ITTO940219A1 - Rotore per pompa includente due pezzi assemblati mediante saldatura, ottenuti per stampaggio ad iniezione di materie termoplastiche, e - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

“Rotore per pompa includente due pezzi assemblati mediante· saldatura, ottenuti per stampaggio ad iniezione di materie termoplastiche,e procedimento difabbricazione di talerotore".

La presente invenzione riguarda rotori di pompe aventi piccoli spessori di pareti, atti allo spostamento di fluidi diversi (olii, grassi, idrocarburi, aria, e altri), realizzati in materia termoplastica iniettata, come pure il procedimento per la loro fabbricazione.

Si conoscono i rotori di pompe abitualmente fabbricati in metallo dipiccolo spessore,per esempio mediante L'assemblaggio di pezzi ritagliati in lamiera sottile, o realizzati in fonderia sotto pressione di precisione. E'allettante per il tecnico del ramo sostituire in queste fabbricazioni il metallo con la materia plastica, materiale chimicamente più inerte e meno denso, che permette di ridurre le masse in movimento, e meno caro all'acquisto in costo di trasforinazione, che permette per questo di ridurre i prezzi di costo. Ma i pezzi realizzati di materia plastica presentano da una parte una minore resistenza meccanica, il che porta ad aumentare il loro spessore e va quindi contro lo scopo prefisso, e d'altra parte una precisione inferiore a quella deipezzi realizzati in metallo sottile e una meno buona stabilità termica e nel tempo.

E' peraltro difficile ottenere un gruppo assemblato equilibrato in forma soddisfacente e stabile in fabbricazione di serie, sia che si parta da pezzi metallici o da pezzi stampati, ed è generalmente necessario procedere ad un'equilibratura unitaria dei pezzi così assemblati.

La tecnologia dell'iniezione monoblocco delle materie plastiche con nuclei fusibili permetterebbe di ottenere formedi pale convenienti per questo tipo di rotori (forme cave, forme sghembo e in contro-spoglie) ma non sarebbe assai precisa per garantire spessoripiccoli e relativamente costanti. Si porrebbe inoltre il problema dell'equilibratura per rotori rotanti a velocità elevata (più di 1000 giri/minuto per esempio). Il documento FR-2604 V1ó relativo ad un procedimento per fabbricare una ruota a pale per pompa ad agente refrigerante di un'autovettura è un'illustrazione di questa tecnologia.

La presente invenzione ha per oggetto di rimediare agli inconvenineti citati qui sopra proponendo rotori di pompe realizzati in due pezzi assemblati mediante saldatura, ottenuti entrambi mediante stampaggio per iniezione partendo da materiali termoplast ici opportuni , preferibilmente come cariche,le pareti di questi pezzi stampati essendo sufficientemente sottili per poter sostituire vantaggiosamente pezzi simili di metallo e beneficiare al massimo al momento dello stampaggio di qualità dì superficie legate all'effetto pelle della materia utilizzata a spessore sottile-Secondo una disposizione vantaggiosa della presente invenzione, i tipi di materie preferite per la realizzazione-di questi due pezzi sono poiiammidi (6.6 o 6.10 o 6.4 o 11.12), le poiiarila.mmi.di, i poiiefcerechetcmi, i solfuri di noiiferii1ene, i polipropilene e le poiiftalamidi, preferibilmente rinforzati tra il 10% e il 60% di fibre di vetro, di fibre di kevlar o di fibre di carbonio, senza che questa enumerazione sia limitativa e gli spessori,di pareti ottenuti sono dell'ordine del millimetro o al disotto.

L.'iniezione di questi due pezzi si fa vantaggiosamente, secondo la presente invenzione, sia mediante punti di iniezione multipli,ripartitiomogeneamente sulla periferia del loro mozzo centrale, .in numero sufficiente perché i tragitti della materia siano assai corti sino alle linee dove gli strati si riuniscono; sia attraverso uno strato di diffusione creato da una zona di strizione dello scorrimento attorno ad un anello centrale del pezzo stesso alimentato normalmente con uno o più punti.

Secondo un'altra disposizione vantaggiosa della presente invenzione i due pezzi così ottenuti sono assemblati mediante saldatura per ultrasuoni, direttori di energia classici a forma di cordoni triangolari terminando gli spigoli superiori delle alette del fondo.

Peraltro i due pezzi stampati,sono vantaggiosamente dotati di una masserella diequilibratura proveniente di stampaggio con essi, la cui posizione angolare e la massa possono essere regolate a volontà grazie ad un dispositivo regolabile che equipaggia i loro stampi di fabbricazione, il che elimina totalmente il problema dell'equilibratura unitaria dei rotori prodotti, costante nelle tecnologie anteriori.

D'altra parte, i rotori secondo la presente invenzione possono essere vantaggiosamente provvisti nella loro parte centrale di un sistema di azionamento adatto, che può venire direttamente di stampaggio con uno dei due pezzi, o essere stampato o metallico e riportato.

Infine i.due pezzi costitutivi dei rotori secondo l'invenzione possono essere realizzati vantaggiosamente per cause tecniche o economiche, con due materiali differenti, purché questi siano compatibili per un assemblaggio mediante saldatura per ultrasuoni.

La presente invenzione sarà meglio compresa con la lettura della descrizione dettagliata che segue di esempi di realizzazione di rotori di pompa secondo l'invenzione, illustrati mediante i disegni allegati., fornitia titolo illustrativo e non limitativo, e nei quali:

la figura la rappresenta una vista dall'alto di un rotore di pompa, secondo la presente invenzione,

la figura 1b rappresenta una vista in sezione di un rotore di pompa assemblato, secondo la presente invenzione,

la figura 2a rappresenta una vista in sezione di un fondo con le sue alette,

la figura 2b rappresenta una vista in sezione di un coperchio, corrispondente al fondo della figura 2a,

la figura 3a rappresenta una vista in sezione di una variante di realizzazione di un fondo,

la figura 3b rappresenta una vista in sezione di un coperchio corrispondente al fondo della figura 3a,

la figura 4a rappresenta una vista schematica di un fondo e di un coperchio prima del loro assemblaggio mediante ultrasuoni,

la figura 4b rappresenta un'illustrazione di un direttore di energia, per la saldatura mediante ultrasuoni,

la figura 4c rappresenta una vista in prospettiva di un'aletta dotata del direttore di energia della figura 4b, la figura 5 rappresenta una vista schematica di un dispositivo di saldatura mediante ultrasuoni,

la figura ó rappresenta una vista schematica di una variante di assemblaggio mediante ultrasuoni.

la figura 7 rappresenta una vista in sezione dell'utensile di stampaggio di un fondo con la sua massereila di equilibratura.

Se ci si riferisce alle figure la e 1b si vede che un rotore di pompa secondo l'invenzione è costituito da due pezzi assemblati, un fondo 1 e un coperchio 2 che sono rappresentati in dettaglio e in sezione all'uscita del loro stampaggio per iniezione, secondo due varianti differenti, sulle figure 2a e 2b da una parte, e 3a e 3b d'altra parte.

Come lo si può vedere sulla figura 2a, il fondo 1 comprende una flangia 10 sormontata da una serie di alette 11 solidali con questa flangia, avente una forma adatta e che possono, per esempio, essere curve o elicoidali secondo le necessità, per migliorare o ottimizzare ilrendimento delrotore,in particolare secondo la natura del fluido da propellere. In alcuni casi, ed in particolare quando la sformatura rischia di rappresentare un problema, la flangia 10 può comprendere vantaggiosamente sulla sua periferia e nel suo piano una stretta corona anulare 12 che fuoriesce dalle alette 11 per permettere la messa in opera nell'utensile di stampaggio di un eiettore anulare, visibile in 110 sulla figura 7 che sarà descritta nel seguito, facilitando l'estrazione del pezzo dalla sua impronta al termine dello stampaggio senza ostacolare la rotazione del pezzo risultante dallo spostamento assiale convertito in rotazione per il fatto della forma delle alette 11.

Il fondo 1 è pure provvisto al suo centro, in forma convenzionale, di un mozzo 13 che può essere vantaggiosamente provvisto di un sistema di azionamento di tipo noto quale, per esempio,una zona filettata,o un'inchiavettatura o un poligono, cialtro, ottenuto direttamente di stampaggio, o anche un pezzo inserito, metallico o altro, sormontato o riportato, secondo tecniche note.

La -figura 2b rappresenta il coperchio 2 che è il pezzo complementare del precedente. Si tratta globalmente di una semplice flangia circolare sottile 20 la cui forma generale a calotta di rivoluzione attorno ad un asse verticale è tale che essa sposa sostanzialmente la curvatura degli spigoli superiori 14 delle alette 11 del fondo 1 ed il cui diametro esterno 21 coincide sostanzialmente con quello delimitato sulla flangia 10 del fondo 1 dagli spigoli esterni 15 delle alette 11, mentre il suo diametro interno 22 coincide sostanzialmente con quello delimitato allo stesso modo dagli spigoli interni 16 di queste stesse alette 11.

Come illustrano le figura 2a e 2b, come pure le figure 3a e 3b che rappresentano una variante di realizzazione di questi due stessi pezzi costitutivi di un rotore di pompa secondo l'invenzione, questi due pezzi sono sempre ottenuti mediante stampaggio per iniezione classica, con stampi di precisione, di un materiale termoplastico ad alta resistenza meccanica, di grande fluidità per poter essere iniettato in piccoli spessori, cioè dell'ordine del millimetro o meno. Il materiale utilizzato deve conservare le sue qualità meccaniche a temperatura elevata ed avere se possibile una resistenza chimica atta al fluido da propellere mediante la pompa o al suo ambiente (olii, grassi del sistema meccanico,idrocarburie altri).Siutilizza preferibilmente un materiale scelto nell'elenco qui sotto, dato a titolo indicativo, ma non esaustivo e non limitativo;

- le poliammidi (6.6 o 6.10 o 6.4 o 11.12)

- le poliarialimmidi

- i poiietereterchetoni o poiieterchetoni

- i solfuri di polifenilene

-- i polipropileni

- le poliftalammidi.

In tutti i casi si preferirà materiale caricato tra il 10% e il 60% o più, di fibre di vetro, o di fibre di Kevlar o anche di fibre di carbonio, o anche di altre cariche di questo tipo, ben note nella tecnica dei materiali termoplastici contenenti cariche iniettabili.

Con una materia di questo tipo è possibile iniettare facilmente pezzi che hanno piccoli spessori di pareti richiesti, sia dell'ordine del millimetro o meno. Ora è ben noto che al momento della stampaggio di materiali con cariche di questo tipo, si forma al contatto della superficie dell'impronta di stampaggio, quando il raffreddamente)della materia e quindi il suo indurimento interviene a contatto dello stampo, uno strato di materie;soprattutto costituito dalla resina che ha proprietà meccaniche e fisiche ben specifiche. Questo fenomeno, ben noto al tecnico del ramo è detto effetto pelle, si produce alla superficie dell'impronta che è necessario, per controllarlo, regolare ad una temperatura ottimale secondo il tipo di materia utilizzata, allo scopo di poter garantire la sua struttura.Per il fatto dei piccoli spessori dei pezzi così ottenuti, si beneficerà relativamente più delle qualità specifiche inerenti a questo strato superficiale che è presente sulle due facce del pezzo e le cui qualità meccaniche e fisiche sono particolarmente interessanti per l'applicazione qui prevista.

L'iniezione dei due pezzi considerati, sia il fondo 1 che il coperchio 2, si farà in forma classica, mediante un canale 3 coassiale con questi pezzi circolari,e che alimenta l'impronta considerata in modo di regolare bene uno scorrimento radiale simmetrico della materia iniettata. Questa iniezione si può fare,come illustrato sulle figure 2a e 2b, attraverso punti d.i iniezione multipli, quali 17, ripartiti in numero sufficiente sulla periferia 13 del fondo 1, o sulla corona interna 22 del coperchio 2, in modo che i tragitti delle materie siano assai corti sino alle linee dove gli strati si ricongiungono, garantendo così una saldatura con materia ancora calda, quindi con buone qualità meccaniche. In questo caso, si ricaveranno sfiatatoi d'aria all'estremità di ogni linea di saldatura per evitare il fenomeno di surriscaldamento in questo punto preciso dove l'aria e i gas contenuti nell'impronta devono essere evacuati.

Ma questa iniezione può anche farsi, come è rappresentato sulle figure 3a e 3b, attraverso uno strato di diffusione della materia,creato mediante una zona distrizione dello scorrimento (18 o 28) attorno ad un anello centrale del pezzo (19 o 29), a sua volta alimentato da uno o pitipunti di iniezione, in forma classica. Come in precedenza, si disporrà naturalmente degli sfiatatoi d'aria in punti convenienti per permettere l'evacuazione dell'aria e dei gas dall'impronta ed evitare i surriscaldamenti locali, come è ben noto nella tecnica dello stampaggio per iniezione.

I due pezzi così ottenuti, il fondo 1 e il coperchio 2, saranno quindi assemblati mediante la tecnica della saldatura per ultrasuoni, come è illustrato sulle figure 4, 5 e 6.

La scelta di un materiale di uno dei tipici dati qui sopra, o analogo, come pure i piccoli spessori di parete ottenuti, in particolare per il coperchio 2, e le piccole deformazioni geometriche registrate grazie alla simmetria del sistema di iniezione utilizzato, aggiunte alle qualità superficiali dei pezzi risultanti dall'effetto pelle qui sopra descritto permettono di praticare, mediante l'assemblaggio dei due pezzi, una saldatura per ultrasuoni con direttore di energia triangolare su superficie piana o continua, come illustrano le figure 4a, 4b e 4c.

Si dispone un cordone di sezione triangolare sullo spigolo superiore 14 di ogni aletta 11 per venire a contatto con il coperchio 2 a piatto e seguendo la sua curvatura, come è ben noto in questa tecnologia di saldatura per ultrasuoni.

Questo tipo di struttura semplice, possibile grazie ai piccoli spessori utilizzati e alla conformatiilità così ottenuta per il coperchio 2,evita di utilizzare imetodi più tradizionali noti con innesto, assai più difficili da applicare» 11 centraggio del coperchio 2 sul fondo 1 si farà al momento dell'assemblaggio mediante saldatura grazie ai metodi usuali, cioè mediante un posizionamento imposto dal supporto di ogni pezzo nel sonotrodo 30 e nell'incudine 31 come rappresentato schematicamente sulla figura 5, o anche mediante un posizionamento relativo dei due pezzi con pilotaggio mediante innesti in numero ridotto realizzati sui due pezzi, quali pezzi di centraggio 4 rappresentati schematicamente sulla figura 6.

Il rotore cosi costituito mediante assemblaggio di due pezzi, il fondo 1 e il coperchio 2, essendo chiamato a girare il più sovente a velocità elevate, è necessario assicurare la sua equilibratura al fine di evitare le vibrazioni, come è ben noto. Allo scopo di ottenere un'equilibratura perfetta di ogni pezzo di fabbricazione in serie, si fa venire di stampaggio su ciascuno di esso, il fondo 1 e il coperchio 2 una masserella di equilibratura 5 regolabile, come illustra la figura 7 che rappresenta l'utensile di stampaggio per iniezione del fondo 1 con le sue alette, essendo beninteso che il principio che sarà descritto per lo stampaggio di questo pezzo è totalmente applicabile allo stesso modo allo stampaggio del coperchio 2. Si vede su questa figura che la parte superiore 101 di questo utensile di stampaggio comprende un anello mobile 102 che può girare attorno all'asse centrale 103 del pezzo e dello stampa, essendo guidato rispetto alla parte fissa dell'utensile, per esempio da rulli. Nella sua parte superiore, la corona mobile 102 è dotata di una dentatura periferica 104 che ingrana con una vite senza fine adatta corrispondente 105 posta nella parte fissa del semi-stampo superiore 101.

In una zona opportuna della sua periferia, la corona mobile 102 la cui parte inferiore 106 forma l'impronta della corona esterna della faccia inferiore della flangia 10 del fondo 1, porta una pastiglia 107 spostabile verticalmente secondo un asse parallelo all'asse principale 103, e praticamente senza gioco apprezzabile in un foro 108 corr.ispondente di detta corona 102. Questa pastiglia 107 è avvitata su un'asta filettata 109 solidale con la corona 102 e che emerge nel foro 108.La faccia inferiore della pastiglia 107 porta un'impronta di cacciavite, o una sporgenza, o analogo, che permette di farla girare a volontà con un utensile opportuno quando lo stampo è aperto, e quindi di modificare la sua altezza rispetto ai piano della parte inferiore 106 della corona 102 che forma la faccia inferiore della corona esterna dell'impronta del fondo 1.

Si comprende così facilmente che al momento dello stampaggio del pezzo, sia il fondo 1 che il coperchio 2, si può far venire sulla faccia inferiore della flangia 10 di fondo 1 o sulla faccia superiore del coperchio 2, una massereila 5 di cui è possibile modificare l'altezza, e quindi la massa, operando sulla posizione in altezza della pastiglia 107 rispetto al piano inferiore 106 della corona 102 ed anche la posizione angolare agendo sulla vite senza fine 105 che fa girare la corona mobile 102, e quindi l'asse che porta l'asta 109 all'estremità della quale è fissata la pastiglia 107.

Si procede quindi immediatamente dopo l'estrazione dallo stampo di un pezzo, sia esso il fondo 1 o il coperchio 2, ad un controllo dell'equilibratura su un equipaggiamento opportuno e, secondo i risultati ottenuti, si modifica dall'esterno dello stampo aperto, e senza alcun smontaggio, la posizione angolare e/o della massa di massereila 5 in modo da ottenere un'equilibratura soddisfacente del pezzo. La produzione in serie potrà quindifarsi e sarà sufficiente verificare,mediante un prelievo classico sequenziale, che l'equilibratura del pezza si mantenga nel tempo. I due pezzi stampati, il fondo 1 e il coperchio 2, convenientemente contrassegnaii e assemblati, danno origine a rotori equilibrati.

L'esempio direalizzazione cosìdescritto di rotori di pompe può evidentemente dar luogo a numerose varianti di esecuzione senza uscire dal significata della presente invenzione. E' per questo che è per esempio possibile realizzare i due pezzi costitutivi il fondo 1 e il coperchio 2, in due materiali differenti, sia per cause tecniche e funzionali, sia per cause economiche e di costo di materia,o per entrambi contemporaneamente. Si può, per esempio, utilizzare una materia che ha una maggiore resistenza in temperatura per il -Fondo e una materia meno cara per il coperchio,essendo beninteso che bisogna sempre che queste materie siano compatibili tra laro per la saldatura mediante ultrasuoni.

Allo stesso modo, la forma generale e il numero di aletteli solidali con il fondo 1 possono essere estremamente variabili, secondo il tipo di applicazione previsto, ed in particolarela natura del fluido propulso e l'altezza di mandata da ottenere.

Allo stesso modo, la forma e la posizione, su ciascuno dei due pezzi costitutivi, della masserella 5 di equilibratura provenienteda stampaggio possono essere modificate entro larghi limiti senza uscire dal significato della presente invenzione.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Rotore per pompa atta allo spostamento di fluidi, comprendente due pezzi assemblati mediante saldatura, un fondo (1) con le sue alette (11) ed un coperchio (2), ottenuti entrambi mediante stampaggio per iniezione di materiali termoplastici adatti,preferibilmente rinforzati mediante cariche, caratterizzato dal fatto che le pareti dei due pezzi CI, 2) sono sufficientemente sottili per pater sostituire vantaggiosamente pezzi metallici simili che beneficiano al massimo delle qualità specifiche di superficie della materia stampata legate all'effetto pelle.
2. 2. Rotore per pompasecondo la rivendicazione 1,caratterizzato dal fatto che la materia plastica utilizzata per la realizzazione dei due pezzi (1, 2) è scelta preferibilmente nel gruppo formato dalle poliammidi (6.6. o 6.10 o 6.4 o 11.12), le poiiarilammidi, i poiietereterchetoni, i polieterchetoni, i solfuri di poiifenilene, i polipropileni, le poiiftalammidi, la detta materia plastica essendo preferibilmente rinforzata mediante una carica compresa fra il 10% e il 60% in peso di fibre di vetro, di fibre di Kevral, di fibre di carbonio, o analogo.
3. 3. Rotare per pompa secondo la rivendicazione lo la rivendicazione 2, caratterizzato rial fatto che lo spessore delle pareti dei pezzi stampati (1, 2) è dell'ordine del millimetro almeno.
4. 4. Rotore per pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzato dal Patto che l'iniezione dei pezzi (1, 2) è realizzata in punti,multipli (17 o 27) ripartiti regolarmente sulla periferia del mozzo (13) del fondo (1) o sulla corona interna (22) del coperchia (2).
5. 5. Rotore per pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzato dal fatto che l'iniezione dei pezzi (1, 2) è attuata attraverso uno strato di diffusione creato mediante una zone di strizzone dello scorrimento <18 o 28) che circonda un anello centrale del pezzo (1? o 29), a sua volta alimentato da uno o più punti, A.
6. Rotore per pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, caratterizzato dal fatto che il fondo (1) e il coperchia (2) sono assemblati mediante saldatura per ultrasuoni.
7. 7. Rotore per pompa secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che le alette (11) del fondo (1) sono datate lungo il loro spigolo superiore (14)di un cordane di sezione triangolare opportuna che va ad applicarsi su tutta la loro lunghezza contro la faccia inferiore del coperchio (2) e che forma direttore di energia durante la saldatura per ultrasuoni dei due pezzi.
8. 8. Rotare per pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, caratterizzato dal fatto che i due pezzi (1, 2) sono dotati di una masserella di equilibratura (5) che viene di stampaggio.
9. 9. Procedimento di stampaggio dei due pezzi costitutivi (1,2) del rotore di pompa secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dalfatto che l'attrezzatura di stampaggio (101) diciascuno dei pezzi è dotata di una pastiglia (107) la cui posizione è regolabile angolarmente ed in altezza,permettendo di far venire sul pezzo stampato (1,2) una massereila diequi1ibratura di cui si può regolare la massa e la posizione angolare.
10. 10. Rotore per pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8, caratterizzato dal fatto che il fondo (1) è dotato nella sua parte centrale di un sistema di azionamento opportuno del rotore, che può venire direttamente di stampaggio, o essere sovrastampato o semplicemente riportato.
11. 11. Rotore per pompa seconso una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8 o 10,caratterizzato dal fatto che i due pezzi costitutivi (1, 2)sono realizzati con due materiali termoplastici differenti.
12. 12. Procedimento per la realizzazione di rotori di pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8 o 10 o 11, caratterizzato dal fatto che i loro due pezzi costitutivi il, 2) sono realizzati mediante stampaggio per iniezione di pezzi a pareti sottili, dell'ordine del millimetra o meno, e con una o due materie termoplastiche adatte,preferibilmente con rinforzi,che sono quindi assemblate mediante ultrasuoni.