ITMO20100060A1 - MACHINE TO MODIFY THE PRESSURE OF AIR OR AERIFORMS. - Google Patents
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Description
"MACCHINA PER MODIFICARE LA PRESSIONE DI ARIA O AERIFORMI". "MACHINE FOR MODIFYING THE AIR PRESSURE OR AERIFORMS".
DESCRIZIONE DESCRIPTION
1/ invenzione concerne una macchina per modificare la pressione di aria o aeriformi, quale una pompa del vuoto, un compressore o, in genere, una macchina atta a variare lo stato di pressione di aria, gas, o miscela di gas, anche in presenza di liquidi: ciò in camere, bombole, celle, ambienti o contenitori chiusi in genere, ai fini di un risultato industriale. 1 / the invention relates to a machine for modifying the pressure of air or gasses, such as a vacuum pump, a compressor or, in general, a machine suitable for varying the state of pressure of air, gas, or gas mixture, even in the presence of of liquids: this in closed rooms, cylinders, cells, environments or containers in general, for the purpose of an industrial result.
Lo stato della tecnica quale descritto in documenti brevettuali comprende prevalentemente delle macchine aventi struttura superiore racchiudente almeno un pistone solidale con il proprio stelo azionato, tramite motore, di moto alternativo assialmente e trasversalmente oscillante all'interno della camicia di un cilindro, ad esempio ad asse verticale: detta struttura superiore supportata da una struttura di base racchiudente una camera nella quale sono alloggiati i mezzi di trasmissione del moto all'estremità inferiore di detto stelo mediante detto motore, usualmente elettrico. The state of the art as described in patent documents mainly comprises machines having an upper structure enclosing at least one piston integral with its own rod driven, by means of a motor, of axially and transversely oscillating reciprocating motion inside the liner of a cylinder, for example by axis vertical: said upper structure supported by a base structure enclosing a chamber in which the means for transmitting motion to the lower end of said rod by means of said motor, usually electric, are housed.
Detto almeno un pistone solidale con il proprio stelo essendo talvolta di spessore sottile, generalmente privo della tradizionale "gonna" e munito di una o più guarnizioni a tenuta d'olio; raramente essendo indicata l'assenza di lubrificazione tra pistone e camicia del cilindro e, quando indicata, non è affatto dimostrato, o reso attendibile, il conseguimento della tenuta d'aria. Said at least one piston integral with its own rod being sometimes of thin thickness, generally devoid of the traditional "skirt" and equipped with one or more oil-tight gaskets; the absence of lubrication between piston and cylinder liner is rarely indicated and, when indicated, the achievement of air tightness is not at all proven, or made reliable.
Per i casi di lubrificazione (con olio) si cita il brevetto italiano n. 1.228.326 con priorità USA n. For the cases of lubrication (with oil) the Italian patent n. 1,228,326 with US priority no.
142097 dell'11 gennaio 1988 dal titolo "Compressore a pistone alternativo con cilindro deviato": tale pistone, sottile e assialmente scorrevole con componente di oscillazione trasversale, essendo dotato di generica guarnizione 17 di tenuta perifericamente sporgente da detto pistone, elastica, flessibile in modo da ottenere un labbro inflesso verso l'alto a realizzare la tenuta d'olio contro la camicia 10 del cilindro nel quale detto pistone è scorrevole assialmente di moto alternativo, con componente di oscillazione trasversale ad ampia angolazione (A=B), rispettivamente a sinistra e a destra dell'asse verticale. 142097 of 11 January 1988 entitled "Reciprocating piston compressor with deviated cylinder": this piston, thin and axially sliding with a transverse oscillation component, being equipped with a generic seal 17 protruding peripherally from said piston, elastic, flexible in a way to obtain a lip bent upwards to form the oil seal against the cylinder liner 10 in which said piston is axially sliding with a reciprocating motion, with a wide angle transverse oscillation component (A = B), respectively to the left and to the right of the vertical axis.
Per i casi di macchina priva di guarnizione di tenuta, si cita la domanda di brevetto PCT pubblicata il 7 agosto 1977, n. WO 97/ 28369, nella quale non è indicato un pistone sottile, bensì un ampio segmento di superficie periferica sferica 2 reso solidale, all'equatore, con il relativo stelo per accoppiarsi direttamente alla camicia del cilindro lungo un parallelo angolarmente oscillante di detta superficie periferica sferica 2; le prestazioni, quanto alla effettiva tenuta d'aria non sono indicate. For the cases of machines without sealing gaskets, the PCT patent application published on 7 August 1977, n. WO 97/28369, in which a thin piston is not indicated, but a large segment of a spherical peripheral surface 2 made integral, to the equator, with the relative rod to couple directly to the cylinder liner along an angularly oscillating parallel of said peripheral surface spherical 2; the performances, as to the actual air tightness, are not indicated.
Mezzi di trasmissione del moto a leverismo sono previsti nel brevetto US 4979428 del 25/12/1990 dal titolo "Compressore d'aria alternativo con biellismo perfezionato", che prevede un cilindro con pistone a "gonna" e stelo accoppiato al relativo spinotto: vi è esemplificato un leverismo dotato di bilanciere che conferisce allo stelo di detto pistone un moto alternativo assiale ma con componente di oscillazione trasversale visibilmente molto ampia. Lever motion transmission means are provided in US patent 4979428 of 12/25/1990 entitled "Alternative air compressor with improved linkage", which provides a cylinder with a "skirt" piston and rod coupled to the relative pin: exemplified is a lever mechanism equipped with a rocker arm which gives the rod of said piston an axial reciprocating motion but with a visibly very large transverse oscillation component.
Dichiaratamente "senza olio" è il compressore a due stadi di cui all'EP 1.028.254 A2 pubblicato il 16/08/2000, avente priorità US del 09/02/1999. Vi si legge, da riga 8 del riassunto: "Ciascun pistone oscillante è provvisto di una guarnizione (28, 49) che fa tenuta contro le pareti del cilindro adiacente quando il pistone scorre ed oscilla." Tale guarnizione, che dovrebbe essere a tenuta d'aria, appare invece, dal disegno, del vecchio tipo "a coppa", di fatto del tutto inadeguata per ottenere tenuta d'aria nelle applicazioni industriali, che spesso richiedono velocità elevate e lunga durata delle guarnizioni di tenuta. Declared "oil free" is the two-stage compressor referred to in EP 1.028.254 A2 published on 16/08/2000, with US priority of 09/02/1999. It reads from line 8 of the summary: "Each oscillating piston is provided with a gasket (28, 49) which seals against the walls of the adjacent cylinder as the piston slides and swings." This gasket, which should be airtight, appears instead, from the design, of the old "cup" type, in fact completely inadequate to obtain airtightness in industrial applications, which often require high speeds and long life of the sealing gaskets.
La più recente domanda di brevetto, US 2009/0136373 Al, avente priorità DE del 10/03/2006, dal titolo "Compressore comprendente un pistone oscillante" presenta, in Fig. 2d, un albero a collo d'oca 3 con eccentrico 20: lo stelo 6 solidale con il sottile pistone 5 ha una guarnizione di tenuta periferica 26 che è mantenuta aderente alla camicia 27 del cilindro mediante "un dispositivo a- molla 29" [pag.2, (0032, 0033)] dotato di "molla sinuosa 30 comprendente una forma ondulata": una soluzione, questa, costosa e complicata, non convenientemente applicabile in pratica. Il ricorso ad una tale molla è chiaro segno di ciò, che, con riferimento alla presente invenzione, la generica guarnizione che di solito compare nei documenti brevettuali, non è a ritenersi, da sola, idonea alla tenuta d'aria: occorre infatti un mezzo che la mantenga ben aderente alla camicia del cilindro, quale una molla, ma di tipo molto particolare come ad esempio in questo brevetto USA. Diversamente non ci può essere tenuta d'aria e quindi nessun insegnamento né alcuna prospettiva di utile impiego nelle macchine di cui ai documenti dello stato della tecnica brevettuale, nelle quali la tenuta d'aria nella pratica è risolta solo nominale. The most recent patent application, US 2009/0136373 A1, having priority DE dated 10/03/2006, entitled "Compressor comprising an oscillating piston" has, in Fig. 2d, a gooseneck shaft 3 with eccentric 20 : the rod 6 integral with the thin piston 5 has a peripheral seal 26 which is kept adherent to the cylinder liner 27 by "a spring device 29" [page 2, (0032, 0033)] equipped with a "spring sinuous 30 comprising a wavy shape: a solution which is expensive and complicated, not conveniently applicable in practice. The use of such a spring is a clear sign of this, that, with reference to the present invention, the generic gasket that usually appears in patent documents, is not to be considered, on its own, suitable for airtightness: in fact, a means which keeps it well adherent to the cylinder liner, such as a spring, but of a very particular type as for example in this US patent. Otherwise there can be no air tightness and therefore no teaching or any prospect of useful use in the machines referred to in the documents of the state of the patent art, in which the air tightness in practice is only nominal.
Anche da altri brevetti, o domande di brevetto in genere, risultano soluzioni concettualmente analoghe a quelle sopra richiamate, che presentano una o più guarnizioni di tenuta di forma, a vista, non idonea, tecnicamente non identificabili, assolutamente inadatte per ottenere, o aiutare ad ottenere, una macchina (pompa del vuoto, compressore, o altra simile) che garantisca, oltre che una accettabile durata di funzionamento, una tenuta d'aria atta a soddisfare le esigenze industriali alle quali invece pienamente soddisfa la "speciale guarnizione" di cui alla presente invenzione . Also from other patents, or patent applications in general, solutions are conceptually similar to those mentioned above, which have one or more sealing gaskets with a visible, unsuitable shape, technically not identifiable, absolutely unsuitable for obtaining, or helping to obtain a machine (vacuum pump, compressor, or other similar) which guarantees, in addition to an acceptable duration of operation, an air seal suitable for satisfying the industrial needs to which instead fully satisfies the "special gasket" referred to in present invention.
Lo stato della tecnica costituito da documenti brevettuali come ad esempio sopra indicati, rappresenta solo dei tentativi preliminari: in realtà non consente di ottenere i risultati presunti e, tanto meno, risultati che siano vantaggiosamente confrontabili con quelli che invece correntemente si ottengono mediante l'impiego delle classiche macchine a capsulismo del commercio, da gran tempo diffuse e affermate quali pompe del vuoto e compressori: macchine diffuse e affermate in pratica proprio perché non sono del tipo a pistone alternativo. The state of the art consisting of patent documents such as for example indicated above, represents only preliminary attempts: in reality it does not allow to obtain the presumed results and, even less, results that are advantageously comparable with those currently obtained by using of the classic capsulism machines on the market, which have long been widespread and established as vacuum pumps and compressors: machines that are widespread and established in practice precisely because they are not of the reciprocating piston type.
La presente invenzione non può dunque dipendere, né essere anticipata, dallo stato della tecnica costituito da macchine a pistone in quanto di fatto non ancora idonee a soddisfare i correnti e diffusi impieghi. The present invention cannot therefore depend on, nor be anticipated, on the state of the art consisting of piston machines as in fact they are not yet suitable for satisfying current and widespread uses.
Le classiche macchine a capsulismo, dei tipi a palette e a lobi, presentano ancora convenienza operativa e di costi rispetto a dette macchine a pistone dello stato della tecnica documentato, anche se sono affette da notevoli carenze ed inconvenienti che la presente invenzione si propone di superare, e di fatto supera, oltre a superare le carenze e gli inconvenienti di detto stato della tecnica documentato. The classic capsulism machines, of the vane and lobe types, still have operational and cost convenience compared to said piston machines of the documented state of the art, even if they are affected by considerable shortcomings and drawbacks that the present invention aims to overcome. and in fact overcomes, as well as overcoming the shortcomings and drawbacks of said documented state of the art.
Quanto alla macchina a palette, particolarmente impiegata per pompe del vuoto, oltre a non consentire il raggiungimento di gradi di vuoto superiori all'85% -massimo del 95%, essa non consente di raggiungere valori di pressione sufficientemente elevati per gli impieghi richiesti come quelli di compressore; inoltre, nell'impiego come pompa del vuoto, la macchina a palette assorbe potenza troppo elevata rispetto alla potenza resa: ciò a causa della assai elevata potenza meccanica dissipata in calore per attrito nonostante la lubrificazione (ad olio), raggiungendosi addirittura, nella macchina a palette, temperature prossime e anche un po' superiori a 150°C, tenendo conto delle usuali tolleranze ammesse nel settore, ossia ± 5%. La macchina a palette non presenta inoltre la possibilità di raggiungere velocità soddisfacenti per molti impieghi in quanto contenute nel limite dì 1000-1200 giri/min rispetto ai 1420 giri/min frequentemente richiesti: anche per questi ultimi valori tenendo conto delle usuali tolleranze ammesse nel settore in ragione rispettivamente di ± 5% e di ± 1%. As for the vane machine, particularly used for vacuum pumps, in addition to not allowing the achievement of vacuum degrees higher than 85% - maximum 95%, it does not allow to reach sufficiently high pressure values for the required uses such as those of compressor; moreover, when used as a vacuum pump, the vane machine absorbs power that is too high compared to the power delivered: this is due to the very high mechanical power dissipated in heat by friction despite the (oil) lubrication, reaching even, in the machine with vanes, temperatures close to and even slightly above 150 ° C, taking into account the usual tolerances allowed in the sector, ie ± 5%. Furthermore, the vane machine does not have the possibility of reaching satisfactory speeds for many uses as they are contained within the limit of 1000-1200 rpm compared to the 1420 rpm frequently required: even for these latter values, taking into account the usual tolerances allowed in the sector. at the rate of ± 5% and ± 1% respectively.
Il più preoccupante inconveniente operativo delle pompe del vuoto a palette deriva dalla necessità di elevata immissione di olio di lubrificazione, che poi finisce nebulizzato nell'ambiente: da qui l'intollerabile inquinamento, fastidioso e insalubre per gli operatori, comportante inoltre dispersione di olio con conseguente sensibile perdita economica, cui si aggiunge quella per l'adozione di filtri limitatori di detta immissione. Quanto alla macchina a lobi, per l'impiego come pompa del vuoto, oltre a non raggiungere un grado di vuoto superiore al 60% - 70%, tenuto conto delle usuali tolleranze ammesse nel settore, ravvisate in ± 5%, emette un rumore assordante. Trova quindi impiego praticamente solo come sincronizzatore di pompa del vuoto e compressore ed altresì nei casi, del tutto insoddisfacenti, di richiesta di prestazioni inferiori alle 10 atmosfere, equivalenti a 10 : 0,9869 = 9,869 bar: mentre, per soddisfare le attuali esigenze dell'industria, dovrebbero poter essere raggiunte addirittura le 20 atmosfere, pari a 19,738 bar. The most worrying operational drawback of vane vacuum pumps derives from the need for a high introduction of lubrication oil, which then ends up nebulized in the environment: hence the intolerable pollution, annoying and unhealthy for the operators, also involving the dispersion of oil with consequent significant economic loss, to which is added that due to the adoption of limiting filters of said injection. As for the lobe machine, for use as a vacuum pump, in addition to not reaching a degree of vacuum higher than 60% - 70%, taking into account the usual tolerances allowed in the sector, recognized as ± 5%, it emits a deafening noise . It is therefore used practically only as a synchronizer of vacuum pump and compressor and also in cases, completely unsatisfactory, of request for performances of less than 10 atmospheres, equivalent to 10: 0.9869 = 9.869 bar: while, to meet the current needs of industry, it should be possible to reach even 20 atmospheres, equal to 19,738 bar.
Vengono impiegati anche i compressori a vite, peraltro anch'essi molto inquinanti per la necessità di lubrificazione ad olio. Screw compressors are also used, which are also very polluting due to the need for oil lubrication.
I notevoli perfezionamenti allo stato della tecnica, documentale o praticato nell'industria, quali attualmente si rendono necessari per soddisfare le esigenze industriali, richiedono la risoluzione del problema tecnico di trovare una macchina (pompa del vuoto, compressore, o altra atta a variare la pressione di aria, gas, aeriformi, o miscele gassose, anche in presenza di liquido) ad un solo stadio o per comporre macchine a più stadi, che non comporti impiego alcuno di lubrificante e che, anche in assoluto, consenta di raggiungere prestazioni ottimali, pur potendosi prestare anche ad attuazioni che richiedono prestazioni meno spinte, ma sempre sensibilmente superiori rispetto a quelle delle macchine attualmente impiegate o comunque conosciute. The notable improvements to the state of the art, documentary or practiced in industry, which are currently necessary to meet industrial needs, require the resolution of the technical problem of finding a machine (vacuum pump, compressor, or other capable of varying the pressure of air, gas, gaseous or gaseous mixtures, even in the presence of liquid) in a single stage or to compose multi-stage machines, which does not involve the use of any lubricant and which, even in absolute terms, allows to achieve optimal performance, even if being able to lend itself also to actuations that require less extreme performances, but always considerably higher than those of the machines currently used or in any case known.
La presente invenzione risolve il problema tecnico suddetto adottando una macchina che soddisfi ogni moderna esigenza industriale per modificare la pressione dell'aria o degli aeriformi come già previsto, con possibilità di trovare una macchina soddisfacente anche più impieghi nell'ambito di una medesima risoluzione. The present invention solves the aforementioned technical problem by adopting a machine that satisfies every modern industrial requirement for modifying the air or gaseous pressure as already foreseen, with the possibility of finding a satisfactory machine for even more uses within the same resolution.
Dalla risoluzione di detto problema tecnico discende la presente invenzione, le cui caratteristiche d'attuazione sono illustrate nelle dieci tavole di disegno allegate, con riferimento, puramente esemplificativo, al caso di cilindro con asse verticale. Figura 1, a titolo d'esempio, è la sezione verticale di una pompa del vuoto nella quale lo stelo del (sottile) pistone ad esso stelo solidale si mantiene in posizione di scorrimento verticale assiale, ossia senza componente alcuna di oscillazione trasversale rispetto all'asse del cilindro; Fig. 2 è la sezione ingrandita verticale II - II di Fig. 1 corrente lungo l'asse del pistone e del bilanciere, successivamente deviata lungo il braccio oscillante di trasmissione del moto alternativo dall'eccentrico di un motore elettrico tramite biella: detto braccio oscillante è inferiormente incernierato alla struttura di base della macchina; un secondo braccio oscillante, condotto da detto bilanciere, è superiormente incernierato alla parete opposta in posizione superiore diagonalmente contrapposta; Fig. 3 è la sezione orizzontale III - III di Fig. 2 eseguita in corrispondenza della mezzeria dello spessore della guarnizione elastica a tenuta d'aria (già denominata "speciale guarnizione", che viene qui di seguito via via specificata nelle sue caratteristiche) dotata di giunto per consentirne l'impostazione, forzata, nella relativa scanalatura periferica del pistone; Fig. 4 è la sezione parziale IV - IV verticale, periferica ed ingrandita, del giunto vantaggiosamente a gradino di detta "speciale guarnizione"; Fig. 5 è la sezione verticale radiale parziale di una qualsivoglia zona di accoppiamento periferico uniformemente simmetrico tra detta "speciale guarnizione" e la camicia del cilindro; Figg. 6, 7, 8, 9 rappresentano la distribuzione degli elementi di movimentazione dell' "insieme pistone stelo" nelle quattro fondamentali posizioni sfasate di 90°, durante lo svolgimento di un ciclo di funzionamento; Fig. 10 è una sezione come quella di Fig. 1, peraltro nel caso di macchina nella quale l'insieme pistone - stelo non è azionato tramite bilanciere, ma solo tramite biella e braccio oscillante quali provenienti da riduzione del doppio leverismo al solo leverismo condotto, servito da relativo motore tramite eccentrico e biella, con detto motore reso sovrastante l'unico leverismo che, da solo, libera una modesta oscillazione trasversale rispetto all'insieme pistone - stelo di cui a Fig. 1: l'adozione del solo leverismo, già leverismo condotto nel caso di doppio leverismo, è conveniente rispetto allo stato globale della tecnica, pur non essendo preferibile a detto doppio leverismo della macchina delle Figg. da 1 a 9; Fig. 11 evidenzia la posizione di equilibrio assiale a fine corsa superiore dell'insieme pistone - stelo con spazio di sicurezza interposto tra il pistone e la testa del cilindro; Fig. 12 mostra la posizione angolare di massima ampiezza di oscillazione trasversale dell'insieme pistone - stelo, di modesto valore rispetto agli scostamenti angolari che si riscontrano nello stato brevettuale della tecnica; Fig. 13 è la sezione retta verticale parziale del pistone, nel caso della movimentazione di cui a Fig. 10, per evidenziare lo stato di accentuata deformazione elastica asimmetrica della parte bassa di detta "speciale guarnizione" dovuta al contatto forzatamente inclinato con detta camicia per effetto della componente di oscillazione trasversale: conseguentemente l'estremità diametralmente opposta di detta "speciale guarnizione" risultando analogamente deformata nella sua parte alta; Figg. 14, 15, 16, 17 rappresentano la distribuzione degli elementi di movimentazione relativi alla Fig. 10 nelle quattro principali posizioni, sfasate di 90°, per evidenziare i quattro punti del ciclo privi di inclinazione per l'insieme pistone - stelo rispetto alla verticale; Fig. 18 è una sezione come quelle delle precedenti Figure 1 e 10, nel caso peraltro della macchina ancora dotata di trasmissione del moto dal motore elettrico ridotta al solo leverismo di Fig. 10, ma con vincolo dell'insieme pistone - stelo a scorrere secondo l'asse di detto cilindro, ad evitare la sia pur modesta oscillazione trasversale riscontrata nella Fig. 10; Fig. 19 è la sezione orizzontale ingrandita XIX - XIX dell'insieme di guida verticale dello stelo del pistone nel caso di Fig. 18, conveniente rispetto alla Fig. 10, ma non preferibile rispetto all'optimum di cui a Fig. 1. The present invention derives from the resolution of said technical problem, the characteristics of which are illustrated in the ten attached drawing tables, with reference, purely by way of example, to the case of a cylinder with a vertical axis. Figure 1, by way of example, is the vertical section of a vacuum pump in which the rod of the (thin) piston rod integral with it remains in an axial vertical sliding position, i.e. without any component of transverse oscillation with respect to the cylinder axis; Fig. 2 is the enlarged vertical section II - II of Fig. 1 current along the axis of the piston and of the rocker arm, subsequently deflected along the oscillating arm for transmitting the reciprocating motion by the eccentric of an electric motor by means of a connecting rod: said oscillating arm it is hinged at the bottom to the basic structure of the machine; a second oscillating arm, driven by said rocker arm, is hinged at the top to the opposite wall in an upper diagonally opposite position; Fig. 3 is the horizontal section III - III of Fig. 2 made at the center line of the thickness of the elastic airtight gasket (formerly called "special gasket", which is hereinafter gradually specified in its characteristics) equipped joint to allow forced setting in the relative peripheral groove of the piston; Fig. 4 is the partial vertical section IV - IV, peripheral and enlarged, of the advantageously stepped joint of said "special gasket"; Fig. 5 is the partial radial vertical section of any uniformly symmetrical peripheral coupling area between said "special gasket" and the cylinder liner; Figs. 6, 7, 8, 9 show the distribution of the moving elements of the "piston rod assembly" in the four fundamental positions offset by 90 °, during the execution of an operating cycle; Fig. 10 is a section like that of Fig. 1, however in the case of a machine in which the piston - rod assembly is not operated by means of a rocker arm, but only by means of a connecting rod and oscillating arm which derive from the reduction of the double leverage to the driven leverage only , served by the relative motor by means of an eccentric and connecting rod, with said motor made overlying the single lever system which, alone, frees a modest transverse oscillation with respect to the piston - rod assembly as shown in Fig. 1: the adoption of the lever system alone, levers already carried out in the case of double levers, is convenient with respect to the overall state of the art, although not preferable to said double leverage of the machine of Figs. from 1 to 9; Fig. 11 shows the axial equilibrium position at the upper end of the piston - rod assembly with a safety space interposed between the piston and the cylinder head; Fig. 12 shows the angular position of maximum amplitude of transverse oscillation of the piston-rod assembly, of modest value with respect to the angular deviations found in the patent state of the art; Fig. 13 is the partial vertical cross section of the piston, in the case of the movement referred to in Fig. 10, to highlight the state of accentuated asymmetrical elastic deformation of the lower part of said "special gasket" due to the forced inclined contact with said jacket for effect of the transverse oscillation component: consequently the diametrically opposite end of said "special gasket" being similarly deformed in its upper part; Figs. 14, 15, 16, 17 show the distribution of the movement elements relating to Fig. 10 in the four main positions, out of phase by 90 °, to highlight the four points of the cycle without inclination for the piston - rod assembly with respect to the vertical; Fig. 18 is a section like those of the previous Figures 1 and 10, in the case of the machine still equipped with motion transmission from the electric motor reduced to the lever mechanism of Fig. 10 only, but with constraint of the piston - rod assembly to slide according to the axis of said cylinder, to avoid the even modest transverse oscillation found in Fig. 10; Fig. 19 is the enlarged horizontal section XIX - XIX of the vertical guide assembly of the piston rod in the case of Fig. 18, convenient with respect to Fig. 10, but not preferable with respect to the optimum of Fig. 1.
Il pistone 1, (ad esempio con spessore di qualche centimetro, o anche meno di 1 cm), dotato di "speciale guarnizione" 2 vantaggiosamente a sezione retta sostanzialmente rettangolare o quadrata, preferibilmente senza alcun arrotondamento estraneo a quello provocato nel tempo dall'usura, altresì costituita di un particolare materiale elastico ed antiusura del commercio ma non flessibile come quello evidente dal disegno delle guarnizioni dello stato della tecnica brevettuale che consente il risvolto a labbro verso l'alto, detta "speciale guarnizione" dotata del particolare giunto; detto pistone 1, facente parte dell'insieme pistone 1 - stelo 3, è reso alternativamente scorrevole nella camicia 4 del cilindro 5 fino a raggiungere la posizione superiore di massima corsa che prevede un volume di sicurezza superiore 6 rispetto alla sovrastante posizione della testa del cilindro 5: la "speciale guarnizione" 2 di detto pistone 1 è attualmente ottenuta per l'impiego di materiale noto in commercio come "Turcite", inserita, a fondo e con forzamento, nella scanalatura periferica 7 di cui il pistone 1 è dotato, essendo la "speciale guarnizione" munita del particolare giunto 8 (Fig. 4), vantaggiosamente del tipo a gradino; con 9 (Figg. 1, 2) è indicata una forcella d'estremità inferiore dello stelo 3 per alloggiarvi un bilanciere 10 sostanzialmente verticale incernierato, nel suo punto centrale, al perno 11 supportato da detta forcella 9; detto bilanciere 10 essendo inoltre incernierato, con i due perni delle sue estremità, superiore e inferiore, rispettivamente all'estremità interna del braccio oscillante 12 superiore, posteriormente incernierato nel perno 13 alla struttura di base 14 e all'estremità interna del braccio oscillante inferiore 16 a sua volta posteriormente incernierato nel perno 17 supportato, dal lato diagonalmente opposto, alla medesima struttura di base 14 che regge la struttura superiore 15 comprendente detto cilindro 5: la struttura di base 14 racchiudendo i mezzi di trasmissione del moto; con 18 è indicata la biella di trasmissione del moto dall'eccentrico 19 dell'albero motore 20, a detto braccio oscillante 16, nel perno intermedio 21 di esso. Detti<'>bracci oscillanti 12, 16 sono rispettivamente superiore ed inferiore in quanto incernierati nella detta struttura di base 14 ad altezze diverse. Nelle Figg. 6, 8 il bilanciere 10 risulta allineato verticalmente con lo stelo 3 del pistone 1, mentre nelle Figg. 7, 9 esso stelo risulta inclinato di un piccolo angolo X che costituisce il massimo valore di oscillazione trasversale rispetto all'asse verticale, peraltro modesta in confronto con il valore dell'oscillazione trasversale indotta dai leverismi dello stato della tecnica brevettuale. La valvola d'aspirazione per produrre il vuoto in un contenitore (non raffigurato) e quella di mandata dell'aria sono indicate con 22, 23, mentre con 24, 25 sono indicati i condotti di aspirazione e di mandata. È raffigurata una valvola di non ritorno 26 dell'aria ambiente per raffreddare i mezzi contenuti nella struttura di base 14, mentre un'altra valvola di non ritorno 27 risulta aperta durante la fase di aspirazione del pistone 1; con 28 (Fig. 5) e 38 (Fig 13) sono indicate rispettivamente la zona di contatto a tenuta d'aria lungo l'intera superficie anulare esterna della "speciale guarnizione" 2 nel caso di appartenenza alle Figg. 1 e 18 e quella di contatto a tenuta d'aria, nonostante detta (modesta) deformazione elastica per oscillazione trasversale, nel caso di Fig. 10. The piston 1, (for example with a thickness of a few centimeters, or even less than 1 cm), equipped with a "special gasket" 2 advantageously with a substantially rectangular or square cross section, preferably without any rounding extraneous to that caused over time by wear , also made of a particular elastic and wear-resistant material on the market but not flexible as that evident from the design of the gaskets of the state of the patent art which allows the upward lip turn-up, called "special gasket" equipped with the particular joint; said piston 1, which is part of the piston 1 - rod 3 assembly, is made alternately sliding in the liner 4 of the cylinder 5 until reaching the upper maximum stroke position which provides for a higher safety volume 6 with respect to the overlying position of the cylinder head 5: the "special gasket" 2 of said piston 1 is currently obtained by using a material known on the market as "Turcite", inserted, fully and with forcing, into the peripheral groove 7 with which the piston 1 is equipped, being the "special gasket" equipped with the particular joint 8 (Fig. 4), advantageously of the stepped type; 9 (Figs. 1, 2) indicates a lower end fork of the stem 3 to house a substantially vertical rocker arm 10 hinged, in its central point, to the pin 11 supported by said fork 9; said rocker arm 10 being also hinged, with the two pins of its ends, upper and lower, respectively to the internal end of the upper oscillating arm 12, hinged at the rear in the pin 13 to the base structure 14 and to the internal end of the lower oscillating arm 16 in turn hinged at the rear in the pin 17 supported, from the diagonally opposite side, to the same base structure 14 which supports the upper structure 15 comprising said cylinder 5: the base structure 14 enclosing the motion transmission means; 18 indicates the connecting rod for transmitting motion from the eccentric 19 of the drive shaft 20 to said oscillating arm 16 in the intermediate pin 21 thereof. Said oscillating arms 12, 16 are respectively upper and lower since they are hinged in said base structure 14 at different heights. In Figs. 6, 8 the rocker arm 10 is vertically aligned with the rod 3 of the piston 1, while in Figs. 7, 9 this stem is inclined by a small angle X which constitutes the maximum value of transverse oscillation with respect to the vertical axis, which is however modest in comparison with the value of the transverse oscillation induced by the lever mechanisms of the state of the patent art. The suction valve for producing the vacuum in a container (not shown) and the air delivery valve are indicated with 22, 23, while with 24, 25 the suction and delivery ducts are indicated. A non-return valve 26 of the ambient air is shown to cool the means contained in the base structure 14, while another non-return valve 27 is open during the suction phase of the piston 1; 28 (Fig. 5) and 38 (Fig 13) respectively indicate the airtight contact area along the entire external annular surface of the "special gasket" 2 in the case of belonging to Figs. 1 and 18 and that of contact airtight, despite said (modest) elastic deformation due to transverse oscillation, in the case of Fig. 10.
Quanto agli elementi caratteristici della macchina: il diametro D della camicia 4 può assumere valori a piacere a seconda delle prestazioni richieste; determinano la cilindrata richiesta dal progetto la corsa C del pistone 1 e il diametro D della camicia 4. Con riferimento alla Fig. 1 la condizione fondamentale per lo scorrimento senza componente d'oscillazione trasversale dell'insieme pistone 1 - stelo 3, cioè di moto alternativo puramente assiale, è propiziata dall'uguaglianza dell'interasse L stabilito tra gli assi dei due perni d'estremità di ciascuno dei due detti bracci oscillanti. As for the characteristic elements of the machine: the diameter D of the jacket 4 can assume values according to the required performance; the stroke C of the piston 1 and the diameter D of the liner 4 determine the displacement required by the project. purely axial alternative, is propitiated by the equality of the center distance L established between the axes of the two end pins of each of the two said oscillating arms.
Con riferimento alle Fig. 10 e Fig. 18, la trasmissione del moto avviene mediante il tipo di leverismo semplificato, anch'esso nuovo, quale costituito da un braccio oscillante 29 (corrispondente al braccio oscillante 12 di Fig. 1) una cui estremità è incernierata nel perno 30 della struttura di base 14, mentre l'altra estremità è incernierata nel perno 31 dell'estremità inferiore dello stelo 3, entro la relativa forcella d'estremità 32; la biella 33 (biella 18 in Fig. 1) trasmettendo il moto dal perno 34 eccentrico dell'albero a collo d'oca mosso dall'asse motore 35; con 36 è indicata la traccia dell'asse d'oscillazione dell'insieme pistone 1 - stelo 3 perpendicolare al piano del disegno: i punti di detta "speciale guarnizione" 2, giacenti lungo le due parti estreme di tale asse non risentono della componente di oscillazione trasversale. With reference to Fig. 10 and Fig. 18, the motion transmission takes place by means of the simplified lever system, also new, which consists of an oscillating arm 29 (corresponding to the oscillating arm 12 of Fig. 1) one end of which is hinged in the pin 30 of the base structure 14, while the other end is hinged in the pin 31 of the lower end of the stem 3, within the relative end fork 32; the connecting rod 33 (connecting rod 18 in Fig. 1) transmitting the motion from the eccentric pin 34 of the gooseneck shaft moved by the motor axis 35; 36 indicates the trace of the axis of oscillation of the piston 1 - rod 3 assembly perpendicular to the plane of the drawing: the points of said "special gasket" 2, lying along the two extreme parts of this axis are not affected by the transverse oscillation.
Con A (Fig. 12) è indicato il modesto angolo di inclinazione dell'insieme pistone 1 - stelo 3 rispetto all'asse 37 della camicia 4 del cilindro 5 nel solo caso di Fig. 10. A (Fig. 12) indicates the modest angle of inclination of the piston 1 - rod 3 assembly with respect to the axis 37 of the liner 4 of the cylinder 5 in the case of Fig. 10 only.
In Fig. 18, lo stelo del pistone 1, a partire dall'alto, comporta due tratti consecutivi: un'asta superiore 39 resa solidale con l'intradosso del sovrastante pistone 1, centrata all'interno di un elemento ausiliario tubolare di guida verticale per costituire lo stelo vero e proprio del pistone 1 e un'asta inferiore verticalmente e trasversalmente oscillante 40 superiormente incernierata a detta asta superiore 39 nel perno centrale 41 della relativa orecchia di centraggio 42 della sua corsa che ne costituisce l'estremità inferiore; detta asta verticalmente e trasversalmente oscillante 40, è inferiormente dotata di perno 43 supportato dalla forcella d'estremità inferiore 44: su detto perno 43 essendo incernierata l'estremità interna di detto braccio oscillante 29; il già detto perno centrale 41 dell'orecchia di centraggio 42 essendo solidale con la forcella 45 d'estremità superiore di detta asta oscillante 40. Detto elemento ausiliario tubolare di guida, indicato con 46, essendo superiormente fissato nell'intradosso del pistone 1 mediante mezzi di fissaggio 47 per scorrere verticalmente con esso pistone, in quanto guidato da rulli 48 angolarmente contrapposti o adeguatamente angolarmente sfasati, girevolmente sostenuti da un supporto 49 fissato alla struttura della macchina, vantaggiosamente nella zona di separazione tra la sua struttura superiore e quella di base. In Fig. 18, the rod of the piston 1, starting from the top, comprises two consecutive sections: an upper rod 39 made integral with the intrados of the overlying piston 1, centered inside an auxiliary tubular element for vertical guiding to constitute the actual rod of the piston 1 and a lower vertically and transversely oscillating rod 40 hinged at the top to said upper rod 39 in the central pin 41 of the relative centering lug 42 of its stroke which constitutes its lower end; said vertically and transversely oscillating rod 40 is provided at the bottom with a pin 43 supported by the lower end fork 44: the internal end of said oscillating arm 29 being hinged on said pin 43; the already said central pin 41 of the centering lug 42 being integral with the upper end fork 45 of said oscillating rod 40. Said tubular guiding auxiliary element, indicated with 46, being fixed at the top in the intrados of the piston 1 by means fixing element 47 to slide vertically with the piston, since it is guided by rollers 48 angularly opposed or suitably angularly out of phase, rotatably supported by a support 49 fixed to the structure of the machine, advantageously in the separation zone between its upper structure and the base one.
Il funzionamento, per le Figure da 1 a 9 avviene nel modo seguente: il sottile pistone 1 solidale con lo stelo 3 è azionato ad oscillare, di solo moto alternativo assiale, tramite motore 20, biella 18, braccio 16 e bilanciere 10: il braccio oscillante 12, condotto dal braccio oscillante 16, tramite lo stesso bilanciere 10 interposto, controlla la corsa verticale dell'insieme pistone 1 - stelo 3 in modo che il moto del medesimo pistone 1 non presenti componente alcuna di oscillazione trasversale: ciò limitatamente ad un valore di corsa lineare verticale C prescelta, alla quale viene reso pari l'interasse tra i due perni d'estremità opposte di detto bilanciere 10, scartando i tratti estremi che sono curvilinei. Detta corsa verticale C può essere variata modificando l'interasse tra i due detti perni d'estremità del bilanciere 10, mentre l'interasse L tra i due perni d'estremità di ciascun braccio oscillante 16, 12, presenta vantaggiosamente valore di 1,5 volte rispetto a quello di detto interasse esistente tra i due perni d'estremità del bilanciere 10: più convenientemente da 1,3 volte a 1,5 volte, sempre tenendo conto delle tolleranze ammesse nel settore, pari a ± 10%. The operation, for Figures 1 to 9, takes place as follows: the thin piston 1 integral with the rod 3 is driven to oscillate, with an axial reciprocating motion only, by means of motor 20, connecting rod 18, arm 16 and rocker arm 10: the arm oscillating 12, driven by the oscillating arm 16, by means of the same interposed rocker arm 10, controls the vertical stroke of the piston 1 - rod 3 assembly so that the motion of the same piston 1 does not present any transverse oscillation component: this is limited to a value of selected vertical linear stroke C, to which the distance between the two opposite end pins of said rocker arm 10 is equalized, discarding the extreme portions which are curvilinear. Said vertical stroke C can be varied by modifying the center distance between the two said end pins of the rocker arm 10, while the center distance L between the two end pins of each oscillating arm 16, 12, advantageously has a value of 1.5 times with respect to that of said center distance existing between the two end pins of the rocker arm 10: more conveniently from 1.3 times to 1.5 times, always taking into account the tolerances allowed in the sector, equal to ± 10%.
A parità di motore 20, è possibile ottenere variazioni della corsa C di detto pistone 1 variando la posizione longitudinale del perno intermedio 21 d'incernieramento del piede di biella 18 sul braccio 16. Nella Fig. 1, come nella Fig. 18, la sezione retta, rettangolare o quadrata, della "speciale guarnizione" 2 presenta la superficie anulare esterna costantemente accoppiata a scorrimento nella camicia 4 secondo una fascia di superficie cilindrica ad asse verticale, la cui sezione retta (radiale) risulta priva di deformazioni angolari. With the same engine 20, it is possible to obtain variations in the stroke C of said piston 1 by varying the longitudinal position of the intermediate pivot 21 for hinging the small end 18 on the arm 16. In Fig. 1, as in Fig. 18, the section straight, rectangular or square, of the "special gasket" 2 has the outer annular surface constantly slidingly coupled in the jacket 4 according to a strip of cylindrical surface with a vertical axis, the straight (radial) section of which is free of angular deformations.
Nel caso invece delle Figg. da 10 a 17, in presenza di un solo braccio oscillante 29 con relativa biella 33 azionata dall'eccentrico 34 del motore 35, presentando il moto dell'insieme pistone 1 - stelo 3 una modesta componente d'oscillazione trasversale, l'asse di detto insieme pistone 1 - stelo 3 è libero di oscillare anche trasversalmente nel piano verticale del disegno. In tale caso la posizione di verticalità dì detto insieme pistone 1 - stelo 3 si verifica solo in corrispondenza delle quattro posizioni fondamentali del ciclo, tra loro a 90°. Nelle posizioni intermedie alle posizioni fondamentali, per detta "speciale guarnizione" 2 si susseguono deformazioni elastiche che modificano via via l'inclinazione dì uno dei quattro angoli retti della sua sezione retta (che invece restano vantaggiosamente retti nei casi delle Figg. 1, 18). Sono vantaggi ottenuti dalla presente invenzione rispetto allo stato della tecnica costituito dai documenti brevettuali sopracitati e da altri ad essi similari : In the case of Figs. 10 to 17, in the presence of a single oscillating arm 29 with relative connecting rod 33 driven by the eccentric 34 of the engine 35, presenting the motion of the piston 1 - rod 3 assembly with a modest transverse oscillation component, the axis of said together piston 1 - rod 3 is free to oscillate also transversely in the vertical plane of the drawing. In this case the vertical position of said piston 1 - rod 3 assembly occurs only in correspondence with the four fundamental positions of the cycle, at 90 ° to each other. In the intermediate positions to the fundamental positions, for said "special gasket" 2 there are elastic deformations which gradually modify the inclination of one of the four right angles of its straight section (which instead remain advantageously right in the cases of Figs. 1, 18) . Advantages obtained by the present invention with respect to the state of the art constituted by the aforementioned patent documents and others similar to them are:
la macchina con moto esclusivamente assiale dell'insieme pistone 1 - stelo 3, dovuta all'adozione del "leverismo doppio" con interposto bilanciere 10; la macchina con moto assiale avente modesta componente di moto trasversale, quale perfezionamento del suddetto stato della tecnica ottenuto nonostante l'eliminazione del primo leverismo di detto leverismo doppio e del relativo bilanciere 10; the machine with exclusively axial motion of the piston 1 - rod 3 assembly, due to the adoption of the "double lever system" with interposed rocker arm 10; the machine with axial motion having a modest component of transverse motion, as an improvement of the aforementioned state of the art obtained despite the elimination of the first lever mechanism of said double lever mechanism and of the relative rocker arm 10;
l'adozione, in ogni caso, della "speciale guarnizione" 2 a tenuta d'aria certa, in materiale elastico, antiusura e non flessibile per costituire risvolto, ad esempio attualmente noto in commercio come "Turcite". the adoption, in any case, of the "special gasket" 2 with certain airtightness, made of elastic, wear-resistant and non-flexible material to form a cuff, for example currently known on the market as "Turcite".
Altri vantaggi sono ascrivibili al leverismo unico di cui alle Figg. 10, 18: infatti, il confronto con il leverismo di cui al PCT WO 81/03200 pubblicato il 12 novembre 1981, concernente un motore termico mosso dall'eccentrico 6 dell'albero motore a collo d'oca tramite biella 5 e braccio oscillante 1, consente di dedurre come lo stelo 3 del pistone "a gonna", visibilmente ad esso stelo articolato tramite spinotto, non può essere ritenuto equivalente allo stelo facente parte dell'insieme pistone 1 - stelo 3 della presente invenzione: ciò in quanto questo insieme pistone 1 -stelo 3 non potrebbe essere sostituito allo stelo 3 di detto pistone a "gonna"; anche da ciò risultando conferma della novità del leverismo quale adottato a valle del bilanciere 10, di cui alla Fig. 1 e alla Fig. 18 (oltre che alla Fig. 10). Other advantages are ascribable to the single lever mechanism as per Figs. 10, 18: in fact, the comparison with the leverage referred to in PCT WO 81/03200 published on 12 November 1981, concerning a heat engine driven by the eccentric 6 of the gooseneck crankshaft by means of connecting rod 5 and oscillating arm 1 , allows us to deduce how the rod 3 of the "skirted" piston, visibly articulated to it by means of a pin, cannot be considered equivalent to the rod forming part of the piston 1 - rod 3 assembly of the present invention: this is because this piston assembly 1-rod 3 could not be substituted for the rod 3 of said "skirt" piston; this also confirms the novelty of the lever system as adopted downstream of the rocker arm 10, as shown in Fig. 1 and Fig. 18 (in addition to Fig. 10).
E ancora, dal PCT WO 00/52305 pubblicato l'8 settembre 2000, concernente un motore termico a corsa variabile, il braccio (orizzontale) 66, oscillante come il braccio 29 della presente invenzione, a differenza di quest'ultimo deve essere riportato in posizione dalla molla di ritorno 96: quindi con notevole differenza rispetto al più semplice caso della presente invenzione rispetto al quale, ove fosse reso motore - anziché condotto - il pistone 1, detta molla di ritorno non servirebbe . And again, from PCT WO 00/52305 published on 8 September 2000, concerning a variable stroke heat engine, the (horizontal) arm 66, oscillating like the arm 29 of the present invention, unlike the latter, must be reported in position of the return spring 96: therefore with a notable difference with respect to the simpler case of the present invention with respect to which, if the piston 1 were made a motor rather than a driven one, said return spring would not be useful.
Quanto ai vantaggi ottenuti dalla presente invenzione anche rispetto all'effettivo stato della tecnica industriale costituito dalle macchine a capsulismo, segnatamente nel caso di pompe del vuoto a palette impiegate in luogo delle macchine a pistone di cui a detti documenti brevettuali, si tratta di: With regard to the advantages obtained by the present invention also with respect to the actual state of the industrial art constituted by the capsulism machines, in particular in the case of vane vacuum pumps used in place of the piston machines referred to in said patent documents, these are:
- totale eliminazione dell'inquinamento dell'ambiente dovuto alla totale eliminazione del lubrificante, rendendo così l'aria del tutto respirabile; - total elimination of environmental pollution due to the total elimination of the lubricant, thus making the air completely breathable;
- raggiungimento di un grado di vuoto molto più spinto, ossia di 1 mbar ed anche meno, contro i 30 mbar attuali, tenendo conto delle tolleranze ammesse nel settore; - achievement of a much higher degree of vacuum, ie 1 mbar and even less, against the current 30 mbar, taking into account the tolerances allowed in the sector;
- riduzione della elevata temperatura della macchina dai circa 150°C a circa 50°C e anche meno, con temperatura ambiente di 16°C - 20°C, tenendo conto delle tolleranze di ± 5% ammesse nel settore; - reduction of the high temperature of the machine from about 150 ° C to about 50 ° C and even less, with an ambient temperature of 16 ° C - 20 ° C, taking into account the tolerances of ± 5% admitted in the sector;
- riduzione del 40% e più nell'assorbimento di energia (elettrica), tenendo conto delle tolleranze di ±5% ammesse nel settore; - reduction of 40% or more in the absorption of (electrical) energy, taking into account the tolerances of ± 5% allowed in the sector;
- usura degli organi praticamente insensibile; - practically insensitive wear of the organs;
spese di manutenzione, gestione e funzionamento minori; lower maintenance, management and operating expenses;
- rendimento più elevato; - higher yield;
- maggiore durata. - longer duration.
Con riguardo alle applicazioni delle altre macchine a capsulismo quali le macchine a lobi lubrificate con olio, o non, esse vengono convenientemente impiegate solo come compressori e pompe del vuoto, peraltro con risultati assai più scarsi di quelli della macchina secondo la presente invenzione. With regard to the applications of the other capsulism machines such as oil-lubricated or non-oil-lubricated lobe machines, they are conveniently used only as compressors and vacuum pumps, moreover with much poorer results than those of the machine according to the present invention.
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IT000060A ITMO20100060A1 (en) | 2010-03-10 | 2010-03-10 | MACHINE TO MODIFY THE PRESSURE OF AIR OR AERIFORMS. |
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