ITRE20130083A1 - Pompa volumetrica alternativa a membrana per liquidi - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“POMPA VOLUMETRICA ALTERNATIVA A MEMBRANA PER LIQUIDI”

Il presente trovato riguarda una pompa volumetrica alternativa a membrana per liquidi, operante con portate da 5 a 500 lt/min e con pressioni da 0 a 100 Bar.

Il settore di applicazione tipico è l’agricoltura, con riferimento particolare al trattamento e protezione delle culture; tuttavia può trovare applicazione anche in altri campi.

In Fig. 1 è mostrata la sezione assiale di un esempio di pompa volumetrica alternativa a membrana per liquidi, realizzata dalla stessa Richiedente, di tipo noto da anni. La pompa illustrata in Fig. 1, ha due gruppi cilindro – pistone assialmente contrapposti, ciascuno dei quali comprende:

- una camera 10 di pompaggio di liquido, in particolare acqua,

- una coppia pistone-cilindro, il cui cilindro 11 ha una bocca anteriore 11a che interseca la camera di pompaggio 10 e presenta una superficie interna 11b cilindrica di guida per il pistone 12,

- il pistone 12 ha una superficie laterale 12b cilindrica accoppiata in scorrimento assiale e con tenuta di olio, con la superficie di guida 11b del cilindro,

- una membrana flessibile 15 che separa la camera 10 dalla bocca 11a del cilindro 11, avente un bordo perimetrale 16 fissato alla periferia della camera di pompaggio 10; detta membrana 15 è collegata alla superficie anteriore 12a di spinta del pistone 12 (ad esempio mediante una vite 25 e rondella di fissaggio 25a).

La pompa comprende inoltre una camera di spinta 17, separata dalla camera di pompaggio 10, delimitata tra la membrana 15, la superficie di spinta 12a del pistone e la superficie di guida 11b del cilindro; detta camera 17 è chiusa a tenuta ed è ripiena di olio di spinta incomprimibile.

Il pistone 12 comprende un anello raschiatore elastico 13 , che realizza la tenuta agendo contro la superficie di guida 11b del cilindro 11. La pompa comprende una parete sostanzialmente cilindrica 21 che definisce un serbatoio posteriore 20 ripieno di olio di spinta, che racchiude sia il cilindro 11 che il pistone 12, ed è separato e non comunicante con la camera di spinta 17.

È previsto un meccanismo per attuare un movimento alternativo assiale del pistone 12 entro il proprio cilindro 11, tra un punto morto inferiore (PMI) ed un punto morto superiore (PMS) e viceversa; ad esempio è previsto un albero motore con eccentrico 23 che agisce su ciascun pistone 12 tramite una rispettiva biella 24.

La spinta necessaria per il pompaggio del liquido (acqua) in pressione viene esercitata dalla membrana (15) che è in materiale elastico (tipicamente gomma) ed è soggetta a un movimento alternativo (indotto tipicamente dal manovellismo azionato dall’albero 22) che, congiuntamente a una testata 26 (a forma di calotta) circoscrive un volume variabile da un valore massimo e uno minimo (cilindrata) entro cui il liquido entra ed esce in moto alternativo essendo regolamentato tale flusso da valvole di tipo unidirezionale 27a e 27b rispettivamente di aspirazione e mandata, ad apertura automatica.

L’energia di pressione viene trasferita al liquido (acqua) da pompare direttamente dalla membrana 15 la quale è spinta, durante tale fase, dal pistone 12, in parte per azione diretta ed in parte tramite la massa di olio di spinta racchiuso nella camera di spinta 17.

Durante la fase di mandata, corrispondente alla corsa del pistone dal punto morto inferiore al punto morto superiore, tale massa di olio di spinta subisce, per effetto di “trafilamenti” sull’anello raschiatore 13 o comunque lungo i giochi previsti dalla tolleranza di accoppiamento fra pistone e cilindro, una perdita di olio.

Questa riduzione della massa d’olio viene prontamente compensata nella successiva fase di ritorno del pistone dal PMS al PMI; in particolare nel momento in cui il pistone 12 si porta nell’intorno del PMI, lo spigolo di tenuta anteriore dell’anello 13 a fascia elastica (o del pistone stesso) scopre un’apertura 28 (tipicamente in forma di foro passante cilindrico) praticata trasversalmente sulla parete del cilindro di guida 11, che mette appunto in comunicazione la camera di spinta 17 con il serbatoio posteriore 20, ripieno dello stesso olio di spinta.

Per effetto della depressione indotta nella camera di spinta 17 dal ritorno del pistone 12 contrastato dalla resistenza offerta dall’ingresso del liquido (acqua) da pompare all’interno della camera di pompaggio 10, l’olio di spinta contenuto nel serbatoio 20 viene aspirato nella camera 17 attraverso i fori trasversali 28 posti sul cilindro 11, rispristinando così il quantitativo di olio necessario al sostentamento della membrana 15 per la successiva fase di pompata.

Questo ciclo si ripete allo stesso modo ad ogni giro dell’albero motore 22.

Uno scopo della presente invenzione è di ridurre i costi di fabbricazione delle pompe aventi le caratteristiche qui sopra descritte.

Grazie all’invenzione, la parete che delimita il serbatoio posteriore della pompa (12), oltre ad assolvere la funzione di contenimento dell’olio assolve anche la funzione di guida del pistone rendendo di fatto inutile il cilindro di guida. I vantaggi che derivano dall’invenzione sono:

- L’eliminazione del cilindro di guida, che consente un’importante risparmio economico sia di produzione che, indirettamente, di gestione (meno particolari, meno codici, ecc.) e di montaggio;

- L’eliminazione del cilindro consente la costruzione di un serbatoio di dimensioni più compatte e leggere e quindi di minor costo produttivo.

- Un carter più compatto consente di ridurre la quantità di olio in esso contenuto con conseguente riduzione di costo della pompa completa.

- Una minore quantità di olio inclusa nella pompa comporta un minore impatto ambientale.

Detto ed altri scopi sono raggiunti dal trovato in oggetto così come si caratterizza nelle rivendicazioni.

L’invenzione viene esposta in dettaglio nel seguito con l'aiuto delle allegate figure che ne illustrano, a titolo di esempio, una forma di attuazione.

La FIG. 2 mostra, in sezione assiale, una pompa secondo l'invenzione, del tipo avente due gruppi cilindro – pistone assialmente contrapposti, in cui il gruppo sul lato sinistro è in posizione di punto morto inferiore (PMI), e conseguentemente il gruppo sul lato destro è in posizione di punto morto superiore (PMS).

La FIG. 2A è un particolare ingrandito del gruppo cilindro -pistone sul lato sinistro di Fig. 2.

La FIG. 2B è un particolare ingrandito di Fig. 2A.

La FIG. 3 mostra la pompa di Fig. 2, il cui il gruppo cilindro - pistone sul lato sinistro è in sezione assiale ed è in posizione di PMS.

La FIG. 4 è la sezione secondo il piano IV-IV di Fig. 2.

L’invenzione riguarda pompe con un numero qualsiasi di gruppi cilindro – pistone; solamente a titolo di esempio, la pompa mostrata nelle figure 2-4 (ed anche quella illustrata in Fig. 1) comprende due gruppi cilindro - pistone, disposti sullo stesso asse; tuttavia la descrizione che segue delle figure è focalizzata solamente su uno di questi gruppi, quello posto sul lato sinistro nelle figure, poiché quello sul lato destro mostra uguali caratteristiche. Con uguali riferimenti numerali sono indicati uguali componenti dei gruppi cilindro – pistone, sul lato sinistro e sul lato destro.

La pompa illustrata nelle figure 2 – 4, comprende, come detto sopra due gruppi cilindro – pistone.

Ognuno di essi comprende:

- una camera di pompaggio 30, del liquido, ad esempio di acqua;

- una coppia pistone – cilindro, il cui cilindro 31 ha una bocca anteriore 31a che interseca la camera di pompaggio 30 e presenta una superficie interna cilindrica 31b che funge da guida per il pistone 32, - il pistone 32 ha una superficie laterale esterna cilindrica 32b, accoppiata in scorrimento assiale e con tenuta di olio, con la superficie di guida 31b del cilindro 31,

- una membrana flessibile 35, che separa la camera 30 dalla bocca 31a del cilindro, il cui bordo perimetrale 36 è fissato alla periferia della camera di pompaggio 30, in particolare è serrato, con pressione assiale, tra un rilievo anulare 34 della testata 46, posto alla periferia della camera 30, ed una appendice anteriore 38 del cilindro 31 che si prolunga in avanti e radialmente verso l’esterno. La membrana 35 è inoltre collegata alla superficie di spinta anteriore 32a del pistone 32 (ad esempio mediante una vite 45 e rondella di fissaggio 45a posti in posizione centrale sia della membrana che del pistone).

Il gruppo cilindro – pistone comprende inoltre una camera di spinta 37, separata dalla camera di pompaggio 30, delimitata tra la membrana 35, la superficie di spinta 32a del pistone e la superficie di guida 31b del cilindro; detta camera 37 è chiusa a tenuta ed è ripiena di olio di spinta incomprimibile.

Il pistone 32 comprende un bordo anteriore di tenuta 33a, definito dal bordo anteriore di un anello raschiatore elastico 33, portato dal pistone 32, che realizza la tenuta dell’olio tra pistone e cilindro, agendo contro la superficie di guida 31b del cilindro 31, il quale bordo 33a definisce il confine della camera di spinta 37 tra cilindro 31 e pistone 32.

La pompa comprende un serbatoio posteriore 40, ripieno di olio, che racchiude sia il cilindro 31 che il pistone 12, ed è separato e non comunicante con la camera di spinta 37. L’olio contenuto nel serbatoio 40 serve sia a lubrificare organi di movimento del pistone, contenuti anch’essi entro il serbatoio 40, sia a fornire olio di ripristino per la camera di spinta 37.

Il serbatoio posteriore 40 è delimitato, sul fronte trasversale, anteriore, dal pistone e sulla parte laterale da una parete laterale tubolare 41, la cui porzione anteriore definisce il cilindro di guida 31; in particolare questa porzione anteriore comprende una superficie interna che definisce detta superficie cilindrica 31b di guida per il pistone 32 ed una porzione posteriore 41a unita, preferibilmente in corpo unico, alla porzione anteriore.

Nel caso illustrato nelle figure, ove la pompa comprende due gruppi cilindro - pistone, assialmente contrapposti lungo l’asse A, il serbatoio 40 è delimitato su entrambi i lati frontali contrapposti, dai due pistoni 32 e lateralmente da detta parete tubolare 41.

Nel caso in cui non vi sia un secondo pistone 32 che chiude il serbatoio 40, questo può venire chiuso posteriormente da una qualsiasi parete trasversale.

La pompa comprende un meccanismo, alloggiato entro il serbatoio posteriore 40, per attuare un movimento alternativo assiale del pistone 32 entro il proprio cilindro 31, tra un punto morto inferiore (PMI) ed un punto morto superiore (PMS) e viceversa; in particolare è previsto un albero motore 42 con eccentrico 43 che agisce su entrambi i pistoni 32 tramite rispettive bielle 44. Ogni biella 44 è collegata, mediante un perno 49, al rispettivo pistone 32. Il volume della camera di pompaggio 30 è delimitato da un lato da una calotta interna 47 (facente parte di una testata 46) e dall’altro lato dalla membrana 35. Nel funzionamento, la spinta necessaria per il pompaggio del liquido (acqua) in pressione viene esercitata dalla membrana (35) che è preferibilmente in materiale elastico (tipicamente gomma) ed è soggetta ad un movimento alternativo (indotto tipicamente dal manovellismo azionato dall’albero 42 cosi che il volume della camera di pompaggio 30 assume un valore variabile tra un valore massimo ed uno minimo (la cui differenza definisce la cilindrata); il liquido entra ed esce in moto alternativo, nella camera 30 essendo tale flusso controllato da valvole di tipo unidirezionale 53 e 54 rispettivamente di aspirazione e mandata, ad apertura automatica.

L’energia di pressione viene trasferita al liquido da pompare entro la camera 30 direttamente dalla membrana 35 la quale è spinta dal pistone 32, in parte per azione diretta ed in parte tramite la massa di olio di spinta racchiusa nella camera di spinta 37.

Ciascuna delle due camere di pompaggio 30 comunica con un condotto di aspirazione 51 e con un condotto di mandata 52, essendo interposte le valvole di aspirazione 53 e di mandata 54. Secondo la forma di attuazione illustrata nelle figure, il condotto di aspirazione 51 è in comune con entrambe le camere 30 e così pure il condotto di mandata 52.

Durante la fase di mandata, corrispondente alla corsa del pistone dal punto morto inferiore (PMI) al punto morto superiore (PMS), tale massa di olio di spinta subisce, a causa dei “trafilamenti” sull’anello raschiatore 33 o comunque lungo i giochi previsti dalle tolleranza di accoppiamento fra pistone 32 e cilindro 31, una riduzione della massa di olio.

Per ripristinare il livello di olio di spinta, perduto a causa di detto trafilamento dalla camera di spinta al serbatoio posteriore tra cilindro e pistone, la parete laterale comprende una o più scanalature 48 (due nelle figure), a cielo aperto, ricavate sulla superficie di guida 31b, ed affacciata alla superficie laterale 32b del pistone, che si sviluppa in modo sostanzialmente assiale. Ciascuna scanalatura 48 possiede una estremità posteriore 48b collegata con il serbatoio posteriore 40 ed una estremità anteriore 48a che, quando il pistone 32 si trova nell’intorno del cilindro - pistone, supera, per un brevissimo tratto B, detto bordo di tenuta anteriore 33a e comunica con la camera di spinta 37.

Durante la fase di mandata (dal PMI al PMS) del pistone 32, appena il bordo anteriore 33a dell’anello 33 a fascia elastica (o del pistone stesso) ha superato l’estremità 48a della scanalatura 48, la camera 37 risulta isolata dal serbatoio 40, e la corsa di mandata si svolge essendo la camera stessa ermeticamente chiusa, salvo, come detto, trafilamenti verso il serbatoio 40.

Nella successiva fase di ritorno del pistone dal PMS al PMI, per effetto della depressione indotta nella camera di pompaggio 30 dalla resistenza all’ingresso del liquido (acqua) nella camera stessa; ciò induce una resistenza al ritorno della membrana 35 alla posizione di PMI e di conseguenza produce una depressione anche nella camera di spinta 37. Nel momento in cui il pistone 32 si porta nell’intorno del PMI (questa posizione è illustrata in dettaglio ed in scala ingrandita in Fig. 2B), il bordo spigoloso di tenuta anteriore 33a comunica, lungo detto breve tratto B, con la scanalatura 48, la quale comunica con il serbatoio 40; in questa fase, a causa della depressione presente nella camera 37, olio di spinta contenuto nel serbatoio posteriore 40 viene aspirato attraverso le scanalature 48 ripristinando così il quantitativo di olio nella camera 37, perso in precedenza per i trafilamenti. Questo ciclo si ripete allo stesso modo ad ogni giro dell’albero motore 42.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa volumetrica alternativa a membrana per liquidi, comprendente: almeno un gruppo cilindro – pistone,avente : - una camera di pompaggio di liquido (30), - una coppia pistone-cilindro, il cui cilindro (31) ha una bocca anteriore che interseca la camera di pompaggio (30) e presenta una superficie interna (31b), cilindrica, di guida per il pistone (32), - il pistone (32) avendo una superficie laterale (32b) cilindrica accoppiata in scorrimento assiale e con tenuta di olio, con la superficie di guida (31b) del cilindro (31), - una membrana flessibile (35), il cui perimetro (36) è fissato alla superficie interna della camera di pompaggio (30), che separa questa camera (30) dalla bocca del cilindro (31), detta membrana (35) essendo collegata alla superficie di spinta anteriore del pistone (32), - una camera di spinta (37), esterna alla camera di pompaggio (30), delimitata tra la membrana (35), la superficie di spinta del pistone (32) e la superficie di guida (31b) del cilindro, - detta camera (37) essendo chiusa a tenuta ed essendo ripiena di olio di spinta incomprimibile, - il pistone (32) comprendendo un bordo anteriore di tenuta (33a), che realizza la tenuta agendo contro la superficie di guida (31b) del cilindro, il quale definisce un confine mobile della camera di spinta (37), la pompa comprendendo inoltre: - un meccanismo per attuare un movimento alternativo assiale del pistone (32) entro il proprio cilindro (31), tra un punto morto inferiore ed un punto morto superiore e viceversa, - un serbatoio posteriore (40), chiuso, ripieno di olio di spinta, che racchiude la porzione posteriore del pistone, separato e non comunicante con la camera di spinta (37), caratterizzato dal fatto che, detto serbatoio posteriore è delimitato, sul fronte trasversale anteriore, dal pistone e sulla parte laterale da una parete laterale tubolare (41), comprendente una porzione anteriore avente una superficie interna che definisce detta superficie cilindrica di guida (31b) per il pistone (32) ed una porzione posteriore (41a) unita alla porzione anteriore; ed inoltre caratterizzato dal fatto che per ripristinare il livello di olio di spinta, perduto per trafilamento dalla camera di spinta al serbatoio posteriore, detta parete tubolare 41comprende almeno una scanalatura (48) a cielo aperto, ricavata sulla superficie di guida (31b), ed affacciata alla superficie laterale (32b) del pistone, che si sviluppa in modo sostanzialmente assiale, avente una estremità posteriore collegata con il serbatoio posteriore (40) ed una estremità anteriore che, quando il pistone (32) si trova nell’intorno del punto morto inferiore, sbocca anteriormente al bordo di tenuta anteriore (33a) e comunica con la camera di spinta (37).
2. 2. Pompa secondo la rivendicazione 1, in cui la porzione anteriore della parete tubolare (41), che definisce detta superficie cilindrica (31b) di guida è in corpo unico con una porzione posteriore (41a) della parete stessa.