ITMO970203A1 - Macchina idraulica a pistoni radiali e cilindrata variabile. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione industriale dal titolo: "MACCHINA IDRAULICA A PISTONI RADIALI E CILINDRATA VARIABILE",

L'invenzione concerne:una macchina idraulica a pistoni radiali e cilindrata variabile, ossia un motore idraulico con pistoni disposti in modo radiale su un'unica manovella, del tipo con il gruppo dei cilindri fisso rispetto allo statore, dotato di dispositivo di variazione della cilindrata; esso motore può funzionare come pompa sia in circuito chiuso sia in circuito aperto.

Lo stato della tecnica comprende motori idraulici con cilindri disposti in modo radiale che possono funzionare a due oppure tre cilindrate. Essi sono dotati di manovella con eccentrico mobile radialmente dietro il comando di un cilindro idraulico a doppio effetto interno ad essa: la completa ritrazione del detto cilindro porta la manovella eccentrica al valore minimo d'eccentricità e quindi il motore alla minima cilindrata; la completa estensione porta, per contro, la manovella alla massima estensione raggiungendo così la massima cilindrata del motore.

Peraltro, i detti motori a cilindrata variabile presentano notevoli svantaggi dovuti alla difficoltà di regolazione della cilindrata solamente a due valori; inoltre, risultano di difficile costruzione per il dimensionamento del detto cilindro interno alla manovella e per il suo comando, dovendo essere a pressione superiore alla pressione della mandata del circuito di potenza oppure avere un'area molto maggiore, per compensare le forze che sollecitano la manovella.

Più ancora, per ovviare agli inconvenienti suddetti sono stati previsti alcuni dispositivi da aggiungere alla suddetta manovella a due lunghezze del braccio. Un primo dispositivo meccanico prevede di interporre un setto ad espansione radiale all'interno di una delle due camere del detto cilindro interno, così da limitarne la corsa. Esso, però, ha presentato notevoli problemi di affidabilità per il posizionamento incerto del detto setto ad espansione radiale, rendendolo inattuabile ed al momento risulta non più prodotto. Un secondo dispositivo elettronico prevede di utilizzare una valvola idraulica proporzionale CVM per il controllo del detto cilindro interno alla manovella, realizzando così la continuità del controllo della cilindrata in ogni istante del funzionamento. I segnali di riferimento sono vari, in quanto rilevati da opportuni sensori: velocità di rotazione, pressione di mandata, coppia in uscita o combinazioni di detti parametri; con il mantenimento ad un valore costante della pressione sul ramo di mandata viene ottenuta una curva di coppia cosidetta "a potenza costante". Il sistema é comandato da un dispositivo elettronico computerizzato che permette di monitorare contemporaneamente tutte le varabili e comanda direttamente la suddetta valvola idraulica proporzionale.

Peraltro, un siffatto dispositivo elettronico, se da un lato consente di realizzare il desiderato controllo continuo tra i due valori di cilindrata estrema, risulta di costo molto elevato e tale da sconsigliarne l'uso nelle applicazioni ove la variazione della cilindrata é richiesta solo in momenti precisi, come nelle macchine per lo stampaggio della plastica.

Infatti, le presse per plastica richiedono la regolazione della cilindrata del motore idraulico al momento dell'attrezzaggio di una nuova produzione, poi, fino al nuovo cambio del particolare stampato, non richiedono variazioni o modifiche alla cilindrata del motore. Il suddetto dispositivo elettronico di controllo della variazione della cilindrata, se usato su macchine per lo stampaggio della plastica, risulta così molto costoso ed anche poco sfruttato nelle sue peculiari qualità di controllo continuo della cilindrata.

Infine, lo stato della tecnica comprende pompe idrauliche con pistoni radiali con variazione della cilindrata, in cui l'eccentricità viene ottenuta spostando radialmente l'anello esterno su cui scorrono i pattini di ciascun pistone, mentre i cilindri ruotano solidali con l'albero motore:una siffatta disposizione risulta vantaggiosa ed utile solo per le pompe, ma é inutilizzabile nel campo dei motori per la geometria stessa delle spinte prodotte nella generazione della coppia motrice.

Tale stato della tecnica è suscettibile di notevoli perfezionamenti con riguardo alla possibilità di realizzare un dispositivo di variazione della cilindrata, nei motori/pompe idraulici radiali, che risolva gli inconvenienti suddetti .

Da quanto precede deriva la necessità della risoluzione del problema tecnico di trovare una macchina idraulica radiale a cilindrata variabile che presenti la variazione in modo continuo della cilindrata, che sia economica nella realizzazione e semplice nel suo utilizzo.

L'invenzione risolve il problema tecnico suddetto, adottando, in una prima forma d'attuazione: una macchina idraulica a pistoni radiali e cilindrata variabile, comprendente uno statore entro cui é rotante un albero a gomito, con manovella avente anello eccentrico mobile nella direzione del raggio di manovella, mezzi di posizionamento del detto anello eccentrico, una serie di cilindri e relativi pistoni agenti sulla manovella tramite pattini trattenuti da anelli ad essa concentrici, e presenta i detti mezzi di posizionamento costituiti da una vite posta sull'asse del raggio di manovella accoppiata ad una madrevite ricavata nel gomito dell'albero; inoltre, é dotata di trasmissione del moto alla vite dall'esterno dello statore.

Adottando, inoltre, in una seconda forma: la detta trasmissione del moto alla vite costituita da ruote dentate.

Adottando, più ancora, in una terza forma: le dette ruote con dentatura elicoidale ed una ruota intermedia con asse sghembo rispetto alla direzione del raggio di manovella e dell’albero motore .

Adottando, inoltre, in una quarta forma: la detta trasmissione dall'esterno del moto dotata di disco di riferimento della posizione della manovella ed una manovella esterna di comando del moto della trasmissione alla vite .

Adottando, più ancora, in una quinta forma: la detta trasmissione, a valle delle ruote dentate, costituita da un perno assiale accoppiato a rotazione ad uno o più cannotti a dentatura frontale con dispositivo di bloccaggio tra perno e cannotti.

Adottando, inoltre, in una sesta forma: la detta trasmissione, costituita da un perno assiale accoppiato a rotazione ad almeno un cannotto a dentatura frontale , mossa da meccanismo montato sul detto perno assiale e sul detto cannotto.

Adottando, infine: il meccanismo di azionamento della tasmissione del moto alla vite costituito da motore elettrico.

I vantaggi ottenuti da questa invenzione sono: il motore idraulico radiale dotato del meccanismo a vite per la variazione della cilindrata risulta di semplice costruzione e di elevata affidabilità; l'operatore della macchina di stampaggio della plastica può, al momento del cambio del particolare stampato, regolare la cilindrata del motore idraulico al valore voluto ed ottenere il massimo rendimento della pressa d’iniezione. Inoltre, nella maggior parte dei casi la pressa consente, così, al motore idralico di funzionare a pressione costante permettendo una notevole riduzione del rumore, per un più efficace controllo delle inversioni di pressione del fluido nei condotti e nei cilindri. Più ancora, la regolazione della cilindrata risulta continua e resa a passi solo dalla necessità di bloccare la manovella esterna al disco di riferimento; mentre in presenza di un motore d'azionamento, vantaggiosamente elettrico, la posizione angolare del perno assiale e, conseguentemente, radiale dell'anello eccentrico mobile é completatemte a piacere, così da avere la regolazione continua tra i valori estremi di cilindrata.

Infine, la medesima macchina idraulica può funzionare sia come motore sia come pompa, per la nota reversibilità delle macchine volumetriche, con la possibilità di operare sia in circuito chiuso sia in circuito aperto, cioè con l'aspirazione diretta dal serbatoio e senza pompe ausiliarie di riempimento.

Un modo di attuare l'invenzione é illustrato, a puro titolo esemplificativo, nelle tre tavole di disegno allegate in cui Figura 1 è la sezione parziale longitudinale di un motore/pompa a pistoni radiali dotato del dispositivo di variazione della cilindrata; Figura 2 é la sezione B-B ingrandita di Figura 1, della zona dell'albero motore col meccanismo di comando; Figura 3 é la sezione A-A di Figura 1, ridotta per mostrare i cilindri radiali e la manovella ad eccentrico mobile.

Sono indicati: con 1, Figura 1, l’albero a gomito accoppiato a rotazione allo statore 2 mediante i cuscinetti volventi 3; con 4 il cilindro accoppiato in oscillazione al detto statore; con 5 il pistone dotato di pattino di sospensione idrostatica 6, accoppiato alla superficie cilindrica esterna 7 dell’anello eccentrico mobile 8: il pistone per mezzo del pattino é trattenuto in contatto con la detta superficie 7 mediante anelli 9 ad essa concentrici; con 10 una ruota a dentatura elicoidale sulle cui estremità cilindriche 11 é calettata una boccola filettata 12, ciascuna; con 13 le superficie interne del detto anello eccentrico 8, tra loro parallele e parallele all'asse R di rotazione dell’albero 1: le dette boccole 12 e le estremità 11 della ruota elicoidale sono in contatto, per mezzo di pastiglie 14 in diverso materiale, con le superficie interne 13; con 15 i denti di trascinamento tra il detto anello eccentrico in contatto con il naso superiore 16 ed inferiore 17 dell'albero motore 1; con V l'asse della ruota elicoiale 10, coincidente con la direzione del raggio della manovella 18 e con l'asse del cilindro 4 ai punti morti p.m.s. e p.m.i., in guida a scorrimento sui detti nasi dell'albero 1; con 19 la madrevite di accoppiamento delle dette boccole filettate 12, ricavata nel gomito corrispondente alla manovella 18; con 20 le superficie di scorrimento dell'albero sul detto anello eccentrico e con 21 le superficie dell’albero 1 distanziati dalle dette superficie 13 per consentire il moto radiale dell'anello 8. Sono, inoltre, indicati : con 22 una ruota di rinvio elicoidale, sghemba con angolo retto rispetto al detto asse di rotazione R del motore ed al detto asse di rotazione V della ruota elicoidale 10: essa é inserita a rotazione nel gomito che forma la detta manovella 18 ed é accoppiata ad essa ruota 10; con 23 un pignone dentato elicoidale posto sull'asse di rotazione R del motore: esso é accoppiato alla detta ruota di rinvio 22 ed é sostenuto a sbalzo, mediante la boccola antifrizione 24; con 25 un perno assiale calettato da un lato sul pignone elicoidale 23 e dall'altro su una manovella 26 esterna e ripiegabile dopo l'azionamento del meccanismo; con 27 il distibutore del fluido idraulico ai condotti 28, rotante entro la scatola 29 e comandato a rotazione sincrona dall'albero motore 1, attraverso un cannotto dentato 30 ed il trascinatore 31 accoppiato all'estremità dell'albero 1, opposta alla presa di moto con accoppiamento scanalato 32.

Sono, più ancora, indicati : con 33 un cannotto indicatore dentato, accoppiato al detto distributore 27 ed uscente dalla scatola 29 vicino alla detta manovella esterna 26; con 34 un disco di riferimento, calettato sul detto cannotto indicatore 32, della posizione istantanea della manovella 18; con 35 un supporto coassiale con tenute del fluido idraulico del detto cannotto 33 e del detto perno assiale 25, nell'attraversamento della parete esterna della scatola 29 del distributore 27.

Sono, infine, indicati : con 36, Figura 2, le pareti di accoppiamento del detto anello eccentrico 8 con le corrispondenti superficie 20; con 37 il foro trasversale alla manovella 18 entro cui é posta la detta ruota di rinvio 22, supportata da cuscinetti 38: il detto foro é chiuso dal tappo 39; con C la corsa in direzione dell'asse V di traslazione radiale dell'anello 8; con E, Figura 3, l'eccentricità della manovella 18, somma di I eccentricità delle superficie 20 e della detta corsa C .

Il funzionamento della macchina idraulica a pistoni radiali e variazione della cilindrata avviene nel modo seguente . Durante il moto, con regolazione fissa della posizione dell'anello eccentrico mobile 8, oltre al distributore 27 in moto sincrono con l ' albero motore 1, é posto in moto sincrono anche il disco di riferimento 34 calettato e trascinato dal cannotto indicatore 33, così la manovella esterna 26 direttamente calettata sul perno assiale 25, a sua volta calettato al pignone elicoidale 22. Appunto il moto solidale tra la manovella esterna ed il disco di riferimento avviene per la costanza della posizione del detto anello 8 ed indica la posizione della manovella 18, tramite il disco di riferimento. Praticamente la manovella esterna 26, nella posizione ripegata, ed il disco 34 sono protetti da un carter, non raffigurato, ad evitare infortuni all'utente.

Nel momento desiderato l'utente arresta il motore ed interviene manualmente ruotando la manovella esterna 26 per modificare a piacimento l'eccentricità del detto anello eccentrico mobile 8, variando così il valore della cilindrata. Il moto impresso alla manovella esterna 26, per mezzo del perno assiale 25, viene trasmesso al pignone elicoidale 23 che, in presenza della normale coppia resistente applicata all'albero motore 1, ruota e trasmette la rotazione alla ruota di rinvio 22. Detta ruota di rinvio a sua volta trasmette il moto alla ruota elicoidale 10 a cui é accoppiata: in questo modo la rotazione assiale della manovella esterna viene trasformata in rotazione della ruota elicoidale e tramite le due boccole filettate 12, calettate alle sue estremità 11 ed accoppiate alla madrevite 19, realizza la traslazione lungo l'asse V della detta ruota 10 e dell'anello eccentrico mobile 8 al valore desiderato.

II contatto metallico tra le superficie 13 dell'anello 8 e le boccole 12 ed estremità 11 della vite, complessivamente intesa, é mediato dalle pastiglie 14 in materiale diverso ad evitare l'incollaggio per strisciamento "fritting".

Nella pratica, non é possibile verificare visivamente l'esatta posizione del detto anello 8, ma contando i giri di manovella esterna 26 o frazioni di giro, rispetto al disco di riferimento 34, si controlla l'esatto valore desiderato della cilindrata del motore.

La macchina idraulica con meccanismo a vite per la variazione della cilindrata può essere reso con comando a distanza sostituendo alla detta manovella esterna un motore elettrico, vantaggiosamente del tipo passopasso, che ruota completamente solidale con l'albero motore 1 durante il funzionamento normale, mentre durante la regolazione della cilindrata pone in rotazione il detto perno assiale 25 rispetto al cannotto indicatore 33 e conseguentemente rispetto all'albero motore 1 come detto più sopra, per la variazione manuale.

Così la rotazione del perno assiale 25 rispetto all'albero motore può essere effettuata con la macchina idraulica in moto, essendo il motore elettrico alimentato mediante contatti ad anello rotante.

Il motore elettrico di comando della rotazione del perno assiale 25 può essere sostituito da un motore idraulico analogamente comandato con collettore rotante.

Da prove eseguite la dentatura elicoidale del pignone 23 e delle ruote 22 e 10 è vantaggiosamente realizzata a 45 gradi d'inclinazione dell'elica .

Inoltre, per la registrazione dei giochi costruttivi tra le ruote elicoidali 10 e 22, e tra quest'ultima ed il pignone 23, é prevista la costruzione delle dentature della ruota elicoidale di rinvio 22 e del pignone elicoidale 23 con conicità assiale nel senso d'inserimento nella rispettiva sede, in modo che con la registrazione assiale della ruota 22 o del pignone 23, permetta l'annullamento dei detti giochi.

Nelle figure é visibile un motore/pompa idraulico radiale del tipo con cilindri 4 oscillanti, cioè sprovvisti di biella. La presente invenzione può essere applicata, con uguali risultati, ai motori/pompe idraulici con cilindri fissi allo statore e con le bielle tra i pistoni e la manovella 18 . Nell'attuazione pratica i materiali, le dimensioni, i particolari esecutivi potranno essere diversi da quelli indicati, ma ad essi tecnicamente equivalenti, senza per questo uscire dal dominio giuridico della presente invenzione.

Varianti sono possibili nel modo di azionamento del dispositivo a vite di variazione della cilindrata. Così, seppur meno convenientemente, la rotazione, al fine di variare la cilindrata, può essere prevista solo alla costruzione o per interventi tecnici di variazione d'impiego del motore/pompa: esso risulta dotato del dispositivo di variazione della cilindrata, secondo la presente invenzione, opportunamente bloccato ad una predeterminata cilindrata fissa, ad evitare manomissioni dal personale non addetto. Più ancora, la rotazione della manovella esterna 26 può avvenire senza posizioni intermedie ed il dispositivo a vite di comando dell'anello eccentrico mobile 8 realizza la sola regolazione di cilindrata massima o di cilindrata minima.

Infine, il disco di rifermento 34 può presentare una suddivisione in settori dentati per l’inserimento della detta manovella esterna 26 a realizzare una sicura rotazione di parti d'angolo giro. Per la massima possibilità di suddivisione della rotazione relativa, il bloccaggio tra il detto disco di riferimento 34 e la manovella esterna 26 può avvenire con un meccanismo a frizione senza l'obbligo di rispettare suddivisioni predeterminate come detto sopra, ottenendo così la variazione continua della cilindrata.

Seppur meno convenientemente, infine, l’azionamento del perno assiale 25 può essere fatto, con la macchina idraulica in moto, tramite un ruotismo differenziale, anche epicicloidale, collegato ad esso perno ed al cannotto 33 e comandabile manualmente dall'esterno, del proprio carter; la rotazione dell’albero motore 1 fornisce il moto per modificare la posizione angolare reciproca tra il perno ed il cannotto; l'inversione del moto di comando può avvenire con l'impiego di almeno una ruota oziosa. Detto ruotismo può venire realizzato con ruote di frizione al posto delle ruote dentate.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina idraulica a pistoni radiali e cilindrata variabile, comprendente uno statore (2) entro cui é rotante un albero a gomito (1), con manovella (18) avente anello eccentrico mobile (8) nella direzione del raggio di manovella (V), mezzi di posizionamento del detto anello eccentrico, una serie di cilindri (4) e relativi pistoni (5) agenti sulla manovella tramite pattini (6) trattenuti da anelli (9) ad essa concentrici, caratterizzata da ciò, che i detti mezzi di posizionamento sono costituiti da una vite (12; 11; 10) posta sull'asse del raggio di manovella (V) ed accoppiata ad una madrevite (19) ricavata nel gomito dell'albero (1); inoltre, é dotata di trasmissione del moto (25) alla vite dall'esterno dello statore.
2. 2. Macchina idraulica, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata da ciò, che presenta la detta trasmissione del moto alla vite costituita da ruote dentate (10? 22; 23).
3. 3. Macchina idraulica, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata da ciò, che le dette ruote presentano dentatura elicoidale ed una ruota intermedia con asse sghembo (22) rispetto alla direzione del raggio di manovella (V) e dell’albero motore (R)·
4. 4. Macchina idraulica, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata da ciò, che l'inclinazione dell'elica della dentatura é di 45 gradi .
5. 5. Macchina idraulica, secondo una delle rivendicazioni 1, 2, 3, caratterizzata da ciò, che presenta la detta trasmissione dall'esterno del moto dotata di disco di riferimento (34) della posizione della manovella ed una manovella esterna di comando (26) del moto della trasmissione alla vite.
6. 6. Macchina idraulica, secondo una delle rivendicazioni 2, 3, caratterizzata da ciò, che presenta la detta trasmissione, a valle delle ruote dentate, costituita da un perno assiale accoppiato a rotazione ad uno o più cannotti (33; 30) a dentatura frontale con dispositivo di bloccaggio (25; 34) tra perno e cannotti .
7. 7. Macchina idraulica, secondo una delle rivendicazioni 3, 4, caratterizzata da ciò, che presenta le ruote dentate (22; 23) costruite con con conicità assiale della dentatura nel senso d'inserimento nella rispettiva sede.
8. 8. Macchina idraulica, secondo una delle rivendicazioni 1, 2, 3, caratterizzata da ciò, che presenta la detta trasmissione, costituita da un perno assiale (25) accoppiato a rotazione ad almeno un cannotto a dentatura frontale (33), mossa da un meccanismo montato sul detto perno assiale (25) e sul detto cannotto (33).
9. 9. Macchina idraulica, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata da ciò, che il meccanismo di azionamento della tasmissione del moto alla vite (12) é un motore elettrico.
10. 10. Macchina idraulica, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata da ciò, che il motore elettrico é del tipo passo-passo.
11. 11. Macchina idraulica, secondo la rivendicazione 8 precedente, caratterizzata da ciò, che il meccanismo di azionamento della tasmissione del moto alla vite (12) é un motore idraulico.
12. 12. Macchina idraulica, secondo una delle rivendicazioni precedenti 6, 8, caratterizzata da ciò, che presenta il detto perno assiale (25) ed il corrispondente cannotto a dentatura frontale (33) dal lato del distributore (27).
13. 13. Macchina idraulica, secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata da ciò, che presenta la vite (12) in contatto, sulle rispettive superficie (13) col detto anello eccentrico mobile (8) mediante pastiglie in materiale diverso dal materiale dello anello, della vite e/o della ruota (10; 11) portante la vite .
14. 14. Macchina idraulica, secondo la rivendicazione 8, caratterizzata da ciò, che presenta il detto meccanismo costituito da un ruotismo differenziale collegato al perno assiale (25) ed al cannotto (33), comandabile manualmente dall'esterno del proprio carter, ed almeno una ruota oziosa per l'inversione del moto .