ITTO20110007A1 - Cilindro maestro, metodo per comandare un dispositivo mediante il cilindro e dispositivo di bilanciamento per un insieme di cilindri maestri - Google Patents

Description

CILINDRO MAESTRO METODO PER COMANDARE UN DISPOSITIVO MEDIANTE IL CILINDRO E DISPOSITIVO DI BILANCIAMENTO PER UN INSIEME DI CILINDRI MAESTRI

Settore della tecnica

La presente invenzione si riferisce ai dispositivi di generazione di pressione idraulica del tipo comunemente noto come cilindri maestri, e più in particolare riguarda un cilindro maestro differenziale.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, l'invenzione trova impiego nei sistemi frenanti idraulici di autoveicoli, e nel seguito della descrizione si farà in generale riferimento a guesta applicazione preferita.

Tecnica nota

I cilindri maestri differenziali sono dispositivi di generazione di pressione comprendenti un pistone con due parti di diametro diverso, o una coppia di pistoni con diametro diverso, e una valvola idraulica atta a far sì che: - inizialmente agisca la parte del pistone o il pistone di diametro maggiore per fornire, per una data corsa del pistone, un'elevata quantità di fluido a bassa pressione; - successivamente, al raggiungimento di una determinata soglia di pressione (pressione o punto di taglio), entri gradualmente in funzione la parte del pistone o il pistone di diametro minore, per fornire, per una data corsa del pistone, una guantità limitata di fluido a pressione elevata.

Questo comportamento à ̈ molto utile nel comando idraulico dei freni degli autoveicoli. Infatti, nei freni si deve avere un gioco tra le parti fisse e quelle mobili (p. es. le pastiglie e i dischi di un freno a disco), al fine di evitare il contatto durante la marcia con conseguenti potenze passive assorbite, surriscaldamenti e usura. Per annullare questo gioco all'inizio della frenata serve un discreto volume di fluido a bassa pressione. Successivamente, guando le parti fisse e guelle mobili del freno sono a contatto definitivo, il volume di fluido assorbito si riduce ma serve una pressione tanto più elevata quanto più intensa à ̈ la frenata.

Una prima caratteristica peculiare dei cilindri maestri differenziali à ̈ data dalla riduzione graduale della pressione nella camera differenziale, dalla pressione di taglio sino al raggiungimento di quella atmosferica, allo scopo di modificare gradualmente, in modo gradevole, il rapporto forza/pressione. Una seconda caratteristica peculiare consiste nel fatto che, al termine della transizione differenziale, l'intera forza applicata agisce sull'area minore del pistone. In concreto, un cilindro maestro differenziale si comporta come se si trattasse di due cilindri maestri con diversi diametri operanti in sequenza, senza perdite di rendimento meccanico/idraulico.

I cilindri maestri differenziali consentono di limitare la corsa complessiva necessaria per azionare i freni e di mantenere la forza applicata sui pedali dei freni entro limiti accettabili, e sono spesso usati in situazioni in cui non à ̈ possibile impiegare un servofreno per limitare lo sforzo ai pedali.

US 3.667.229 descrive un esempio di cilindro maestro differenziale, con un pistone comprendente due parti di diametro diverso che definiscono, con tratti corrispondenti dell'alesaggio del cilindro, una camera ad alta pressione e una camera a bassa pressione che comunicano nella fase iniziale detta sopra e sono isolate dopo il raggiungimento della pressione di taglio. La valvola di controllo à ̈ disposta coassialmente tra le due parti del pistone.

Questa soluzione nota presenta alcuni inconvenienti:

- difficoltà di lavorazione e di montaggio dovute alla configurazione dell'alesaggio del cilindro con doppio diametro e alla configurazione del pistone, e conseguente costo di produzione elevato in rapporto al valore di mercato;

difficoltà d'installazione sul veicolo a causa del maggior ingombro assiale rispetto ad un normale cilindro maestro: quest'ultimo aspetto à ̈ di particolare importanza soprattutto per trattori agricoli, macchine movimento terra e simili, in cui lo spazio a disposizione nel vano motore per gli organi di comando della frenatura à ̈ sempre più limitato.

US 6.378.958 descrive una valvola ripartitrice per un sistema frenante asservito, per ripartire fluido proveniente da diverse sorgenti idrodinamiche e fornire ai freni di un veicolo, fluido a bassa pressione in una prima fase della frenata e fluido ad alta pressione in una seconda fase della frenata. La valvola comprende una coppia di pistoni scorrevoli montati telescopicamente, e prevede un comando idrostatico pilotato da un cilindro maestro semplice o a doppio circuito. Questa valvola crea problemi d'ingombro, perché occorre prevedere spazio supplementare per la valvola esterna al cilindro maestro e per i relativi collegamenti al cilindro e alle sorgenti idrodinamiche del fluido d'asservimento. Inoltre, rende complicato e costoso il sistema di comando dei freni.

Descrizione dell'invenzione

Lo scopo dell'invenzione à ̈ di fornire un cilindro maestro differenziale che risolva i problemi della tecnica nota.

Secondo l'invenzione, gli organi di compressione del fluido comprendono un pistone primario e un pistone secondario, cavi, aperti ad un'estremità e associati telescopicamente in modo che il pistone primario scorra sopra il pistone secondario, che à ̈ fisso, e che tali pistoni definiscano, con la superficie interna di un alesaggio del cilindro, almeno una camera esterna che costituisce 1'almeno una camera collegata al dispositivo di utilizzazione.

Vantaggiosamente, i pistoni sono associati in modo che le loro cavità formino una camera interna che à ̈ atta a cooperare con la camera esterna durante la fase iniziale ed à ̈ successivamente isolata da questa, per ritornare gradualmente a pressione atmosferica.

Ancora vantaggiosamente, la valvola di controllo à ̈ esterna ai pistoni ed à ̈ ospitata in una sede avente asse parallelo all'asse degli stessi.

Grazie a queste caratteristiche, il cilindro ha ingombro assiale limitato e non richiede un alesaggio con diametri diversi .

L'invenzione riguarda anche un metodo per comandare con fluido in pressione un dispositivo di utilizzazione mediante il cilindro e un dispositivo di bilanciamento per un insieme di cilindri maestri.

Breve descrizione dei disegni

Altri vantaggi e caratteristiche dell'invenzione diventeranno chiari dalla descrizione che segue di forme di realizzazione preferite, con riferimento ai disegni allegati in cui:

- la fig. 1 Ã ̈ una sezione assiale di una prima forma di realizzazione dell'invenzione;

- la fig. 2 Ã ̈ una vista ingrandita della valvola di control lo;

- la fig. 3 Ã ̈ una sezione assiale di una seconda forma di realizzazione dell'invenzione, adatta all'uso in un veicolo con doppio pedale di frenatura e munita di un primo tipo di sistema di bilanciamento della frenatura delle ruote su lati opposti del veicolo;

- la fig. 4 Ã ̈ una sezione assiale di una variante della seconda forma di realizzazione dell'invenzione, munita di un secondo tipo di sistema di bilanciamento della frenatura delle ruote su lati opposti del veicolo;

- la fig. 5 Ã ̈ una sezione assiale che mostra il sistema di bilanciamento di fig. 4 applicato in un tipo di cilindro maestro secondo la tecnica nota;

- la fig. 6 Ã ̈ una sezione assiale di un'altra variante della seconda forma di realizzazione dell'invenzione, munita di un terzo tipo di sistema di bilanciamento della frenatura; e

- la fig. 7 mostra una variante della valvola di controllo. Descrizione dettagliata di forme preferite di realizzazione Con riferimento alla fig. 1, un cilindro maestro 1 secondo l'invenzione comprende un corpo sostanzialmente cilindrico 10, cavo e aperto ad un'estremità, realizzato per esempio in ghisa, lega leggera o in polimero termoplastico o termoindurente, con un alesaggio longitudinale il in cui trova sede una coppia di pistoni cavi 12 e 13. Il pistone 12 (pistone primario) à ̈ comandato dal pedale del freno attraverso un'asta di azionamento 14 e può scorrere telescopicamente sopra il pistone 13 (pistone secondario), che à ̈ fisso. Per convenzione, nel seguito si chiamerà "parte anteriore" del cilindro o dei suoi componenti quella che si trova dal lato dell'asta 14, e "parte posteriore" quella opposta.

I pistoni 12, 13 sono chiusi a un'estremità e aperti all'estremità opposta e sono montati in modo che le loro cavità interne formino una camera cilindrica unica 15, al cui interno à ̈ montato un elemento 26 di contrasto dello scorrimento del pistone 12, in particolare una molla a spirale disposta tra un risalto interno 12A del fondo chiuso del pistone 12 e uno spallamento interno 13A del pistone 13. Quest'ultimo definisce a sua volta una camera anulare 16 con la superficie frontale dell'estremità aperta del pistone primario 12 e la parete laterale dell'alesaggio 11. Come si spiegherà in seguito, la camera 16 à ̈ quella in cui si genera la pressione di comando per i freni, mentre nella camera 15 si ha la riduzione graduale della pressione detta sopra.

Vantaggiosamente, alle sue estremità, il pistone 12 ha diametro esterno leggermente maggiore che nella zona assialmente intermedia e i tratti di diametro maggiore (di cui à ̈ indicato con 12' quello posteriore, formato in corrispondenza dell'estremità aperta) agiscono da guide per lo scorrimento del pistone 12 nell'alesaggio 11, mentre tra detta zona intermedia del pistone 12 e la parete dell'alesaggio il esisterà un'intercapedine (non distinguibile nella figura).

La disposizione telescopica detta sopra consente di utilizzare una molla relativamente lunga, a bassa rigidità, che determina una variazione di carico ridotta per riportare alle condizioni iniziali il sistema guando cessa la forza applicata all'asta 14.

L'estremità chiusa del pistone 12 poggia contro un anello di arresto 17, p. es. un anello Seeger, montato in un'apposita gola formata sulla parete della cavità 11 in corrispondenza della sua imboccatura. A tale estremità chiusa del pistone 12 à ̈ collegata in modo convenzionale l'asta 14. Dal lato opposto al pistone 12, il pistone 13 poggia contro il fondo dell'alesaggio 11 ed à ̈ tenuto premuto contro tale fondo 18 dalla molla 26.

Sempre in modo convenzionale, nel corpo 10 sono formati un ingresso 21 per il fluido, tipicamente olio, proveniente da un serbatoio, almeno un'uscita 22 per fornire il fluido in pressione a dispositivi di utilizzazione, nell'applicazione preferita attuatori idraulici dei freni, e una flangia 23 per il fissaggio al supporto della pedaliera. Il serbatoio, i dispositivi di utilizzazione, i loro condotti di collegamento al cilindro e il supporto non sono rappresentati per semplicità.

Nella parete dell'alesaggio 11, diametralmente in corrispondenza della zona intermedia del pistone 12, à ̈ prevista una coppia di guarnizioni a labbro 28, 29, alloggiate in rispettive gole 30, 31, vantaggiosamente a sezione rettangolare. Tra le gole 30, 31 à ̈ formata una terza gola 32, p. es. trapezoidale, che comunica attraverso un passaggio radiale 33 con l'ingresso 21 e serve da collettore del fluido proveniente dal serbatoio. La guarnizione 28 à ̈ destinata a intercettare, guando si aziona il pistone 12, passaggi 53, formati nel pistone 12 in prossimità dell'estremità aperta, che mettono in comunicazione la gola 32 con la camera 16, e la guarnizione 29 garantisce la tenuta tra il pistone 12 e la parete dell'alesaggio 11 verso l'atmosfera. Le guarnizioni 28, 29 sono statiche rispetto alle loro sedi (quindi alla superficie interna dell'alesaggio 11) e dinamiche rispetto alla superficie esterna del pistone 12: ciò permette un'usura ridotta delle guarnizioni, poiché lavorano su una superficie non soggetta ad usura dovuta allo scorrimento del pistone.

Una guarnizione anulare 34, disposta in una sede formata nella superficie interna del pistone primario 12 in posizione arretrata rispetto ai passaggi 53, à ̈ destinata a intercettare, guando si aziona il pistone 12, un passaggio 54, formato nella parete del pistone 13 in prossimità dell'estremità aperta, che mette in comunicazione le camere 16 e 15.

La parte terminale della camera 15, al di là dello spallamento 13A, presenta un'uscita 60 che permette di inviare il fluido a una valvola di controllo della transizione differenziale 38, descritta in seguito.

La parte terminale del pistone 13 si allarga per delimitare posteriormente la camera 16 e presenta uno o più condotti 55 che mettono in comunicazione la camera 16 con una gola circolare 56 formata tra le parti terminali del pistone 13 e dell'alesaggio 11 e comunicante con l'uscita 22 attraverso un passaggio radiale 40. Anche la camera 15 può comunicare con la gola 56 attraverso l'uscita 60 e un passaggio 61 costituito dal gioco radiale tra le parti terminali del pistone 13 e dell'alesaggio 11. Lungo tale passaggio 61 à ̈ disposta un'ulteriore guarnizione a labbro 35 che forma una valvola unidirezionale atta a consentire la comunicazione tra la camera 15 e la gola 56 (e guindi la cooperazione tra le camere 15 e 16) solo durante una fase iniziale della frenata, come si spiegherà in seguito.

Una guarnizione anulare, per esempio a labbro, 62 che circonda esternamente il fondo del pistone 13 impedisce il passaggio di fluido dalla gola 56 nello spazio tra la parete terminale del pistone 13 e il fondo 18 della cavità. Nel fondo 18 à ̈ inoltre previsto un foro di sfiato 63 che mantiene a pressione atmosferica tale spazio e scarica all'esterno l'eventuale fluido presente in tale spazio a causa di perdite e impedisce così che il pistone 13 sia spinto verso il pistone 12.

Un'ulteriore guarnizione 64 impedisce eventuali trafilamenti di fluido dalla camera 16 alla camera 15 attraverso il passaggio 60.

Nella parte posteriore del corpo 10, tra l'alesaggio 11 e l'uscita 22, à ̈ anche formata una cavità cilindrica a più diametri 37, con asse parallelo a quello dell'alesaggio 11, che dà sede alla valvola di controllo della transizione differenziale 38. La cavità 37 à ̈ chiusa ad un'estremità da un tappo con guarnizione 41 e all'altra estremità comunica con l'ingresso 21 attraverso un foro 39.

Come si vede meglio in fig. 2, la valvola 38, normalmente chiusa, comprende un otturatore a sfera 43 che à ̈ contrastato da una molla 44 il cui precarico determina la pressione di apertura della valvola. A riposo, l'otturatore 43 poggia contro un tassello elastico 45, preferibilmente di gomma, che assicura la tenuta tra le parti di cavità 37 a monte e a valle dell'otturatore. Un anello 46, che poggia su un gradino 47, impedisce lo scorrimento del tassello 45 quando l'otturatore 43 si sposta in seguito all'apertura della valvola. Dal lato opposto all'otturatore 43, il tassello 45 poggia contro una boccola 48 la cui posizione assiale à ̈ stabilita dal tappo 41. L'apertura iniziale della valvola à ̈ determinata dalla pressione nella camera 15, portata all'otturatore 43 attraverso l'uscita 60, fori 51, 52 formati rispettivamente nella parete dell'alesaggio 11 e nella boccola 48, e il gioco radiale tra la boccola 48 e uno stelo 50, scorrevole assialmente nella boccola e atto a spostare l'otturatore 43 dopo l'apertura iniziale. Lo stelo 50 presenta una testa allargata 50A e risponde alla pressione del fluido nella camera 16. Per questo scopo, la cavità 37, nella zona in cui si trova la testa 50A, interseca il passaggio 40, p. es. grazie a fori radiali nel tappo 41. Una guarnizione 57 realizza la tenuta tra lo stelo 50 e la boccola 48 e una guarnizione 49 garantisce la tenuta tra la boccola e la parete della cavità 37.

La valvola 38 à ̈ nota in sé da US 3667 229, dove però à ̈ disposta in serie tra i due pistoni: la disposizione parallela all'alesaggio 11 à ̈ una delle caratteristiche dell'invenzione che contribuiscono a limitare l'ingombro assiale. Inoltre la valvola 38, essendo accessibile dall'esterno, consente di realizzare prodotti aventi differenti tarature partendo da una stessa struttura di cilindro maestro differenziale.

Si descriverà ora il funzionamento dell'invenzione.

Nella posizione di riposo, illustrata in fig. 1, vi à ̈ un collegamento idraulico tra l'ingresso 21 e l'uscita 22 (quindi tra il serbatoio di fluido e gli attuatori dei freni) attraverso il passaggio 33, la gola 32, l'intercapedine tra la parete interna dell alesaggio il e il pistone 12, i passaggi 53, 54, la camera 16, il passaggio 55, la gola 56 e il passaggio 40. Questo collegamento serve per compensare eventuali variazioni di volume dovute a variazioni di temperatura e perdite.

Quando, azionando il pedale del freno, si applica all'asta 14 una forza sufficiente a vincere il precarico della molla 26, il pistone 12 si muove verso sinistra, chiudendo con la guarnizione 28 i passaggi radiali 53 e interrompendo la comunicazione con il serbatoio. Subito dopo, la guarnizione 34 chiude il passaggio 54 interrompendo la comunicazione tra le camere 16 e 15. In queste condizioni vi à ̈ fluido idraulico in entrambe le camere. La camera 15 à ̈ chiusa sia verso il serbatoio sia verso gli attuatori dei freni (dalle guarnizioni 34 e rispettivamente 35) e la camera 16 comunica con l'uscita 22 tramite il passaggio 55. Un ulteriore aumento della forza applicata, e quindi dello spostamento del pistone 12, provocherà uno spostamento del fluido verso l'uscita 22 attraverso il passaggio 55, la gola 56 e il passaggio 40.

I fluidi idraulici convenzionali possono essere considerati incomprimibili e quindi una riduzione del volume, anche piccola, delle camere in cui essi sono contenuti provoca un aumento di pressione significativo, proporzionale all'assorbimento da parte dei dispositivi utilizzatori (cioà ̈, gli attuatori dei freni). In questa fase la camera 15 non comunica con tali dispositivi e quindi non vi à ̈ assorbimento, cosicché la riduzione di volume provocata dallo spostamento del pistone 12 provocherà in essa un rapido aumento della pressione rispetto alla camera 16, che à ̈ invece direttamente collegata agli attuatori dei freni. L'aumento della pressione nella camera 15 vincerà allora la resistenza della guarnizione 35, consentendo il passaggio del fluido verso l'uscita 40, dove i volumi di fluido contenuti nelle due camere si sommano. In questa fase si può allora considerare che il diametro efficace del cilindro sia quello del pistone primario 12. Fino a questo momento la valvola 38 non à ̈ perturbata dal passaggio di fluido verso l'uscita.

A questo punto, continuando ad agire sul pedale del freno e quindi sull'asta 14, la pressione nella camera 15 aumenta con la stessa legge di quella della camera 16 e, quando viene vinta la resistenza opposta dalla molla 44 (punto di taglio), provoca l'apertura della valvola 38. L'apertura della valvola 38 fa sì che la pressione della camera 15 si scarichi verso l'ingresso 21, e quindi verso il serbatoio, attraverso il foro 39. Da questo momento, le camere 15 e 16 sono nuovamente separate. Lo scarico della pressione della camera 15 attraverso la valvola 38 fa sì che la pressione nella camera 16 prevalga su quella della camera 15. La pressione della camera 16 applica una forza, che cresce proporzionalmente a tale pressione, sullo stelo 50, che sposta l'otturatore 43 allontanandolo ulteriormente dal tassello 45 contro il carico della molla 44 e provocando una graduale riduzione della pressione nella camera 15. Quando la testa 50A dell'otturatore 50 raggiunge la boccola 48, si ha la completa apertura della valvola 38 e la camera 15 à ̈ a pressione atmosferica. Durante questo transitorio, anche il rapporto tra la forza applicata all'asta 14 e la pressione all'uscita del cilindro à ̈ modificato proporzionalmente alla riduzione della pressione nella camera 15, e la pressione d'uscita raggiunge gradualmente il valore determinato dall'applicazione della forza sulla sola superficie frontale anulare del pistone 12, senza perdite di rendimento a parte quelle dovute agli attriti e alla molla di contrasto, peraltro equivalenti a quelli dei cilindri maestri convenzionali. Dopo questo transitorio, inizia la fase finale.

In sintesi, secondo l'invenzione, lo scorrimento del pistone primario 12 sul pistone secondario fisso 13 realizza le varie fasi dell'azionamento del cilindro (e quindi del funzionamento del freno) e porta al cambiamento del rapporto corsa/volume rispetto al rapporto forza/pressione.

Va anche notato che, in occasione di un azionamento rapido del pedale del freno, il punto di taglio à ̈ vantaggiosamente elevato grazie alla strozzatura provocata dal foro calibrato 39 che, frenando il passaggio del fluido verso il serbatoio, determina un innalzamento della pressione a valle dell'otturatore 43, che a sua volta innalza la pressione necessaria all'apertura e quindi il punto di taglio. Questo comportamento compensa la necessità d'avere una maggior pressione d'accostamento delle parti mobili degli attuatori dei freni, causata dall'inerzia, per effetto dell'aumentata velocità d'azionamento.

La disposizione descritta presuppone che tutti i freni siano azionati da un solo cilindro maestro. Come noto, in certi veicoli, quali trattori agricoli, macchine per movimento terra e simili, i freni sui due lati del veicolo (in particolare i freni posteriori) sono azionabili separatamente o congiuntamente da due pedali del freno separati attraverso rispettivi cilindri maestri. In questi casi, come noto, à ̈ richiesto un sistema di bilanciamento per garantire una frenatura sostanzialmente della stessa intensità su entrambi i lati quando i due pedali sono azionati simultaneamente. Il bilanciamento à ̈ ottenuto trasferendo fluido in pressione tra i due cilindri maestri attraverso un condotto e una coppia di valvole di bilanciamento, una per ciascun cilindro, che sono normalmente chiuse e si aprono quando la corsa del rispettivo pistone supera un certo valore.

Due esempi di sistemi di bilanciamento con valvole comandate dalla corsa del pistone sono descritti nei documenti brevettuali IT 1064013 e WO2009/077190. Entrambi questi sistemi possono essere applicati senza difficoltà nell'invenzione, come illustrato per il cilindro maestro 400 in fig. 3.

In questa figura, gli elementi già descritti con riferimento alla fig. 1 sono indicati ancora con gli stessi numeri di riferimento. Con 90 à ̈ indicato l'attacco per il condotto di bilanciamento (non rappresentato), che à ̈ formato in posizione sostanzialmente diametralmente opposta all'ingresso 21 e presenta un foro 90A di comunicazione con l'alesaggio 11, e con 91 à ̈ indicata la valvola di bilanciamento, che à ̈ del tipo descritto in WO2009/077190. L'otturatore della valvola 91 à ̈ costituito dal tratto 12' del pistone primario 12, nella cui superficie esterna sono montate due guarnizioni toroidali 92, 93, distanziate assialmente tra loro. La posizione dell'attacco 90 à ̈ tale che, nella posizione di riposo illustrata in figura, le guarnizioni 92, 93 si trovano ai due lati del foro 90A, impedendo così la comunicazione tra il condotto di bilanciamento e la camera ad alta pressione 16. In seguito all'azionamento del pedale del freno, le guarnizioni 92, 93 permettono al foro 90A di mettere il condotto di bilanciamento in comunicazione con la camera 16 attraverso il gioco tra l'alesaggio 11 e la parte intermedia 12''', di diametro ridotto, del pistone 12 e i passaggi 53. Per ulteriori dettagli, si rimanda a WO2009/077190.

La fig. 4 illustra un cilindro maestro 100 basato sugli stessi principi del cilindro 1 di fig. 1 e munito di un diverso tipo di sistema di bilanciamento in corsa. Gli elementi già descritti con riferimento alla fig. 1 sono indicati ancora con gli stessi numeri di riferimento.

Con 70 à ̈ indicato l'attacco per il condotto di bilanciamento (non rappresentato), che presenta un foro 71 di comunicazione con l'alesaggio il ed à ̈ formato in posizione sostanzialmente diametralmente opposta all'ingresso 21. La posizione dell'attacco 70 à ̈ tale che il foro 71 sia chiuso dal tratto di guida 12' del pistone 12 nella posizione di riposo, rappresentata in figura, grazie alla tenuta diretta, p. es. del tipo metallo contro metallo, tra il pistone 12 e il corpo 10. In seguito all'azionamento del pedale del freno, il foro 71 metterà il condotto di bilanciamento in comunicazione con la camera di pressione 16 attraverso il gioco tra l'alesaggio il e la parte intermedia, di diametro ridotto, del pistone 12 e i passaggi 53.

A causa delle tolleranze di fabbricazione, il gioco radiale tra il tratto 12' del pistone 12 e le pareti dell'alesaggio il può variare in modo tale da non permettere una tenuta idraulica soddisfacente guando il sistema di bilanciamento non deve intervenire. Per recuperare tale gioco, à ̈ prevista una lieve deformazione della parete dell'alesaggio il in corrispondenza del tratto 12' del pistone 12. Per realizzare questa deformazione locale, nell'ingresso 21 à ̈ realizzato un foro filettato 72, cieco verso l'alesaggio il, che ha asse allineato con l'asse del foro 71 e in cui s'impegna un elemento a vite 73, p. es. un grano filettato. Nella linea di montaggio del cilindro dapprima si applicherà alla vite 73 una coppia tale da provocare una deformazione locale sufficiente a bloccare il pistone 12. Si ridurrà quindi la coppia fino a che il pistone 12 à ̈ libero di scorrere. In questo modo, il tratto 12' del pistone à ̈ spinto verso il foro 71 e il gioco con l'alesaggio 11 à ̈ prossimo a zero.

In alternativa, all'elemento a vite 73 si può applicare una coppia sufficiente a deformare in campo elastico la parete dell'alesaggio , previo spostamento del pistone 12 in modo da portare di fronte in corrispondenza del foro 71 la parte intermedia, di diametro minore, del pistone. Rilasciando poi il pistone, guesto arretrerà spinto dalla molla 26 e si fermerà in prossimità della deformazione; una successiva riduzione della coppia determinerà l'inizio dello scorrimento verso la posizione di riposo in una condizione di gioco prossimo allo zero.

Tenuto conto delle tolleranze di lavorazione usuali, la deformazione può avere un'entità compresa fra alcuni centesimi di millimetro (in particolare 2- 3) e un decimo di millimetro .

In guesta realizzazione, la valvola di bilanciamento à ̈ realizzata guindi dal pistone maestro e dall'alesaggio. Rispetto all'impiego delle valvole descritte in IT 1064013 e WO2009/ 077190 (vedi fig. 3) questa soluzione consente di eliminare le guarnizioni, riducendo così l'attrito di scorrimento e il numero di componenti. Inoltre, anche con il circuito di bilanciamento in funzione, non richiede una maggior forza sul pedale per far avanzare il pistone primario, migliorando così il comfort di uso e le prestazioni. Ancora, rispetto ad altre valvole note nella tecnica, essa consente di mantenere limitato l'ingombro assiale del cilindro.

Una valvola di questo tipo può essere applicata anche in cilindri maestri non differenziali, di tipo semplice come quelli descritti in IT 1064013 e WO2009/077190 o tandem come quello descritto in W02006/103049 .

La fig. 5 mostra l'applicazione a un cilindro maestro 200 di tipo semplice, in cui un pistone 212 sostanzialmente a forma di bicchiere definisce con l'alesaggio 11 una camera di pressione 216. Gli elementi già descritti con riferimento alle figure 1 e 4 sono indicati con gli stessi numeri di riferimento. Inoltre, in questa figura si distinguono i due tratti terminali di guida 212' (destinato a cooperare con la deformazione locale) e 212" e l'intercapedine 212''' tra la parte intermedia del pistone e la parete dell'alesaggio. Ovviamente, in un cilindro di tipo tandem, il foro 72 e l'elemento filettato 73 saranno previsti per ciascun pistone.

La valvola di bilanciamento potrebbe aprirsi in risposta alla pressione esistente nella camera 16 invece che alla corsa del pistone primario. La fig. 6 illustra un cilindro maestro 300 basato sugli stessi principi del cilindro 1 di fig. 1 e munito di un sistema di bilanciamento di questo tipo. Gli elementi già descritti con riferimento alla fig. 1 sono indicati ancora con gli stessi numeri di riferimento. Con 80 à ̈ indicato l'attacco per il condotto di bilanciamento (non rappresentato), formato nella parte inferiore del corpo 10, e con 81 à ̈ indicata la valvola di bilanciamento per mettere in comunicazione la camera 16 con l'attacco 80.

La valvola 81 à ̈ montata in una camera assiale 82 a più diametri, realizzata nel corpo 10 sotto l'alesaggio il, in posizione sostanzialmente simmetrica rispetto alla sede 37 della valvola 38, e avente asse parallelo all'asse dell'alesaggio il e della sede 37. Ciò contribuisce a limitare le dimensioni longitudinali del cilindro maestro. La camera 82 comunica con la camera 16 attraverso i passaggi 55 e un passaggio radiale 40A, simmetrico rispetto al passaggio 40. La valvola 81 presenta un otturatore 83 scorrevole assialmente nella camera 82 in verso opposto rispetto al pistone primario 12 ed azionabile in apertura in maniera controllata fluidicamente dalla pressione nella camera 16. L'otturatore 83 à ̈ quindi svincolato meccanicamente dal pistone 12. Ciò consente una riduzione del numero dei componenti. In condizioni di riposo, l'otturatore à ̈ disposto in modo da chiudere l'accesso 80A all'attacco 80. Lo scorrimento dell'otturatore 83 avviene contro l'azione di un organo elastico di richiamo 84, p. es.

una molla, il cui precarico stabilisce una soglia di pressione per l'apertura. Vantaggiosamente, tale soglia à ̈ la più bassa possibile, in modo tale da poter attivare la funzione di bilanciamento già nelle fasi iniziali della frenatura.

La camera 82 à ̈ chiusa verso l'esterno del corpo 10 da un tappo 85, una cui appendice assiale 85A attraversa la parte anteriore della camera 82 e serve da fine corsa per l'otturatore 83 nella posizione di riposo. Dal lato opposto al tappo 85, il fine corsa per l'otturatore 83 à ̈ ottenuto grazie ad uno spallamento 82A creato da un primo restringimento della camera 82. Un ulteriore restringimento crea un appoggio 82B per l'estremità della molla 84 opposta all'otturatore 83. La parte terminale della camera 82 comunica, attraverso un passaggio radiale 86, con la gola trapezoidale 32 e quindi con il serbatoio di alimentazione. La doppia possibilità di comunicazione per la camera 82 (con la camera 16 del cilindro maestro e il serbatoio di alimentazione) impedisce che un eventuale accumulo di olio rimanga in un vano cieco nella camera 82 ostacolando il regolare movimento dell'otturatore 83.

La tenuta fra l'otturatore 83 e l'attacco 80 può essere ottenuta mediante un'opportuna guarnizione ma, nella realizzazione preferita illustrata in figura, à ̈ una tenuta diretta (per esempio del tipo metallo contro metallo). Tale caratteristica facilita ulteriormente il leggero trafilamento di fluido dal condotto di bilanciamento 80 che avviene comunque fra la camera 82 e l'otturatore 83: nel caso in cui il fluido che ristagna nel condotto di bilanciamento presenti un aumento di volume elevato (ad esempio, a causa di un aumento di temperatura) quando entrambe le valvole di bilanciamento 81 sono chiuse, tale trafilamento permette di evitare un aumento di pressione.

Nel caso in cui si utilizzi una guarnizione di tenuta, questa à ̈ vantaggiosamente spostabile solidalmente con l'otturatore in modo tale da rimanere operativamente situata in una zona della camera 82 ubicata oltre l'apertura 80A del'attacco 80, in particolare fra questa ed il primo spallamento 82A. In questo modo la guarnizione non può strisciare contro i bordi dell'apertura, e quindi non rischia di lacerarsi.

La presenza del bilanciamento, in corsa o in pressione, non modifica il funzionamento generale dell'invenzione. Si noti che la valvola di bilanciamento 81 Ã ̈ accessibile dall'esterno come la valvola 38 e quindi consente anch'essa di realizzare prodotti aventi differenti tarature partendo da una stessa struttura di cilindro.

E' evidente che quanto descritto à ̈ dato unicamente a titolo di esempio non limitativo, e che varianti e modifiche sono possibili senza uscire dal campo di protezione dell'invenzione, come definito nelle rivendicazioni che seguono.

Per esempio, come si vede in fig. 7, nella valvola 38' lo stelo 50' può avere diametro uniforme. In questo caso nella camera 37 vi sarà un arresto di fine corsa 58 per l'otturatore 43. Inoltre, nelle valvole 38 (fig. 1) e 38' la guarnizione 57 può mancare, e si realizza la tenuta, p. es. metallo contro metallo, tramite accoppiamento a gioco ridotto.

Ancora, il pistone primario potrebbe comprendere una coppia di elementi telescopici, entrambi scorrevoli rispetto al pistone secondario e vincolati meccanicamente in modo che l'elemento esterno provochi lo scorrimento dell'elemento interno dopo una certa corsa. In questo modo si creano due camere anulari ad alta pressione, una attorno al pistone secondario e l'altra attorno all'elemento interno del pistone primario.

Inoltre, il bloccaggio del pistone secondario 13, invece di essere realizzato idraulicamente, come descritto, potrebbe esser realizzato meccanicamente, ad esempio fissando il pistone 13 con una vite dall'esterno e con l'aggiunta di una guarnizione di tenuta oppure anche aggiungendo un anello elastico di trattenimento. La soluzione idraulica descritta ha però il vantaggio di essere autocentrante.

Ancora, nel sistema di bilanciamento illustrato nelle figure 4 e 5, l'effetto ottenuto con la deformazione della parete dell'alesaggio 11 può essere ottenuto anche con un pattino montato a tenuta idraulica nel foro 72 e spinto verso l'alesaggio il e il pistone 12 dal grano filettato 73.

Infine, l'otturatore della valvola di bilanciamento in corsa può essere costituito da un elemento associato al pistone o al pistone primario, invece che dalla parte terminale del pistone stesso.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Cilindro maestro differenziale comprendente: - un ingresso (21) per un fluido da portare in pressione e un'uscita (22) per fornire fluido in pressione a un dispositivo di utilizzazione che prevede almeno una fase iniziale e una fase finale di funzionamento; - organi di compressione (12, 13) aventi almeno una prima ed una seconda superficie premente, detta prima superficie premente avendo un'area maggiore della seconda superficie premente, detti organi di compressione essendo atti a definire almeno una camera (16) collegata al dispositivo di utilizzazione e a portare il fluido nella fase iniziale a una bassa pressione, con la prima superficie, e nella fase finale a una pressione elevata, con la seconda superficie; e - una valvola di controllo (38) atta a comandare una transizione graduale tra le due fasi; caratterizzato dal fatto che gli organi di compressione (12, 13) comprendono un pistone primario (12) e un pistone secondario (13), cavi, aperti ad un'estremità ed associati telescopicamente in modo che il pistone primario (12) scorra sul pistone secondario (13), che à ̈ fisso, e in modo che tali pistoni definiscano, con la superficie interna di un alesaggio (11) che ospita i pistoni stessi, almeno una camera esterna (16) che costituisce l'almeno una camera collegata al dispositivo di utilizzazione, lo scorrimento del pistone primario (12) determinando la transizione dalla compressione con la prima superficie a quella con la seconda superficie attivando la valvola di controllo (38).
2. 2. Cilindro maestro differenziale secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che il pistone primario (12) e il pistone secondario (13) sono associati in modo che le loro cavità formino una camera interna unica (15) che à ̈ atta a cooperare con la camera esterna (16) durante la fase iniziale ed à ̈ successivamente isolata da questa.
3. 3. Cilindro maestro differenziale secondo la riv. 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il pistone secondario (13) Ã ̈ associato a mezzi di bloccaggio (62, 63) atti ad impedirne spostamenti assiali in direzione opposta alla direzione di scorrimento del pistone primario (12) per effetto di spinte dovute a fluido eventualmente trafilato tra il fondo del pistone (13) e il fondo (18) dell'alesaggio (11).
4. 4. Cilindro maestro differenziale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la valvola di controllo (38) à ̈ esterna ai pistoni (12, 13) ed à ̈ ospitata in una sede (37), parallela a detto alesaggio (11), che intercetta l'uscita della camera esterna (16) ed à ̈ atta a consentire l'accesso dall'esterno alla valvola.
5. 5. Cilindro maestro differenziale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il pistone primario (12) à ̈ associato a una valvola di bilanciamento (91) normalmente chiusa e comandata in apertura dallo scorrimento del pistone primario (12) per stabilire un collegamento tra le camere esterne (16) di un primo e un secondo cilindro maestro (400) quando un primo e un secondo dispositivo di utilizzazione, comandati rispettivamente dal primo e secondo cilindro maestro (400), operano in modo coordinato, e dal fatto che tale valvola di bilanciamento (91) presenta un otturatore costituito dalla parte terminale aperta (12') del pistone primario (12) o solidale a questa, la cui superficie esterna presenta due guarnizioni toroidali (92, 93) distanziate assialmente tra loro e disposte, nella posizione di riposo, ai due lati dell'estremità (90A) di un condotto di collegamento tra i due cilindri maestri (400).
6. 6. Cilindro maestro differenziale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che: - il pistone primario (12) à ̈ associato a una valvola di bilanciamento normalmente chiusa e comandata in apertura dallo scorrimento del pistone primario (12) per stabilire un collegamento tra le camere esterne (16) di un primo e un secondo cilindro maestro (100) quando un primo e un secondo dispositivo di utilizzazione, comandati rispettivamente dal primo e secondo cilindro maestro (100), operano in modo coordinato; - la valvola di bilanciamento presenta un otturatore, costituito dalla parte terminale aperta (12') del pistone primario (12) o solidale a questa, la cui superficie esterna à ̈ atta a fare tenuta, in condizione di riposo, con una zona della superficie interna dell'alesaggio (11) diametralmente opposta a una deformazione locale di tale superficie, prevista in corrispondenza dell'ingresso (21) per il fluido; e - nell'ingresso (21) per il fluido à ̈ formato un foro radiale filettato (72), cieco verso l'alesaggio (11) e diametralmente opposto ad uno sbocco (71) di un condotto di collegamento tra i due cilindri, nel quale s'impegna un elemento a vite (73) atto ad esercitare su un fondo del foro filettato (72) una pressione tale da creare la deformazione locale.
7. 7. Cilindro maestro differenziale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che la camera esterna (16) Ã ̈ associata a una valvola di bilanciamento (81) normalmente chiusa e comandata in apertura per stabilire un collegamento tra le camere esterne (16) di un primo e un secondo cilindro maestro (300) quando un primo e un secondo dispositivo di utilizzazione, comandati rispettivamente dal primo e secondo cilindro maestro (300), operano in modo coordinato, e dal fatto che tale valvola di bilanciamento (81) Ã ̈ ospitata in una sede (82), esterna ai pistoni (12, 13) e avente asse parallelo agli assi di questi e della sede (37) della valvola di controllo (38), e presenta un otturatore (83) svincolato meccanicamente dal pistone primario (12) ed azionabile in apertura in maniera controllata fluidicamente dalla pressione assunta dal fluido contenuto nella camera esterna (16), l'otturatore (83) essendo scorrevole parallelamente e in verso opposto al pistone primario (12).
8. 8. Cilindro maestro differenziale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di utilizzazione à ̈ un freno o un gruppo di freni di un autoveicolo.
9. 9. Metodo per comandare mediante fluido in pressione un dispositivo di utilizzazione, comprendente almeno una fase iniziale in cui si invia al dispositivo fluido a bassa pressione e alto volume, una fase finale in cui si invia al dispositivo fluido ad alta pressione e basso volume, e una fase di transizione graduale tra le fasi iniziale e finale, caratterizzato dal fatto che dette fasi iniziale, di transizione e finale comprendono l'applicazione di pressione al fluido mediante lo scorrimento telescopico di un pistone primario (12) di un cilindro maestro differenziale (1; 100; 300; 400) su un pistone secondario (13), tenuto fisso, dello stesso cilindro maestro differenziale (1; 100; 300; 400), la pressione essendo applicata al fluido contenuto almeno in una camera (16) definita tra i pistoni (12, 13) e la superficie interna di un alesaggio (11) che ospita i pistoni stessi.
10. 10. Dispositivo di bilanciamento per un insieme di cilindri maestri (100; 200), ognuno comprendente un corpo cavo (10) con un alesaggio (11) in cui à ̈ montato scorrevole almeno un pistone (12; 212) che definisce almeno una camera (16; 216) collegata a un dispositivo di utilizzazione e atta a contenere fluido avente una pressione dipendente da una forza di azionamento applicata all'almeno un pistone (12; 212), il dispositivo comprendendo: - almeno un condotto di bilanciamento in cui confluisce l'almeno una camera (16) di almeno una coppia di cilindri maestri (100; 200); e - almeno una valvola di bilanciamento in ciascun cilindro, normalmente chiusa e ubicata fra l'almeno un condotto di bilanciamento e una rispettiva camera (16) di quel cilindro; caratterizzato dal fatto che l'almeno una valvola di bilanciamento presenta un otturatore costituito da o solidale a una parte terminale (12'; 212') dell'almeno un pistone (12; 212) e avente una superficie esterna atta a fare tenuta, in condizione di riposo, con una zona della superficie interna dell'alesaggio (11) sostanzialmente diametralmente opposta a un ingresso (21) per il fluido e comprendente uno sbocco (71) dell'almeno un condotto di bilanciamento nell'alesaggio (11).
11. 11. Dispositivo di bilanciamento secondo la riv. 10, caratterizzato dal fatto che nell'ingresso (21) per il fluido à ̈ formato un foro radiale filettato (72), cieco verso l'alesaggio e diametralmente opposto allo sbocco (71) dell'almeno un condotto di bilanciamento, in tale foro filettato (72) impegnandosi un elemento a vite (73) atto ad esercitare sul fondo del foro una pressione tale da creare una deformazione locale della superficie interna dell'alesaggio (11).
12. 12. Dispositivo di bilanciamento secondo la riv. 10, caratterizzato dal fatto che nell'ingresso (21) per il fluido à ̈ formato un foro radiale filettato (72), diametralmente opposto allo sbocco (71) dell'almeno un condotto di bilanciamento e in cui scorre, a tenuta, un pattino spinto contro l'otturatore da un elemento a vite (73) che s'impegna in tale foro (72).