ITPN990052A1 - Molla pneumatica perfezionata - Google Patents

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale intitolato: "MOLLA PNEUMATICA PERFEZIONATA"

La presente invenzione si riferisce ad una molla pneumatica, particolarmente ideata per impiego su presse per la lavorazione dei metalli o comunque atta a separare superfici che vengono azionate con alte pressioni di contatto, dotata di speciali caratteristiche che ne migliorano le prestazioni rispetto alle molle a gas esistenti.

E' noto che una molla pneumatica e' in sostanza costituita da una o piu' camere a tenuta in cui l'aria od un altro gas subisce una compressione quando si applica un carico.

La molla pneumatica presenta un rendimento elevato perche' non vi sono parti radenti, attriti, ed in genere sforzo di materiale.-Queste molle vengono impiegate in molte applicazioni, in particolare nella sospensione di veicoli e nell'isolamento meccanico di parti di macchinari.

Sono note molle pneumatiche di varia configurazione e proprietà' :

- le molle conosciute come "molle a gas", sono costitutite sostanzialmente da un cilindro esterno, dotato di una cavita' passante interna coassiale, un pistone interno atto a scorrere entro detta cavita', in modo da comprimerne il gas ivi contenuto e una guarnizione del tipo "0" ring atta a rendere ermetica la tenuta tra la superficie interna del cilindro e la superficie laterale del pistone.

Tali molle soddisfano una grande quantità' di esigenze in modo efficace e sono producibili con tecniche ben note; tuttavia esse presentano due grossi inconvenienti che ne rendono critico l'uso in situazioni di particolare impegno: un primo problema e' dovuto alla stessa presenza della guarnizione di tenuta; essa infatti e' naturalmente soggetta a logorarsi, in particolare in presenza di atmosfere piu' o meno corrosive o degradanti, e questo comporta una ovvia degradazione delle prestazioni.-Inoltre la geometria stessa dell'assieme della molla, e cioè' la coassialita' tra l'asse del pistone e la sua direzione di movimento entro il cilindro implicano che la forza esterna sullo stelo del pistone sia applicata con lo stesso asse, pena una ulteriore accelerata degradazione della molla, e tale vincolo limita ulteriormente l'impiego delle molle a gas di tale tipologia.-- Le molle a gas particolarmente impiegate come molle ammortizzanti nel settore veicolare e affine sono atte a eseguire due funzioni distinte, e cioè' a realizzare la funzione di cuscino elastico per le oscillazioni e sollecitazioni di elevata ampiezza e bassa frequenza, e di smorzamento delle vibrazioni .di piccola ampiezza ed alta frequenza.-Tale doppia funzione e' spesso realizzata con l'uso di elementi di tenuta o ammortizzanti ed anche con l'impiego di opportuni elementi valvolari, spesso associati con liquidi per lo smorzamento delle vibrazioni, come divulgato ad es. in US 5,518,225, US 4,697,797 e US 5,669,597, e nei brevetti prioritari da questi citati.-L'efficacia di tali dispositivi e' certamente provata, pero' essi presentano una evidente complessità' e delicatezza produttiva, ed un conseguente sensibile costo.-- Sono note anche molle a gas utilizzanti l'impiego di soffietti sia per separare camere contenenti fluidi diversi, normalmente gas e liquidi, aventi funzioni differenti di smorzamento e di assorbimento di sollecitazioni di elevata ampiezza; tuttavia tali molle presentano ancora i problemi dovuti alla presenza di guarnizioni di tenuta e di una elevata escursione con bassi coefficienti di resistenza elastica, non eliminabili con l'impiego di precarichi ottenuti con la pre-compressione del gas impiegato.

Inoltre i tipi di molle descritte sono particolarmente progettate e realizzate per lavorare con il gas che raggiunge pressioni dell'ordine di 10 - 15 bar, e quindi non sono adatte per l'impiego come molle ammortizzanti nelle presse per la lavorazione di metalli, in cui le pressioni di lavoro possono raggiungere e superare 200 bar.-Scopo principale della presente invenzione e' quindi di proporre una soluzione di realizzazione di molle pneumatiche, che siano prive di guarnizioni per la tenuta di gas o liquidi, che possano sopportare carichi anche non allineati con l'asse della molla e, entro certi limiti, provenienti da direzioni differenti e variabili, che presentino dimensioni esterne limitate sia in larghezza che in altezza ed in cui la pressione del gas possa essere precaricata a valori molto elevati.

Inoltre tali molle devono essere realizzate

con tecnologie e materiali semplici e normalmente disponibili nel mercato.

La presente invenzione descrive un tipo di molle con le caratteristiche sostanzialmente descritte con particolare riferimento alle allegate rivendicazioni.

L'invenzione verrà' meglio compreso dalla seguente descrizione a solo titolo esemplificativo non limitativo e con riferimento agli allegati disegni, in cui:

- la fig. 1 mostra una sezione verticale longitudinale, disegnata schematicamente, di una molla non premuta, secondo una prima forma di realizzazione dell'invenzione,

- la fig. 2 mostra la sezione verticale della molla di fig. 1, ma in assetto di compressione completa,

- la fig. 2B mostra una variante di realizzazione della molla di fig.2,

la fig. 3 mostra una variante della molla di fig. 1, - la fig. 4 mostra la molla di figura 3 ma in assetto di compressione completa,

- la fig. 5 mostra una sezione verticale longitudinale, disegnata schematicamente, di una molla non premuta, secondo una seconda forma di realizzazione,

- la fig. 6 mostra la sezione verticale della molla di fig. ma in assetto di compressione completa,

la fig. 7 mostra una variante della molla di fig. 5, - la fig. 8 mostra la molla di figura 7 ma in assetto di compressione completa.-Con riferimento alle figure 1, 2, 3 e 4, un molla a gas secondo l'invenzione e' sostanzialmente composta: da un involucro cavo cilìndrico 1, da un pistone interno 2, da un'asta 3 atta a comandare detto pistone, da un soffietto cilindrico elastico a tenuta.

Una base di detto involucro cilindrico e' completamente chiusa da una parete circolare 11, mentre l'altra base e' solo parzialmente chiusa da una relativa parete circolare 12, essendo dotata di un foro centrale 13; il pistone 2 e' atto a scorrere entro detto involucro cilindrico in modo da definire una camera 14 a volume variabile ed eventualmente azzerabile con il pistone completamente premuto contro la parete circolare 11.-L'asta 3, collegata ad un suo estremo al pistone, ne costituisce l'elemento di comando ed e' atta a scorrere entro il foro centrale 13; la guida dell'assieme astapistone e' dovuta all'accoppiamento tra la parete del pistone e la superficie interna dell'involucro 1; detta asta e' prominente radialmente con una sua porzione 31 dal corpo dell'involucro cilindrico, la quale porzione 31 si dispone in modo piano e continuo oltre il bordo esterno di detto involucro cavo, ortogonalmente all'asse comune "A" del pistone, asta ed involucro cilindrico.-Fino a qui si e' descritta una molla a gas di tipo tradizionale e noto.

L'elemento determinante dell'invenzione e' costituto da due fattori fondamentali:

A) - il primo fattore e' dato dalla presenza di un elemento contenitore cilindrico avente la superficie laterale dotata di una pluralità' di corrugazioni elastiche 4, preferibilmente coassiali con detto asse comune del pistone e disposte su rispettivi piani ortogonali a detto asse comune "A".

In pratica si descrive e si impiega un soffietto elastico.-Uno dei bordi circolari 15 di tale soffietto viene ermeticamente impegnato contro la parete circolare 11, mentre l'opposto bordo 16 viene ermeticamente impegnato, con mezzi noti nella tecnica, contro detta porzione esterna 31 dell'asta 3, come mostrato nelle figure 1 e 2.-Pertanto questo primo fattore assicura che una definita quantità' di gas viene sempre mantenuta entro un contenitore elastico {il soffietto), indipendentemente dalla pressione a cui detto gas viene sottoposto.-B) - il secondo fattore riguarda la tenuta ermetica tra il complessivo asta-pistone e l'involucro cilindrico; essa non e' richiesta, ed anzi, per il funzionamento dell'invenzione, e' necessario un relativamente libero passaggio di gas tra l'intercapedine 17, disposta tra il soffietto e la superficie laterale di detto involucro, e la camera 14.-Tale passaggio di gas può' avvenire negli interstizi non a tenuta tra il complessivo asta-pistone ed involucro cilindrico, ma preferibilmente tramite uno o piu' passaggi 19 praticati nella parete dell'involucro cilindrico 1; preferibilmente tali passaggi sono disposti nella zona della parete di detto involucro contigui con detta prima parete circolare, in modo da consentire lo svuotamento completo della camera con il pistone completamente premuto.

E' evidente tale secondo requisito si pone esattamente al contrario della tecnica nota, ove si richiede la massima tenuta, o meglio la minima perdita tra la parete del pistone e il corrispondente cilindro.-A questo punto sara' chiara la modalità' di funzionamento: quando l'asta, viene premuta da una forza circa parallela all'asse "A", il pistone entra nell'involucro cilindrico riducendo ed eventualmente annullando il volume della camera 14, ed il gas ivi contenuto viene espulso e trasferito nell'intercapedine 17 dove resta sotto pressione ed esercita la sua azione di resistenza elastica sia agendo direttamente sul lato interno 32 di questa porzione piana 31, sia agendo su una corrugazione del soffietto a contatto con il medesimo lato interno 32.

Si osservi quindi che il gas compresso dal pistone in detta camera 14, a differenza delle tradizionali molle a gas, costituisce e fornisce solo una parte della resistenza elastica complessivamente generata dalla molla descritta.-Sono quindi evidenti i vantaggi dell'invenzione; infatti non vi e' necessita' di alcuna guarnizione a tenuta, le superfici di contatto tra pistone e cilindro sono chiuse ermeticamente e quindi e' impedito qualsiasi rischio di contaminazione esterna; inoltre queste molle possono essere precaricate a pressioni anche molto elevate senza pericolo che la carica venga progressivamente liberata, riducendo e/o annullando la funzione della molla.

Infine, proprio a causa della mancanza di guarnizioni, e' possibile che la molla venga sottoposta a pressioni provenienti da direzioni non esattamente assiali ma leggermente inclinate, poiché' l'assenza di guarnizioni ermetiche non impone una direzione rigorosamente assiale delle forze; infatti l'elemento fondamentale dell'invenzione si basa sul fatto che, mentre nello stato dell'arte la funzione del pistone e' duplice, e cioè'

- di ridurre il volume del gas, e

- di garantire, con la guarnizione, la tenuta della camera in pressione,

secondo la presente invenzione queste due funzioni vengono associate e garantite da due diversi componenti tra loro non « collegati, e cioè'

- il pistone, la cui funzione e' di guida nell'abbassamento del pistone, cosa che provoca una riduzione del volume del gas e quindi un corrispondente aumento della sua pressione.

(osservando infatti la figura 1, si nota che il volume del gas viene ridotto non solo del volume della camera 14, ma anche del volume della camera 44 definibile come quel volume compreso tra soffietto 4, asta 3 nella parte sporgente dall'involucro 1 e lato interno 32 di detta porzione piana 31 ) . -il soffietto ermeticamente chiuso e contenente la parte a volume variabile delle camere 14 e 44.

cori riferimento alle figure 3 e 4, viene mostrata una variante dell'invenzione, che si distingue da quella descritta in precedenza per il fatto che il soffietto e' formato da una sola corrugazione 18 ed il pistone e' dotato di una cavita' 20 aperta verso la camera 14 e che e' anche ricavata in parte entro detta asta 3.

Tale configurazione presenta il vantaggio di una maggiore semplicità' ed economicità' costruttiva, ed inoltre la cavita' 20 consente di definire con margini piu' elevati le caratteristiche della molla a gas senza aumentare troppo la dimensione esterna dell'unica corrugazione.-Anche in questo caso la camera 44, definita come quel volume compreso tra soffietto ad unica corrugazione 18, asta 3 nella parte sporgente dall'involucro 1 e lato interno 32 di detta porzione piana 31, si annulla quasi competamente, contemporaneamente all'azzeramento del volume della camera 14, per effetto dell'abbassamento completo del pistone, come si può' facilmente notare dal confronto tra le figure 3 e 4.-Un utile perfezionamento può' essere vantaggiosamente conseguito osservando che una elevata pressione imposta entro il soffietto può' farlo facilmente deformare verso l'esterno, date la sua elasticità', e tale possibilità' fa aumentare il rischio di rottura e comunque genera un aumento delle dimensioni esterne.-Ad evitare tali inconvenienti, la deformazione verso l'esterno può' essere contrastata avvolgendo le zone ventrali delle corrugazioni con una pluralità' di anelli 22 anelastici che impediscono la spanciatura del soffietto mantenendone sostanzialmente la larghezza originaria, come mostrato nelle figure 1 e 2. .

Una variante di tale soluzione può' essere osservata nella figura 2B, che mostra un elemento cilindrico rigido 23 sostanzialmente accoppiato esternamente al soffietto, per cui i bordi esterni di rispettive corrugazioni vengono impediti dall'allargarsi e quindi vengono ottenuti i medesimi risultati sopra descritti utilizzando gli anelli 22.

Con riferimento alle figure 5, 6, 7 e 8, l'invenzione può' essere realizzata con forme di realizzazione differenti; in questo caso il pistone e' internamente dotato di una cavita' 25 aperta verso detta camera, e prolungantesi entro detta asta 3.-I mezzi che garantiscono l'ermeticità' della tenuta verso l'esterno della camera di compressione o di parte di essa comprendono un elemento contenitore elastico sostanzialmente cilindrico, disposto completamente all'interno di detta camera e di detta cavita' 25 entro detta asta e relativo pistone; detto contenitore presenta la superficie laterale dotata di una pluralità' di corrugazioni 26 elastiche ortogonali alla direzione di movimento del pistone, il quale contenitore corrugato presenta un bordo ermeticamente chiuso contro la superficie interna 28 di detta asta 3 ed il bordo opposto chiuso ermeticamente contro detta prima parete circolare 11.-Per la massima chiarezza, e con riferimento alle figure 5 e 7, detta cavita' 25 e' definita come l'intera cavita' disposta entro detta asta e relativo pistone, e comprende - sia la porzione 25A, compresa tra dette corrugazioni 26 di detto elemento contenitore elastico e la parete esterna dell'asta 3 e relativo pistone, rappresentata nelle figure 5 e 7 con area segnata a crocetta,

- sia la porzione 25B interna a dette corrugazioni 26 e rappresentata nelle stesse figure con area punteggiata.-Rispetto alla forma di realizzazione precedente, la presente forma offre il vantaggio che non e' necessario provvedere degli elementi di contenimento della deformazione del soffietto esterno, e di una maggiore compattezza.-Anche nel presente caso e' possibile utilizzare un soffietto interno dotato di una sola corrugazione 29, come mostrato nelle figure 7 e 8, perfettamente comprensibili all'esperto del settore e che pertanto non verranno oltre spiegate.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1) Molla pneumatica, particolarmente del tipo utilizzato nelle presse per la formatura dei metalli, comprendente: - un involucro cavo (1) avente due basi opposte parallele, in cui una base e' completamente chiusa da una prima opportuna parete (11) e l'altra base e' chiusa da una seconda parete (12) dotata di un foro centrale (13), - un pistone (2) atto a scorrere entro detto involucro cavo e delimitante una camera (14) rivolta verso detta prima base, ed atto altresi' ad agire verso il gas contenuto in detta camera, detta seconda parete (12) costituendo elemento di battuta che impedisce la fuoriuscita di detto pistone da detto involucro cavo, - un'asta (3) collegata con una sua estremità' ad una porzione centrale di detto pistone e passante per detto foro centrale di detta seconda parete (12) in modo da presentare una sua porzione sporgente esternamente da detto involucro, caratterizzata dal fatto che sono disposti mezzi atti a mantenere la ermeticità' della tenuta verso l'esterno di almeno una porzione del volume interno di detta camera (14).- 2) Molla pneumatica secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta asta (3) e' dotata di una porzione (31) sostanzialmente piana ed ortogonale all'asse di detto pistone e che si estende esternamente a detto involucro cavo, detti mezzi comprendono un elemento contenitore, preferibilmente cilindrico, avente la superficie laterale dotata di una pluralità' di corrugazioni (14) elastiche disposte su piani ortogonali alla direzione di movimento del pistone, oppure avvolte a spirale, detto contenitore corrugato presenta un bordo ermeticamente chiuso contro detta porzione sostanzialmente piana (31) ed il bordo opposto chiuso ermeticamente contro detta prima parete (11) oppure un proiezione esterna di questa .- 3) Molla pneumatica secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto elemento contenitore e' costituito da una sola corrugazione (18).- 4 ) Molla pneumatica secondo la rivendicazione 2 , caratterizzata dal fatto che sono disposti mezzi esterni a detto elemento contenitore atti a delimitare la deformazione verso l ' esterno di questo. - 5) Molla pneumatica secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detti mezzi esterni sono costituiti da una pluralità' di anelli (22) disposti in rispettive incavature tra coppie di corrugazioni contigue.6) Molla pneumatica secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detti mezzi esterni sono costituiti da un elemento lateralmente chiuso, la cui superficie laterale (23) e' in contatto con i bordi esterni di una pluralità' di dette corrugazioni.- 7) Molla pneumatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che nella parete di detto involucro cavo cilindrico e' disposto almeno un passaggio (19) che mette in comunicazione detta camera con l'intercapedine (17) delimitata, verso l'esterno, da detto elemento contenitore e, verso l'interno, da detto stesso involucro cavo.- 8) Molla pneumatica secondo una qualsiasi o una combinazione qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto pistone e' internamente dotato di una cavita' (20) aperta verso detta camera (14), la quale cavita' eventualmente si prolunga entro detta asta (3).- 9) Molla pneumatica secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che - detta asta e detto pistone sono internamente dotati di una cavita' (25A, 25B) aperta verso detta camera (14), e prolungantesi entro detta asta (3), - detti mezzi comprendono un elemento contenitore elastico preferibilmente cilindrico, avente la superficie laterale dotata di una pluralità' di corrugazioni (26) elastiche, il quale contenitore corrugato presenta un bordo ermeticamente chiuso contro la superficie interna (28) di detta asta (3) ed il bordo opposto chiuso ermeticamente contro detta prima parete circolare (11).- 10) Molla pneumatica secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che detto elemento contenitore comprende una sola corrugazione (29).