ITMI990819A1 - Dispositivo di tenuta per fluidi e procedimento di ermetizzazione - Google Patents

Description

Descrizione

La presente invenzione concerne un dispositivo secondo la definizione introduttiva della rivendicazione 1 ed un procedimento secondo la rivendicazione indipendente del procedimento.

Spesso è necessario ermetizzare volumi relativamente all'ambiente circostante, a titolo di esempio altri volumi oppure parti meccaniche, a tenuta di fluido, vale a dire a tenuta di liquido oppure di gas. Questo è per esempio il caso degli stantuffi in movimento di un cilindro idraulico oppure pneumatico di spinta oppure di un attraversamento d'albero. Con gli elementi di tenuta devono contemporaneamente essere spesso compensati anche giuochi, tolleranze laterali, variazioni dimensionali dovute al cambiamento della temperatura, ecc..

Nell'idraulica impiantistica, per esempio nel caso delle valvole di iniezione del carburante, nei servosterzo, nei sistemi antibloccaggio di frenatura, negli ammortizzatori e simili, sono richieste costose guarnizioni per mantenere in atto una pressione e per impedire una perdita di fluido. Guarnizioni sono parimenti necessarie in occasione dell'iniezione di carburante nella camera di combustione. Tali sistemi si trovano in una molteplicità di testi. Esempi si trovano per esempio nei documenti DE 43 06 072 C2, DE 43 06 073 C1, DE 44 06 522 C1, DE 4412 948 A1, nonché DE 4442 649 C2 .

E' usuale il fatto di realizzare gli elementi di tenuta, necessariamente elastici per gli scopi desiderati, tramite O-Ring che, con strette tolleranze ed elevata qualità superficiale, vengono fabbricati utilizzando costosi materiali di partenza, come il caucciù sintetico, ed i quali devono essere inseriti in una scanalatura dimensionata e fabbricata con precisione, senza che in occasione del montaggio si verifichi un danneggiamento dell'O-ring. Una tenuta per fluidi realizzata tramite O-Ring è pertanto costosa.

Nel documento DD PS 225177 Al è descritto un procedimento atto alla fabbricazione di accoppiamenti a tenuta, nel quale due componenti, dopo il loro fissaggio, vengono uniti con una massa di tenuta in corrispondenza dei punti in cui appoggiano l'uno contro l'altro.

Nel documento WO 89/12771 viene descritto un metodo atto all'introduzione di una massa di tenuta tra un elemento stazionario ed uno mobile, il quale si addice all'integrazione della massa di tenuta durante il funzionamento. La massa di tenuta e l'elemento mobile scorrono in proposito l'una sull 'altro.

Il compito dell'invenzione consiste nel fatto di mettere a disposizione qualcosa di nuovo per l'utilizzo industriale ed in special modo, tuttavia non esclusivamente, nel conseguire un'ermetizzazione economica e ciò nonostante buona, che possa presentare un'elasticità sufficiente.

La soluzione del compito viene rivendicata indipendentemente; forme di realizzazione preferite si trovano nelle rivendicazioni subordinate.

Un concetto fondamentale dell'invenzione consiste pertanto nel fatto di realizzare l'elemento di tenuta nelle stesse rientranze, rinunciando così a costosi adattamenti.

In luogo di una costosa lavorazione superficiale per la fabbricazione di O-Ring di precisione, che in genere è possibile solo con un materiale di partenza costoso, ha ora luogo una fabbricazione geometricamente fedele sebbene anche la rientranza non richieda alcuna lavorazione particolarmente onerosa. In proposito, dopo la sua fabbricazione, l'elemento di tenuta resta nell'attrezzo e non deve più essere montato, ciò che riduce l'onere del montaggio. Per effetto dell'elemento di tenuta, che all'atto del montaggio delle due parti inizialmente ancora manca, è anche minore lo sforzo da esercitare a motivo del ridotto attrito. Un danneggiamento dell'elemento di tenuta in occasione dell'assemblaggio viene parimenti con sicurezza evitato.

La massa di tenuta ,è di preferenza un'elastomero ed è scelta preferibilmente in modo da riempire in maniera ottimale la rientranza. In singoli casi deve essere riempita una luce tra le due parti, spesso però deve anche essere impedita una forte migrazione della massa tra le due parti, per esempio tra stantuffo e cilindro. Per combinare queste esigenze con desiderate proprietà finali della massa di tenuta vengono scelti in modo idoneo la pressione di iniezione, la plasticità, la geometria della rientranza e la temperatura della massa di tenuta; all'occorrenza, una parte oppure entrambe le parti possono essere riscaldate ad una temperatura, rispettivamente con una curva di temperature, per la quale la massa di tenuta acquisisce la viscosità necessaria all'iniezione, la massa di tenuta indurisce, una massa di tenuta a base di gomma vulcanizza nella rientranza, oppure una massa di tenuta ceramica viene cotta.

Attraverso il trattamento termico ed eventualmente dopo un periodo di attesa possono essere conseguite le desiderate proprietà della massa di tenuta finita.

Un'eventuale contrazione all'atto della vulcanizzazione dell'elemento di tenuta viene compensata quando la massa di tenuta viene iniettata con pressione elevata, per esempio di 500 fino a 2000 bar, cosicché la massa di tenuta riempia la rientranza esercitando sempre una certa pressione di compressione contro l'altra parte e garantisca sempre una tenuta ermetica. Un riempimento completo della rientranza può essere ottenuto nel momento in cui viene prevista, in aggiunta all'apertura di colata, anche un'apertura di deflusso per la massa di tenuta iniettata in eccesso, e/oppure nel momento in cui la rientranza viene evacuata attraverso l'apertura di colata oppure altri fori prima o durante l'iniezione.

Di fronte alla quantomeno singola rientranza in una parte si trova, perlomeno parzialmente, un'ulteriore rientranza ed entrambe le rientranze sono riempite con massa di tenuta. In proposito, attraverso la massa di tenuta sussiste un accoppiamento tra le due parti.

L'elemento di tenuta riempie in larga misura le rientranze, perciò verso l'interno esso costituisce quindi in genere un vincolo geometrico e sul lato esterno si protende fino nella parte contrapposta.

Ciò è particolarmente vantaggioso nel caso degli iniettori del carburante azionati per via piezoelettrica oppure magnetostrittiva. Tali attori presentano una corsa breve, con spostamenti pari più o meno allo 0,1 fino al 0,2 % della lunghezza dell'attore. La piccola corsa, nell'intervallo dei micrometri, di un attore di lunghezza ancora accettabile viene praticamente tradotta idraulicamente nel momento in cui l'attore, attraverso uno stantuffo di grande superficie, mette in movimento un liquido in un cilindro avente sezione trasversale nettamente più piccola. Durante il funzionamento dell'attore piezoelettrico oppure magnetostrittivo questo va ermetizzato nei confronti del fluido nel cilindro.

Nelle disposizioni con cilindro e stantuffo oppure in altre disposizioni, dove una delle parti viene inserita nell'altra, la rientranza corre tutto attorno rispettivamente attorno alla parte inserita.

Solo per il montaggio nello stato dell'arte dovevano al riguardo essere utilizzati O-Ring in grado di rotolare nel momento del movimento relativo tra stantuffo e cilindro, ciò che viene evitato dalla formazione nella rientranza. A questo punto è reso possibile un accoppiamento permanente di due rientranze contrapposte, nel caso del quale la modesta corsa dell'attore, e pertanto dello stantuffo da questo azionato, non provoca oppure non richiede alcun taglio della massa di tenuta. Massa di tenuta può anche pervenire tra cilindro e stantuffo, ciò che migliora ulteriormente l'ermeticità .

La rientranza può essere realizzata sotto forma di scanalatura. Per effetto della larghezza della scanalatura, modesta in confronto con la profondità, il materiale può assorbire particolarmente bene deformazioni elastiche.

Possono anche essere previste svariate rientranze separate l'una dall'altra, in special modo sfalsate assialmente l'una relativamente all'altra, lungo un asse delle parti, e che corrono tutto attorno, al fine di migliorare l'effetto ermetizzante ed aumentare l'affidabilità di funzionamento. Queste rientranze sfalsate assialmente l'una relativamente all'altra vengono di preferenza alimentate attraverso un canale di colata in comune. Allo scopo, rientranze assialmente sfalsate, preferibilmente in uno stantuffo, vengono fatte passare davanti al canale di colata e riempite in successione. Le masse di tenuta nelle rientranze possono allora essere trattate termicamente o fatte solidificare in comune. Il canale di colata, dopo il riempimento della rientranza, può essere chiuso a tenuta di fluido con massa di tenuta e/oppure con una vite di tenuta.

La massa di tenuta è di preferenza elastica ed iniettabile e può consistere in materia plastica caricata oppure non caricata, materiali compositi, oppure ceramica. L'utilizzo della ceramica è vantaggioso nel caso dei motori a combustione, dove questo tipo di ceramica funzionale riduce l'usura grazie al ridotto attrito, ciò che fa abbassare il consumo del propellente ed allunga la vita utile per effetto della resistenza all'usura. Per l'ermetizzazione dello stantuffo, la massa di tenuta può essere colata a partire dal lato inferiore dello stantuffo, cosicché nella testa del cilindro non sarà,necessario alcun foro di colata.

L'invenzione viene in appresso descritta tramite ulteriori esempi di realizzazione, in relazione ai disegni schematici. Qui mostrano:

figura 1 una vista in sezione trasversale di una dispositivo di iniezione del carburante

figura 2 una sezione lungo la linea II-II di cui alla figura 1,

figura 3 una disposizione di biella-eccentrico ermetizzata conformemente all'invenzione, nello stato di montaggio

figure 4 a-d svariate disposizioni di tenuta.

Secondo la figura 1, una disposizione di tenuta per fluidi, contrassegnata in generale con 1, in un motore con valvole di iniezione del carburante, contempla un elemento piezoelettrico 2a, il quale è dotato di connessioni 2 ed è disposto in una camera 3a formata da un corpo 3. L'elemento piezoelettrico 2a spinge da un lato contro il fondo 3b del corpo e dall'altro lato contro uno stantuffo 5 precaricato da una molla a tazza 4 in direzione dell'elemento piezoelettrico 2a. Lo stantuffo 5 può muoversi ad andirivieni in un cilindro 6 variando la tensione che attraverso le connessioni 2 è applicata sull’elemento piezoelettrico 2a.

Il cilindro 6 è riempito con fluido 7, il quale comunica con un canale 7a del fluido che presenta un diametro nettamente più piccolo del cilindro 6. Il canale 7a del fluido è da parte sua realizzato sotto forma di cilindro, nel quale è disposto un ulteriore stantuffo 8 oppure un altro elemento da muovere. Questa disposizione funge da amplificatore della corsa per l'elemento piezoelettrico 2a.

Lo stantuffo 5 ed il cilindro 6 formano una disposizione di tenuta per fluidi, la quale impedisce un ingresso del fluido 7 nella camera 3a.

La disposizione di tenuta per fluidi contempla secondo l'invenzione, oltre allo stantuffo 5 ed al cilindro 6, che costituiscono due parti reciprocamente mobili, un elemento di tenuta 9 che è principalmente disposto in una rientranza 10 in una delle due parti, vale a dire nello stantuffo 5.

L'elemento di tenuta 9 è costituto da materiale il elastico, iniettabile, il quale riempie contemporaneamente un'apertura di colata 12 ed un'apertura di deflusso 12a nel cilindro 6 ed è anche presente in luci di adattamento tra stantuffo 5 e cilindro 6, provocate dalle tolleranze di fabbricazione oppure da variazioni della temperatura .

A motivo della corsa solo piccola dell'elemento piezoelettrico, lo stantuffo si sposta in ogni caso poco, cosicché durante il funzionamento la guarnizione non viene tagliata.

L'elemento di tenuta 9 viene realizzato secondo l'invenzione nel seguente modo: lo stantuffo 5 viene inserito nel cilindro 6 e, nella propria posizione di riposo, precaricato con la molla a tazza 4. Poi nell'apertura di colata 12 viene iniettata massa di tenuta greggia, fino a che essa fuoriesce sul lato opposto, in corrispondenza dell'apertura di deflusso 12b. La disposizione viene poi riscaldata al fine di conferire alla massa di tenuta greggia le sue proprietà finali. Nel caso di una massa di tenuta greggia a base di gomma ciò può per esempio aver luogo tramite vulcanizzazione, al cui scopo l'intera disposizione viene riscaldata oppure un parte della disposizione viene riscaldata localmente, per esempio per via induttiva. Contemporaneamente può anche essere trattata la massa di tenuta greggia 9 nei canali 12, ciò che ermetizza i canali.

La figura 3 mostra un'altra disposizione 20 di cilindro-stantuffo, in qualità di disposizione di tenuta per fluidi conforme alla presente invenzione, che in ampia misura è uguale a quella descritta in quanto precede. Come in precedenza, la disposizione 20 di cilindro-stantuffo contempla uno stantuffo 22 da muovere in un cilindro 21, stantuffo che è collegato con un elemento da muovere, qui una biella 23. Lo stantuffo 22 presenta una scanalatura 24, la quale costituisce una rientranza atta ad accogliere la massa di tenuta e nella quale, attraverso l’apertura di colata 25, all'atto della fabbricazione, nella posizione mostrata dello stantuffo, viene introdotta massa di tenuta 26 al fine di ermetizzare la disposizione di cilindrostantuffo. La massa di tenuta in eccesso può in proposito sfogare attraverso l'apertura di deflusso 27.

La massa di tenuta può essere una massa di tenuta ceramica e può essere cotta nella scanalatura 24 dello stantuffo.

La figura 4 rappresenta ancora una volta, l'una accanto all'altra, svariate varianti della guarnizione di cui all'invenzione, vale a dire nella figura 4a tenute per stantuffo in ampia misura unilaterali, nella figura 4b tenute composite bilaterali, nella figura 4c tenute trapezoidali con rientranze trapezoidali atte ad accogliere la massa di tenuta, e nella figura 4d una tenuta multipla per stantuffo, nel caso della quale, attraverso un'unica apertura di colata 41, in successione viene riempita una molteplicità di rientranze reciprocamente sfalsate assialmente, al fine di migliorare l'ermetizzazione, con incremento della sicurezza di funzionamento .

Nel caso delle rientranze in cilindri od alberi, che girano tutto attorno allo stantuffo, la massa di tenuta forma pertanto, conformemente all'invenzione, un O-Ring realizzato nel punto di utilizzo .

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1.- Disposizione di tenuta per fluidi, presentante perlomeno due parti che a tenuta di fluido si muovono l'una relativamente all'altra, delle quali una prima parte contempla perlomeno una rientranza, la quale si protende all'interno di questa prima parte, in corrispondenza della superficie con cui confinano le due parti, e l'altra parte contempla perlomeno un'altra rientranza che, quantomeno parzialmente, si contrappone alla perlomeno singola rientranza nella prima parte, un elemento di tenuta, il quale è formato da una massa di tenuta, laddove la massa di tenuta riempie, in genere con vincolo geometrico, perlomeno la prima rientranza e l'altra rientranza ed è introducibile in entrambe le rientranze per mezzo di almeno un canale di colata che come minimo comunica con una rientranza, cosicché l'elemento di tenuta è fissato in corrispondenza di entrambe le parti. 2.- Disposizione di tenuta per fluidi secondo la rivendicazione 1, in cui una delle parti è inserita nell'altra e la rientranza corre tutto attorno alla parte inserita rispettivamente in corrispondenza della parte inserita. 3.- Disposizione di tenuta per fluidi secondo una delle rivendicazioni che precedono, in cui una delle due parti è uno stantuffo e l'altra è un cilindro, in special modo un cilindro idraulico oppure pneumatico. 4.- Disposizione di tenuta per fluidi secondo una delle rivendicazioni che precedono, in cui la rientranza è realizzata sotto forma di scanalatura. 5.- Disposizione di tenuta per fluidi secondo una delle rivendicazioni che precedono, in cui una parte presenta svariate rientranze separate l'una dall'altra, che in special modo sono reciprocamente sfalsate assialmente, lungo un asse delle parti, e girano tutto attorno. 6.- Disposizione di tenuta per fluidi secondo una delle rivendicazioni che precedono, in cui ad una molteplicità di rientranze è associato un canale di colata in comune. 7.- Disposizione di tenuta per fluidi secondo una delle rivendicazioni che precedono, in cui il canale di colata, dopo il riempimento della rientranza, viene sigillato a tenuta di fluido con massa di tenuta e/oppure con una vite di tenuta. 8.- Disposizione di tenuta per fluidi secondo una delle rivendicazioni che precedono, in cui la massa di tenuta è un elastomero e/oppure consiste in materiale iniettabile ed è in special modo scelta tra materia plastica caricata oppure non caricata, materiali compositi, oppure ceramica. 9.- Procedimento atto all<1 >ermetizzazione di parti che si muovono l'una relativamente all'altra, caratterizzato dal fatto che su almeno una parte, in corrispondenza della superficie con cui essa confina con l'altra parte, è prevista una rientranza, sull'altra parte, in corrispondenza della superficie con cui essa confina con la prima parte, perlomeno parzialmente viene prevista un'ulteriore rientranza, entrambe le parti vengono assemblate e entrambe le rientranze vengono riempite con una massa di tenuta iniettata attraverso perlomeno un canale di colata, la massa di tenuta viene fatta solidificare, cosicché l'elemento di tenuta ricavato dalla massa di tenuta è fissato in corrispondenza di entrambe le parti. 10.- Procedimento secondo la rivendicazione 9, in cui la massa di tenuta e/oppure perlomeno una parte, prima, in occasione e/oppure dopo l'iniezione, viene condizionata, in special modo vulcanizzata tramite riscaldamento, in special modo riscaldamento induttivo, in special modo riscaldamento induttivo della parte. 11.- Procedimento secondo una delle rivendicazioni 9 oppure 10, in cui una parte oppure entrambe le parti vengono riscaldate ad una temperatura, rispettivamente con una curva di temperature che alla massa conferisce una desiderata viscosità in occasione del riempimento della rientranza, la indurisce oppure la vulcanizza. 12 .- Procedimento secondo una delle rivendicazioni 9 fino a 11, in cui la massa di tenuta viene iniettata con pressione elevata, pari per esempio a 500 fino a 2000 bar. 13.- Procedimento secondo una delle rivendicazioni 9 fino a 12, in cui la massa di tenuta viene iniettata in eccesso e la massa di tenuta eccedente viene fatta sfogare attraverso perlomeno un'apertura di deflusso, presente in aggiunta all'apertura di colata, e/oppure in cui la rientranza viene evacuata, prima oppure durante l'iniezione, attraverso l'apertura di colata oppure attraverso altri fori.