ITTO960545A1

ITTO960545A1 - Macchina idraulica a stantuffo assiale.

Info

Publication number: ITTO960545A1
Application number: IT96TO000545A
Authority: IT
Inventors: Lars Martensen; Henry Madsen Moller
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 1997-12-26
Also published as: GB2302920B; GB9613464D0; DE19523828C1; FR2736102A1; ITTO960545A0; GB2302920A; IT1286126B1; US5671653A; FR2736102B1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Macchina idraulica a stantuffo assiale"

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda una macchina idraulica a stantuffo assiale con un tamburo cilindrico, il quale è alloggiato con possibilità di rotazione rispetto ad un involucro, e nella quale tra la superficie esterna del tamburo cilindrica e l'involucro è disposto un cuscinetto con una superficie di scorrimento.

Una macchina di questo genere è nota ad esempio dal DE 4301 120 A1.

Nell'ambito di una sempre crescente consapevolezza rivolta alla conservazione dell'ambiente, nel caso delle macchine idrauliche si tende a sostituire gli oli idraulici, che nella maggior parte dei casi sono velenosi, con altri liouidi. A questo proposito promette. particolari vantaggi l'impiego di acqua quale liquida idraulico.

Gli oli idraulici impiegati nel passato hanno perù il vantaggio che essi servono non soltanto da mezzo idraulico, bensì presentano nello stesso tempo delle proprietà lubrificanti, le quali riducono l'attrita tra le parti in movimento della macchina idraulica. Questa proprietà lubrificante non pub essere resa disponibile nella entità nota da molti altri liquidi, in particolare dall'acqua.

Di conseguenza è stato già proposto di impiegare in determinati elementi funzionali della macchina, che vengono sollecitati ad attrito, delle materie plastiche le quali diminuiscono l'attrito. Queste materie plastiche formano allora una parte di una superficie di attrito nella quale le parti recipròcamente in movimento scivolano l'una sull'altra senza attrito. L'imoieao di questi tipi di materie plastiche non è però privo di problemi. In particolare le materie plastiche si possono solo limitatamente sollecitare a pressione e a temperatura.

Alla base della invenzione sta il problema di potere fare funzionare una macchina idraulica a stantuffo assiale anche con un liquido il quale non provoca una lubrificazione così buona come l'olio idraulico.

Questo problema viene risolto con una macchina, idraulica e stantuffo assiale del tipo citato all'inizio per il fatto che la superficie di scorrimento è formata mediante un materiale plastico che riduce l'attrito, e presenta almeno una cavità che è collegata con almeno un bordo della superficie di scorrimento.

Con questa soluzione, al fine di migliorare la possibilità di scorrimento tra il tamburo cilindrica e l'involucro, si impiega una materia plastica che riduce l'attrito, del tipo che è già noto da altri tipi di impieghi in una macchina idraulica a stantuffo assiale. Nella posizione compresa tra il tamburo cilindrico e l'involucro, la materia plastica della superficie di scorrimento è d'altra parte sottoposta ad una sollecitazione relativamente elevata. la quale normalmente può provocare un rilevante aumento di temperatura nello strato della materia plastica, quale non è voluto. Per questo motivo viene ricavata nella superficie di scorrimento una cavità, la quale è collegata con almeno un bordo della superficie di scorrimento. L'involucro della macchina a stantuffo assiale è di solito riempito con un liquido idraulica, ad esempio con acqua. Quando allora la cavità è collegata con un bordo della superficie di scorrimento , il liquido idraulico pub arrivare nella sona del cuscinetto compresa tra il tamburo cilindrico e .l'involucro. A seguito di una rotazione del tamburo cilindrico rispetto all'involucro, questo liquido idraulico viene allora portato o trascinato nella superficie di scorrimento. In questo modo si origina un relativo flusso di liquido tra il tamburo cilindrico e .l'involucro nella zona del cuscinetto. Anche quando il flusso e le quantità di liquido idraulico da esso messe in movimento sono soltanto relativamente ridotti, essi sono perù sufficienti ad impedire un eccessivo sviluppo di calore. Il calore che si ferma viene trasportato via dal liquido. La pellicola di liquido che si forma tra il tamburo cilindrico e l'involucro nella zona del cuscinetto serve possibilmente anche da mezzo lubrificante. Questo fenomeno peri) non è stato ancora sufficientemente chiarito. Grazie allo smaltimento del calore, la superficie di scorrimento e quindi lo strato della materia plastica che diminuisce l'attrito vengono mantenuti ad una temperatura la quale sollecita meno .intensamente la materia plastica e quindi. prolunga in modo del tutto rilevante la durata di funzionamento della macchina.

In una esecuzione preferita è previsto che la cavità si sviluppi da un bordo della superficie di scorrimento all'altro e attraversi la superficie di scorrimento. In questa esecuzione, il liquido idraulico pub penetrare da entrambi i lati della superficie di scorrimento, e ciò migliora drasticamente le condizioni del flusso. Il raff redrtamento diventa quindi più efficace. Inoltre si pub anche impiegare la cavità per smaltire l'aria dalla macchina, e cib è importante in particolare modo nel caso di una pompa, quando questa viene messa in funzione per la prima volta oppure quando viene nuovamente messa in funzione dopo essere stata scollegata dai condotti idraulici. Attraverso la cavità l'aria che si è raccolta al di sotto della zona del cuscinetto pub di fatto sfiatare senza che si debbano ricavare ulteriori fori o canali di sfiato per l'aria in questa zona della macchina.

L.a cavità di sviluppa di preferenza praticamente parallela all'asse di rotazione. Questo fatto migliora la possibilità di smaltimento dell'aria. Inoltre, con questa esecuzione la penetrazione del liquido nella cavità avviene in modo ampiamente indipendente dal senso di rotazione del tamburo cilindrico.

Vengono convenientemente impiegate una pluralità di cavità. Quindi il liquido pud penetrare anche in corrispondenza di una pluralità di zone sulla superficie esterna nella zona compresa tra il tamburo cilindrico e l'involucro, e ciò migliora ulteriormente lo smaltimento del calore e quindi il raffreddamento. Sono più brevi i tratti percorsi che il liquido deve compiere.

In una esecuzione particolarmente preferita, rimane un tratto di superficie strettamente unito. il quale si sviluppa in senso circonferenziale per almeno 120°. Questo tratto di superficie è abbinato alla zona compresa tra l'involucro e il tamburo cilindrico. la quale viene più fortemente sollecitata. Nel caso delle macchine idrauliche a stantuffo assiale, questa zona di sviluppa anche intorno al punto, in corrispondenza del quale {spostato in direzione assiale) il disco obliquo presenta il suo punto più basso, ossia la sua massima distanza dal tamburo cilindrico. In tale direzione è di fatto rivolta la forza di trascinamento dovuta alla inclinazione. che viene esercitata dal disco obliquo sul tamburo cilindrico per mezzo degli stantuffi, i quali vengono spostati nel tamburo cilindrico. Dal momento che questa zona 6 formata in moda continuo e senza.interruzioni da

una cavità, essa'è in grado di assorbire la forze

maggiori che agiscono tra il tamburo cilindrico e l'involucro. L'ingresso del liquido attraverso le

cavità che limitano questo tratta continuo di superficie 6 sufficiente per smaltire il calore

nella entità necessaria o per migliorare la lubrificazione mediante una pellicola scorrevole.

Una cavità di preferenza non si sviluppa per

più di 45° in senso clrconferenziale. 11 tamburo cilindrico è quindi sempre sostenuto in maniera sufficiente sulla sua superficie esterna. Per un

funzionamento fisso in una posizione prestabilita,

sarebbe fondamentalmente sufficiente impiegare un

sostegno nella zona nella quale il disco obliquo

presenta il suo punto più basso. Non appena però la

macchina viene messa in movimento, sia per motivi di trasporta oppure per un funzionamento non fisso,

oppure viene messa in funzione in una posizione che differisce dalla posizione prestabilita (ad esempio verticale), è necessario un supporto continuo del

tamburo cilindrico rispetto all'involucro, il quale

viene assicurata limitando le cavità ad una certa dimensione

Si preferisce anche che la somma delle

larghezze delle cavità in direzione circonferenziale sia inferiore a-120°. Si attiene in questo modo effettivamente un alloggiamento molto precisa del tamburo cilindrico nell'involucro. anche quando mediante le cavità si rende -possibile la penetrazione del liquido nella zona compresa tra il tamburo cilindrico e l'involucro·.

L'involucro presenta di preferenza almeno su di una parte della sua lunghezza una sezione esterna approssimativamente rettangolare, mentre almeno una cavità viene disposta in modo tale per cui essa si trova nella zona dello spessore minore dell'involucro. I diversi spessori dell'involucro sono dovuti al fatto che il tamburo cilindrico presenta una sezione di forma circolare. In modo corrispondente. anche la superficie di scorrimento deve avere una sezione di forma circolare. In questo modo si ottengono con una sezione esterna rettangolare due zone nelle quali l'involucro presenta il suo spessore minimo. Nel caso di una sezione dell'involucro di forma rettangolarer una zona minima dello spessore dell'involucro può essere leggermente superiore all'altra. Nel caso di una sezione quadrangolare . questi due spessori dell'involucro sono uguali. Molte volte le macchi.ne di questa tipo vengono montate in modo tale per cui uno dei loro lati dell'involucro è disposto orizsontalmente e un altro è disposto verticalmente. Se ora si posiziona la cavità in modo tale per cui essa si trova nella zona dello spessore minimo dell '.involucro, è possibile montare .la macchina in modo tale per cui la cavità è disposta superiormente nella direzione della forza di gravità, il che facilita a sua volta lo sfiato dell'aria della macchina attraverso questa cavità. Se vengono impiegate due cavità, le quali sono disposte praticamente spostate di 90° 1 'una rispetto all'altra, la macchina si pub addirittura montare in molti modi diversi e suo malgrado può essere garantito lo sfiato dell'aria.

Una linea di passaggio tra la cavità e la superficie di scorrimento presenta di preferenza una forma realizzata da una serie di curve, la quale da un lato è limitata da una linea circolare e dall'altro da una retta la quale si sviluppa sotto un angolo pari a circa 45” rispetto alla tangente, mentre sono smussati i passaggi nella superficie di scorrimento. Non ci. sono quindi. spigoli. vivi o tratti rettilinei i quali eventualmente potrebbero danneggiare il. cuscinetto,, Mediante la forma descritte, l'acqua, a seguito della rotazione del tamburo cilindrico rispetto all'involucro, con una relativa pressione nella zona compresa tra il tamburo cilindrico e l'involucro, per cui è assicurato il voluto smaltimento del calore.

L'invenzione verrà descritta nel seguito sulla base di un esempio di esecuzione preferito e unitamente al disegno, nel quale:

la figura 1 mostra una vista in pianta di un involucro aperto visto dal lato anteriore e

la figura 2 mostra una sezione 11-11 in base alla figura 1.

Di una macchina idraulica a stantuffo assiale, viene illustrato nella figura 1 e 2 un involucro 1 nel quale è alloggiato con possibilità di rotazione un tamburo cilindrico 2, riportato solo a tratteggio nel disegno in figura 2. Tra l'involucro 1 e il tamburo cilindrico 2 è disposto un cuscinetto 3 con una superficie di scorrimento 4 formata in una materia plastica che riduce l'attrito. 11 tamburo cilindrico 2 appoggia contro questa superficie di scorrimento 4.

Quale materia plastica che riduce l'attrito, viene di preferenza impiegato un materiale termoplastico di elevata resistenza, il. quale viene scelto dal punto formato dai poli arileterchetoni, in particolare dai poli etereterchetoni. dalle poliammidi o dalle poliamidiimmidi. La materia plastica pub venire rinforzata mediante vetro. grafite, politetrafluoroetilene o carbonio, e questo rinforzo è presente sotto forma di fibre. Fondamentalmente è sufficiente che la superficie del cuscinetto 3 sia formata in questa materia plastica. In molti casi è perù auspicabile che l'intero cuscinetto 3 sia formato da questa materia plastica. In questo caso non vi è più pericolo che la superficie di scorrimento 4 si distacchi dal cuscinetto 3.

La superficie di scorrimento 4 presenta tre cavità 5, 6. 7 le quali si sviluppano da un bardo assiale della superficie di scorrimento A- all'altro e quindi attraversano la superficie di scorrimento. Le cavità 5, 6, 7 sono formate da una riduzione di spessore del cuscinetto 3. Esse si sviluppano praticamente parallele all'asse di rotazione 8 del tamburo cilindrico 2.

Nella superficie di scorrimento 4- rimane perb un tratto continuo di superficie 9, il quale si sviluppa secondo un angolo a pari ad almeno 120° in senso circonferenziale. Questo tratto di superficie 9 5i trova in una zona nella quale si trova anche il punto più basso di un disco obliquo non illustrato in maggior dettaglio. Il punto più basso del disco obliquo è il punto in corrispondenza del quale il disco obliquo presenta la sua distanza massima dal tamburo cilindrico 2, Per affetta della forza di trascinamento dovuta alla inclinazione, che il disco obliquo esercita sul tamburo cilindrico 2 mediante gli stantuffi che non vengono anch'essi illustrati con maggiore dettaglio, il tamburo cilindrico 2 viene spinto proprio in questa zona contro la superficie di scorrimento.

Al fine però di potere determinare in questo caso con precisione la posizione del tamburo cilindrico 2 nell'involucro 1 , vengono impiegati ulteriori tratti di cuscinetti 10 e 11.. i quali sostengono il tamburo cilindrico 2 anche in altre direzioni.

Al fine di assicurare un sufficiente appoggio, è previsto che la larghezza della cavità ρiù grande 7 non superi in senso circonferenziale un angolo di 45° . Nell'insieme, la somma delle larghezze delle cavità 5, b , 7 non dovrebbe superare in senso circonferanziale un angolo di 120°.

Come si può vedere in base alla figura 1, l'involucro 1 presenta una sezione praticamente quadrangolare, mentre la cavità 14 che alloggia il tamburo cilindrico di forma circolare, ha una sezione di forma circolare. Si ricavano quindi dei tratti nei quali la cavità 14 è più* vicina alla parete esterna dell'involucro 1 rispetto ad altri tratti. In queste zone, la parete dell'involucro presenta il suo minore spessore. Nel caso di un involucro di forma rettangolare, vi sono di fatto spessori diversi in queste zone. Ciò malgrado è passibile definire un tale genere di tratto, il quale viene provvisto ad esempio nella figura 1 dei numeri di riferimento 12 e 13, come un tratto con il minimo spessore dell'involucro.

Come appare manifesto dalla figura 1, le cavità 6 e 7 si trovano ora nelle zone 12 e 13 aventi il minimo spessore dell'involucro. Dal momento che un tal genere di macchina a stantuffo assiale viene molte volte montata in modo tale per cui i suoi lati esterni si sviluppano orizzontalmente oppure verticalmente, con questa esecuzione si può ottenere che le cavità 6 o 7 siano rivolte sempre superiormente nella direzione della forza di. gravità. L'aria che si raccoglie nella cavità 14. la quale alloggia il tamburo cilindrica 2, pub allora facilmente sfiatare attraverso Le cavità 6 o 7 sul tamburo cilindrico prima della messa in funzione del motore, in particolare quando essa viene realizzata come una pompa. Questa esecuzione facilita quindi in modo del tutto rilevante anche lo- sfiatamento dell'aria dalla macchina.

il passaggio tra le cavità 5, 6„ 7 può avvenire in maniere diverse. Per la cavità 5. il passaggio è illustrato sotto forma di una linea circolare 15, mentre nel passaggio dalla linea circolare 15 alla superficie di scorrimento 4 si evitano spigoli o tratti rettilinei. Questi passaggi sono smussati. Inoltre il passaggio può avvenire mediante un tratto rettilineo 16. il quale si sviluppa secondo un angolo pari a circa 45 rispetto alla tangente alla superficie di scorrimento 4. come viene illustrato a titolo di esempio per la cavità 6.. La linea circolare 15 e il tratto rettilineo 16 formano limiti di una serie di curve, in base alle quali è possibile scegliere la linea di passaggio tra le cavità 5, 6, 7 e la superficie di scorrimento 4. Si tratta quindi sempre di una struttura concava oppure rettilinea di questa linea di passaggio, e non però di un passaggio convesso. In questo modo si ottiene che il liquido idraulico, ad esempio l'acqua, il quale pub penetrare senza problemi nelle cavità 5, 6, 7, pub anche venire trascinato nella zona compresa tra il tamburo cilindrico 2 e la superficie di scorrimento 4 e lì pub venire impiegato per lo smaltimento del calore.

Le cavità 5, 6T 7 hanno inoltre il vantaggio che si possano compensare le possibili differenze di pressione intorno al cuscinetto. In questo modo si evita una sollecitazione del cuscinetto su di un solo lato.

Le cavità 5, 6, 7 nel cuscinetto 3 possono venire già ricavate durante la colata del cuscinetto. Esse possono anche venire realizzate in un secondo tempo mediante uno dei noti tipi di deformazione mediante asportazione di materiale o con altri tipi di deformazione particolari.

Naturalmente si possano anche impiegare ulteriori cavità 5. 6, 7. per quanto si sia riscontrato sufficiente il numero di tre

Claims

RIVENDICAZIONI 1. - Macchina idraulica a stantuffo assiale con un tamburo cilindrico, il quale è alloggiato con possibilità di rotazione rispetto ad un involucro, nella quale tra la superficie esterna- del tamburo cilindrico e l'involucro è disposto un cuscinetto con una superficie di scorrimento, caratterizzata dal fatto, che la superficie di scorrimento (4) è formata da una materia plastica che riduce l'attrito e presenta almeno una cavità (5. 6, 7) che è collegata con almeno un bordo della superficie di scorrimento (4). S, - Macchina seconda la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto, che la cavità (5. 6. 7) si sviluppa da un borda della superficie di scorrimento (4) all'altro. e attraversa la superficie di scorrimento (4). 3. - Macchina secondo la rivendicazione 1 oppure 2. caratterizzata dal fatto, che la cavità (5, 6, 7,) si sviluppa praticamente parallela all'asse di rotazione (31. 4. - Macchina secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto. che vengono impiegate una pluralità di cavità (5, 6, 7). 5. - Macchina secondo una delle rivendicazioni da Λ a 4. caretterizzata dal fatto, che rimane un tratto di superficie continun (9), il quale si sviluppa in senso circonferenziale per almeno 120°. 6. - Macchina secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto, che una cavità (5. 6. 7) non si sviluppa per più,di 45* in senso circonferenziale. 7. — Macchina secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6. caratterizzata dal fatto, che ]a somma delle larghezze delle cavità (5, 6, 7) in senso circonferenziale è inferiore a 120°. 8. - Macchina secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7. caratterizzata dal fatto, che l'involucro (1) presenta almeno su di una parte della sua lunghezza una sezione esterna approssimativamente rettango lare, mentre almeno una cavità (6, 7) è disposta in modo tale per cui essa si trova nella zona (12.- 13) dello spessore minimo dell'involucro. 9. -- Macchina secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto, che una linea di passaggio (15, 16) dalla cavità £5, 6, 7) alla superficie di scorrimento (4) presenta una forma ricavata da una serie di curve, la quale è limitata da un lato da una linea circolare 15), e dall.'altro da un tratto rettilineo 16) che si sviluppa secondo un angolo di circa 45° rispetto alla tangente, mentre i passaggi nella superficie di scorrimento (4) sono smussati·