ITMI961453A1

ITMI961453A1 - Macchina a pistoni assiali

Info

Publication number: ITMI961453A1
Application number: IT96MI001453A
Authority: IT
Inventors: Franz Forster
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 1998-01-15
Also published as: JPH0942146A; CZ222896A3; IT1283153B1; US5738000A; ITMI961453A0; CZ289166B6; DE19527647A1

Description

Descrizione del trovato

Il trovato si riferisce ad una macchina a pistoni assiali con fori cilindrici disposti concentricamente e con un disco posizionato o posizionabile inclinato rispetto all'asse di rotazione della macchina a pistoni assiali a cui si appoggiano, mediante un corpo di sostegno, pistoni guidati mobili longitudinalmente nei fori cilindrici.

Tali macchine a pistoni assiali sono realizzate, ad esempio, come macchine a pistoni assiali con disco inclinato. In esse un tamburo cilindrico contenente i fori cilindrici e collegato saldamente ad un albero della macchina, ruota mentre il disco inclinato sta fermo. Il disco inclinato può essere regolabile per quanto riguarda l'angolo formato da esso e da un piano perpendicolare all'asse di rotazione della macchina a pistoni assiali. Inoltre esistono macchine a pistoni assiali del tipo oggetto del trovato nelle quali il tamburo cilindrico è fisso mentre il disco ruota essendo fissato all'albero della macchina. Il disco in tali macchine è chiamato disco oscillante e la macchina è denominata pertanto macchina a pistoni assiali con disco oscillante. Anche il disco oscillante può essere regolabile il che richiede tuttavia un lavoro notevolmente maggiore che non per il disco inclinato.

Le macchine a pistoni assiali sia del tipo a disco inclinato che del tipo a disco oscillante possono venire impiegate come pompe o come motori. È inoltre possibile fissare l'albero della macchina e lasciar ruotare il corpo della macchina.

La potenza di una macchina a pistoni assiali è definita come prodotto fra la portata geometrica e la pressione di esercizio. La portata geometrica che rappresenta il prodotto fra il volume spinto per ogni giro e il numero di giri dipende dall'angolo di inclinazione del disco.

Per il sostegno dell'albero sul disco sono previsti di regola corpi di sostegno realizzati a guisa di pattini a scorrimento. In tal caso il pistone è collegato al pattino di scorrimento mediante uno snodo sferico. In una forma di esecuzione preferita in pratica la sfera è ricavata sul pattino a scorrimento ed è infilata in una conca sferica ricavata sul pistone mentre il bordo esterno della conca sferica è bordato attorno alla sfera.

Qualora per aumentare la potenza di una macchina a pistoni assiali si prenda in considerazione un aumento dell'angolo di inclinazione del disco, si constata, in questo caso, che negli snodi sferici del pattino a scorrimento si ha un aumento dell'angolo dello snodo. Ciò è possibile soltanto se viene ridotto il diametro del segmento che collega la sfera dello snodo sferico con il pattino a scorrimento, purché non si riduca l'avvolgimento della sfera da parte della conca sferica sul lato del pistone.

Dal momento che aumentando l'angolo di inclinazione del disco cresce anche la forza trasversale agente sul pistone e quindi anche sullo snodo sferico e cresce il momento ribaltante agente sullo snodo sferico a causa del maggior spostamento laterale fra il centro dello snodo e il punto di appoggio del pattino a scorrimento sul disco, si raggiungono molto rapidamente i limiti di sollecitazione del materiale nello snodo sferico.

Nelle macchine a pistoni assiali del tipo a disco inclinato secondo lo stato della tecnica si deve considerare che sul tamburo cilindrico rotante agiscono forze centrifughe producenti momenti ribaltanti che limitano il numero di giri di una tale macchina. A partire da un determinato numero di giri il tamburo cilindrico può cadere per ribaltamento dalla superficie di comando fissa al corpo. Questo effetto viene amplificato dal sostegno assiale del pistone mediante pattini a scorrimento, in quanto i pattini a scorrimento rappresentano componenti di massa elevata. Un aumento di potenza di una tale macchina non è pertanto possibile aumentando semplicemente il numero di giri di esercizio.

Trascurando la problematica sopra descritta relativa alla resistenza dei componenti dello snodo sferico, se in una tale macchina per aumentare la potenza si aumentasse l'angolo di inclinazione del disco, a causa dei pistoni più lunghi e quindi più pesanti si otterrebbero forze centrifughe maggiori agenti su un braccio di leva più lungo e a causa dello spostamento laterale già menzionato e anch'esso aumentato fra il centro dello snodo sferico e il punto di appoggio del pattino a scorrimento, si otterrebbero ulteriori aumenti della forza centrifuga che ridurrebbero la cosiddetta velocità di caduta per ribaltamento. Una tale macchina possiederebbe una resistenza alla velocità ridotta, per cui probabilmente verrebbe annullato l'aumento di potenza che si tentava di raggiungere con un aumento dell'angolo di inclinazione.

Il sostegno del pistone tramite un pattino a scorrimento collegato al pistone mediante uno snodo sferico ha conseguenze anche sul comportamento all''avviamento di una macchina a pistoni assiali. A causa dello spostamento laterale già più volte menzionato fra il centro dello snodo sferico e il punto di appoggio del pattino a scorrimento si ha in effetti all'avviamento un momento contrastante il movimento rotatorio, tanto maggiore quanto più il punto di appoggio del pattino a scorrimento sul disco è distante dal centro dello snodo sferico. Anche questa circostanza è contraria ad un aumento dell'angolo di inclinazione del disco.

Il tipo precedentemente descritto di sostegno del pistone sul disco mediante pattini a scorrimento dello snodo sferico determina, unitamente ad altri fattori, l'ingombro in lunghezza della macchina a pistoni assiali.

L'angolo di inclinazione del disco tenendo in considerazione le relazioni prima descritte, ammonta, in macchine a pistoni assiali secondo lo stato della tecnica, a 18 - 20 gradi al massimo.

Al presente trovato si pone il compito di mettere a disposizione una macchina a pistoni assiali del tipo menzionato all'inizio che presenti una potenza più elevata pur avendo una costruzione semplice e un ingombro ridotto. Questo compito viene risolto, secondo il trovato, in quanto il corpo di sostegno è supportato in un alloggiamento posteriore al disco e disposto nell'estremità del pistone prossima al disco, alloggiamento nel quale è disposto un secondo corpo di sostegno contrapposto al primo e destinato ad agire sul lato posteriore del disco, in quanto i due corpi di sostegno sono realizzati ognuno come segmenti sferici con linee verticali mediane coassiali una all'altra.

Grazie alla costruzione secondo il trovato l'angolo di inclinazione del disco può venire aumentato notevolmente aumentando così in maniera più che proporzionale la portata geometrica e quindi la potenza della macchina a pistoni assiali.

I corpi di sostegno aventi la forma di segmenti sferici rappresentano particolari poveri di massa, che con macchina a pistoni assiali del tipo a disco inclinato producono forze centrifughe ribaltanti agenti sul tamburo cilindrico notevolmente ridotte. Come ulteriore vantaggio si ha un miglior comportamento all'avviamento.

Si ha inoltre un ingombro più ridotto della macchina a pistoni assiali secondo il trovato in quanto il sostegno del pistone mediante un corpo di sostegno avente la forma di un segmento sferico richiede molto meno spazio in senso assiale rispetto al sostegno mediante un pattino a scorrimento dello snodo sferico. Infine la configurazione secondo il trovato agisce anche da dispositivo di ritorno del pistone che fa si che i pistoni restino in continua interazione con il disco anche durante la corsa di aspirazione. I dispositivi finora noti corrispondenti, che hanno aumentato in parte l'ingombro in senso assiale, erano invece costosi da fabbricare e da montare.

Quando i punti centrali delle sfere associate ai segmenti sferici sono disposti sull'asse centrale del pistone, si hanno condizioni vantaggiose nei riguardi di una scomposizione della forza del pistone.

È particolarmente vantaggiosa anche una configurazione nella quale i punti centrali delle sfere associate ai segmenti sferici sono disposti sul piano mediano del disco che si trova fra i corpi di sostegno.

Qualora i corpi di sostegno siano realizzati come segmenti sferici di una comune sfera che li avvolge, si hanno altri vantaggi quali quelli relativi, ad esempio, ad un'elevata uniformità dei particolari.

Secondo una configurazione vantaggiosa del trovato si propone che almeno il primo corpo di sostegno sia supportato idrostaticamente sia in direzione dell'alloggiamento dei corpi di sostegno che in direzione del disco. Si garantisce così una rotazione libera della macchina a pistoni assiali secondo il trovato.

Dal momento che nella costruzione secondo il trovato a causa della sua geometria è presente una componente di forza che tende a ruotare indesiderabilmente i pistoni attorno al loro asse centrale, è opportuno assicurare i pistoni nei riguardi di una rotazione attorno agli assi centrali.

Per ottenere ciò secondo uno sviluppo vantaggioso del trovato l'alloggiamento dei corpi di sostegno è dotato di superfici di guida attive in senso circonferenziale, realizzate per aderire a superfici di guida corrispondenti degli alloggiamenti dei pistoni adiacenti, e almeno uno degli alloggiamenti dei corpi di sostegno è assicurato nei confronti di una sua rotazione attorno al corrispondente asse mediano del pistone. I pistoni si appoggiano pertanto a pistoni adiacenti. Il momento torcente viene infine incanalato nel corpo macchina dal pistone assicurato nei confronti della rotazione.

A questo proposito è vantaggiosa una costruzione nella quale le superfici di guida degli alloggiamenti dei corpi di sostegno attive in senso circonferenziale, viste nella direzione assiale della macchina a pistoni assiali, hanno la forma di delimitazioni laterali di un settore circolare. Secondo un'altra configurazione vantaggiosa del trovato è previsto un albero di macchina sostenuto, in direzione assiale, mediante un supporto idrostatico nel corpo della macchina. Grazie a questa configurazione possono venire assorbite elevate forze. Per l'assorbimento delle restanti (radiali) forze di supporto sono quindi necessari anche due cuscinetti radiali.

Come descritto più sopra grazie al trovato viene messa a disposizione una macchina a pistoni assiali con maggior angolo di inclinazione del disco e quindi con maggior potenza. L'angolo di inclinazione maggiorato causa tuttavia un aumento della forza trasversale del pistone che deve venire assorbita.

Inoltre diventa maggiore anche il braccio di leva su cui agisce la forza trasversale del pistone, in quanto a causa del maggiore angolo di inclinazione del disco i pistoni sono più lunghi. Ne consegue che per il sostegno delle forze trasversali deve essere prolungato il tratto di pistone che si trova dentro il foro cilindrico e che produce un contromomento, il che aumenta la corsa a vuoto. Qualora tuttavia, secondo lo sviluppo del trovato, gli alloggiamenti dei corpi di sostegno siano dotati di un dispositivo di guida attivo per l'intera corsa del pistone, dispositivo di guida realizzato per assorbire le forze trasversali prodotte dal disco, le forze trasversali agenti sui pistoni e dovute all'inclinazione del disco possono venire assorbite direttamente nel punto di origine.

È così possibile non soltanto lasciare invariata la lunghezza di guida del pistone nei fori cilindrici ma inoltre di ridurla, rispetto al valore finora solito (corrispondente a circa 1,5 fino a 2,5 volte il diametro del pistone) fino ad un valore necessario a chiudere a tenuta i fori cilindrici. Ne consegue che viene ridotta la corsa a vuoto dei pistoni e pertanto diventa più corto anche l'ingombro assiale dell'intera macchina.

Ne risulta contemporaneamente una riduzione della massa del pistone il che porta con sé il vantaggio di un aumento della resistenza alla velocità realizzando la macchina a pistoni assiali secondo il trovato del tipo a disco inclinato.

Insieme al sostegno del pistone secondo il trovato sul disco si ottiene pertanto una macchina a pistoni assiali che permette, da un lato, un angolo di inclinazione estremamente elevato e, dall'altro lato, dimensioni ridotte grazie all'assorbimento della forza trasversale. Conseguentemente la macchina a pistoni assiali presenta una potenza specifica elevata.

Un sostegno dei pistoni nei confronti della forza trasversale provocata dal disco e vantaggioso per quanto riguarda il funzionamento e una fabbricazione semplice si ottiene facendo sì che il dispositivo di guida visto in un piano di sezione perpendicolare all'asse di rotazione della macchina a pistoni assiali, presenti un cassetto di guida collegato all'alloggiamento dei corpi di sostegno o ricavato in esso, guidato in un glifo mobile longitudinalmente .

L'assorbimento delle forze trasversali prodotte dal disco viene ottimizzato qualora il cassetto di guida sia realizzato a guisa di pistone di guida e il glifo a guisa di foro, essendo l'asse centrale del pistone disposto parallelamente all'asse centrale del pistone di guida.

Ne consegue una configurazione particolarmente vantaggiosa nella quale il foro del pistone, visto in sezione, sovrasta il pistone di guida fin oltre l'equatore.

La macchina a pistoni assiali secondo il trovato può essere sia del tipo a disco inclinato con un disco contenente i fori cilindrici collegato all'albero della macchina che del tipo a disco oscillante con fori cilindrici fissi al corpo e con un disco collegato all'albero della macchina.

È tuttavia particolarmente vantaggiosa la configurazione della macchina a pistoni assiali secondo il trovato del tipo a disco oscillante. Dal momento che in una tale macchina i pistoni e quindi anche il tamburo cilindrico non ruotano, non esistono forze centrifughe che determinano la velocità di ribaltamento come succede per la macchina a pistoni assiali del tipo a disco inclinato.

Inoltre sono ridotte le perdite per sbattimento delle parti rotanti, in quanto nel fluido in pressione ruota soltanto il disco. Il ridotto spessore del disco dovuto al sostegno secondo il trovato del pistone tramite segmenti sferici permette un immersione a coltello del disco nell'olio di fuga raccolto nel corpo della macchina con perdite per sbattimento le più ridotte possibili.

Nel complesso la macchina a disco oscillante secondo il trovato rispetto alle macchine a pistoni assiali dello stato della tecnica e rispetto alle macchina a pistoni radiali dello stato della tecnica con blocco cilindri rotante ha una minore potenza perduta nonostante un aumento sia dell'angolo di inclinazione del disco e quindi della corsa del pistone che del numero di giri di esercizio. È pertanto migliore il rendimento di una tale macchina.

Qualora sul lato dell'alloggiamento dei corpi di sostegno associato al secondo corpo di sostegno sia disposto un secondo pistone collegato a detto alloggiamento e guidato in un foro fisso al corpo, vengono a mancare, da un lato, le forze centrifughe agenti, in macchine a pistoni assiali del tipo a disco oscillante, sui pistoni, sui pattini a scorrimento e sul blocco cilindri, e i dispositivi per la loro compensazione mentre, dall'altro lato, si ottiene ancora una configurazione vantaggiosa nei riguardi dell'assorbimento delle forze trasversali.

Dal punto di vista della fabbricazione è vantaggioso che il secondo pistone sia disposto coassialmente al primo pistone.

La guida "coassiale" dei pistoni rappresenta una alternativa rispetto alla guida "parallela" più sopra descritta mediante un cassetto di guida collegato all'alloggiamento dei corpi di sostegno.

In macchine a pistoni assiali del tipo a disco oscillante secondo lo stato della tecnica sono note configurazioni nelle quali un perno comanda l'afflusso e il deflusso di olio in pressione ai fori cilindrici. Allo scopo una superficie di comando è ricavata sulla circonferenza del perno o in una superficie fissa al corpo e circondante radialmente il perno. In una tale configurazione è difficile dal punto di vista della fabbricazione mantenere esattamente il gioco fra il perno e la superficie complementare interagente con esso. Inoltre dopo un lungo periodo di esercizio si viene ad avere, di regola, un aumento di questo gioco dovuto all'usura e quindi un aumento delle perdite per fuga e una riduzione della potenza della macchina.

Per mantenere una elevata potenza il più possibile costante della macchina a pistoni assiali secondo il trovato è pertanto vantaggiosa, nell'esecuzione come macchina a disco oscillante, una costruzione nella quale nel corpo della macchina è ricavata una superficie di sbocco perpendicolare all'asse di rotazione dell'albero della macchina nella quale terminano canali di alimentazione collegati ai fori cilindrici nonché, distanziato radialmente da essi, un primo e un secondo canale di collegamento, mentre assialmente fra la superficie di sbocco e l'albero della macchina è disposto un corpo rotante che comanda il collegamento periodico dei canali di alimentazione con i canali di collegamento.

Si ottiene così una superficie di comando assiale che si può dominare facilmente dal punto di vista della fabbricazione e che anche dopo un lungo tempo di esercizio della macchina a pistoni assiali secondo il trovato non presenta un aumento delle perdite di fuga dovuto all'usura. La superficie di comando può essere ricavata, ad esempio, direttamente nella superficie di sbocco ricavata sul corpo. È tuttavia anche vantaggioso se sul corpo di comando è prevista una superficie di comando con passaggi contrapposta alla superficie di sbocco, interagendo i passaggi con i canali di alimentazione e collegati ognuno ad un canale di collegamento ricavato nel corpo di comando che sfocia in un punto della superficie di comando contrapposto al primo o al secondo canale di collegamento. Si dimostra vantaggioso il fatto che il corpo di comando presenti cave di scarico idrostatiche indirizzate verso la superficie di sbocco e che sulla superficie terminale adiacente all'albero della macchina sia dotato di almeno un foro collegato ad almeno uno dei canali di collegamento ricavati sul corpo di comando e nel quale si trova un pistone di compensazione mobile longitudinalmente il cui lato frontale sporgente dal corpo di comando è previsto per aderire all'albero della macchina. Si ottiene così una configurazione del corpo di comando priva di vincoli.

Opportunamente il pistone di compensazione è sollecitato verso l'albero della macchina dalla forza di una molla. La forza della molla fa sì, da un lato, che il corpo di comando aderisca alla superficie di sbocco ricavata sul corpo anche con macchina a pistoni assiali ferma mentre, dall'altro lato, l'albero della macchina viene spinto contro il cuscinetto assiale.

È vantaggioso che siano previsti almeno due pistoni di compensazione uno dei quali è associato al lato ad alta pressione e l'altro al lato a bassa pressione della superficie di comando, mentre i fori dei pistoni di compensazione sono collegati ad uno dei canali di collegamento. Preferibilmente sono previsti tre pistoni di compensazione cosicché il corpo di comando è sostenuto contro l'albero della macchina in maniera staticamente determinata.

Si ha una costruzione richiedente particolarmente poco spazio qualora il corpo di comando sia disposto internamente alla distanza radiale e internamente all'estensione assiale dei fori cilindrici.

Secondo un'altra configurazione del trovato si propone che nel corpo di comando sia disposta una valvola alternativa, ai cui due ingressi è collegato uno dei canali di collegamento e la cui uscita è collegata con il cuscinetto idrostatico dell'albero della macchina.

Il cuscinetto idrostatico pertanto viene alimentato durante l'esercizio sempre con sufficiente fluido in pressione, che viene prelevato dal lato ad alta pressione della macchina a pistoni assiali grazie all'azione della valvola alternata disposta nel corpo di comando.

È inoltre vantaggioso se nell'albero della macchina è disposto un canale con il fluido in pressione per il cuscinetto idrostatico, previsto per essere collegato all'uscita della valvola alternata essendo disposta, fra l'uscita della valvola alternata e il canale per il fluido in pressione una bussola fissata, con un'estremità, in un foro assiale dell'albero della macchina e, con l'altra estremità, in un foro assiale dei corpi di comando.

In questo modo il cuscinetto idrostatico viene alimentato con un fluido in pressione nel modo più semplice e cioè senza tubazioni con fluido in pressione posate esternamente al corpo della macchina.

Un accoppiamento semplice tecnicamente dell'albero della macchina col corpo di comando si ottiene facendo sì che l'albero della macchina e la superficie terminale contrapposta del corpo di comando siano dotati di elementi di collegamento interagenti fra di loro realizzati, ad esempio, a guisa di denti.

Altri vantaggi e particolari del trovato verranno illustrati più in dettaglio con l'ausilio degli esempi di esecuzione rappresentati nelle figure schematiche. In essi: la figura 1 mostra una sezione di una prima macchina a pistoni assiali secondo il trovato lungo l'asse centrale dell'albero della macchina,

la figura 2 mostra una sezione della prima macchina a pistoni assiali perpendicolarmente all'asse centrale dell'albero della macchina secondo la linea II-II della figura 1,

la figura 3 mostra una sezione parziale della macchina a pistoni assiali perpendicolarmente all'asse centrale dell'albero della macchina secondo la linea III-III della figura 1,

la figura 4 mostra un'altra sezione parziale della macchina a pistoni assiali perpendicolarmente all'asse centrale dell'albero della macchina secondo la linea IV-IV della figura 1,

la figura 5 mostra un'altra sezione parziale della macchina a pistoni assiali perpendicolarmente all'asse centrale dell'albero della macchina secondo la linea V-V della figura 1,

la figura 6 mostra una sezione di una seconda macchina a pistoni assiali secondo il trovato lungo l'asse centrale dell'albero della macchina,

la figura 7 mostra una sezione della seconda macchina a pistoni assiali perpendicolarmente all'asse centrale dell'albero della macchina,

la figura 8 mostra una sezione di una terza macchina a pistoni assiali secondo il trovato lungo l'asse centrale dell'albero della macchina,

la figura 9 mostra una sezione di una terza macchina a pistoni assiali perpendicolarmente all'asse centrale dell'albero della macchina, e

la figura 10 mostra una sezione di una quarta macchina a pistoni assiali secondo il trovato lungo l'asse centrale dell'albero della macchina.

La macchina a pistoni assiali secondo il trovato rappresentata nella figura 1 è, in questo esempio di esecuzione, del tipo a disco oscillante e presenta un corpo macchina 1 con ricavati fori cilindrici 2 disposti concentricamente all'asse centrale D di un albero di macchina 3.

L'albero della macchina è supportato mediante un cuscinetto idrostatico 3a per l'assorbimento delle forze assiali e mediante un cuscinetto a rulli 3b e una bronzina 3c per l'assorbimento delle forze radiali nel corpo macchina 1. È anche possibile che per l'assorbimento delle forze assiali al posto di un cuscinetto 3a idrostatico sia previsto un cuscinetto a rotolamento obliquo, ad esempio un cuscinetto a rulli conici. In tal modo può venire a mancare il cuscinetto a rulli 3b prima addizionalmente richiesto.

Nei fori cilindrici 2 è guidato traslabile longitudinalmente un pistone 4 che si appoggia, nell'estremità sporgente dal foro cilindrico 2, ad un disco 5 collegato saldamente all'albero della macchina 3. Il disco 5 forma con un piano perpendicolare all'asse centrale D un certo angolo che nel seguito verrà denominato angolo di inclinazione del disco. Nell'esempio di esecuzione in questione secondo le figure da 1 a 5 questo angolo di inclinazione è invariabile. È tuttavia sostanzialmente possibile realizzare il disco regolabile.

Secondo il trovato al pistone 4 è collegato un alloggiamento 6 dei corpi di sostegno posteriore al disco nel quale è disposto un primo corpo di sostegno 7 e un secondo corpo di sostegno 8 contrapposto. A tal proposito il primo corpo di sostegno 7 è previsto per contattare direttamente o indirettamente il lato del disco 5 adiacente al corpo 4 e il secondo corpo di sostegno 8 per contattare direttamente o indirettamente il lato posteriore del disco 5. I corpi di sostegno 7 e 8 sono a forma di segmenti sferici con linee perpendicolari mediane SI, S2 coassiali fra di loro. Nell'esempio di esecuzione in questione i segmenti sferici sono parti di una sfera comune il cui punto centrale M è disposto sul piano centrale E del disco 5 che si trova fra i corpi di sostegno 7 e 8. Il punto centrale M della sfera nell'esempio di esecuzione si trova sull'asse centrale A dei pistoni 4.

Grazie alla configurazione secondo il trovato è possibile aumentare notevolmente l'angolo di inclinazione del disco rispetto ai valori finora soliti di 18 fino a 20 gradi, ad esempio fino a 30 gradi e più. Ne consegue un notevole aumento di potenza della macchina a pistoni assiali idrostatica, in guanto la cosiddetta portata geometrica aumenta più che proporzionalmente all'aumentare dell'angolo di inclinazione del disco.

Perlomeno il corpo di sostegno 7 adiacente al pistone 4 su cui agisce la forza del pistone durante la corsa di compressione, è supportato idrostaticamente sia rispetto all'alloggiamento dei corpi di sostegno 6 che rispetto al disco 5, al fine di permettere un esercizio scorrevole e privo di vincoli della macchina a pistoni assiali secondo il trovato, e cioè, da un lato, un movimento a scorrimento privo di disturbi del disco 5 rotante fra i corpi di sostegno 7, 8 e, dall'altro lato, un'oscillazione priva di disturbi dei corpi di sostegno 7, 8 nell'alloggiamento 6. Per il secondo corpo di sostegno 8 non è obbligatoriamente necessario un supporto idrostatico, in quanto su di esso agiscono soltanto forze di ritorno. Opportunamente tuttavia entrambi i corpi di sostegno 7 e 8 hanno la stessa forma per diminuire il numero di particolari.

A causa dello spessore del disco 5, nello scomporre la forza del pistone nel punto di appoggio dei corpi di sostegno 7, 8 nasce una componente di forza che tende a far ruotare i pistoni 4 attorno al loro asse centrale. Per impedire questo movimento indesiderato gli alloggiamenti 6 dei corpi di sostegno sono dotati, come è visibile dalla figura 2, di superfici di guida 6a attive in senso circonferenziale, realizzate per aderire a corrispondenti superfici di guida 6a degli alloggiamenti 6 dei corpi di sostegno dei pistoni 4 adiacenti. Le superfici di guida 6a hanno la forma di delimitazioni laterali di un settore circolare. Almeno uno degli alloggiamenti 6 dei corpi di sostegno è assicurato nei confronti di una rotazione attorno al relativo asse centrale del pistone, il che avviene tramite una cava assiale 6c ricavata sulla circonferenza esterna 6b del relativo alloggiamento 6 dei corpi di sostegno, cava che interagisce con una spina assiale 9 fissata nel corpo della macchina 1.

I fori cilindrici 2 presentano ognuno un canale di alimentazione 10 che termina in una superficie di sbocco 11 perpendicolare all'asse centrale D e ricavata sul corpo. Ivi terminano anche un primo canale di collegamento 12 distanziato radialmente rispetto ai canali di alimentazione nonché un secondo canale di collegamento 13. A seconda del senso di rotazione e dell'impiego della macchina come pompa o come motore uno dei canali di collegamento 12 e 13 è il canale di adduzione e l'altro il canale di scarico.

La figura 3 mostra una sezione della macchina a pistoni assiali che rappresenta una vista dall'alto della superficie di sbocco 11.

Adiacente alla superficie di sbocco 11 c'è un corpo di comando 14 disposto all'interno della distanza radiale e all'interno dell'estensione assiale dei fori cilindrici 2, accoppiato all'albero della macchina 3 e pertanto ruotante in sincronia con esso.

Il corpo di comando 14 è cilindrico e presenta una superficie di comando 15 contrapposta alla superficie di sbocco 11 con due aperture di comando 16 nell'esempio di esecuzione in questione. Le aperture di comando 16 hanno la stessa distanza radiale rispetto all'asse centrale D dei canali di alimentazione 10 nella zona della superficie di sbocco il e pertanto interagiscono con essi (alimentazione e scarico periodico di fluido in pressione).

Ogni apertura di comando 16 è collegata ad un canale di collegamento 17 ovvero 18 ricavato nel corpo di comando 14, che sbocca in un punto della superficie di comando 15 contrapposto allo sbocco del primo canale di collegamento 12 o del secondo canale di collegamento 13. La figura 4 mostra una sezione della macchina a pistoni assiali che rappresenta una vista dall'alto della superficie di comando 15.

Ovviamente è anche possibile realizzare la superficie di comando 15 come superficie ricavata nel corpo e cioè integrarla nella superficie di sbocco 11. In questo caso il corpo di comando 14 non avrebbe aperture di comando 16 ma esclusivamente canali di collegamento 17, 18 per il collegamento periodico delle aperture di comando 16 così ricavate nel corpo con il canale di afflusso 12 o il canale di scarico 13.

Il corpo di comando 14 presenta cave di scarico 19 idrostatiche indirizzate verso la superficie di sbocco 11 che vengono alimentate con fluido in pressione tramite fori di collegamento 20 disposti nella superficie di sbocco e collegati al secondo canale di collegamento 13. È anche possibile ricavare al contrario le cave di scarico idrostatiche nella superficie di sbocco 11.

Come si ottiene dalla figura 5 che rappresenta una vista dall'alto della superficie terminale 21 del corpo di comando 14 adiacente all'albero della macchina 3, nella superficie terminale 21 sono disposti due fori 22 di diametro maggiore e un foro 23 di diametro minore.

Nei fori 22 si trova un pistone di compensazione 24. Nel foro 23 si trova un pistone di compensazione 25. I pistoni di compensazione 24 e 25 sono sollecitati dalla forza di una molla ognuno in direzione dell'albero della macchina 3, per cui il corpo di comando 14 viene spinto in direzione della superficie di sbocco 11 e contemporaneamente viene bloccato il cuscinetto 3a idrostatico dell'albero della macchina.

I fori 25 sono collegati al canale di collegamento 17. Il foro 23 è collegato al canale di collegamento 18. I pistoni di compensazione 24 vengono alimentati pertanto con pressione proveniente dal lato ad alta pressione della macchina a pistoni assiali in direzione dell'albero della macchina 3 e servono pertanto a compensare lo scarico idrostatico del corpo di comando 14 nel campo ad alta pressione della superficie di comando 15, mentre il pistone di compensazione 24 viene alimentato con pressione proveniente dal lato a bassa pressione della macchina a pistoni assiali in direzione dell'albero della macchina 3 e quindi serve a compensare lo scarico idrostatico del corpo di comando 14 nel campo di bassa pressione della superficie di comando 15.

Per il trascinamento sincrono del corpo di comando 15 da parte dell'albero della macchina 3 nella superficie terminale 21 e nel lato frontale contrapposto dell'albero della macchina 3 sono previsti elementi di collegamento aventi la forma di denti 26.

Nel corpo di comando 14 è disposta una valvola alternata 27 ai cui due ingressi è collegato uno dei due canali di collegamento 17, 18. L'uscita della valvola alternata porta ad un foro assiale 28 disposto centralmente nell'esempio in questione sulla superficie terminale 21, in cui si infila un'estremità di una bussola 29 che con l'altra estremità è guidata in un foro assiale 30 dell'albero della macchina 3. Al foro assiale 28 si collega un canale 31 per il fluido in pressione nell'albero della macchina 3, che conduce al cuscinetto 3a idrostatico alimentandolo con fluido in pressione proveniente dal lato ad alta pressione della macchina a pistoni assiali.

La figura 6 mostra in combinazione con la figura 7 un esempio di esecuzione della macchina a pistoni assiali secondo il trovato nella quale questa è del tipo a disco oscillante e nella quale per l'assorbimento delle forze trasversali agenti sui pistoni 4 in ogni pistone 4 è previsto un dispositivo di guida attivo per l'intera lunghezza della corsa. Questo è composto da un cassetto di guida 32 collegato all'alloggiamento 6 dei corpi di sostegno, avente la forma di un pistone di guida e traslabile longitudinalmente in un glifo 33 fisso al corpo e a forma di foro di pistone. L'asse centrale F del cassetto di guida 32 e del glifo 33 è parallelo all'asse centrale A del pistone 4. Il foro di pistone {glifo 33) sovrasta il pistone di guida (cassetto di guida 32) fin oltre l'equatore (vedere la figura 7).

Le forze trasversali agenti sui pistoni 4 a causa dell'inclinazione del disco 5 vengono sopportate con questa configurazione direttamente nel punto di origine. È così possibile ridurre la lunghezza di guida dei pistoni 4 nei fori cilindrici 2 rispetto alla dimensione finora solita (corrispondente approssimativamente a 1,5 fino a 2,5 volte il diametro del pistone) fino ad una quota necessaria per chiudere a tenuta i fori cilindrici. Ne consegue che la corsa a vuoto dei pistoni 4 viene ridotta e quindi diventa minore anche l'ingombro assiale dell'intera macchina. Un anello di guarnizione 34 inserito nella parete del foro cilindrico 2 permette di compensare le tolleranze di parallelismo fra il pistone e il disco di guida 32 ovvero fra il foro cilindrico 2 e il glifo 33. Al posto di un anello di guarnizione inserito nel foro cilindrico 2 può essere previsto anche un anello di guarnizione (anello di pistone) inserito in una cava del pistone.

La figura 8 mostra insieme alla figura 9 un esempio di esecuzione della macchina a pistoni assiali secondo il trovato nella quale questa è del tipo a disco inclinato e pertanto i fori cilindrici 2 sono disposti in un tamburo cilindrico 35 rotante. L'angolo di inclinazione del disco 5 non è variabile in questo esempio di esecuzione.

Per l'assorbimento delle forze trasversali agenti sui pistoni 4 in ogni pistone 4 è ancora previsto, come nell'esempio di esecuzione secondo le figure 6 e 7, un dispositivo di guida attivo lungo l'intera lunghezza della corsa, di configurazione simile al dispositivo di guida precedentemente descritto. Qui tuttavia il cassetto di guida 32 a forma di pistone di guida e collegato con l'alloggiamento dei corpi di sostegno 6, si trova in un glifo 33 a forma di foro del pistone, disposto in un tratto prolungato 35a del tamburo cilindrico 35 collegato assialmente ai fori cilindrici 2. Dal momento che il tamburo cilindrico 35 nella zona di questo prolungamento 35a è supportato nel corpo 1 della macchina (in questo esempio di esecuzione tramite una bronzina 36), si ottiene una costruzione estremamente vantaggiosa dal punto di vista delle forze, nella quale le forze trasversali e le forze centrifughe vengono convogliate direttamente nel corpo 1 della macchina.

I sostegni "paralleli" rappresentati negli esempi di esecuzione secondo le figure da 6 a 9 delle forze trasversali agenti sui pistoni 4 impediscono contemporaneamente una rotazione dei pistoni 4 attorno ai loro assi centrali A.

La figura 10 mostra una macchina a pistoni assiali secondo il trovato del tipo a disco oscillante nella quale per l'assorbimento delle forze trasversali agenti sui pistoni 4, sul lato dell'alloggiamento dei corpi di sostegno 6 associato al secondo corpo di sostegno 8, un secondo pistone 50 è collegato con l'alloggiamento 6 guidato in un foro 51 fisso al corpo dotato, in questo esempio di esecuzione, di una bronzina. Il secondo pistone 50 è disposto coassialmente al primo pistone 4. In contrapposizione alla guida del pistone 4 parallela mostrata nelle figure 6, 7, 8 e 9 si ha qui una guida coassiale che permette anch'essa di ridurre notevolmente il tratto del pistone 4 non emergente dal foro cilindrico 2. Allo scopo basta una quota di immersione che è sufficiente a far tenuta rispetto all'alta pressione. Come nell'esempio di esecuzione secondo la figura l, anche qui superiici di guida, disposte secondo la figura 2, unitamente ad una spina assiale 9 fissa al corpo impediscono una rotazione dei pistoni 4 e 50 attorno al loro proprio asse centrale.

Claims

Rivendicazioni 1. Macchina a pistoni assiali con fori cilindrici disposti concentricamente e con un disco posizionato o posizionabile inclinato rispetto all'asse di rotazione della macchina a pistoni assiali a cui si appoggiano, mediante un corpo di sostegno, pistoni guidati mobili longitudinalmente nei fori cilindrici, caratterizzata dal fatto che il corpo di sostegno (7) è supportato in un alloggiamento posteriore al disco (5) e disposto nell'estremità del pistone (4) prossima al disco, alloggiamento nel quale è disposto un secondo corpo di sostegno (8) contrapposto previsto per poggiare sul lato posteriore del disco (5), e caratterizzata dal fatto che i due corpi di sostegno (7, 8) sono a forma di segmenti sferici con linee verticali mediane (SI, S2) coassiali fra di loro.
2. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i punti centrali delle sfere associate ai segmenti sferici sono disposti sull'asse centrale del pistone (4).
3. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che i punti centrali delle sfere associate ai segmenti sferici sono disposte sul piano centrale (E) del disco (5) che si trova fra i corpi di sostegno (7, 8).
4. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto che i corpi di sostegno (7, 8) sono a forma di segmenti sferici di una comune sfera che li avvolge.
5. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che perlomeno il primo corpo di sostegno (7) è supportato idrostaticamente sia in direzione dell'alloggiamento (6) che in direzione del disco (5).
6. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto che i pistoni (4) sono assicurati nei confronti di una rotazione attorno agli assi centrali (A) dei pistoni.
7. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che l'alloggiamento dei corpi di sostegno (6) è dotato di superiici di guida (6a) attive in senso circonferenziale realizzate per aderire a superfici di guida (6a) corrispondenti degli alloggiamenti (6) dei corpi di sostegno dei pistoni (4) adiacenti e che almeno uno degli alloggiamenti (6) dei corpi di sostegno è assicurato nei confronti di una rotazione attorno al relativo asse centrale (A) di pistone.
8. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che le superfici di guida (6a) degli alloggiamenti (6) dei corpi di sostegno attive in senso circonferenziale, viste nella direzione assiale della macchina a pistoni assiali, hanno la forma di delimitazioni laterali di un settore circolare.
9. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto che è previsto un albero di macchina (3) supportato in senso assiale mediante un cuscinetto (3a) idrostatico nel corpo macchina (1).
10. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzata dal fatto che gli alloggiamenti dei corpi di sostegno (6) sono dotati ognuno di un dispositivo di guida attivo per l'intera lunghezza della corsa del pistone (4), dispositivo realizzato per assorbire le forze trasversali sul pistone prodotte dal disco (5).
11. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di guida in un piano di sezione visto perpendicolarmente all'asse centrale (D) della macchina a pistoni assiali, presenta un cassetto di guida (32) collegato o ricavato nell'alloggiamento dei corpi di sostegno (6) guidato mobile longitudinalmente in un glifo (33).
12. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto che il cassetto di guida (32) è a forma di pistone di guida e il glifo (33) a forma di foro di pistone, essendo l'asse centrale (A) del pistone disposto parallelamente all'asse centrale (F) del pistone di guida.
13. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che il foro di pistone, visto in sezione, sovrasta il pistone di guida fin oltre l'equatore.
14. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13, caratterizzata dalla configurazione come macchina a pistoni assiali del tipo a disco obliquo con un tamburo cilindrico contenente i fori cilindrici (2) collegato all'albero della macchina (3) e con un disco (5) fisso al corpo.
15. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13, caratterizzata dalla configurazione come macchina a pistoni assiali del tipo a disco oscillante con fori cilindrici (2) fissi al corpo e con un disco (5) collegato all'albero della macchina (3).
16. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 1 a 15, caratterizzata dal fatto che sul lato dell'alloggiamento dei corpi di sostegno (6) associato al secondo corpo di sostegno (8) è disposto un secondo pistone (5) collegato a detto alloggiamento e guidato in un foro (51) fisso al corpo.
17. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 16, caratterizzata dal fatto che il secondo pistone (50) è disposto coassialmente al primo pistone (4).
18. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 15 fino a 17, caratterizzata dal fatto che nel corpo della macchina è disposta una superficie di sbocco (11) perpendicolare all'asse di rotazione (D) dell'albero della macchina (3) nella quale terminano canali di alimentazione (10) collegati ai fori cilindrici (2) nonché, distanziati da questi, un primo canale di collegamento (12) e un secondo canale di collegamento (13), mentre assialmente fra la superficie di sbocco (11) e l'albero di macchina (3) è disposto un corpo di comando (14) rotante che comanda il collegamento periodico dei canali di alimentazione (10) con i canali di collegamento (12, 13).
19. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 18, caratterizzata dal fatto che sul corpo di comando (14) è prevista una superficie di comando (15) contrapposta alla superficie di sbocco (11) con aperture di comando (16), nella quale le aperture di comando (16) interagiscono con i canali di alimentazione (10) e sono collegate ognuna ad un canale di collegamento (17, 18) ricavato nel corpo di comando (14) che sfocia in un punto della superficie di comando (15) contrapposto al canale di adduzione (12) o al canale di scarico (13).
20. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 18 o 19, caratterizzata dal fatto che il corpo di comando (14) presenta cave di scarico (19) idrostatiche indirizzate verso la superficie di sbocco (11) e sulla superficie terminale (21) adiacente all'albero della macchina (3) è dotato di almeno un foro (22, 23) collegato ad almeno uno dei canali di collegamento (17, 18) ricavati nel corpo di comando (14) e nel quale si trova un pistone di compensazione (24, 25) mobile longitudinalmente il cui lato frontale sporgente dal corpo di comando (14) è previsto per aderire all'albero della macchina (3).
21. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 20, caratterizzata dal fatto che il pistone di compensazione (24, 25) è sollecitato dalla forza di una molla in direzione dell'albero della macchina (3).
22. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 20 o 21, caratterizzata dal fatto che sono previsti almeno due pistoni di compensazione (24, 25) uno dei quali è associato al lato ad alta pressione e uno al lato a bassa pressione della superficie di comando (15), essendo i fori (22, 23) dei pistoni di compensazione (24, 25) collegati ognuno ad uno dei canali di collegamento (17, 18).
23. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 18 a 22, caratterizzata dal fatto che il corpo di comando (14) è disposto internamente alla distanza radiale e internamente all'estensione assiale dei fori cilindrici (2).
24. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 18 a 23, caratterizzata dal fatto che nel corpo di comando (14) è disposta una valvola alternata (27) ai cui due ingressi è collegato uno dei canali di collegamento (17, 18) e la cui uscita è collegata con il cuscinetto (3a) idrostatico dell'albero della macchina (3).
25. Macchina a pistoni assiali secondo la rivendicazione 24, caratterizzata dal fatto che nell'albero della macchina (3) è disposto un canale (31) con fluido in pressione per il cuscinetto (3a) idrostatico previsto per il collegamento con 1'uscita della valvola alternata (27) , essendo disposta, fra l'uscita della valvola alternata (27) e il canale (31) con fluido in pressione, una bussola (29) fissata con un'estremità in un foro assiale (30) dell'albero della macchina e, con l'altra estremità, in un foro assiale (28) del corpo di comando (14).
26. Macchina a pistoni assiali secondo una delle rivendicazioni da 18 a 25, caratterizzata dal fatto che l'albero della macchina (3) e la superficie terminale (21) contrapposta del corpo di comando (14) sono previsti con elementi di collegamento (26) interagenti fra di loro.