ITAN20130102A1 - Pompa o motore idraulico ad ingranaggi a dentatura elicoidale con sistema idraulico per il bilanciamento di forze assiali. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“POMPA O MOTORE IDRAULICO AD INGRANAGGI A DENTATURA ELICOIDALE CON SISTEMA IDRAULICO PER IL BILANCIAMENTO DI FORZE ASSIALI†.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda le pompe e i motori idraulici ad ingranaggi, in particolare un sistema idraulico per bilanciare le spinte assiali nelle pompe e nei motori idraulici ad ingranaggi esterni di tipo bidirezionale o a stadi multipli, in cui vengono adottati ingranaggi elicoidali.

Anche se in seguito si farà specifico riferimento alle pompe ad ingranaggi, la presente invenzione si riferisce anche a motori idraulici ad ingranaggi. I motori ad ingranaggi sono costruttivamente uguali alle pompe, da esse differiscono però per il principio di funzionamento: mentre le pompe trasformano energia meccanica (coppia applicata all’albero conduttore) in energia idraulica (olio in pressione), i motori al contrario, trasformano energia idraulica (olio in pressione) in energia meccanica. L’olio in pressione che viene convogliato

all’interno del motore idraulico da una delle porte presenti sul corpo del motore, agisce sulle ruote dentate mettendole in rotazione; la coppia motrice così prodotta rappresenta l’output disponibile all’albero su cui viene applicato un carico.

Le pompe ad ingranaggi esterni sono dispositivi comunemente impiegati in numerosi settori industriali, quali quello automobilistico, delle macchine a movimento terra, automazione e controllo.

Come mostrato nelle Figg. 1 e 1A, una pompa ad ingranaggi generalmente comprende due ruote dentate (1, 2) che ingranano tra loro. Le ruote dentate (1, 2) sono disposte entro una carcassa (3) in modo da definire una zona di aspirazione ed una zona di mandata del fluido.

Una delle ruote dentate, denominata ruota conduttrice (1), riceve il moto dall’esterno tramite un albero motore, l’altra ruota dentata, denominata ruota condotta (2), riceve il moto dalla ruota conduttrice (1) con la quale ingrana. Le ruote dentate (1, 2) sono solidali a rispettivi alberi (10, 20) supportati girevolmente da supporti o boccole (4, 5).

In seguito il termine anteriore si riferisce al lato della pompa dal quale sporge l’albero della ruota conduttrice cioà ̈ l’albero d’ingresso che deve prendere il movimento rotatorio.

La pompa comprende una boccola anteriore (4) che supporta girevolmente una porzione anteriore degli alberi delle ruote dentate e una boccola posteriore (5) che supporta girevolmente una porzione posteriore degli alberi delle ruote dentate. Vale a dire, in ciascuna boccola sono ricavate due sedi circolari che supportano girevolmente una porzione degli alberi delle due ruote dentate.

Una flangia anteriore (6) e un coperchio posteriore (7) sono fissati alla carcassa (3) in modo da chiudere le boccole (4, 5) e le ruote dentate (1, 2) entro una scatola costituita dalla carcassa (3), la flangia anteriore (6) e il coperchio posteriore (7). La flangia anteriore (6) ha un’apertura dalla quale esce l’albero (10) della ruota conduttrice (1). Quindi una porzione sporgente (13) dell’albero della ruota conduttrice sporge anteriormente dalla flangia anteriore (6) per poter essere connessa ad un albero motore che trasmette il moto.

Le pompe ad ingranaggi sono macchine volumetriche, in quanto tramite la rotazione delle ruote dentate, il volume compreso tra i vani dei denti delle due ruote dentate e la carcassa esterna viene trasferito dalla zona di aspirazione a quella di mandata. Il fluido adottato può essere di diversa natura, come pure differenti possono essere le pressioni di mandata, di aspirazione e la cilindrata della pompa.

Nelle applicazioni più correnti il fluido impiegato à ̈ olio, parzialmente incomprimibile, le pressioni di riferimento sono tipicamente la pressione ambiente per l’aspirazione, mentre la pressione di mandata raggiunge valori massimi di 300 bar.

Nell’esempio delle Figg. 1 e 1A, le ruote dentate (1, 2) hanno una dentatura esterna diritta, uguale dimensionamento e rapporto di trasmissione unitario.

Con riferimento a Fig. 2, nel caso in cui vengono utilizzate ruote dentate a dentatura diritta, tali ruote dentate, durante il funzionamento, trasmettono una forza di trasmissione (F) che può essere scomposta in una componente di forza di trasmissione radiale (Fr) (visibile in Fig. 2) rivolta in direzione radiale rispetto all’asse di rotazione delle ruote dentate e una componente di forza di trasmissione trasversale (Ft) (non visibile in Fig. 2) rivolta in direzione radiale rispetto all’asse di rotazione delle ruote dentate.

Con riferimento a Fig. 2A, in queste condizioni, nella zona di mandata (evidenziata in neretto nella parte sinistra di Fig. 2A), si genera una forza di pressione (P) che agisce sulle superfici delle ruote dentate; anche la risultante di questa forza di pressione (P) può essere scomposta in due componenti: una componente di forza di pressione radiale (Pr) e una componente di forza di pressione trasversale (Pt). In questo caso sulle ruote dentate non agisce alcuna forza in direzione assiale.

L’uso di ingranaggi elicoidali, se conformati secondo quanto descritto nella domanda di brevetto Internazionale PCT/EP2009/066127 oppure secondo i brevetti US2159744 o US3164099, consente una notevole riduzione della rumorosità e delle pulsazioni indotte dalla pompa nel circuito idraulico.

Occorre notare che per ingranare correttamente due ruote dentate elicoidali aventi le stesse caratteristiche geometriche, à ̈ necessario che abbiano un’inclinazione dell’elica con verso discorde.

Con riferimento alle Figg. 3A, 3B, 3C e 3D, viene illustrata una pompa ad ingaggi avente una ruota conduttrice (1) e una ruota condotta (2) con dentatura elicoidale. L’impiego di ruote dentate a denti elicoidali ha la conseguenza di far nascere, nel funzionamento, carichi o sollecitazioni assiali (Fa, Pa) tanto più elevati quanto risulta maggiore l’angolo d’elica βbdella dentatura elicoidale (Figg. 3A, 3B). La comparsa di queste sollecitazioni assiali (Fa, Pa) à ̈ dovuta alla proiezione delle forze di trasmissione (Fa) e delle forze di pressione (Pa) agenti sui profili delle ruote dentate lungo la direzione assiale.

In Fig. 3D sono illustrate le risultanti (A, B) di tutte le forze assiali agenti rispettivamente sulle ruote dentate (1, 2).

La comparsa di queste sollecitazioni assiali (A, B), se non contrastata, aumenta notevolmente la pressione specifica che si scarica sulle boccole (4, 5), riducendo sia l’efficienza meccanica della pompa a causa delle perdite per attrito, che la propria affidabilità e la massima pressione raggiungibile.

Il problema del bilanciamento dei carichi assiali può essere risolto in vari modi.

Con riferimento a Fig. 4, à ̈ noto l’impiego di ingranaggi bi-elicoidali per eliminare tale problema di bilanciamento dei carichi assiali, in quanto le forze assiali (A, B) vengono direttamente bilanciate sulle ruote dentate. Questa soluzione presenta comunque molti svantaggi; infatti la maggiore complessità costruttiva delle ruote dentate bi-elicoidali, congiuntamente alla precisione richiesta per la costruzione delle pompe o dei motori ad ingranaggi per alte pressioni, rendono questa soluzione antieconomica.

Un metodo alternativo utilizzato per bilanciare le forze assiali à ̈ stato descritto nel brevetto US3658452, in cui si utilizza una pompa destra (cioà ̈ con albero conduttore con elica destra rotante in senso orario) e albero condotto con elica sinistra.

Con riferimento a Fig. 5 (corrispondente alla Fig. 1 di US3658452) le forze assiali (A, B) agenti sulle ruote dentate conduttrice e condotta (11, 12) della pompa sono entrambe dirette verso il coperchio posteriore (16) e contrastate da pistoni idraulici (51, 52), posti all’estremità degli alberi delle ruote dentate, che esercitano forze di contrasto (A’, B’). I pistoni idraulici (51, 52) vengono alimentati tramite condotti (59, 60, 61) che collegano le camere posteriori (57 e 58) dei pistoni idraulici con la zona di mandata della pompa. L’area dei pistoni idraulici (51, 52) deve essere opportunamente dimensionata per bilanciare le forze assiali (A, B).

Le forze assiali (A, B) agenti sulle ruote dentate sono dovute al contributo di due fattori: la componente assiale della pressione (Pa) (Fig. 3B) e la componente assiale della forza (Fa) generata dalla trasmissione della coppia dalla ruota conduttrice alla condotta (Fig. 3A). Qualunque sia il senso di rotazione ed il verso dell’elica impiegato per le ruote, sulla ruota conduttrice le forze (Pa e Fa) risultano sempre concordi, mentre sulla ruota condotta le forze (Pa e Fa) sono sempre discordi.

A=Pa Fa [N ] (1)

B=Pa −Fa[N](2)

Se si considera una pompa ad ingranaggi elicoidali con caratteristiche note in rotazione destra (albero conduttore rotante in senso orario) e si usa un albero conduttore con elica destra (Fig. 5), ad un regime di funzionamento noto, la coppia assorbita all’albero conduttore à ̈:

<V>â‹…<P>Mt = [Nm ] (3)

20⋅pi ⋅ηm

V = Cilindrata [cm<3>/giro]

P = Differenza di pressione tra aspirazione e mandata [bar]

ηm= Rendimento idromeccanico (valore ricavabile sperimentalmente)

Assumiamo che la metà di tale coppia sia trasferita al fluido dalla stessa ruota conduttrice nel suo lavoro di pompaggio, la coppia trasmessa alla ruota condotta Mtctoà ̈ la metà della totale.

MtCTO=<Mt>[Nm] (4)

2

La forza assiale di trasmissione Fa nata dall’impiego delle ruote dentate elicoidali vale:

1000 â‹… Mt

Fa<CTO>50⋅<V>⋅<P>= ⋅Tan ( β ) = ⋅Tan ( β ) [N ]

Dp (5)

pi⋅ Dp ⋅ η m

2

Dp = Diametro primitivo ruote dentate [mm]

β = Angolo di inclinazione dell’elica [°]

La forza Fa, a causa del noto principio di azione e reazione, agirà sulla ruota conduttrice e condotta con la stessa intensità ma con direzione opposta.

La forza assiale dovuta alla pressione Pa à ̈ la risultante della pressione stessa lungo la direzione assiale:

h⋅l⋅P⋅Tan ( β )Pa=[N ](6)

10

h = Altezza del dente [mm]

l = Larghezza di fascia [mm]

La forza Pa, a causa delle premesse fatte avrà uguale intensità e stesso verso su entrambe le ruote dentate. Nel dimensionamento delle ruote normalmente utilizzato risulta sempre Pa > Fa,di conseguenza le forze F1 e F2 hanno sempre direzione concorde.

I diametri ΦAe ΦBdei pistoni compensatori possono essere ricavati dalle formule (7) e (8):

Φ A =2 ⋅ [ mm ] (7 )

pi â‹… P

â‹… B

Φ B =2 ⋅<10>[ mm ] (8 )

pi â‹… P

Entrambe le forze Fa e Pa dipendono linearmente dal valore della pressione di mandata P (vedere formule (5) (6)), di conseguenza, una volta calcolato il diametro dei pistoni compensatori, a ogni valore della pressione P, le forze assiali risultano completamente bilanciate.

L’impiego dei pistoni compensatori à ̈ una soluzione piuttosto economica e facilmente realizzabile, in quanto le lavorazioni ed i componenti necessari per realizzarla risultano essere semplici ed affidabili. L’accorgimento noto dal brevetto US3658452 si limita a risolvere il problema di compensare le spinte assiali solamente nel caso di pompe o motori monodirezionali, i quali dovranno sempre avere le forze risultanti A e B dirette verso il coperchio posteriore (vedere Fig. 5), (ovvero, nel caso di una pompa destra con ingranaggio conduttore destro e ingranaggio condotto sinistro, o nel caso di pompa sinistra con ingranaggio conduttore sinistro e ingranaggio condotto destro).

Tuttavia, in alcune applicazioni oleodinamiche si rende necessario l’impiego di pompe o motori idraulici bidirezionali o a stadi multipli.

L’uso di pompe bidirezionali (a due sensi di flusso) consente di poter invertire il moto di rotazione dell’albero conduttore, cambiando così il verso del flusso dell’olio e invertendo le zone di bassa e di alta pressione, permettendo per esempio, l’inversione del moto di attuatori idraulici. Analogamente, l’uso di motori bidirezionali à ̈ utile nelle applicazioni in cui à ̈ necessario poter cambiare il verso della coppia disponibile all’albero di uscita del motore idraulico.

Nella Fig. 6A à ̈ illustrata la distribuzione delle forze assiali in caso di una pompa bidirezionale, in una condizione di funzionamento in cui le forze assiali A e B sono dirette verso la flangia anteriore. In questo caso, la soluzione descritta in US3658452 non à ̈ applicabile, in quanto l’inversione del moto e del lato di aspirazione con quello di mandata ha come conseguenza l’inversione delle forze assiali (A, B) agenti sulle ruote dentate ingranaggi (1, 2), come illustrato in Fig.6B. In questo caso le forze assiali (A, B) risulterebbero dirette verso la flangia anteriore (6) e non verso il coperchio posteriore (7). A causa dell’inevitabile parte sporgente (13) dell’albero della ruota conduttrice (1) che sporge dalla flangia anteriore (6), la forza assiale (A) sulla ruota conduttrice (1) non à ̈ più compensabile tramite un pistone idraulico come nella soluzione illustrata in Fig. 5.

La stessa situazione si riscontra in un motore idraulico, in cui c’à ̈ un lato di ingresso fluido ad alta pressione ed un lato di uscita fluido a bassa pressione. In questo caso non c’à ̈ una ruota conduttrice e una ruota condotta, ma semplicemente una prima ruota dentata (1) e una seconda ruota dentata (2). Inoltre la parte sporgente dell’albero (13) non à ̈ destinata ad essere collegata ad un motore, ma à ̈ destinata ad essere collegata ad un carico.

In Fig. 7 à ̈ illustra una pompa multipla a due stadi comprendente un stadio anteriore (SA) e uno stadio posteriore (SB). Per maggiore semplicità, in Fig. 7 viene mostrata una pompa a due stadi, ma la soluzione proposta à ̈ applicabile anche ad un numero superiore di stadi. La pompa multipla à ̈ necessaria quando ad un'unica presa di forza si devono collegare più circuiti idraulici indipendenti. In questo caso le pompe vengono collegate in parallelo e lo stadio posteriore (SB) riceve una coppia motrice necessaria, tramite un collegamento meccanico (500) (tipo giunto di Oldham o giunto scanalato), dall’albero della ruota conduttrice dello stadio anteriore (SA). Anche nel caso di pompe multiple, la soluzione nota dal brevetto US3658452 risulta non applicabile in quanto un terminale (T) di un albero di una delle ruote dentate dello stadio anteriore (SA) risulta impegnato nel trasmettere il moto allo stadio posteriore (SB). Infatti nello stadio anteriore (SA) non si può prevedere un coperchio posteriore chiuso, poiché il terminale (T) dell’albero di una ruota dentata deve sporgere posteriormente per trasmettere il moto allo stadio posteriore (SB).

In generale, l’accorgimento noto dal brevetto US3658452, non à ̈ applicabile nei casi in cui le forze assiali (A, B) sono dirette verso un lato della pompa che à ̈ attraversato da un albero di una ruota dentata.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di ovviare agli inconvenienti della tecnica nota, fornendo un sistema idraulico per il bilanciamento di forze assiali in pompe o motori idraulici ad ingranaggi a dentatura elicoidale, di tipo bidirezionali o a stadi multipli.

Questo scopo à ̈ raggiunto in accordo all'invenzione con le caratteristiche elencate nell'annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

La pompa o motore idraulico ad ingranaggi secondo l’invenzione comprende:

- una prima ruota dentata solidale ad un albero,

- una seconda ruota dentata solidale ad un albero e ingannante con la prima ruota dentata,

- supporti che supportano girevolmente gli alberi delle ruote dentate,

- una carcassa che contiene i supporti e definisce un condotto di ingresso e un condotto di uscita di un fluido,

- una flangia anteriore dalla quale sporge anteriormente una porzione sporgente di albero collegata all’albero della prima ruota dentata, detta porzione sporgente di albero essendo destinata ad essere collegata ad un motore o a un carico, e

- un coperchio posteriore fissato alla carcassa,

in cui

- la dentatura di dette ruote dentate à ̈ di tipo elicoidale. La pompa o motore idraulico ad ingranaggi comprende inoltre:

- una flangia intermedia disposta tra detta carcassa e detta flangia anteriore, detta flangia intermedia comprendendo una prima camera collegata mediante un condotto di collegamento al condotto di ingresso o uscita del fluido;

- un anello compensatore montato in detta prima camera della flangia intermedia e calzato su una porzione di detto albero della prima ruota dentata, in modo da compensare le forze assiali a cui à ̈ soggetta la prima ruota dentata e consentire la trasmissione del moto sull’albero della prima ruota dentata, in cui detto anello compensatore comprende un cilindro internamente cavo e un collare sporgente radialmente dal cilindro, in cui i diametri esterni del cilindro e del collare sono selezionati in modo da compensare le forze assiali a cui à ̈ soggetta la prima ruota dentata.

Appaiono evidenti i vantaggi del sistema di compensazione delle forze assiali applicato alla pompa o motore idraulico ad ingranaggi. Infatti tale sistema di compensazione delle forze assiali, tramite l’anello compensatore, consente di compensare le forze assiali del primo ingranaggio e nello stesso tempo consente la trasmissione del moto dall’albero del primo ingranaggio ad un altro albero.

Ulteriori caratteristiche dell'invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue con riferimento alle tavole di disegno allegate, aventi solo valore illustrativo e non limitativo, dove:

Fig. 1 Ã ̈ una vista in sezione assiale di una pompa ad ingranaggi con dentatura diritta, secondo la tecnica nota;

la Fig. 1A Ã ̈ una vista in sezione trasversale presa lungo il piano di sezione A-A di Fig. 1;

la Fig. 2 Ã ̈ una vista come Fig. 1 in cui sono evidenziate le forze di trasmissione radiali;

la Fig. 2A Ã ̈ una vista come Fig. 1A in cui sono evidenziate le forze di pressione radiali e trasversali;

la Fig. 3A Ã ̈ una vista in sezione assiale di una pompa ad ingranaggi con dentatura elicoidale, in cui sono evidenziate le forze di trasmissione radiali e assiali;

la Fig. 3B Ã ̈ una vista come Fig. 3A, in cui sono evidenziate le forze di pressione radiali e assiali;

la Fig. 3C à ̈ una vista come Fig. 3A, in cui sono evidenziate le forze di trasmissione e di pressione assiali, quando la pompa à ̈ in rotazione sinistra;

la Fig. 3D Ã ̈ una vista come Fig. 3A, in cui sono evidenziate le risultanti delle forze di trasmissione e di pressione assiali dirette verso il coperchio posteriore della pompa;

la Fig. 4 Ã ̈ una vista in sezione assiale di una pompa ad ingranaggi bi-elicoidali secondo la tecnica nota;

la Fig. 5 Ã ̈ una vista in sezione assiale di una pompa ad ingranaggi elicoidali, secondo la tecnica nota, corrispondente alla Fig. 1 di US3658452;

la Fig. 6A una vista come Fig. 3C, in cui sono evidenziate le forze di trasmissione assiali e le forze di pressione assiali, quando la pompa à ̈ in rotazione destra;

la Fig. 6B Ã ̈ una vista come Fig. 6A, in cui sono evidenziate le risultanti delle forze di trasmissione e di pressione assiali, dirette verso la flangia anteriore della pompa;

la Fig. 7 Ã ̈ una vista schematica illustrante in esploso due stadi di una pompa multipla secondo la tecnica nota;

la Fig. 8 à ̈ una vista in sezione assiale illustrante una pompa ad ingranaggi secondo l’invenzione, di tipo bidirezionale, in cui sono stati evidenziati in neretto alcuni canali ad alta pressione collegati alla mandata della pompa; la Fig. 9 à ̈ una vista in sezione trasversale della pompa di Fig. 8, in cui la zona di mandata à ̈ stata evidenziata in neretto;

la Fig. 10 à ̈ una vista come Fig. 9, dopo l’inversione del moto, in cui la zona di mandata à ̈ stata evidenziata in neretto; la Fig. 11 à ̈ una vista come Fig. 9, dopo l’inversione del moto, in cui sono stati evidenziati in neretto alcuni canali ad alta pressione collegati con la mandata della pompa;

la Fig. 11A Ã ̈ una vista in sezione assiale illustrante in esploso alcuni elementi del sistema di compensazione delle spinte assiali della pompa di Fig. 11;

la Fig. 12 à ̈ una vista in sezione assiale di un pompa a stadi multipli secondo l’invenzione, comprendete due stadi; e la Fig. 13 à ̈ un particolare ingrandito di Fig. 12, illustrante il sistema di compensazione delle spinte assiali; e la Fig. 14 à ̈ una vista parzialmente in sezione assiale di un pompa a stadi multipli secondo l’invenzione comprendete tre stadi.

Con riferimento alle Figg. da 8 a 11 viene descritta una pompa da ingranaggi, bidirezionale, secondo l’invenzione, indicata complessivamente con il numero di riferimento (100).

In seguito elementi uguali o simili a quelli già descritti sono indicati con gli stessi numeri di riferimento e si omette la loro descrizione dettagliata.

La pompa (100) comprende una prima ruota dentata (1), una seconda ruota dentata (2), un coperchio posteriore (7) chiuso e una flangia anteriore (6) dalla quale sporge anteriormente una porzione sporgente (13) di albero collegata all’albero (10) della prima ruota dentata (1). Entrambe le ruote dentate (1, 2) hanno dentatura elicoidale.

La porzione sporgente (13) di albero à ̈ collegata a un motore (M) che può fare ruotare un cinematismo in senso orario od antiorario. In questo caso, la prima ruota dentata (1) à ̈ la ruota conduttrice e la seconda ruota dentata (2) à ̈ la ruota condotta.

Con riferimento a Fig. 9, quando il motore (M) mette in rotazione la ruota conduttrice (1) in verso antiorario, nella parte sinistra della carcassa (3) si genera una zona di mandata (alta pressione) evidenziata in neretto, mentre nella parte destra della carcassa (3) si genera una zona di aspirazione (bassa pressione).

Con riferimento a Fig. 8, in questo caso, sulle ruote dentate (1, 2) si generano rispettive forze assiali (A, B) rivolte verso il coperchio posteriore (7).

Per la compensazione delle forze assiali (A, B) agenti sul coperchio posteriore (7) sono stati seguiti gli insegnamenti del brevetto US3658452. Nel coperchio posteriore (7) sono ricavate due camere (70, 71) entro le quali sono disposti un primo pistone (270) e un secondo pistone (271). I pistoni (270, 271) agiscono assialmente, rispettivamente sul bordo d’estremità posteriore degli alberi (10, 20) delle ruote dentate (1, 2).

Nel coperchio posteriore (7) sono ricavati due condotti (72, 73) che mettono in comunicazione la camera di mandata (illustra in neretto in Fig. 9) della pompa con le camere (70, 71) dei due pistoni (270, 271). In questo modo i pistoni (270, 271) spingono contro gli alberi (10, 20) delle ruote dentate esercitando delle forze (A’, B’) che equilibrano le forze assiali (A, B) agenti sulle ruote dentate.

Con riferimento a Fig. 10, quando il motore (M) inverte il verso di rotazione e mette in rotazione la ruota conduttrice (1) in verso orario, nella parte destra della carcassa (3) si genera una zona di mandata (alta pressione) evidenziata in neretto, mentre nella parte sinistra della carcassa (3) si genera una zona di aspirazione (bassa pressione).

Con riferimento a Fig. 11, in questo caso, sulle ruote dentate (1, 2) si generano rispettive forze assiali (A, B) rivolte verso la flangia anteriore (6).

Per bilanciare tali forze (A, B), tra la carcassa (3) e la flangia anteriore (6) viene disposta una flangia intermedia (8).

Con riferimento a Fig. 11A, tale flangia intermedia (8) presenta un foro passante (85) per consentire il passaggio di un tratto terminale (T) dell’albero (10) della ruota dentata conduttrice.

La flangia intermedia (8) comprende una prima camera (80), di forma anulare, ricavata attorno al foro passante (85) ed una seconda camera (81), di forma cilindrica, disposta assialmente rispetto all’albero (20) della ruota condotta (2).

Nella flangia intermedia (8) Ã ̈ ricavato un condotto (82) che mette in comunicazione le due camere (80, 81) con la mandata della pompa (illustrata in neretto in Fig. 10).

Nella prima camera (80) à ̈ disposto un anello di compensazione (9). L’anello di compensazione (9) à ̈ calzato sulla parte terminale (T) dell’albero (10) della ruota conduttrice. A tale scopo vicino alla parte terminale (T) dell’albero della ruota conduttrice à ̈ ricavato uno spallamento (15) sul quale và in battuta l’anello compensatore (9). Vantaggiosamente l’anello compensatore (9) à ̈ calettato sulla parte terminale (T) dell’albero (10) per evitare strisciamenti indesiderati che potrebbero provocare trafilamenti del fluido di lavoro della pompa dalle zone ad alta pressione alle zone a bassa pressione.

L’anello compensatore (9) comprende un cilindro (90) e un collare (91) che sporge radialmente verso l’esterno dal cilindro (90). L’anello compensatore (9) à ̈ internamente cavo e presenta un foro passante (92) per consentire il passaggio del tratto terminale (T) dell’albero della ruota conduttrice. Il foro passante (92) ha un profilo scanalato femmina; mentre la parte terminale (T) dell’albero (10) ha un profilo scanalato maschio.

Due tenute dinamiche (95, 96) sono disposte nella prima camera (80) della flangia intermedia (8) per supportare l’anello compensatore (9) in modo da eliminare eventuali trafilamenti dalle zone in alta pressione verso quelle di bassa pressione.

Nella seconda camera (81) dell’interflangia viene disposto un pistone (88) di forma cilindrica.

Quando il verso di rotazione delle ruote dentate à ̈ quello illustrato in Fig. 10, le camere (81, 80) della flangia intermedia sono in comunicazione con la mandata (alta pressione), quindi il fluido di lavoro spinge l’anello compensatore (9) e il pistone (88) nella direzione delle frecce (A’, B’) (vedere Fig. 11) in modo da compensare le forze assiali (A, B) a cui sono soggetti gli ingranaggi.

Con riferimento a Fig. 11, il collare (91) dell’anello compensatore ha un diametro esterno (d1) e il cilindro (90) dell’anello compensatore ha un diametro esterno (d2).

L’area anulare delimitata dai diametri d1e d2à ̈ tale da compensare completamente la forza assiale (A); i valori dei diametri d1e d2sono calcolabili in base alla formula (7) considerando, invece di un’area circolare, una sezione anulare di area equivalente. Uno dei diametri verrà fissato in base alle esigenze costruttive e l’altro diametro potrà essere calcolato dalla formula seguente:

pi

(d 2 2 â‹…

<1>−d 2 ⋅<A>[<mm>] (9 )

4 2 )=<10>

pi â‹…P

Il pistone (88) ha un diametro esterno (d3). La dimensione (d3) del diametro pistone (88) Ã ̈ tale da compensare completamente la forza assiale (B). Il valore di d3Ã ̈ calcolabile direttamente dalla formula seguente:

d3= ΦB=2⋅<10>⋅<B>[ mm ] (10 )

pi â‹…P

In una forma preferita di realizzazione la compensazione delle spinte assiali viene effettuata sia sull’albero della ruota dentata conduttrice (1) che sull’albero della ruota dentata condotta (2), rispettivamente tramite l’anello compensatore (9) e il pistone (88). Tuttavia, bisogna considerare che la risultante (A) delle spinte assiali sull’albero della ruota conduttrice (1) à ̈ molto maggiore rispetto alla risultante (B) delle spinte assiali sull’albero della ruota condotta (2). Pertanto il pistone (88) à ̈ opzionale e potrebbe essere omesso.

Con riferimento alle Figg. 8 e 11, il tratto terminale (T) dell’albero della ruota conduttrice, sporge esternamente dalla flangia intermedia (8) e viene collegato, mediante un collegamento meccanico (500) ad un albero d’ingresso (12) che presenta detta parte sporgente (13) collegata al motore (M). Il collegamento meccanico (500) può essere un giunto scanalato, Oldham o altro tipo. Il collegamento meccanico (500) à ̈ alloggiato in una piastra (501) che va in battuta contro l’interflangia (8).

Opzionalmente, può essere prevista una piastra intermedia (600) in cui sono montati cuscinetti (601) che supportano girevolmente l’albero (12). La piastra intermedia (600) à ̈ disposta tra la flangia anteriore (6) e la piastra (501) che alloggia il giunto meccanico (500).

Anche se le Figure da 8 a 11 si riferiscono ad una pompa, tali figure possono anche riferirsi ad un motore idraulico in cui la mandata della pompa (zona ad alta pressione) corrisponde all’ingresso fluido del motore e l’aspirazione della pompa (zona a bassa pressione) corrisponde allo scarico di fluido del motore. Nel caso di motore idraulico non c’à ̈ una ruota conduttrice e una ruota condotta, ma semplicemente una prima ruota dentata (1) e una seconda ruota dentata (2). Inoltre la parte sporgente dell’albero (13) non à ̈ destinata a essere collegata al motore (M), ma à ̈ destinata ad essere collegata ad un carico.

Con riferimento alle Figg. 12, 13, viene illustrata una pompa ad ingranaggi multipla (200).

La pompa ad ingranaggi multipla (200) comprende uno stadio anteriore (SA) ed uno stadio posteriore (SB). Ciascuno stadio comprende ruote dentate con dentatura di tipo elicoidale.

Lo stadio posteriore (SB) à ̈ l’ultimo stadio della pompa, quindi viene chiuso dal coperchio posteriore (7) dal quale non sporge alcun albero. Una porzione sporgente (13) di albero, sporge anteriormente dalla flangia anteriore (6) per collegarsi ad un motore (M).

Il tratto terminale (T) dell’albero della ruota dentata conduttrice dello stadio anteriore (SA) à ̈ collegato al tratto terminale (T) dell’albero della ruota dentata conduttrice dello stadio posteriore (SB) mediante il collegamento meccanico (500) alloggiato nella piastra (501) disposta tra i due stadi (SA, SB).

In questo caso le ruote dentate dello stadio anteriore e dello stadio posteriore sono soggette a rispettive forze assiali (A, B, C, D) tutte dirette verso il coperchio posteriore (7).

Conseguentemente le forze assiali (C, D) sulle ruote dentate dello stadio posteriore (SB) sono bilanciate dall’azione dei pistoni (270, 271) disposti nel coperchio posteriore (7).

Invece le forze assiali (A, B) sulle ruote dentate dello stadio anteriore (SA) sono bilanciate dall’azione dell’anello di compensazione (9) e del pistone (88) disposti nella flangia intermedia (8). Come mostrato in Fig. 13, l’anello di compensazione (9) e il pistone (88) generano rispettive forze assiali (A’, B’) che bilanciano le forze assiali (A, B) alle quali sono soggette alle ruote dentate (1, 2) dello stadio anteriore (SA).

La piastra (501) che alloggia il collegamento meccanico (500) Ã ̈ disposta tra la flangia intermedia (8) e lo stadio posteriore (SB).

Con riferimento a Fig. 14, la pompa ad ingraggi multipla (200) può comprendere uno o più stadi intermedi (SI) posti tra lo stadio anteriore (SA) e lo stadio posteriore (SB). Ciascuno stadio intermedio (SI) comprende una prima ruota dentata (1) ed una seconda ruota dentata (2) con dentatura elicoidale. La prima ruota dentata (1) dello stadio intermedio (SI) prende il moto dal tratto terminale (T) dell’albero della ruota conduttrice (1) dello stadio posto anteriormente (SA), e muove a sua volta uno stadio posto posteriormente (SB), attraverso un collegamento meccanico (500) che collega l’albero della prima ruota dentata dello stadio intermedio all’albero della prima ruota dentata dello stadio posto posteriormente (SB).

In questo caso, un’ulteriore flangia intermedia (8), à ̈ disposta tra la carcassa dello stadio intermedio (SI) e il collegamento meccanico (500). L’anello compensatore (9) della flangia intermedia (8) compensa la spinta assiale (A) della prima ruota dentata (1) dello stadio intermedio (SI).

Alle presenti forme di realizzazione dell'invenzione, possono essere apportate variazioni e modifiche equivalenti, alla portata di un tecnico del ramo, che rientrano comunque entro l'ambito dell'invenzione.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa o motore idraulico ad ingranaggi (100; 200) comprendente: - una prima ruota dentata (1) solidale ad un albero (10), - una seconda ruota dentata (2) solidale ad un albero (20) e ingranante con la prima ruota dentata (1), - supporti (4, 5) che supportano girevolmente gli alberi (10, 20) delle ruote dentate, - una carcassa (3) che contiene i supporti (4, 5) e definisce un condotto di ingresso e un condotto di uscita di un fluido, - una flangia anteriore (6) dalla quale sporge anteriormente una porzione sporgente (13) di albero collegata all’albero (10) della prima ruota dentata, detta porzione sporgente (13) di albero essendo destinata ad essere collegata ad un motore (M) o a un carico, e - un coperchio posteriore (7) fissato alla carcassa (3), in cui - la dentatura di dette ruote dentate (1, 2) à ̈ di tipo elicoidale, caratterizzata dal fatto di comprendere: - una flangia intermedia (8) disposta tra detta carcassa (3) e detta flangia anteriore (6), detta flangia intermedia (8) comprendendo una prima camera (80) collegata mediante un condotto di collegamento (82) al condotto di ingresso o uscita del fluido; - un anello compensatore (9) montato in detta prima camera (80) della flangia intermedia e calzato su una porzione (T) di detto albero (10) della prima ruota dentata, in modo da compensare le forze assiali (A) a cui à ̈ soggetta la prima ruota dentata e consentire la trasmissione del moto sull’albero (10) della prima ruota dentata, in cui detto anello compensatore (9) comprende un cilindro (90) internamente cavo e un collare (91) sporgente radialmente dal cilindro (90), in cui i diametri esterni (d1, d2) del cilindro (90) e del collare (91) sono selezionati in modo da compensare le forze assiali (A) a cui à ̈ soggetta la prima ruota dentata.
2. 2. Pompa o motore idraulico ad ingranaggi (100; 200) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre: - una seconda camera (81) ricavata in detta flangia intermedia (8) e collegata mediante detto condotto di collegamento (82) al condotto di ingresso o uscita del fluido della pompa - un pistone (88) montato in detta seconda camera (81) di detta flangia intermedia per andare in battuta contro un’estremità di detto albero (20) della seconda ruota dentata, in modo da compensare le forze assiali (B) agenti su detta seconda ruota dentata.
3. 3. Pompa o motore idraulico ad ingranaggi (100; 200) secondo la rivendicazione 1, in cui detta porzione (T) dell’albero della prima ruota dentata su cui à ̈ calzato detto anello compensatore (9) à ̈ una porzione terminale (T) e la pompa ad ingranaggi comprende inoltre un collegamento meccanico (500) che collega detta porzione terminale (T) dell’albero della ruota dentata conduttrice ad un altro albero (13; 10) per la trasmissione del moto.
4. 4. Pompa o motore idraulico ad ingranaggi (100; 200) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l’anello compensatore (9) à ̈ calettato su detta porzione (T) dell’albero della ruota conduttrice, in modo da eliminare eventuali strisciamenti relativi.
5. 5. Pompa o motore idraulico ad ingranaggi (100; 200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente tenute dinamiche (95, 96) disposte in detta prima camera (80) della flangia intermedia (8) per supportare detto anello compensatore (9) in modo da eliminare trafilamenti dalle zone in alta pressione verso quelle di bassa pressione.
6. 6. Pompa o motore idraulico ad ingranaggi (100; 200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto coperchio di chiusura (7) comprende: - una prima camera (70) e una seconda camera (71) collegate mediante condotti (72, 73) al condotto di ingresso o uscita di fluido; - un primo pistone (270) montato in detta prima camera (70) del coperchio di chiusura per andare in battuta contro l’estremità dell’albero (10) della prima ruota dentata (1), in modo da compensare le forze assiali (A; C) a cui à ̈ soggetta la prima ruota dentata, e - un secondo pistone (271) montato in detta seconda camera (71) del coperchio di chiusura per andare in battuta contro l’estremità dell’albero (20) della seconda ruota dentata (2), in modo da compensare le forze assiali (B; D) a cui à ̈ soggetta la seconda ruota dentata.
7. 7. Pompa o motore idraulico ad ingranaggi (100; 200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un collegamento meccanico (500) che collega l’albero della prima ruota dentata (1) ad un albero di uscita (12) che comprende detta parte sporgente (13) che sporge dalla flangia anteriore (6).
8. 8. Pompa ad ingranaggi (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta parte sporgente (13) dell’albero à ̈ collegata ad un motore (M) in modo che la prima ruota dentata (1) à ̈ una ruota conduttrice e la seconda ruota dentata (2) à ̈ una ruota condotta.
9. 9. Motore idraulico ad ingranaggi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui detta parte sporgente (13) dell’albero à ̈ collegata ad un carico.
10. 10. Pompa o motore idraulico ad ingranaggi (200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui detta pompa o motore idraulico ad ingranaggi à ̈ di tipo multiplo e comprende. - almeno uno stadio anteriore (SA) comprendente una prima ruota dentata (1) e una seconda ruota dentata (2), - uno stadio posteriore (SB) comprendente una prima ruota dentata (1) e una seconda ruota dentata (2) e detto coperchio di chiusura (7), e - un collegamento meccanico (500) che collega l’albero della prima ruota dentata (1) dello stadio anteriore (SA) all’albero della prima ruota dentata (1) dello stadio posteriore (SB), in cui detta flangia intermedia (8) à ̈ disposta tra la carcassa (3) dello stadio anteriore (SA) e il collegamento meccanico (500) e detto anello compensatore (9) della flangia intermedia compensa la spinta assiale (A) della prima ruota dentata (1, 2) dello stadio anteriore (SA);
11. 11. Pompa o motore idraulico ad ingranaggi (200) secondo la rivendicazione 10, comprendente inoltre almeno uno stadio intermedio (SI) posto tra lo stadio anteriore (SA) e lo stadio posteriore (SB), ciascuno stadio intermedio (SI) comprendendo una prima ruota dentata (1) ed una seconda ruota dentata (2) con dentatura elicoidale, la prima ruota dentata (1) dello stadio intermedio (SI) prende il moto dal tratto terminale (T) dell’albero della ruota conduttrice (1) dello stadio posto anteriormente (SA), e muove uno stadio posto posteriormente (SB), attraverso un collegamento meccanico (500) che collega l’albero della prima ruota dentata dello stadio intermedio (SI) all’albero della prima ruota dentata dello stadio posto posteriormente (SB), in cui un’ulteriore flangia intermedia (8) à ̈ disposta tra la carcassa dello stadio intermedio (SI) e il collegamento meccanico (500), detta ulteriore flangia intermedia (8) comprendendo un anello compensatore (9) che compensa la spinta assiale (A) della prima ruota dentata (1) dello stadio intermedio (SI).