ITTO970555A1

ITTO970555A1 - Disposizione a pistone flottante e cilindro in particolare per compres sori ad aria senza olio e per pompe a vuoto.

Info

Publication number: ITTO970555A1
Application number: IT97TO000555A
Authority: IT
Inventors: Shawn A Leu; Mark A Schuessler
Original assignee: Thomas Industries Inc
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1998-12-25
Also published as: DE19727186B4; ITTO970555A0; GB2314603B; GB2314603A; US5644969A; GB9712913D0; DE19727186A1; IT1293852B1; JPH1089253A

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale

La presente invenzione si riferiste a pistoni flottanti, e più in particolare ad una disposizione di pistone flottante e cilindro che minimizza il volume dello spazia nocivo.

Pistoni flottanti vengono impiegati in compressori ad aria senza olio e in pompe a vuote. Questi comprendono una guarnizione periferica sulla testa del pistone che impegna il foro del cilindro. La testa del pistone e la sua biella

sono fissati l'uno all'altro, e la biella è montata su un eccentrico su un albero. Quando l'eccentrico viene fatto ruotare dall'albero, il pistone flottante viene spostato entro e fuori e "sfarfalla" da un lato all'altro. Esempi di pistoni flottanti si trovano nel brevetta statunitense 3.961.868 concesso 1'8 giugno 197ó per "Compressore ad aria" e 5.092.224 concesso il 3 marzo 1992 per "Stelo di pistone conico".

Una piastra di valvola chiude tipicamente l'estremità superiore aperta del foro del cilindro. Nella posizione di punto morto superiore del pistone entro il cilindro, deve essere provvisto un certo spazio nocivo tra la sommità della testa del pistone e la piastra di valvola, anche se la piastra di valvola è piana. La quantità di spazio nocivo necessaria dipende dalle tolleranze accumulate. Tuttavia. quando il pistone flottante lascia i.l punto morto superiore, il movimenta di inclinazione della biella porta al fatto che un lato della testa del pistone si sposta più in alto del centro della testa. Tipicamente, punti lungo il diametro della testa del pistone raggiungono la loro altezza massima entro i primi 35° del movimento d.i al lontanamento dal punta morta superiore. Se la sommità della testa del pistone è piana e la piastra della valvola è piana, la lunghezza della biella deve essere regolata per questa peggiore condizione di spazio nocivo alla sommità. Il risultata è che il volume dello spazio nocivo al punto morto superiore deve essere aumentato. Ciò porta a minori pressioni entro il cilindro e a minori efficienze.

Una soluzione al problema del volume dello spazio nocivo è stata di utilizzare smussi simmetrici ai bordi superiori della testa de1 pistone in modo da permettere una maggiore lunghezza della biella e un risultante minore volume dello spazio nocivo. La piccola quantità di volume aggiunto dagli smussi nella condizione di punto morto superiore, viene bilanciata dalla riduzione di volume per una biella più lunga. Un'altra soluzione è stata di utilizzare una testa del pistone a forma di cupola.

La presente invenzione si riferisce ad una ulteriore ottimizzazione del volume dello spazio nocivo senza necessità di tolleranze più ristrette.

Secondo l'invenzione, un apparecchio per il pompaggio di un fluido ha un cilindro con una piastra di valvola formante l'estremità superiore del cilindro. Un pistone flottante ha una testa del pistone funzionante nel cilindro e uno stelo di pistone montate per -spostarsi in un singolo piano. Le superfici della piastra di valvola e della testa del pistone che sono affacciate tra loro sono diritte in un piano trasversale al piano di movimento del pistone e una o entrambe le superfici sano ricurve in modo convesso nel piano di movimento.

Preferibilmente, 1'apparecchio per il pompaggio di un fluido ha un cilindro con una piastra di valvola piana formante l'estremità superiore del cilindro. La superficie superiore della testa del pistone è curva nel piano di movimento della biella. La curva della superficie superiore si avvicina al luooo di tutti .i punti della superficie superiore che sono i più vicini alla piastra di valvola quandolo stelo di pistone si . sposta attraverso il piano. Preferibilmente, la curva della testa del pistone è un polinomio di terzo ordine. Il polinomio può essere avvicinato dagli archi di due cerchi identici. i cui centri sono ugualmente sfalsati dalla mezzeria longitudinale del pistone.

La superficie curva della testa del pistone può essere formata in un dispositiva di fissaggio e assicura una Guarnizione a cocca alla testa del pistone.

In alternativa, la superficie della piastra di valvola può essere provvista di una curva convessa, o entrambe le superfici affacciate della piastra di valvola e della testa del pistone possono essere provviste di una curva convessa in modo che la distanza finale del gioco tra le superfici a qualsiasi distanza dalla mezzeria del pistone si avvicini alla distanza dello spazio nocivo ottenuta curvando soltanto una delle superfici.

Uno scopo principale della invenzione è quello di minimizzare il volume dello spazio nocivo in una disposizione di pistone flottante/cilindro.

Il precedente ed altri scopi e vantaggi della invenzione risulteranno nella seguente descrizione dettagliata. Nella descrizione, si fa riferimento ai disegni allegati che illustrano- forme di realizzazione preferite dell'invenzione.

La figura 1 è una vista in sezione verticale di una disposizione di pistone/cilindro in un compressore ad aria;

la figura 2 è una vista in sezione verticale del pistone, del cilindra e della piastra di valvola della figura 1:

la figura 3 è una vista in elevazione del pistone della figura 2:

la figura 4 è una vista ingrandita del dispositivo di ritegno a coppa illustrante la superficie superiore curva; e

la figura 5 è una vista in elevazione e parzialmente in sezione di una forma di realizzazione alternativa utilizzando una piastra di valvola curva

Riferendosi alla figura 1, un pistone flottante 10 funziona tipicamente in un manicotto del cilindro 11 avente un foro cilindrico circolare 12.

Il pistone flottante 10 comprende una testa del pistone 13 e una biella 14 che possono essere integrali o altrimenti rigidamente fissati l 'una all'altrck- La biella 14 monta un cuscinetto a sfere 15 il quale a sua volta è montato su un eccentrico 16 che comprende un contrappeso 17. L'eccentrico 16 è fissato all'albero di uscita 20 di un motore elettrico 21. L'albero motore 20 è alloggiato nel cuscinetto 22 montata in un involucro. L'albero del motore monta pure un ventilatore di raffreddamento 23.

La testa del pistone 13 comprende una guarnizione a coppa 25 formata da teflon o da un materiale simile e mantenuta in posizione mediante un ritegno della coppa 26 unito alla testa del pistone 13 mediante una vite centrale 27. Il cilindro 11 monta una piastra di valvola 30 sulla sua sommità aperta e una testa 31 è montata sulla piastra di valvola 30. La piastra di valvola 30 contiene tipicamente valvole a cerniera di aspirazione e di scarico (non illustrate) e la testa 31 ha camere di entrata e di scarico in comunicazione con le valvole a cerniera.

Come illustrato nelle figure 2 e 3, la mezzeria assiale A dell'albero motore è sfalsata dalla mezzeria assiale B della biella 14. Quando l'albero motore 20 ruota, la mezzeria B ruota intorno alla mezzeria A dell'albero motore e il pistone flottante 10 viene spostato entro e fuori dal cilindro 11 e avanti e indietro nel piano di visione che si riscontra nella figura 3. Questo è il piano di movimenta del pistone flottante 10. Nel piano della sezione della figura 2, che è trasversale al piano di movimento, la superficie superiore 35 del ritegno della coppa 26 è diritta n modo che lo spazio nocivo tra la superficie superiore 35 e il fondo della piastra di valvola 30 è uguale in tutti i punti lungo il diametro del ritegno della coppa 26. Nel piano di movimento, viceversa, la superficie superiore 35 del ritegno della coppa 26 è curva in modo convesso cosicché la distanza dallo spazio nocivo alla mezzeria longitudinale C del pistone é minima e lo spazio nocivo aumenta con il crescere delia distanza tra la mezzeria C e il perimetro.

Teoricarnente, la curva sulla superficie superiore 35 è un polinomio di terzo ordine in cui y è l'altezza al di sopra del piano attraverso il ritegno della coppa 26, e x è la distanza,dalla mezzeria C al pistone.

Per facilità di fabbricazione, la curva polinomiale di ter;o ordine può essere strettamente avvicinata utilizzando archi di due cerchi identici i cui centri D sono ugualmente sfalsati rispetto alla mezzeria C del pistone, come illustrata nella figura A. Nella figura A, viene illustrata la variazione dello spessore della coppa di ritegno 26 per un tipico pistone flottante.

La figura 5 illustra una forma di rea1izzazione alternativa in cui la superficie superiore del ritegno della coppa 26' è piana in tutti i piani, e la superficie inferiore 40 della piastra di valvola 30' è ricurva in senso convesso nel piano del movimento del pistone e diritta nel piano trasversale al movimento del pistone. Nuovamente, la curva convessa per la superficie inferiore della piastra di valvola 40 è idealmente un polinomio del terzo ordine, e pub essere approssimato, utilizzando archi di due cerchi identici.

Un'altra_ alternativa è di curvare in senso convesso entrambe le superfici affacciate della testa del pistone e della piastra di valvola. in modo che la somma delle curve sia la stessa della curva su entrambe la testa del pistone o la piastra di valvola.

La testa di pistone o la piastra di valvola curve della presente invenzione provvedono il più stretto possibile volume dello spazio nocivo per una data corsa, lunghezza della biella e tolleranze ragionevoli. Se la testa del pistone fosse a cupola. il volume dello spazio nocivo sarebbe perduto in piani trasversali al piano di movimento del pistone. Curvando la testa del pistone soltanto in un singolo piano si minimizza il volume dello spazio nocivo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. - In una testa del pistone per un pistone flottante utilizzabile in un cilindro avente una estremità superiore piana, perfezionamento in cui: la superficie superiore della testa del pistone è curva in senso convesso nel piano del movimento di sfarfallamento del pistone ed è diritta in un diano che è trasversale al diano del movimento di sfarfallamento. 2. - Testa di pistone secondo la rivendicazione "I. in cui la curva è un polinomio di terzo ordine. 3. — Testa di pistone secando la rivendicazione 1, in cui la curva è formata come l'arco di due cerchi identici i cui centri sono ugualmente sfalsati dalla mezzeria longitudinale del pistone, e la curva si avvicina ad un polinomio di terzo ordìne. h. - In un dispositivo di pompaggio di un fluido avente un cilindro con una lastra di valvola piana formante l'estremità superiore del cilindro e un pistone flottante con una testa del pistone funzionante nel cilindro e una biella montata in modo da spostarsi in un piano normale alla piastra di valvola, posizionamento in cui: la superficie superiore della testa del pistone è curva in senso convesso nel piano del movimento della biella ed è diritta in un piano trasversale a detto piano di movimento. 5. - Apparecchio secondo la rivendicazione 4, in cui la curva della superficie superiore si avvicina al luogo di tutti i punti della superficie superiore che sono i più vicini alla piastra di valvola quando la biella si sposta attraversa detto piano di movimento. b. - Apparecchio secando la rivendicazione 4, in cui la curva si avvicina ad un polinomio di terzo ordine. 7. - Pistone flottante, comprendente: una biella: una testa del pistone fissata alla biella; una guarnizione a coppa montata sulla testa; e un dispositivo di ritegno della coppa che fissa la guarnizione a coppa sulla testa del pistone, il dispositivo di fissaggio avendo una superficie superiore che è curva in senso convesso in un piano e diritta nel piano trasversale al primo piano. 8.- Pistone flottante secondo la rivendicazione 7, in cui la curva della superficie superiore si avvicina ad un polinomio di terzo ordine. 9. - In un apparecchio per il pompaggio di un fluido avente un cilindro con una piastra di valvola formante l'estremità superiore del cilindro e un pistone flottante con una testa del pistone funzionante nel cilindro e una biella montata per spostarsi in un piano singolo. perfezionamento in cui: la superficie della testa del pistone che è affacciata alla piastra di valvola è piana e la superficie della piastra di valvola che è affacciata alla testa del pistone è curva in senso convesso nel piano del movimento della biella ed è diritta in un piano trasversale a detto piano di movimento. 10. - Apparecchio secondo la rivendicazione 9, in cui la curva della superficie della piastra di valvola si avvicina al luogo di tutti i punti della superficie che sono i più vicini alla superficie della testa del pistone quando la biella si sposta attraverso detto piano di movimento. 11. - Apparecchio secando la rivendicazione 9, in cui la curva si avvicina ad un polinomio di terzo ordine. 12. - In un apparecchio per il pompàggio di un fluido avente un cilindro con una piastra di valvola formante l'estremità superiore del cilindro e un pistone flottante con una testa del pistone funzionante nel cilindro e una biella montata per spostarsi in un piano singolo,perfezionamento in cui : le superflui della piastra di valvola e della testa del pistone che sono affacciate tra loro sono diritte in un piano trasversale al piano di movimento della biella e una o entrambe le superflui sono curve in senso convesso nel piano del movimento.