli inconvenienti dello stato dell’arte, presenti buone prestazioni in termini di peso, rigidezza e resistenza, consenta di ottimizzare l’efficienza strutturale e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione.
Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ di fornire una macchina predisposta per applicazioni ad elevate potenze di esercizio, in particolare per sollevamento terra, che sia priva degli inconvenienti dello stato dell’arte, presenti una elevata affidabilità nel tempo e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione.
Secondo la presente invenzione viene fornito un cilindro oleodinamico in laminato composito ibrido, in particolare per applicazioni ad elevate potenze di esercizio secondo quanto rivendicato dalla rivendicazione 1 e da una qualsiasi delle rivendicazioni successive dipendenti dalla rivendicazione 1.
Secondo la presente invenzione viene inoltre fornita una macchina predisposta per applicazioni ad elevate potenze di esercizio, in particolare per sollevamento terra, secondo quanto rivendicato dalla rivendicazione 9 e da una qualsiasi delle rivendicazioni successive dipendenti dalla rivendicazione 9.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 rappresenta una vista prospettica ed in elevazione laterale di un cilindro oleodinamico in laminato composito ibrido, in particolare per applicazioni ad elevate potenze di esercizio realizzato in accordo con la presente invenzione; e
- la figura 2 rappresenta una vista in sezione lungo la linea II-II del cilindro oleodinamico della figura 1.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE
Nelle figure 1 e 2, con il numero 1 à ̈ indicato nel suo complesso un cilindro oleodinamico. Il cilindro 1 oleodinamico trova vantaggiosa ma non esclusiva applicazione in macchine movimento terra (come ad esempio gli escavatori o i grandi trattori agricoli) e, più in generale, in macchine ad elevate potenze di esercizio.
Il cilindro 1 oleodinamico comprende un primo 2 elemento che à ̈ costituito sostanzialmente da una camicia 2 esterna. La camicia 2 esterna presenta sostanzialmente una simmetria cilindrica attorno ad un asse X di simmetria.
Il cilindro 1 oleodinamico comprende poi un secondo 3 elemento che comprende a sua volta da un pistone (non illustrato) alloggiato scorrevole all’interno della camicia 2 esterna e mobile lungo l’asse X di simmetria fra una prima posizione estrema di finecorsa inferiore ed una seconda posizione estrema di finecorsa superiore, e viceversa. Il secondo 3 elemento comprende anche uno stelo 4 che esplica il moto, à ̈ rigidamente collegato al pistone ed à ̈ mobile, insieme al pistone lungo l’asse X di simmetria fra la prima posizione estrema di finecorsa inferiore ed la seconda posizione estrema di finecorsa superiore, e viceversa.
Il cilindro 1 oleodinamico à ̈ almeno parzialmente realizzato in un laminato composito ibrido provvisto di fibre che, come meglio descritto nella trattazione che segue, sono realizzate per differenziare le prestazioni in termini di rigidezza e resistenza lungo le diverse direzioni.
Secondo una prima variante, il cilindro 1 oleodinamico à ̈ interamente realizzato in un laminato composito ibrido provvisto di fibre realizzate per differenziare le prestazioni in termini di rigidezza e resistenza lungo le diverse direzioni.
Vale a dire che sia il primo 2 elemento sia il secondo 3 elemento sono entrambi realizzati completamente o parzialmente (in quanto la camicia 2 esterna può essere provvista, ad esempio, di flange terminali metalliche e/o di un liner interno anch’esso realizzato in materiale metallico<)>in un laminato composito ibrido provvisto di fibre realizzate per differenziare le prestazioni in termini di rigidezza e resistenza lungo le diverse direzioni.
Secondo una seconda variante, il cilindro 1 oleodinamico non à ̈ interamente, ma solo in parte realizzato in un laminato composito ibrido provvisto di fibre realizzate per differenziare le prestazioni in termini di rigidezza e resistenza lungo le diverse direzioni. In altre parole, a seconda delle diverse forme di attuazione, il primo 2 elemento oppure il secondo 3 elemento sono alternativamente realizzati completamente o parzialmente in un laminato composito ibrido.
Secondo una prima forma di attuazione, quindi, solo il primo 2 elemento (vale a dire, la camicia 2 esterna) à ̈ realizzato completamente o parzialmente (in quanto la camicia 2 esterna può essere provvista, ad esempio, di flange terminali metalliche e/o di un liner interno anch’esso realizzato in materiale metallico<)>in un laminato composito ibrido provvisto di fibre realizzate per differenziare le prestazioni in termini di rigidezza e resistenza lungo le diverse direzioni.
Secondo una seconda forma di attuazione, solo il secondo 3 elemento (vale a dire, il pistone e/o lo stelo 4) Ã ̈ realizzato completamente o parzialmente in un laminato composito ibrido provvisto di fibre realizzate per differenziare le prestazioni in termini di rigidezza e resistenza lungo le diverse direzioni. In questa seconda forma di attuazione, si possono verificare i seguenti tre casi:
- solo lo stelo 4 Ã ̈ realizzato in un laminato composito ibrido provvisto di fibre realizzate per differenziare le prestazioni in termini di rigidezza e resistenza lungo le diverse direzioni;
- solo il pistone à ̈ realizzato in un laminato composito ibrido provvisto di fibre realizzate per differenziare le prestazioni in termini di rigidezza e resistenza lungo le diverse direzioni; e
- sia lo stelo 4, sia il pistone sono realizzati in un laminato composito ibrido provvisto di fibre realizzate per differenziare le prestazioni in termini di rigidezza e resistenza lungo le diverse direzioni.
Nella seconda variante, le porzioni del primo 2 elemento oppure del secondo 3 elemento che, a seconda delle diverse forme di attuazione, non sono di volta in volta realizzati in un laminato composito ibrido, sono invece realizzati in un qualsiasi materiale a scelta fra: acciaio, materiale composito, alluminio, magnesio, ecc….
In particolare, secondo una preferita variante, la camicia 2 esterna à ̈ realizzata completamente o parzialmente in un laminato composito ibrido provvisto di fibre di carbonio diverse; e, in particolare, di fibre di carbonio ad elevatissimo modulo elastico nella direzione HD cerchiante (perpendicolare all’asse X di simmetria) e fibre di carbonio ad alta resistenza e modulo elastico intermedio nella direzione AD assiale (parallela all’asse X di simmetria) realizzate per differenziare le prestazioni della camicia 2 esterna in termini di rigidezza e resistenza lungo la direzione HD cerchiante e la direzione AD assiale.
In particolare, le fibre di carbonio ad elevatissimo modulo elastico nella direzione HD cerchiante sono ad esempio PITCH-based fibers (ricavate a partire dalla pece) oppure similari; mentre le fibre di carbonio ad alta resistenza e modulo elastico intermedio nella direzione AD assiale sono PAN-based fibers (ricavate a partire dal poliacrilonitrile).
Il detto laminato composito ibrido à ̈ realizzato alternativamente mediante la sola sovrapposizione di strati di fibre di carbonio ad elevatissimo modulo elastico nella direzione HD cerchiante e di strati di fibre di carbonio ad alta resistenza e modulo elastico intermedio nella direzione AD assiale senza intreccio; oppure, mediante la sovrapposizione e l’intreccio, nella forma di tessuto, di strati di fibre di carbonio ad elevatissimo modulo elastico nella direzione HD cerchiante e di strati di fibre di carbonio ad alta resistenza e modulo elastico intermedio nella direzione AD assiale secondo rapporti di peso prestabiliti in funzione delle esigenze strutturali richieste.
Inoltre, secondo una preferita variante, il secondo 3 elemento (vale a dire il pistone e/o lo stelo 4) à ̈ realizzato completamente o parzialmente in un laminato composito ibrido provvisto di fibre di carbonio diverse e, in particolare, di fibre di carbonio ad elevatissimo modulo elastico nella direzione AD assiale (parallela all’asse X di simmetria) e fibre di carbonio ad alta resistenza e modulo elastico intermedio nella direzione HD cerchiante (perpendicolare all’asse X di simmetria) realizzate per differenziare le prestazioni del secondo 3 elemento in termini di rigidezza e resistenza lungo appunto la direzione HD cerchiante e la direzione AD assiale.
In particolare, le fibre di carbonio ad elevatissimo modulo elastico nella direzione AD assiale sono ad esempio PITCH-based fibers (ricavate a partire dalla pece) oppure similari; mentre le fibre di carbonio ad alta resistenza e modulo elastico intermedio nella direzione HD cerchiante sono PAN-based fibers (ricavate a partire dal poliacrilonitrile).
Anche in questo caso, il detto laminato composito ibrido à ̈ realizzato alternativamente mediante la sola sovrapposizione di strati di fibre di carbonio ad elevatissimo modulo elastico nella direzione HD cerchiante e di strati di fibre di carbonio ad alta resistenza e modulo elastico intermedio nella direzione AD assiale senza intreccio; oppure, mediante la sovrapposizione e l’intreccio, nella forma di tessuto, di strati di fibre di carbonio ad elevatissimo modulo elastico nella direzione HD cerchiante e di strati di fibre di carbonio ad alta resistenza e modulo elastico intermedio nella direzione AD assiale secondo rapporti di peso prestabiliti in funzione delle esigenze strutturali richieste.
Nella trattazione che precede, il detto laminato composito ibrido provvisto di fibre realizzate per differenziare le prestazioni in termini di rigidezza e resistenza à ̈ realizzato indifferentemente mediante una qualsiasi tecnologia produttiva a scelta fra le seguenti tecnologie automatiche o manuali (di tipo noto e non descritte in dettaglio): roll wrappping, filament winding, fibre placament, hand lay up, RTM, VARTM, ecc.
In sostanza, ciò che accumuna le diverse varianti fin qui descritte del cilindro 1 oleodinamico à ̈ la possibilità di ottenere elevate prestazioni in termini di resistenza e rigidezza dove necessario sia nella camicia 2 esterna (cioà ̈ nella direzione cerchiante) sia nell’assieme formato dal pistone e dallo stelo 4 (cioà ̈ nella direzione assiale).
Il cilindro 1 oleodinamico sopra descritto presenta numerosi vantaggi in quanto leggero e tale da consentire di raggiungere elevate prestazioni in termini di rigidezza e resistenza e tale da consentire di ottimizzare l’efficienza strutturale.
Inoltre, una macchina predisposta per applicazioni ad elevate potenze di esercizio, in particolare per sollevamento terra come gli escavatori o i grandi trattori agricoli, che comprenda almeno un cilindro 1 oleodinamico del tipo sopra descritto presenta numerosi vantaggi per effetto della riduzione di peso che deriva dall’impiego dei detti cilindri 1 oleodinamici.
Ad esempio, il cilindro 1 oleodinamico può trovare vantaggiosa applicazione in bracci di gru in cui i cilindri 1 oleodinamici sono montati su parti a sbalzo; l’alleggerimento che deriva dall’impiego dei cilindri 1 oleodinamici sopra descritti consente di migliorare le prestazioni e ridurre la necessità di zavorra sul corpo macchina.
Inoltre, il cilindro 1 oleodinamico può trovare vantaggiosa applicazione, ad esempio, nel settore dei trasporti (aeronautico e/o nautico) in cui l’alleggerimento che deriva dall’impiego dei cilindri 1 oleodinamici sopra descritti consente di ridurre considerevolmente il tempo di ritorno sull’investimento, aumentando il “pay load†.
Infine, il cilindro 1 oleodinamico può trovare vantaggiosa applicazione anche in ambienti corrosivi dal momento che i materiali compositi ibridi subiscono meno il fenomeno della corrosione rispetto ai materiali metallici normalmente impiegati per la realizzazione di cilindri 1 oleodinamici.
Claims (9)
- RIVENDICAZIONI 1.- Cilindro (1) oleodinamico, in particolare per applicazioni ad elevate potenze di esercizio comprendente un primo elemento (2) a sua volta comprendente una camicia (2) esterna provvista di un asse (X) di simmetria; ed un secondo (3) elemento comprendente un pistone alloggiato all’interno della detta camicia (2) esterna e mobile lungo l’asse (X) di simmetria fra una prima posizione estrema di finecorsa inferiore ed una seconda posizione estrema di finecorsa superiore, e viceversa; ed uno stelo (4) rigidamente collegato al pistone; il cilindro oleodinamico à ̈ caratterizzato dal fatto che almeno un elemento (2, 3) fra i detti primo (2) oppure secondo (3) elemento à ̈ almeno parzialmente realizzato in un laminato composito ibrido provvisto di fibre realizzate per differenziare le prestazioni in termini di rigidezza e resistenza del detto almeno un elemento (2, 3) fra i detti primo (2) oppure secondo (3) elemento.
- 2.- Cilindro oleodinamico secondo la rivendicazione 1, in cui sia il primo elemento (2) sia il secondo (3) elemento sono almeno parzialmente realizzati in un laminato composito ibrido.
- 3.- Cilindro oleodinamico secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il detto laminato composito ibrido à ̈ realizzato mediante la sovrapposizione di primi strati di fibre in una prima direzione (HD, AD) e di secondi strati di fibre, diversi dai primi strati di fibre, in una seconda direzione (HD, AD); la detta sovrapposizione essendo realizzata senza intreccio fra i detti primi strati di fibre nella prima direzione (HD, AD) e i detti secondi strati di fibre nella seconda direzione (HD, AD).
- 4.- Cilindro oleodinamico secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il detto laminato composito ibrido à ̈ realizzato mediante la sovrapposizione e l’intreccio, nella forma di tessuto, di primi strati di fibre in una prima direzione (AD, HD) e di secondi strati di fibre, diversi dai primi strati di fibre, in una seconda direzione (AD, HD) secondo rapporti di peso prestabiliti.
- 5.- Cilindro oleodinamico secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il laminato composito ibrido à ̈ realizzato mediante una qualsiasi tecnologia produttiva a scelta fra le seguenti tecnologie automatiche o manuali: roll wrappping, filament winding, fibre placament, hand lay up, RTM, VARTM, ecc.
- 6.- Cilindro oleodinamico secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il detto laminato composito ibrido à ̈ realizzato mediante la sovrapposizione di strati di fibre di carbonio ad elevatissimo modulo elastico in una prima direzione (HD, AD) e di strati di fibre di carbonio ad alta resistenza e modulo elastico intermedio in una seconda direzione (HD, AD).
- 7.- Cilindro oleodinamico secondo una delle precedenti rivendicazioni in cui il primo (2) elemento à ̈ realizzato in un laminato composito ibrido provvisto di fibre di carbonio ad elevatissimo modulo elastico in una direzione (HD) cerchiante perpendicolare all’asse (X) di simmetria e fibre di carbonio ad alta resistenza e modulo elastico intermedio in una direzione (AD) assiale parallela all’asse (X) di simmetria in modo da differenziare le prestazioni del secondo (2) elemento in termini di rigidezza e resistenza lungo le dette direzione (HD) cerchiante e direzione (AD) assiale.
- 8.- Cilindro oleodinamico secondo una delle precedenti rivendicazioni in cui il secondo (3) elemento à ̈ realizzato in un laminato composito ibrido provvisto di fibre di carbonio ad elevatissimo modulo elastico in una direzione (AD) assiale parallela all’asse (X) di simmetria e fibre di carbonio ad alta resistenza e modulo elastico intermedio in una direzione (HD) cerchiante perpendicolare all’asse (X) di simmetria in modo da differenziare le prestazioni del secondo (3) elemento in termini di rigidezza e resistenza lungo le dette direzione (HD) cerchiante e direzione (AD) assiale.
- 9. Macchina predisposta per applicazioni ad elevate potenze di esercizio, in particolare macchina per sollevamento terra, comprendente almeno un cilindro (1) oleodinamico realizzato secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 8.
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