ITMI20111379A1 - Pompa di raffreddamento ad azionamento pneumatico - Google Patents

Description

DOTT. GIOVANNI LECCE & C. S.r.l.

Ufficio Intemazionale Brevetti Via F.lli Ruffini, 9 - 20123 Milano Tel. 02/437851 - www.brevetti-lecce.it

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"Pompa di raffreddamento ad azionamento pneumatico"

A nome: Metelli S.p.A.

Descrizione

La presente invenzione si riferisce ad una pompa di raffreddamento ad azionamento pneumatico.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad una pompa di raffreddamento utilizzata di preferenza per la movimentazione e la circolazione di fluidi refrigeranti specialmente ma non esclusivamente nei motori a combustione interna.

E' noto che, generalmente ma non esclusivamente nel comparto dei motori a combustione interna, nel corso del processo di funzionamento alcuni componenti e circuiti dei medesimi motori tendono a raggiungere temperature molto elevate, pericolose e potenzialmente dannose sia per la funzionalità di tali componenti, circuiti e del motore nel suo complesso e sia per la sua durata nel tempo o vita utile.

Allo scopo di scongiurare l'insorgere di tali gravosi e pericolosi effetti e provvedere al raffreddamento, il motore à ̈ provvisto di un impianto atto a garantire la circolazione di fluidi refrigeranti tali da mantenere un valore di temperatura adeguato al corretto e durevole funzionamento del motore.

Le tipologie di pompe utilizzate allo scopo sono molteplici e differenti per caratteristiche costruttive oltre che per modalità di DOTT. GIOVANNI LECCE & C. S.r.l.

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funzionamento (pompe meccaniche, elettro-meccaniche, a trascinamento magnetico).

Tali e note tipologie di pompe sono caratterizzate dalla presenza di una girante calettata su un albero posto in rotazione a mezzo di una trasmissione a cinghia, ingranaggio o similare (pompe meccaniche) oppure la girante à ̈ messa in rotazione a mezzo di un campo magnetico indotto attraverso l'uso di magneti permanenti coassiali all'albero di rotazione della girante medesima (pompe a trascinamento magnetico).

Tali note tipologie di pompe, tuttavia, presentano un inconveniente di rilievo correlato al fatto che in esse il fluido refrigerante circola in modo continuo con una portata funzione del numero di giri al minuto del motore e, in conseguenza di ciò la pompa persiste nel suo funzionamento anche quando non à ̈ strettamente necessario, ad esempio quando la temperatura esterna à ̈ bassa o molto bassa, con la conseguenza che un raffreddamento del motore risulta essere eccessivo e, pertanto, non corretto al fine del suo ottimale funzionamento a regime termico per il controllo dei consumi e/o la limitazione degli inquinanti emessi.

Per ovviare a tale gravoso inconveniente sono state realizzate delle pompe di raffreddamento provviste di un dispositivo di regolazione della portata tale da consentire la circolazione del fluido di raffreddamento solo quando realmente richiesto dal motore.

Tali soluzioni fanno uso di guarnizioni che, associate ad alberi, ne garantiscono lo scorrimento assiale per consentire l'apertura la chiusura di una serranda che apre/chiude i canali per lo scorrimento del fluido e, più precisamente, la voluta (ossia la cavità di geometrìa specifica che circonda la girante della pompa) della pompa stessa. Tuttavia, le guarnizioni tipicamente utilizzate, essendo associate ad elementi in scorrimento, tendono ad usurarsi facilmente con il conseguente svantaggio di indurre perdite di liquido refrigerante. Scopo della presente invenzione à ̈ quello di ovviare agli inconvenienti di cui sopra.

Più in particolare, lo scopo della presente invenzione à ̈ quello di provvedere una pompa provvista di un dispositivo di regolazione della portata azionato pneumaticamente ed esente dall'utilizzo di guarnizioni con parti in scorrimento tipicamente soggette ad usura e caratterizzate da potenziali e malaugurate perdite di liquido refrigerante.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione degli utilizzatori una pompa di raffreddamento ad azionamento pneumatico atta a garantire un elevato livello resistenza ed affidabilità nel tempo e tale, inoltre, da poter essere facilmente ed economicamente realizzata.

Questi e altri scopi vengono raggiunti dalla pompa di raffreddamento ad azionamento pneumatico della presente invenzione, che comprende un corpo di contenimento posto superiormente ad una sottostante voluta internamente alla quale à ̈ disposta una serranda che circonda una girante calettata su un albero di rotazione, immersa in un fluido di acqua e glicole e atta a mettere in movimentazione detto fluido, la pompa che comprende, altresì, mezzi meccanici ad azionamento pneumatico e movimento assiale per l'azionamento della serranda e mezzi di tenuta statica posti a separazione tra il corpo di contenimento ed il sottostante fluido refrigerante e cooperanti con detti mezzi meccanici per la movimentazione della serranda, i mezzi meccanici e le tenute statiche alloggiati nel corpo di contenimento.

Le caratteristiche costruttive e funzionali della pompa ad azionamento pneumatico della presente invenzione potranno essere meglio comprese dalla dettagliata descrizione che segue, nella quale si fa riferimento alle allegate tavole di disegno che rappresentano una forma di realizzazione preferita di una porzione della pompa medesima, data solo a scopo esemplificativo e non limitativo e in cui: la figura 1 rappresenta schematicamente una vista in sezione longitudinale parziale di una porzione della pompa dell'invenzione secondo una prima configurazione operativa;

la figura 2 rappresenta a livello schematico una vista in sezione longitudinale parziale di una porzione della pompa dell'invenzione secondo una seconda configurazione operativa;

la figura 3 rappresenta schematicamente una vista assonometrica in sezione di un componente della pompa dell'invenzione;

la figura 4 rappresenta una vista schematica assonometrica in sezione di una porzione della pompa di raffreddamento dell'invenzione;

la figura 5 rappresenta un dettaglio schematico in sezione ingrandita di una porzione della pompa dell'invenzione secondo la vista di cui alla figura 4.

Con riferimento alle citate figure, la pompa di raffreddamento ad azionamento pneumatico della presente invenzione, indicata con 10 nel complesso delle figure, comprende un corpo di contenimento 12 chiuso superiormente, preferibilmente ma non esclusivamente, da un coperchio 14 stabilizzato ai fronte superiore del corpo di contenimento 12 a mezzo di viti inserite in fori 13 oppure tramite cianfrinatura, incollaggio o equivalentemente noti mezzi di ritegno. Detto corpo di contenimento 12 à ̈ stabilizzato col suo fronte inferiore, opposto a quello superiore chiuso dal coperchio 14, ad una sottostante voluta (non rappresentata in figura) internamente alla quale à ̈ disposta una serranda che circonda una girante calettata su un albero di rotazione (la serranda e la girante parimenti non sono rappresentate in figura); con detta serranda che apre/chiude il canale per lo scorrimento del fluido di raffreddamento (acqua e glicole) nel quale la girante à ̈ immersa.

Il corpo di contenimento 12 à ̈ definito, preferibilmente ma non esclusivamente, da una base discoidale 16 che centralmente sviluppa, in direzione verticale e sostanzialmente a partire dal suo fronte superiore, una porzione 18 centralmente provvista di una cavità anulare 20 cieca formata a partire dal fronte superiore della porzione 18 medesima. Internamente a detta cavità anulare 20 sono formati, a partire dal fondo della cavità e parzialmente sviluppati in essa in direzione del fronte superiore del corpo di contenimento 12, almeno tre corpi 22, disposti angolarmente a 120°, provvisti internamente di una camera assiale 24 a diametri differenziati della cui funzione si darà spiegazione nel seguito; detta camera assiale 24 comunica superiormente con la cavità anulare 20 e inferiormente con il fondo del corpo di contenimento 12.

La cavità anulare 20 circoscrive una porzione centrale 26 della porzione 18 del corpo di contenimento 12 sviluppata verticalmente in direzione del fronte superiore 12' della porzione 18 del citato corpo di contenimento 12 e per un'altezza corrispondente a quella della medesima porzione 18.

La porzione centrale 26 presenta un foro assiale 27 atto a definire la sede per l'alloggiamento dell'albero per la rotazione della sottostante girante della pompa.

Lungo la superficie laterale esterna della porzione 18 del corpo di contenimento 12 ed in direzione radiale, à ̈ realizzato un condotto 29 comunicante con la cavità anulare 20; detto condotto à ̈ collegato con un impianto di alimentazione pneumatica.

Ulteriori condotti 31 sono realizzati lungo la superficie laterale della porzione 18 in direzione radiale ed in corrispondenza di ciascun corpo 22; detti ulteriori condotti mettono una specifica porzione della camera assiale 24 in contatto con l'esterno e, conseguentemente, tale camera si trova in condizioni di pressione atmosferica.

La funzione di detti condotto 29 e ulteriori condotti 31 verrà di seguito dettagliata.

La cavità anulare 20 à ̈ chiusa superiormente da una guarnizione anulare 28, realizzata in gomma o in altro noto materiale con caratteristiche elastiche ed idoneo allo scopo, i cui lembi sono a contatto con i bordi della cavità anulare 20. La guarnizione anulare 28 si inserisce parzialmente nella cavità anulare 20 con le proprie superfici periferiche verticali a contatto con le superfìci perimetrali della cavità anulare medesima.

Nella configurazione di cui alla figura 1, che definisce una prima configurazione o configurazione di riposo del dispositivo pompa dell'invenzione, il profilo in sezione della guarnizione anulare 28 presenta una sagomatura ondulata o a "W" con una cresta o cupola 30 compresa tra due parallele e contrapposte gole 32.

Nella configurazione di cui alla figura 2, che rappresenta una seconda configurazione o configurazione operativa del dispositivo pompa dell'invenzione, il profilo della medesima guarnizione anulare 28 assume una conformazione del tipo a "U" con una gola 34.

Internamente alla cavità anulare 20, in posizione intermedia rispetto ai corpi 22 ed a 120° uno rispetto all'altro, sono disposti almeno tre eventuali perni di guida 36 stabilizzati con un'estremità rispetto a una sede 38 formata sulla superficie o base di fondo della cavità anulare 20. Un eventuale elemento elastico, definito da una molla elicoidale 40, à ̈ calzato coassialmente a ciascun perno di guida 36.

In una forma di realizzazione alternativa l'assieme definito dal perno di guida 36 e dalla molla elicoidale 40 non à ̈ presente.

La cavità anulare 20 definisce la sede di alloggiamento e movimentazione assiale di un gruppo attuatore comprendente un anello 42, coassiale con la cavità anulare 20, accoppiato superiormente con la guarnizione 28 internamente alla cresta 30 (in condizioni di riposo) e comprendente almeno tre cavità circolari o sedi 43 rispetto alle quali sono inferiormente collegati almeno tre steli 44 disposti coassialmente a ciascun corpo 22 e parzialmente scorrevoli rispetto alla camera assiale 24 dei corpi medesimi.

Ciascuno stelo 44 à ̈ costituito da una prima asta 46 sporgente dalla camera assiale 24 nella cavità anulare 20 e stabilizzata, in corrispondenza della propria estremità superiore, nelle cavità circolare o sede 43 dell'anello 42 a mezzo di un anello elastico di ritegno 45, da un'espansione troncoconica 50 con una porzione o base inferiore a diametro minore rivolta in direzione del fondo della camera assiale 24 e a contatto con una membrana 52, da una seconda asta 54 sviluppala a partire dalla porzione o base a diametro minore dell'espansione troncoconica 50 che attraversa la camera assiale 24 ed à ̈ collegata con la serranda (non rappresentata in figura).

La membrana 52 à ̈ sagomata a coppa con la superficie laterale esterna del bordo in corrispondenza dell'estremità inferiore aperta della membrana medesima a contatto con le pareti laterali della camera assiale 24; tale membrana à ̈ bloccata alla superficie laterale della camera assiale 24, in corrispondenza della propria estremità aperta, a mezzo di almeno un anello sagomato 53 posto a contatto della superficie laterale interna della guarnizione 52 in corrispondenza dell'estremità aperta della guarnizione medesima, detto almeno un anello sagomato 53 à ̈, a sua volta, fissato alla porzione inferiore della cavità 24 tramite anello di fermo 61 o con alto tradizionale e noto mezzo di ritegno.

Almeno un ulteriore anello di fermo 56, posto sul fondo della membrana 52 dalla parte opposta rispetto all'estremità aperta, garantisce uno stabile e sicuro accoppiamento tra la membrana medesima e la seconda asta 54 dello stelo 44 del gruppo attuatore. La membrana 52 realizza la tenuta statica tra la camera assiale 24 del corpo di contenimento 12 e la porzione inferiore della pompa in cui à ̈ presente acqua e glicole in pressione; detta membrana, inoltre, coopera con il movimento di salita e discesa degli steli collegati all'anello 42 del gruppo attuatore senza alcuna sua movimentazione rispetto alla propria sede di alloggiamento.

La prima asta 46 di ciascuno stelo 44 Ã ̈ scorrevole rispetto a una ulteriore guarnizione 58 disposta internamente alla camera assiale 24 in corrispondenza della porzione o base superiore a diametro maggiore dell'espansione troncoconica 50 dello stelo 44 e a una boccola 60 di tipo flangiato disposta superiormente alla ulteriore guarnizione 58 ed esternamente alla camera assiale 24.

L'estremità superiore dell'elemento elastico o molla elicoidale 40 (eventualmente presente) si impegna a contatto con il fronte inferiore dell'anello 42 del gruppo attuatore che, nella configurazione di cui alla figura 1 o configurazione di riposto, à ̈ rappresentato inserito internamente alla cresta 30 della guarnizione anulare 28. Il funzionamento della pompa di raffreddamento ad azionamento pneumatico della presente invenzione, sopra dettagliatamente descritto con riferimento ai suoi componenti tecnico-strutturali, à ̈ di seguito descritto.

In condizioni non operative o di riposo, quando la serranda à ̈ aperta e non occlude al fluido l'accesso alla voluta, la girante della pompa à ̈ in rotazione causando la circolazione del fluido refrigerante all'interno del circuito di raffreddamento; il dispositivo dell'invenzione si trova nella configurazione di cui alla figura 1.

A partire da tale configurazione di riposo, il circuito di alimentazione pneumatica aspira aria dalla cavità anulare 20 attraverso il condotto 29 creando una depressione internamente alla cavità anulare 20 e, conseguentemente, la membrana anulare 28 si deforma con la cresta 30 che si abbassa sommandosi alle gole 32 e definendo un'unica gola 34. Per effetto di tale deformazione l'anello 42 del gruppo attuatore à ̈ movimentato con uno scorrimento assiale all'interno della cavita anulare 20 imponendo agli steli 44 uno scorrimento coassiale alla camera assiale 24, l'espansione tronco-conica 50 di ciascuno stelo.44 preme sulla membrana 52 causando una deformazione verso il basso del fondo chiuso della medesima, come schematizzato nella figura 2. La deformazione della membrana anulare 28 e, di conseguenza, lo scorrimento assiale dell'anello 42, determinano anche una compressione dell'eventuale elemento elastico o molla elicoidale 40 rispetto al perno di guida 36 come schematizzato nella figura 2.

In tal modo, la serranda, cui le seconde aste 54 degli steli 44 sono collegate, si abbassa andandosi a calzare sulla girante della pompa così da interrompere la circolazione del fluido refrigerante nella pompa medesima; la girante, tuttavia, continua a ruotare senza circolazione del fluido di raffreddamento all'interno del circuito.

Quando il circuito di alimentazione pneumatica interrompe l'aspirazione di aria dalla camera anulare 20, la pressione del fluido refrigerante nella regione sottostante il corpo di contenimento 12, agendo sulla membrana 52, unitamente alla forza di richiamo degli eventuali elementi elastici o molle elicoidali 40, riporta il sistema nella configurazione di riposo schematizzata nella figura 1.

In una forma di realizzazione alternativa, gli elementi elastici o molle di richiamo 40 e, conseguentemente, i perni guida 36 non sono presenti; l'azione di richiamo o arretramento scorrevole assiale dell'anello 42 e degli steli 44 del gruppo attuatore à ̈ definita dalla pressione del liquido nella parte sottostante il corpo di contenimento 12 esercitata sulla membrana 52.

Come si può rilevare da quanto precede sono evidenti i vantaggi che la pompa ad azionamento pneumatico dell'invenzione consegue. La pompa di raffreddamento ad azionamento pneumatico dell'invenzione consente vantaggiosamente di separare la porzione della pompa immersa nel fluido (acqua e glicole) e la porzione immersa in aria, tramite l'utilizzo di tenute statiche.

Ulteriormente vantaggioso à ̈ il fatto che la pompa dell'invenzione utilizza delle tenute statiche definite dalle membrane 52; esse definiscono delle tenute statiche e non sono soggette a movimenti relativi durante lo scorrimento del pistone, non sono, pertanto, soggette ad usura da scorrimento e garantiscono una vita utile maggiore alia pompa nel suo complesso, senza l'insorgere del rischio di perdite di fluido refrigerante.

Un ulteriore vantaggio à ̈ rappresentato dal fatto che la pompa ad azionamento pneumatico dell'invenzione consente di abilitare/disabilitare l'alimentazione di fluido refrigerante ai circuito mantenendo sempre in rotazione la girante della pompa.

Benché l'invenzione sia stata sopra descritta con particolare riferimento a una sua forma di realizzazione data solo a scopo esemplificativo e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti a un tecnico del ramo alla luce della descrizione sopra riportata. La presente invenzione, pertanto, intende abbracciare tutte le modifiche e le varianti che rientrano nello spirito e nell'ambito delle rivendicazioni che seguono.

Claims (7)

1. Rivendicazioni 1. Una pompa (10) di raffreddamento ad azionamento pneumatico, specialmente adatta per la movimentazione e la circolazione di fluidi refrigeranti in motori a combustione interna, comprendente un corpo di contenimento (12) posto superiormente ad una sottostante voluta internamente alla quale à ̈ disposta una serranda che circonda una girante calettata su un albero di rotazione, immersa in un fluido di acqua e glicole e atta a mettere in movimentazione detto fluido, la pompa caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi meccanici ad azionamento pneumatico e movimento assiale per l'azionamento della serranda e mezzi di tenuta statica posti a separazione tra il corpo di contenimento (12) ed il sottostante fluido refrigerante e cooperanti con detti mezzi meccanici per la movimentazione della serranda, i mezzi meccanici e le tenute statiche alloggiati nel corpo di contenimento (12).
2. 2. La pompa di raffreddamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il corpo di contenimento (12) comprende una base discoidale (16) che centralmente sviluppa, in direzione verticale e a partire dal suo fronte superiore, una porzione (18) centralmente provvista di una cavità anulare (20) cieca formata a partire dal fronte superiore (120 della porzione (18) medesima, internamente alla quale cavità anulare (20) sono formati, a partire dal fondo della cavità anulare e parzialmente sviluppati in essa in direzione del fronte superiore del corpo di contenimento (12), almeno tre corpi (22) disposti angolarmente a 120° e provvisti internamente di una camera assiale (24) a diametri differenziati e comunicante superiormente con la cavità anulare (20) e inferiormente con il fondo del corpo di contenimento (12), detti corpi (22) e camere assiali (24) atti a definire l'alloggiamento per i mezzi meccanici di azionamento e per le tenute statiche, la porzione (18) del corpo di contenimento (12) provvista di un condotto (29) comunicante con la cavità anulare (20) e di ulteriori condotti (31) comunicanti con le camere assiali (24), con detti condotto (29) e ulteriori condotti (31) realizzati in direzione radiale e rispettivamente atti a collegare la cavità anulare con un impianto di alimentazione pneumatica e ciascuna camera assiale con l'ambiente esterno in condizioni di pressione atmosferica.
3. 3. La pompa di raffreddamento secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la cavità anulare (20) del corpo di contenimento (12) à ̈ chiusa superiormente da una guarnizione anulare (28) i cui lembi perimetrali sono a contatto con i bordi di detta cavità anulare, la guarnizione anulare (28) parzialmente inserita nella cavità anulare (20) con le proprie contrapposte superfìci periferiche verticali a contatto con le superfìci perimetrali della cavità anulare medesima, detta guarnizione angolare che in condizioni di riposo presenta una sagomatura ondulata o a "W" con una cresta o cupola (30) compresa tra due parallele e contrapposte gole (32) e che in condizioni operative presenta una sagomatura ad "U" con una gola (34).
4. 4. La pompa di raffreddamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi meccanici ad azionamento pneumatico sono definiti da un gruppo attuatore comprendente un anello (42) coassiale con la cavità anulare (20) e accoppiato superiormente con la guarnizione (28), almeno tre steli (44) disposti a 120°, scorrevoli assialmente rispetto ai corpi (22) e stabilizzati inferiormente all'anello (42) in corrispondenza di cavità circolari o sedi (43) del medesimo, ciascuno stelo (44) comprendente una prima asta (46) sporgente dalla camera assiale (24) nella cavità anulare (20) e la cui estremità superiore à ̈ fissata rispetto alla cavità circolare o sede (43) dell'anello (42) a mezzo di un anello elastico di ritegno (45), un'espansione troncoconica (50) provvista di una porzione o base inferiore a diametro minore rivolta in direzione del fondo della camera assiale (24) e una seconda asta (54) sviluppata a partire dalla porzione o base a diametro minore dell'espansione troncoconica (50) attraversante la camera assiale 24 e collegata con l'elemento mobile o serranda per l'abilitazione/disabilitazione della circolazione del fluido di raffreddamento.
5. 5. La pompa di raffreddamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi per la tenuta statica sono definiti da una membrana (52) sagomata a coppa, con la superficie laterale esterna del bordo in corrispondenza dell'estremità inferiore aperta a contatto con la superficie laterale della camera assiale (24) e bloccata ad essa a mezzo di almeno un anello sagomato (53) posto a contatto delia superficie laterale interna delia guarnizione (52) in corrispondenza dell'estremità aperta della medesima, con detto almeno un anello sagomato (53) fissato alla porzione inferiore della cavità assiale (24) tramite anello di fermo (61), la superficie di fondo esterna della membrana (52) a contatto con la porzione o base inferiore a diametro minore dell'espansione (50) del pistone (44), con detta membrana provvista di almeno un ulteriore anello di fermo (56) posto sui fondo interno della membrana (52) dalla parte opposta rispetto all'espansione (50), coassiale con la seconda asta (54) del pistone (44) e atto a stabilizzare detta membrana rispetto a detta seconda asta (54) dello stelo (44) del gruppo attuatore.
6. 6. La pompa di raffreddamento secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che la prima asta (46) dello stelo (44) Ã ̈ scorrevole rispetto a una ulteriore guarnizione (58) disposta internamente alla camera assiale (24) in corrispondenza della porzione o base superiore a diametro maggiore dell'espansione troncoconica (50) dello stelo medesimo e rispetto a una boccola (60) flangiata disposta superiormente alla membrana (58) ed esternamente alla camera assiale (24) sul fronte o base superiore del corpo (22).
7. 7. La pompa di raffreddamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi meccanici ad azionamento pneumatico comprendono almeno tre eventuali elementi elastici o molle elicoidali (40) ciascuno calzato coassialmente ad un perno di guida (36) disposto internamente alla cavità anulare (20) in posizione intermedia rispetto ai corpi (22) e con r'estremità inferiore stabilizzata rispetto a una sede (38) formata sulla superficie o base di fondo della cavità anulare (20), l'estremità superiore dell'elemento elastico o molla elicoidale (40) che si appoggia al fronte inferiore dell'anello (42) del gruppo attuatore.