ITVI20090004A1 - Variatore idrodinamico di velocita' a pistoni radiali - Google Patents

Description

Descrizione

Il presente trovato riguarda un variatore idrodinamico di velocità a pistoni radiali, secondo la parte generale della rivendicazione 1.

Per quanto riguarda lo stato della tecnica, si citano i dispositivi descritti nel documento GB-A 1190114 (per semplicità identificato con tipo 11-14, nel seguito della presente) e nel documento EP-A-0428192 (per semplicità identificato con tipo A2-A12 nel seguito della presente), a nome della stessa richiedente della presente domanda.

Nel primo documento à ̈ descritto un dispositivo comprendente una pompa a pistoni radiali ed un motore idraulico a pistoni radiali; fra questi due elementi, collegati reciprocamente da un albero centrale, viene stabilita una circolazione di liquido attraverso i canali dell’albero stesso. L’eccentricità variabile della pompa e/o del motore idraulico consente di ottenere le variazioni di velocità dell’albero condotto.

Nel secondo documento sopra indicato à ̈ descritto un dispositivo comprendente una pompa a pistoni radiali e un motore idraulico, anch’esso a pistoni radiali, con un sistema di distributori frontali atto a mettere in comunicazione le cavità cilindriche radiali di pompa e motore. Variando l’eccentricità della pompa si ottiene la variazione della velocità di uscita.

I variatori citati, pur avendo riscontrato un considerevole successo sul piano della loro utilizzazione pratica, in particolare nell’ambito delle piccole e medie potenze, hanno dato luogo ad alcuni inconvenienti, che si desidera eliminare con il variatore secondo il presente trovato, che introduce degli evidenti vantaggi sia a livello di semplicità produttiva, che di caratteristiche di base per l’ambito commerciale.

Per quanto riguarda il tipo 11-14, un fatto limitante à ̈ la scarsa modularità con cui à ̈ realizzato: pochissimi componenti sono utilizzabili per più di una taglia (potenza). Alcune caratteristiche importanti per l’installazione (bidirezionalità di entrata, posizione montaggio) non sono modificabili, se non smontando completamente il variatore.

Per quanto riguarda il tipo A2-A12 il sistema di distribuzione frontale obbliga all’accoppiamento di più componenti con tolleranze molto ristrette, causando spesso la necessità, nella fase di collaudo, di smontare e verificare alcuni componenti, per poi montare e testare nuovamente il variatore.

Sempre nel tipo A2-A12 l’apertura del piattello distributore come valvola di massima pressione non à ̈ garantita.

Un altro inconveniente, riscontrabile soprattutto nel tipo 11-14, consiste nell’elevato costo di produzione, a causa della complessità dei pezzi e della scarsa modularità degli stessi.

Tutti questi inconvenienti vengono eliminati nel variatore perfezionato secondo il trovato, che si presenta più silenzioso ed economico del precedente grazie alle caratteristiche della parte caratterizzante della rivendicazione 1.

I suoi vantaggi più evidenti vengono descritti qui di seguito.

II variatore à ̈ stato progettato con un’attenzione particolare alla modularità, per minimizzare i componenti utili ad una sola taglia (potenza), permettendo l’utilizzazione della stragrande maggioranza dei pezzi su quattro tipi di variatori attuali. In sintesi, vi à ̈ un modulo base di potenza, uguale per tutti e quattro i tipi, per il quale si utilizzano dei kit per i coperchi di entrata ed uscita, relativi alla potenza utilizzata. I piedini sono removibili, permettendo Γ intercambiabilità con i precedenti variatori o una flessibilità di scelta prima non possibile. Tutto ciò determina una notevole semplificazione dal punto di vista produttivo, con una conseguente diminuzione dei costi di produzione.

Sul variatore perfezionato secondo il trovato à ̈ presente, di serie, un sistema di regolazione della massima pressione (quindi massima coppia) del liquido, presente solo su richiesta sui tipi 11-14 e A2- Al 2 (su questi ultimi era necessario un blocco esterno, maggiormente soggetto alle perdite di liquido in pressione). Altra caratteristica semplifìcativa à ̈ l’accoppiamento fra unità idraulica (pompa e motore idraulico) ed albero di entrata ed uscita. Nel tipo 11-14 esso era garantito da un giunto ad incastro, mentre nella serie A2-A12 l’albero à ̈ “piantato†nell’ unità idraulica. Nel variatore di cui al trovato l’accoppiamento avviene tramite due rulli cilindrici temprati che collegano i due elementi. II vantaggio di questa soluzione consiste nel fatto che à ̈ presente un pezzo costoso in meno rispetto al tipi 11-14 vi à ̈ una maggior flessibilità nel produrre un albero di uscita speciale rispetto ai tipi A2-A12 (per i quali era necessario piantare l’albero nel rotore e rettificare tutto l’insieme, obbligando perciò a dei costi molto elevati per alberi specificatamente richiesti del cliente).

Nell’albero di uscita à ̈ già integrata la funzione di ruota polare (ruota fonica, con fori per la lettura della frequenza che funge da sensore per la velocità) che consente una semplificazione dei pezzi, una diminuzione dei costi e una maggior flessibilità per il cliente, che può aggiungere il sensore in un secondo tempo. La posizione di montaggio à ̈ universale, senza necessità di alcuna modifica sul variatore (nel tipo 11-14 era necessario procedere allo smontaggio completo del variatore, mentre nel tipo A2-A12 era necessario invertire due grani fissati sulla fusione del coperchio di ingresso).

E’ presente di serie il sistema per la rotazione bidirezionale dell’albero di ingresso: ciò permette al cliente maggiore flessibilità di funzionamento e minori inconvenienti in fase di installazione (un’errata rotazione in ingresso causa la mancanza di pescaggio del liquido, con possibile grippaggio del sistema, per l’assenza di lubrificazione).

I comandi di regolazione della velocità sono modulari (il comando à ̈ utilizzabile per tutte le taglie), mentre attualmente nel tipo 11-14 non lo sono; anche questo comporta una notevole semplificazione a livello produttivo.

II variatore idrodinamico di velocità a pistoni radiali secondo il trovato à ̈ definito dalla parte caratterizzante della rivendicazione 1.

I disegni allegati, fomiti a titolo di esempio non limitativo, consentono di comprendere meglio il trovato, le sue caratteristiche ed i vantaggi che procura. In particolare:

- la fig. 1 rappresenta una sezione longitudinale assiale del dispositivo di cui al trovato.

- le figg. 2 - 6 rappresentano delle sezioni trasversali effettuate secondo i piani indicati in Fig. 1 (rispettivamente A- A, B-B, C-C, D-D, E-E).

Come si vede dalle figure, l’albero motore 11 à ̈ collegato e reso solidale all’albero condotto 12 da una trasmissione idrostatica. L’albero motore 11 à ̈ solidale al rotore della pompa 6, mentre l’albero condotto 12 à ̈ solidale al motore idraulico 7. L’albero motore 11 à ̈ sostenuto e ruota tramite l’albero del motore elettrico, mentre il rotore 6 à ̈ sostenuto e ruota, mediante la bronzina 9, sull’albero distributore 8.

L’albero condotto 12 à ̈ sostenuto e ruota sui cuscinetti 13 e 14, mentre il rotore 7 à ̈ sostenuto e ruota, mediante la bronzina 10, sull’albero distributore 8.

Il rotore della pompa 6 comprende della cavità cilindriche radiali, nelle quali si spostano dei pistoni 15. Questi ultimi vengono spostati verso l’esterno dalla forza centrifuga generata dalla rotazione imposta all’albero motore, urtano contro l’anello interno 16 del cuscinetto a rotolamento 18, il cui anello esterno 17 à ̈ solidale all’anello di manovra 23, a sua volta solidale alla carcassa 1, essendo sempre atto ad essere spostato trasversalmente rispetto alla suddetta, come à ̈ visibile nella fig. 2.

In modo analogo il rotore del motore idraulico 7 (Fig. 3) presenta delle cavità cilindriche radiali, all’interno delle quali scorrono i pistoni 19, che, essendo spostati verso l’esterno dalla pressione del liquido, vanno ad arrestarsi contro l’anello interno 20 del cuscinetto di rotolamento 21, il cui anello esterno 22 à ̈ solidale alla carcassa 1.

Almeno uno dei due cuscinetti di rotolamento 18 e 21 può avere una eccentricità variabile.

Ad esempio, nella forma di realizzazione illustrata in Fig. 2, l’anello esterno 17 del cuscinetto 18 à ̈ fissato all’anello di manovra 23 fulcrato sul perno di supporto 24 e si può spostare trasversalmente all’asse longitudinale della macchina, mediante il sistema di comando costituito dal perno a testa sferica 25, trattenuto dal manicotto 26. Quest’ultimo ha un foro filettato nel quale à ̈ montata la vite 27, le cui parti cilindriche 29 e 30 sono adatte a ruotare all’interno delle aperture formate sulla carcassa 5, potendo essere poste in rotazione dal volantino 28, azionato a mano.

Una variazione della eccentricità del cuscinetto 18 comporta una variazione corrispondente della corsa massima effettuata del pistone 15 all’interno delle cavità cilindriche corrispondenti e, di conseguenza, una variazione della cilindrata di ciascun pistone. Nell’esempio di realizzazione illustrato nei disegni allegati il motore idraulico 7 presenta una eccentricità costante, mentre la pompa 6 presenta una eccentricità variabile, in entrambe le direzioni trasversali all’asse logitudinale della macchina.

Si comprende tuttavia che anche il motore idraulico 7 può essere realizzato ad eccentricità variabile tramite una disposizione simile a quella della pompa 6. Ciascuna delle cavità cilindriche radiali della pompa 6 à ̈ in comunicazione, tramite le aperture sulle bronzine 31, con i canali interni dell’albero distributore 8. Lo stesso vale per il motore idraulico 7, in cui analoghe aperture sulle bronzine 32, permettono la comunicazione tra le cavità cilindriche radiali e i canali interni dell’albero distributore 8.

Detti canali, o condotti 33 sono in comunicazione con la camera 54 tramite le due valvole di non ritorno 47 e 48. La camera 54 Ã ̈ posta in comunicazione tramite appositi condotti con la camera di mandata della pompa di alimentazione 55 (Fig. 5).

Le valvole di non ritorno 47 e 48 agiscono alternativamente, in funzione del condotto che ha il liquido in pressione; esse permettono al liquido di passare dalla camera 54 nei condotti 33, ma non viceversa (la pressione nei condotti 33 di mandata, da pompa a motore idraulico, à ̈ superiore alla pressione generata dalla pompetta di alimentazione 55, mentre in quelli di ritorno à ̈ inferiore).

La pompetta di alimentazione à ̈ costituita da un rotore con cavità radiali 55 e dai rullini 56. Essa viene posta in rotazione dall’albero motore 11, tramite la bronzina 9 resa solidale alla pompetta stessa dalla chiavetta 57 (Figura 5).

La camera di aspirazione 65 della pompetta di alimentazione à ̈ posta in collegamento con la parte bassa della carcassa 1 (che funge da serbatoio) mediante il condotto di aspirazione 64 (Figura 6). Il rotore della pompetta 55 può ruotare sia in senso orario sia in senso antiorario, in funzione della rotazione dell’albero motore 11. Con rotazione in senso orario (guardando la figura 5), il liquido viene aspirato attraverso la valvola di non ritorno 60, mentre la valvola di non ritorno 59 rimane chiusa. In questo caso la zona di compressione della pompetta à ̈ la metà superiore, per cui la camera 62 diviene quella di mandata, attraverso la valvola di non ritorno 58, mentre la valvola 61 rimane chiusa (nel caso di rotazione antioraria del rotore 55 della pompetta si ha la situazione opposta: la valvola 59 à ̈ di aspirazione, mentre la 60 rimane chiusa; la camera di mandata diventa la 63, con la valvola di mandata 61, mentre la 58 rimane chiusa).

Con riferimento alla Figura 4, una valvola 43, mantenuta chiusa da una molla 44, associata ad un cilindretto cavo 42 fissato sulla carcassa 1 , consente lo scarico in cassa del liquido in eccesso generato dalla pompetta 55.

Un condotto 66, chiuso da un tappo filettato 67, comunica con la camera di mandata 54 della pompetta di alimentazione; ciò consente il montaggio di un manometro per il controllo della pressione del liquido generato dalla pompetta e consente il prelevamento di liquido in pressione per un eventuale sistema idraulico di regolazione della velocità del variatore (al posto del volantino).

Le valvole, costituite dalle sfere 34,48, dai cilindretti 35, 37, 53, 49 e dalle molle 50 e 36, determinano la pressione massima del liquido nel circuito della pompa e del motore idraulico. Queste due valvole sono mantenute chiuse dalle molle tarate 50 e 36, consentendo lo scarico del liquido in cassa, quando ad esempio, a seguito di un arresto improvviso del motore idraulico, la pressione del liquido stesso rischia di raggiungere valori eccessivi. E’ possibile agire esternamente per registrare tali valvole e quindi determinare il valore di pressione di apertura, tramite le viti di regolazione (38 e 52).

II funzionamento del variatore si comprende facilmente mediante l’esame dei disegni allegati.

Quando l’albero motore à ̈ posto in rotazione, il moto à ̈ trasmesso anche alla pompetta di alimentazione 55, che aspira il liquido dalla cassa attraverso il canale 64 e lo mette in pressione nel circuito di lavoro del variatore attraverso le valvole 46 e 47. Dopo qualche giro, il liquido in pressione riempie completamente le cavità cilindriche al di sotto dei pistoni 15 della pompa 6 e 19 del motore idraulico 7. Quest’ultimo comincia a girare in senso contrario a quello della pompa 6, se la sua eccentricità coincide con quella della pompa stessa.

Con il senso di rotazione orario, (guardando la flg. 2), i pistoni 15 del semicerchio superiore si spostano verso l’esterno, sotto l’azione della forza centrifuga e della pressione del liquido generato dalla pompetta di alimentazione. Nel semicerchio inferiore invece si ha una fase di compressione del liquido, da parte dei pistoni 15, che costretti a rientrare dalla eccentricità, comprimono il liquido presente nella cavità cilindriche sottostanti, il quale attraverso i condotti 33 dell’albero distributore 8, viene inviato al motore idraulico 7. In quest’ultimo avviene l’esatto contrario: il liquido in pressione arrivato dalla pompa 6, spinge alla base dei pistoni 19, facendoli uscire nel corso del semicerchio inferiore. La componente della forza perpendicolare all’asse del pistone viene trasmessa all’albero di uscita 12, solidale al motore idraulico 7 mediante le spine 69.

Facendo variare l’eccentricità della pompa si modifica la quantità di liquido inviato, provocando perciò una variazione del numero di giri del motore idraulico.

In particolare, un aumento dell’eccentricità della pompa comporta una maggiore portata di liquido idraulico e di conseguenza un aumento del numero di giri del motore idraulico.

Al contrario, una riduzione dell’eccentricità della pompa provoca in modo corrispondente, una diminuzione del numero di giri del motore idraulico.

Quando l’eccentricità della pompa viene annullata, il motore idraulico si arresta; mentre quando l’eccentricità viene raggiunta al lato opposto, il senso di rotazione del motore idraulico si inverte.

Secondo un’altra forma particolare di realizzazione dell’ invenzione, si prevede che l’eccentricità del motore idraulico possa essere variabile, allo scopo di ottenere un numero di giri all’albero condotto maggiore di quello dell’albero motore, sia in un senso che nell’altro.

Naturalmente il variatore potrà assumere delle forme di realizzazione diverse da quella descritta. Ad esempio la pompa può essere separata dal motore idraulico, prevedendo un collegamento tramite tubazioni.

Inoltre si può prevedere che l’uscita dell’albero condotto sia orientata perpendicolarmente all’albero motore.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. VARIATORE IDRODINAMICO DI VELOCITA’ A PISTONI RADIALI, del tipo comprendente una pompa (6) e un motore idraulico (7), entrambi disposti su un telaio o cassa (1), muniti di pistoni rotanti (15 e 19), che, sospinti verso l’esterno dalla pressione del liquido, urtano contro gli anelli interni (16 e 20) del cuscinetto di rotolamento (18 e 21) ad eccentricità variabile, il variatore essendo caratterizzato dal fatto che i condotti (33) dell’ albero distributore (8) pongono in comunicazione le cavità cilindriche radiali al di sotto dei pistoni (15 e 19), mediante le aperture (31 e 32) presenti sulle bronzine (9 e 10), che sostengono la pompa (6) e il motore idraulico (7) sull’albero distributore (8), ciò che permette al motore idraulico (7) di ruotare nello stesso senso o nel senso inverso rispetto alla pompa (6), in funzione di una eccentricità inversa o identica rispetto a quella della suddetta pompa (6), nonché dal fatto che una pompa di intasamento o alimentazione (55) à ̈ collegata ad un condotto di aspirazione (64) alla cassa del variatore che funge da serbatoio.
2. 2. VARIATORE, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che un anello di manovra (23) à ̈ fulcrato su un perno di supporto (24) fissato sulla cassa (1), su detto anello essendo calettata la pista esterna (17) di un cuscinetto di rotolamento (18), sulla cui pista interna (16) sono posti in contatto i pistoni (15) della pompa (6), l’anello di manovra (23) essendo suscettibile di spostarsi trasversalmente rispetto all’asse di rotazione del variatore per mezzo di un sistema di regolazione costituito dal un perno a testa sferica (25), trattenuto da un manicotto (26), entro l’apertura filettata della quale à ̈ montato un albero filettato (27), comandato a mano tramite un volantino (28), ciò generando una variazione di eccentricità del cuscinetto (18) e, di conseguenza, una variazione della corsa massima effettuata dai pistoni (15) e quindi una variazione di cilindrata di ciascun pistone.
3. 3. Variatore, secondo una qualsiasi delle rivedicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che le valvole (35 e 49) determinano la pressione massima del liquido nel circuito, dette valvole essendo tarabili esternamente tramite delle viti di regolazione (38 e 52), le valvole (46 e 47) permettendo al liquido in pressione, proveniente dalla pompetta di alimentazione, di entrare nei condotti (33) dell’albero distributore (8) ed agendo alternativamente a seconda che il motore idraulico (7) ruoti nella stessa direzione o nel verso opposto rispetto alla pompa (6).
4. 4. VARIATORE, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che fanello di manovra (23) per la regolazione della eccentricità della pompa (6), nonché quello di cui à ̈ eventualmente munito il motore idraulico (7), à ̈ fulcrato sul perno di supporto (24) ed à ̈ suscettibile di essere spostato dallo stesso sistema di comando, allo scopo di modificare Γ eccentricità della pompa (6) ed eventualmente quella del motore idraulico (7) da una posizione massima ad una in senso opposto, permettendo così di modificare la velocità di rotazione del motore idraulico in un senso come nel senso opposto, rispetto a quello della pompa.
5. 5. VARIATORE, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che la pompa (6) à ̈ solidale all’albero motore (11) e i condotti (33) dell’albero distributore (8) sono ad essa collegati tramite delle aperture radiali (31) presenti sulla bronzina (9) di sostegno della pompa stessa.
6. 6. VARIATORE, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che il motore idraulico (7) à ̈ solidale all’albero condotto (12) ed i condotti (33) dell’ albero distributore (8) sono ad esso collegati tramite delle aperture radiali (32) presenti sulla bronzina (10) di sostegno della motore idraulico stesso.
7. 7. VARIATORE, secondo una qualsiasi della rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto di prevedere l’utilizzazione di un gruppo di componenti (in particolare cassa (1), pompa (6), motore idraulico (7), albero distributore (8), pompa di alimentazione (59) e tutti i componenti necessari al circuito idraulico di lavoro e quello di alimentazione) come modulo base di potenza per differenti potenze, unitamente ad alcuni kit di coperchi e alberi con dimensioni variabili, comprendenti in particolare anche flangiature per la parte di entrata, in modo da definire la configurazione desiderata, con riferimento alla potenza istallata.
8. 8. VARIATORE, secondo una qualsiasi della rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che l’albero condotto (12) ha integrato al suo interno un disco forato radialmente per l’utilizzazione di un sensore di prossimità o di un generatore di tensione, atti a fornire un valore proporzionale alla velocità dell’albero stesso.
9. 9. VARIATORE, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto che l’albero motore (11) e l’albero condotto (12) sono resi solidali, rispettivamente, alla pompa (6) ed al motore idraulico (7) tramite delle spine (68, 69).
10. 10. VARIATORE, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzata dal fatto che la pompa di alimentazione 55, solidale all’albero motore (11) e suscettibile di ruotare in entrambi i sensi, garantendo in ogni caso l’aspirazione per la messa in circolazione del liquido.