ITTO20110912A1 - Pompa per vuoto rotativa - Google Patents

Description

POMPA PER VUOTO ROTATIVA

Settore della tecnica

La presente invenzione riguarda una pompa per vuoto rotativa e un metodo di lubrificazione di tale pompa.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, la presente invenzione trova applicazione nel settore degli autoveicoli, in particolare per aspirare aria dall'amplificatore della forza di frenata (booster) del servofreno.

Tecnica nota

Le pompe per vuoto comunemente usate nei servofreni di autoveicoli sono pompe rotative con un rotore con una o più palette che, durante la rotazione del rotore, generano camere a volume variabile. Il rotore à ̈ messo in rotazione attorno ad un asse, per esempio dall'albero del motore del veicolo, mediante un opportuno giunto di trascinamento, ed à ̈ alloggiato in una sede o guida del rotore che nella maggior parte dei casi à ̈ lubrificata, tipicamente con olio motore, fornito attraverso un canale di alimentazione. La lubrificazione ha lo scopo di evitare l'usura della pompa e di creare una tenuta tra il lato interno ed il lato esterno della pompa. Generalmente sulla guida del rotore sono presenti anche una o più gole assiali che migliorano il trasporto del lubrificante verso il lato interno della pompa per lubrificare i componenti interni alla pompa.

Attraverso il gioco tra il rotore e la guida può trafilare aria dall'esterno della pompa (tipicamente a pressione atmosferica) verso l'interno (in depressione). Questo passaggio di aria verso l'interno della pompa aumenta la potenza assorbita dalla pompa e ne degrada le prestazioni.

Per ridurre questo trafilamento, à ̈ già stato proposto di realizzare, tra la guida del rotore e il rotore, una gola anulare che à ̈ riempita di lubrificante. La gola può essere formata sulla superficie della guida del rotore oppure su quella del rotore oppure può essere delimitata da gradini di tali superfici, e si estende su tutta la circonferenza della superficie interessata o delle superfici interessate. Esempi di pompe con una gola anulare di questo tipo sono descritti in W02Q09/046810 e FR 2640699. La gola anulare migliora la tenuta frapponendo una barriera di olio tra il lato interno e il lato esterno della pompa e quindi evitando rientri di aria in pompa attraverso i giochi rotore - guida del rotore. Questa disposizione origina però un problema.

Le pressioni all'interno della pompa variano nel tempo e sono differenti tra le diverse camere. Queste differenze di pressioni generano delle forze che premono radialmente il rotore contro la guida. Queste forze sono bilanciate dalla pressione che si genera nel cuscinetto idrodinamico frapposto dall'olio tra il rotore che à ̈ in rotazione e la guida. La presenza di una gola anulare che si estende per 360° riduce l'area in cui il rotore à ̈ in contatto con la guida rotore e rompe il cuscinetto idrodinamico nella zona della gola anulare e nelle zone adiacenti ad essa, riducendone l'effetto di bilanciamento delle forze interne alla pompa. Questi fatti causano un peggioramento dell'usura rispetto alle configurazioni classiche senza gola anulare, soprattutto nelle zone del rotore e della guida in contatto tra loro.

La maggiore usura, durante la vita della pompa, origina giochi guida - rotore maggiori che, a loro volta, provocano: - peggioramento della tenuta offerta dalla gola e conseguente aumento della potenza assorbita e degrado delle prestazioni della pompa;

- aumento dell'assorbimento di olio della pompa.

Lo scopo dell'invenzione à ̈ di fornire una pompa per vuoto, e un relativo metodo di lubrificazione, che ovvino agli inconvenienti della tecnica nota.

Descrizione dell'Invenzione

Secondo l'invenzione, ciò à ̈ ottenuto grazie al fatto che la pompa comprende almeno una gola anulare parziale (o gola circonferenziale) con estensione angolare inferiore a 360°, che presenta almeno un'interruzione atta a permettere la formazione di un cuscinetto idrodinamico di fluido su tutta un'estensione assiale di superfici affacciate del rotore e della guida del rotore in una zona opposta a una zona di scarico della pompa.

Vantaggiosamente, 1'almeno una gola circonferenziale ha un'estensione compresa fra 150° e 300°, e preferibilmente fra 180° e 220°.

L 'almeno una gola circonferenziale può essere disposta perpendicolarmente rispetto all'asse di rotazione del rotore o essere inclinata rispetto a questo. La seconda soluzione migliora la lubrificazione assiale.

L’almeno una gola circonferenziale può essere formata nella superficie laterale del rotore o della guida o essere delimitata da gradini di tali superfici laterali. Nel caso di una gola formata nella superficie di un rotore a palette, la gola o ogni gola à ̈ costituita da almeno una coppia di archi separati da altrettante interruzioni. In particolare, sono previsti un arco ed un'interruzione per ogni fase di scarico per giro del rotore della pompa, disposti in modo che, durante le fasi di scarico, le interruzioni tra gli archi passino per la zona opposta alla zona di scarico.

In un secondo aspetto dell'invenzione, un metodo di lubrificazione di una pompa per vuoto rotativa prevede la formazione, tra superfici laterali affacciate del rotore e della guida del rotore, di una barriera circonferenziale di tenuta che ha un'estensione angolare inferiore a 360° e presenta almeno un'interruzione atta a permettere la formazione di un cuscinetto idrodinamìco di fluido in una zona opposta alla zona di scarico della pompa, su tutta l'estensione assiale di dette superfici laterali.

Breve Descrizione delle Figure

Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno chiaramente dalla descrizione che segue di forme preferite di realizzazione, date a titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la fig. 1 à ̈ una sezione, ortogonale all'asse del rotore, di una pompa per vuoto che incorpora l'invenzione, in una prima forma di realizzazione in cui la gola circonf erenzìale à ̈ realizzata sulla guida del rotore;

- la fig. 2 Ã ̈ una sezione assiale della pompa di fig. 1;

- la fig. 3 Ã ̈ una sezione schematica, ortogonale all'asse del rotore, secondo un piano passante per la linea III-III di fig. 2;

- le figure 4 e 5 sono sezioni della guida del rotore, ortogonali all'asse del rotore, relative ad altrettante varianti che prevedono più gole circonferenziali sulla guida del rotore;

- le figure 6 e 7 sono viste analoghe alle figure 1 e 2, relative a una forma di realizzazione in cui la gola circonferenziale à ̈ realizzata sul rotore;

- la fig. 8 Ã ̈ una vista analoga alla fig. 6, che mostra la posizione del rotore durante una fase di scarico;

- la fig. 9 Ã ̈ una vista analoga alla fig. 7, relativa a una variante in cui il rotore presenta una coppia di gole come quelle rappresentate in fig. 5; e

- la fig. 10 à ̈ una vista analoga alla fig. 2, relativa a una forma di realizzazione in cui la gola circonferenziale à ̈ realizzata dall'intersezione tra il rotore e la guida del rotore.

Descrizione di Forme Preferite di Realizzazione

Con riferimento alle figure 1 - 3, una pompa per vuoto 1 comprende un rotore 2, per esempio un rotore con una paletta unica 8, come descritto p. es. in W02009/046810 e FR 2640699. Una parte terminale 2A (parte di supporto) del rotore à ̈ montata concentricamente in una guida 3 formata nel corpo della pompa. La parte opposta 2B, in cui à ̈ disposta la paletta 8, ruota eccentricamente in una camera 9 in cui si aprono un condotto di aspirazione (non rappresentato) e un condotto di scarico 10. Alla parte 2A à ̈ fissato un giunto di trascinamento 4 che trasmette al rotore 2 la rotazione di un albero di comando (non rappresentato), per esempio l'albero motore di un veicolo. Con A à ̈ indicato l'asse di rotazione del rotore 2.

Questa struttura di pompa e il suo funzionamento complessivo sono del tutto convenzionali e non richiedono una descrizione più dettagliata.

Nella guida 3 à ̈ formato un canale di alimentazione 5 per un lubrificante, tipicamente l'olio motore, destinato anche a creare una tenuta tra il lato interno 1A ed il lato esterno 1B della pompa. Il canale 5 termina in una gola circonferenziale 6 che, in questa forma di realizzazione, à ̈ formata nella guida 3 e giace in un piano perpendicolare all'asse del rotore 2. A differenza della tecnica nota, secondo l'invenzione la gola 6 non si estende su tutta la circonferenza della guida 3, ma solo su un arco compreso fra i due punti 6A. Vi à ̈ quindi una zona della guida 3 dove la gola 6 si interrompe.

La gola 6 si deve interrompere dove à ̈ necessario o importante che vi sia il cuscinetto idrodinamico che contrasta le pressioni che si generano durante le fasi di scarico della pompa (due per giro, con il rotore rappresentato in fig. 3) . Come detto, queste pressioni applicano al rotore 2 forze, la cui risultante à ̈ indicata dalla freccia RF nelle figure 1 e 3, che lo premono contro la guida 3 nella zona opposta allo scarico 1. E' questa la zona angolare dove si deve lasciare il cuscinetto idrodìnamico. Tale zona ha un'estensione che varia da applicazione ad applicazione ed à ̈ orientativamente compresa fra 60° e 180°.

L'estensione della gola 6 rappresenterà allora un compromesso tra le due esigenze contrapposte di non interferire troppo con la formazione del cuscinetto idrodinamico e di avere ancora una barriera efficace contro il trafilamento di aria dall'esterno. Le prove condotte dalla Richiedente hanno mostrato che si ottiene un compromesso soddisfacente con un'estensione angolare della gola 6 compresa fra 150° e 300° circa. Valori preferenziali attualmente identificati sono compresi tra 180° e 220° circa .

Una volta soddisfatta l'esigenza di avere il cuscinetto idrodinamico nella zona opposta allo scarico 10, non vi sono vincoli particolari per la posizione della gola 6. La fig. 1 illustra a titolo di esempio una gola 6 asimmetrica, che su un ramo si estende all 'incirca fino ad un punto diametralmente opposto allo sbocco del canale 5. In alternativa, la gola 6 potrebbe però estendersi simmetricamente ai due lati del canale 5: una soluzione del genere consentirebbe di distribuire meglio le pressioni sui due rami della gola.

La gola 6 può avere sezione qualsiasi (rettangolare, trapezoidale, ad arco di cerchio, ecc.).

In corrispondenza dello sbocco del canale 5 nella gola circonferenziale 6 à ̈ prevista una gola assiale 7, che si estende dalla gola circonferenziale 6 verso l'interno della pompa o, preferibilmente, ai due lati della gola circonferenziale 6, come si vede in fig. 1. Possono anche essere previste più gole assiali 7, distribuite lungo la gola circonferenziale 6.

L'invenzione risolve i problemi detti sopra. Infatti, grazie al fatto che la gola circonferenziale non si estende per tutta la circonferenza del rotore e/o della guida, si ha un aumento dell'area utile di appoggio del rotore sulla guida e si evita il fenomeno negativo della rottura del cuscinetto idrodinamico. A sua volta ciò comporta:

- una riduzione dell'usura a fine vita della guida rotore e del rotore;

- una migliore stabilità delle prestazioni della pompa tra inizio e fine vita; e

- una migliore stabilità della portata d’olio assorbita dalla pompa, tra inizio e fine vita.

Nella variante illustrata nelle figure 4 e 5, nella guida del rotore sono previste più gole circonferenziali, per esempio due gole.

Nella fig. 4, le gole 16’, 16" sono sempre formate da archi di circonferenza disposti in un piano ortogonale all'asse del rotore e sono scaglionate assialmente lungo la guida 13. In una di queste gole, per esempio la gola 16', sbocca il canale di alimentazione 15, mentre la gola 16" (e le altre eventuali gole) riceveranno l'olio dalla gola 16' attraverso una o più gole assiali 17.

Nella fig. 5, le gole 26', 26" sono inclinate rispetto all'asse del rotore. In particolare, le due gole 26', 26" sono sostanzialmente tangenti in corrispondenza dello sbocco del canale di alimentazione 25 e divergono verso le estremità 26Ά, 26"A, con un andamento rettilineo oppure, come si vede in figura, curvilineo. Come in fig. 4, il canale 25 sbocca per esempio nella gola 26', mentre la gola 26" {e le altre eventuali gole) sarà alimentata (saranno alimentate) attraverso una o più gole assiali 27. La soluzione rappresentata in fig. 5 à ̈ adatta ad una rotazione del rotore in senso anti orario (freccia FI): infatti l'olio, dopo aver lubrificato la guida 23, tende a rimanere intrappolato dalla "V" creata dalle due gole 26', 26" e quindi non viene disperso fuori dalla guida 23, migliorando così ulteriormente la lubrificazione. Al di là dello sbocco del canale di alimentazione 25, le due gole 26', 26" possono continuare separate oppure congiungersi in una gola unica.

Nelle figure 6 - 8 si à ̈ rappresentata una pompa 101 in cui la gola circonferenziale à ̈ realizzata nella parte di supporto 102A del rotore 102. L'esempio illustrato si riferisce ancora a una pompa con rotore a paletta unica, come rappresentato in Fig. 3, e quindi con due fasi di scarico per ogni giro del rotore. In questa situazione, la gola circonferenziale à ̈ costituita da due archi 106-1, 106-2 simmetrici rispetto all'asse di rotazione A del rotore, e sono quindi previste due interruzioni della gola. I valori angolari dati sopra per l'estensione della gola si riferiscono in questo caso all'estensione complessiva dei due archi 106-1, 106-2. I due archi 106-1, 106-2 sono formati in modo tale che, in ciascuna fase di scarico, una delle interruzioni si trovi nella zona dove agisce la risultante RF delle forze dovute allo scarico, come illustrato in fig. 8. Nell'esempio illustrato, il canale di alimentazione dell'olio 105 arriva direttamente nel rotore 102 e alimenta i due archi 106-1, 106-2 mediante un canale diametrale 115 interno al rotore.

Se la pompa prevede, per ogni giro del rotore 102, un numero di fasi di scarico diverso da due, la gola circonferenziale realizzata sul rotore comprenderà un arco ed un'interruzione per ogni fase di scarico, e gli archi e le interruzioni saranno disposti in modo che, durante ogni fase di scarico, un'interruzione passi per la zona opposta alla zona di scarico.

Nella variante di fig. 9 si à ̈ rappresentata una pompa 121 in cui ogni arco 126 formato nella parte di supporto 102A del rotore 122 si divide, al di là del canale di alimentazione interno 115, in una coppia di gole inclinate 126', 126" analoghe alle gole 26', 26" di fig. 5. Come ovvio per il tecnico, per far sì che l’olio si raccolga nel vertice della V, questa à ̈ orientata in verso opposto rispetto al caso rappresentato in fig. 5, cioà ̈ si apre nel senso di rotazione, qui nuovamente supposto antiorario.

Infine, nella fig. 10 si à ̈ rappresentata una pompa 201 in cui la gola circonferenziale 206 à ̈ formata tra superfici affacciate di gradini 212, 213 delle superfici laterali della parte di supporto 202A del rotore 202 e della guida 203, in modo analogo a quanto descritto in WO2009/046810. Ovviamente, secondo l'invenzione, il gradino 213 sarà presente solo su parte della circonferenza della guida.

Naturalmente, anche nella forma di realizzazione dì fig.

10 potrà essere prevista una pluralità di gole circonferenziali .

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 allegate .

In particolare, anche se si à ̈ fatto riferimento ad una pompa con rotore a palette, l'invenzione à ̈ applicabile anche ad altri tipi di pompe per vuoto rotative. Inoltre, à ̈ evidente che l'invenzione à ̈ applicabile qualunque sia il senso di rotazione del rotore.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. Pompa per vuoto rotativa, in cui à ̈ previsto un rotore (2; 102; 122; 202) montato in modo da ruotare concentricamente in una guida del rotore (3; 13; 23; 103; 203), e in cui, tra superfici laterali affacciate del rotore (2; 102; 122; 202) e della guida (3; 13; 23; 103; 203), à ̈ prevista almeno una gola circonferenziale (6; 16', 16"; 26', 26"; 106-1, 106-2; 126, 126', 126"; 206) per ricevere un fluido lubrificante e di tenuta, caratterizzata dal fatto che 1'almeno una gola circonf erenziale (6; 16', 16"; 26', 26"; 106-1, 106-2; 126, 126', 126"; 206) ha estensione angolare inferiore a 360° e presenta almeno un'interruzione atta a permettere la formazione di un cuscinetto idrodinamìco di fluido in una zona opposta a una zona di scarico della pompa (1; 101; 121; 201), su tutta un'estensione assiale di dette superfici laterali.
2. 2. Pompa secondo la riv. 1, in cui 1'almeno una gola circonferenziale (6; 16', 16"; 26', 26"; 106-1, 106-2; 126, 126', 126"; 206) ha estensione angolare compresa fra 150° e 300° circa, e preferibilmente fra 180° e 220° circa.
3. 3. Pompa secondo la riv. 1 o 2, in cui 1'almeno una gola circonferenziale (6; 16', 16"; 26', 26"; 106-1, 106-2; 126, 126', 126"; 206) comunica con almeno una gola assiale (7; 17; 27) per il trasporto del fluido lubrificante e di tenuta verso il lato interno (1A) della pompa.
4. 4. Pompa secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui 1'almeno una gola circonferenziale (6; 16', 16"; 26', 26"; 106-1, 106-2; 126, 126', 126"; 206) si estende su una superficie perpendicolare ad un asse di rotazione (A) del rotore o inclinata rispetto a tale asse.
5. 5. Pompa secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui 1'almeno una gola circonferenziale (6; 16', 16"; 26', 26"; 106-1, 106-2; 126, 126', 126"; 206) à ̈ formata nella superficie laterale del rotore (2; 102; 122; 202) o nella superficie laterale della guida del rotore (3; 13; 23; 103; 203), o à ̈ delimitata da gradini (212, 213) di dette superfici laterali.
6. 6. Pompa secondo la riv. 5, in cui l'almeno una gola circonferenziale (106; 126, 126', 126") Ã ̈ formata nella superficie laterale del rotore (102; 122} e comprende un arco (106-1, 106-2; 126) ed un'interruzione per ogni fase di scarico della pompa, gli archi e le interruzioni essendo disposti in modo che ogni interruzione passi in una zona opposta a una zona di scarico della pompa (101; 121) durante una fase di scarico.
7. 7. Pompa secondo la riv. 6, in cui à ̈ previsto un condotto di alimentazione del fluido (105) che sbocca nel rotore (102) e comunica con gli archi (106-1, 106-2; 126) attraverso almeno un canale (115) formato all'interno del rotore (102).
8. 8. Pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui à ̈ prevista una gola circonferenziale che sì biforca, o in cui ogni arco (126) si biforca, in corrispondenza di una zona di alimentazione con il fluido, formando un tratto terminale sostanzialmente a V (26', 26"; 126 ', 126").
9. 9. Pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui à ̈ prevista una pluralità di gole circonferenziali (16', 16"; 26', 26") distribuite in direzione assiale del rotore e della guida.
10. 10. Metodo di lubrificazione di una pompa per vuoto rotativa (1; 101; 121; 201), in cui si introduce un fluido lubrificante e di tenuta tra superfici laterali affacciate di un rotore (2; 102; 122; 202) della pompa e di una guida del rotore (3; 13; 23; 103; 203) in cui il rotore stesso ruota concentricamente, e si forma con tale fluido almeno una barriera circonferenziale dì tenuta contro trafilamenti di aria tra un lato esterno (1B) ed un lato interno (1A) della pompa, caratterizzato dal fatto che si forma 1'almeno una barriera su un'estensione angolare inferiore a 360° e si lascia in essa almeno un'interruzione atta a permettere la formazione di un cuscinetto idrodinamico di fluido in una zona opposta a una zona dì scarico della pompa (1; 101; 121; 20i; su tutta un'estensione assiale di dette superfici laterali.