Sempre più silenziosa!

Marginal Column

La nuova pompa ad ingranaggi esterni SILENCE PLUS consente una riduzione media della rumorosità pari a circa 15 dB(A).

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La pulsazione di portata ridotta del 75% riduce le vibrazioni. E una frequenza inferiore del 35% determina una sonorità più gradevole.

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Confronto fra il livello di pressione acustica della SILENCE PLUS, sensibilmente inferiore, e quello di una pompa ad ingranaggi esterni di tipo convenzionale.

Una speciale geometria dei denti riduce la rumorosità delle pompe a ingranaggi esterni. Nell’utilizzo pratico, lo sviluppo della SILENCE PLUS offre all’utente numerosi vantaggi e consente ai clienti di ridurre i costi di sistema.

 

Ormai da decenni, le pompe ad ingranaggi esterni sono apprezzate come unità di regolazione volumetrica robuste e convenienti. Le loro caratteristiche primarie, quali la pressione fino a 280 bar, rendimento molto elevato e prezzo contenuto, sono così divenute un fatto ovvio… quanto la loro rumorosità. Tuttavia, da quando esistono pompe più silenziose, occorre valutare un ulteriore criterio in fase di acquisto del componente.

Lavorando sulla sorgente sonora è infatti possibile ridurre il livello di rumorosità dell’intero sistema idraulico. Fin dal 1999, con la pompa SILENCE Rexroth ha risposto alle esigenze di pompe a ingranaggi più silenziose. Come leader di mercato, da allora abbiamo proseguito a operare in questa direzione, ottenendo una generazione di pompe ad ingranaggi esterni dalla silenziosità rivoluzionaria, che adempiono ai seguenti requisiti:

  • drastica riduzione di rumorosità e pulsazione
  • cilindrata geometrica inizialmente da 12 a 28 cm³/giro
  • convenienza
  • identità strutturale e caratteristiche tecniche il più possibili identiche alla nota pompa SILENCE.

I fattori determinanti per una pompa ad ingranaggi sono la rumorosità intrinseca della pompa stessa, la pulsazione di pressione e la frequenza (“sonorità”). Fattori che, nel progetto di sviluppo, abbiamo dapprima affrontato con tre approcci fondamentali: contatto sui due fianchi, dentatura elicoidale e spazio di intrappolamento per l’olio.

Dentatura elicoidale

In un primo momento, abbiamo esteso il principio del contatto sui due fianchi con la dentatura elicoidale, soluzione comunemente utilizzata per i riduttori. Tale soluzione riduce in particolare la rumorosità intrinseca della pompa, poiché, grazie alla disposizione obliqua dei denti, i cambi d’ingranamento delle coppie di denti e le conseguenti oscillazioni delle forze trasmesse, non avvengono più simultaneamente sull’intera larghezza dell’ingranaggio. Questi processi vengono a distribuirsi nello spazio e nel tempo, rendendo così più silenzioso il gruppo d’ingranaggi.

Basta con lo spazio di intrappolamento

Per ottenere una generazione di pompe a ingranaggi esterni dalla silenziosità rivoluzionaria, tuttavia, combinare i principi suddetti non era sufficiente: il passo decisivo nello sviluppo della nuova pompa è stato apportato da un ulteriore principio. Nelle pompe ad ingranaggi esterni con dentature convenzionali si verifica un continuo cambio fra singolo e doppio ingranamento: per ottenere una trasmissione uniforme del movimento, occorre quindi che, all’inizio del contatto fra i denti, anche la coppia di denti precedente si trovi a contatto per un determinato lasso di tempo.

In assenza di ulteriori provvedimenti costruttivi, tuttavia, fra tali punti di contatto viene a crearsi uno spazio chiuso riempito di olio, separato sia dal lato aspirazione, sia da quello di mandata: il cosiddetto spazio di intrappolamento. La variazione di volume di tale spazio comporta rapidi e drastici aumenti di pressione nell’olio, causa a loro volta di vibrazioni. Inoltre, l’apertura dello spazio di intrappolamento verso il lato bassa pressione può comportare rumori di flusso.

Grazie a raffinati strumenti di calcolo nell’ambito del nostro ambiente di sviluppo, tali vibrazioni si possono ridurre in modo ottimale, pur restandone un determinato residuo. A questo punto, ci siamo così posti la domanda: “Perché non sviluppare un gruppo rotante il cui stesso principio escluda questa formazione di olio intrappolato?”

SILENCE PLUS: la nuova generazione di pompe ad ingranaggi esterni

Per ottenere questo obiettivo, abbiamo basato il funzionamento della pompa su un gruppo rotante a denti inclinati esente da gioco che, grazie al profilo non evolvente dei denti, elimina pressoché totalmente gli spazi di intrappolamento. I profili di entrambi gli ingranaggi entrano a contatto reciproco non soltanto sui fianchi dei denti, ma anche nella zona della testa e del piede.

Ciò consente di eliminare i bruschi cambi di contatto fra i denti nel susseguirsi dei fianchi, essendovi sempre un solo punto d’ingranamento, che si sposta continuamente su una linea d’ingranamento chiusa, a forma di “8”.

Le forze assiali indotte dalla dentatura elicoidale e agenti sugli ingranaggi, vengono sostenute sul lato frontale dagli elementi di supporto; apposite scanalature di compensazione idrostatica intercettano le forze supplementari, in assenza di usura. Abbiamo così inizialmente sviluppato alcuni primi campioni prototipo, che hanno confermato la bontà di questa concezione.

Dopo questa fase abbiamo creato una squadra, formata da personale dei Reparti Sperimentazione, Progettazione, Product Management, Pianificazione Produzione, Acquisti, Controllo Qualità e Controlling. Supportati da complessi calcoli e da modelli di simulazione idraulica computerizzata, abbiamo quindi combinato gli approcci mirati appena descritti.

La struttura della SILENCE PLUS comprende quindi tre elementi fondamentali, che riducono sensibilmente la rumorosità: il gruppo rotante esente da gioco, la dentatura elicoidale e il profilo non evolvente dei denti. Ma quali vantaggi concreti offrono queste caratteristiche costruttive in termini di rumorosità intrinseca, pulsazione di pressione e frequenza?

Possibilità d’impiego della SILENCE PLUS

IIl rivoluzionario profilo dei denti consente un contatto continuo ed esente da gioco, senza inclusioni di olio.

 

La riduzione della rumorosità risulta particolarmente efficace nell’azionamento a motore elettrico della pompa idraulica: qui, infatti, è proprio il rumore idraulico a prevalere; sotto il profilo della frequenza, esso risulta analogo a quello di un motore elettrico. La minore rumorosità va soprattutto a vantaggio degli utenti di macchine utensili industriali e di sistemi di trasporto industriali mobili. Inoltre, anche tutte le applicazioni di piccoli gruppi mobili (“Power Pack”), quali ad esempio sponde di carico per autocarri, risultano molto più silenziose.

Poiché a basse pressioni la rumorosità intrinseca della SILENCE PLUS è appena percepibile, questa pompa è ottimale per tutti i circuiti di lubrificazione, filtraggio o lubrorefrigeranti. Tuttavia, anche nelle lubrificazioni mobili per riduttori, la riduzione della rumorosità dispiega tutta la sua efficacia.

Gli azionamenti a motore elettrico con idraulica dal suono pressoché impercettibile sono ideali per padiglioni macchine o depositi, così come per supermercati o negozi di bevande. Tale soluzione risulta inoltre vantaggiosa anche per applicazioni nel settore domestico, quali ascensori, sollevatori per parcheggio o fenditrici per legno.

Le presse per rifiuti nel retro di supermercati o di alberghi possono funzionare nell’intero arco della giornata e gli elevatori possono perfino effettuare carichi e scarichi notturni. Negli azionamenti a motore diesel, è soprattutto il motore termico a determinare il comportamento di rumorosità; in questo caso risulta subito evidente che puntare sull’idraulica non è ragionevole, poiché anch’essa crea rumori non trascurabili: tali rumori vengono emessi in un campo di frequenza superiore, tale da renderli distinguibili dall’insieme dei rumori a bassa frequenza.

Grazie al minor numero di denti, la rumorosità intrinseca della SILENCE PLUS presenta una frequenza più bassa del 35%, avvertita dall’orecchio umano come una sorta di “ronzio”, assai meno percettibile e meno fastidiosa. Tutto ciò va anche a vantaggio dei residenti che, in precedenza, dovevano convivere con rumori di cantiere o, ad esempio, con quelli di veicoli compattatori alle prime ore del mattino.

Gli stessi conducenti di tali veicoli si rallegreranno per la rumorosità molto più bassa. Tuttavia, anche il rumore direttamente trasmesso in aria dalla rumorosità intrinseca della pompa può essere rilevante nelle macchine a propulsione diesel: nelle seminatrici, ad esempio, l’azionamento delle ventole rappresenta per i conducenti dei trattori una sollecitazione acustica che può essere sensibilmente ridotta impiegando la SILENCE PLUS.

Meno rumore, costi inferiori

Poiché il problema è stato affrontato alla radice, i costruttori possono anche tralasciare provvedimenti tecnici secondari di isolamento acustico, smorzamento e costruzioni chiuse. Questa filosofia richiede un minor numero di componenti e riduce la complessità di montaggio. Tali semplificazioni, a loro volta, ridurranno i costi dell’intero sistema.

La varietà delle potenziali applicazioni indica chiaramente quanto i rumori idraulici si ritrovino nella vita di tutti i giorni; tuttavia, ciò che ancora oggi avvertiamo come cosa ovvia, domani non saremo più costretti ad accettare. La nuova tecnologia delle pompe ad ingranaggi esterni traccia un futuro con sistemi idraulici di silenziosità pressoché totale.

 
 

Autori

Bosch Rexroth AG, Schwieberdingen, Germania

www.boschrexroth.com

 

Dipl.-Ing. MBA

Christian Böhmcker,

Product Management

Dr. rer. nat.

Marc Lätzel,

Sviluppo

 
 

Dr.-Ing.

Dietmar Schwuchow,

Project Management