ITTO980072A1 - VANE HYDRAULIC MACHINE. - Google Patents
VANE HYDRAULIC MACHINE.Info
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: DESCRIPTION of the industrial invention entitled:
"Macchina idraulica a palette" "Hydraulic vane machine"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
L'invenzione riguarda una macchina idraulica a palette avente un rotore, con una pluralità di palette mobili in senso radiale, uno statore con una cavità cilindrica, nella quale il rotore è disposto con possibilità di rotazione, e la cui parete interna è conformata come contorno di guida, sul quale si appoggiano le palette, ed un gruppo di piastre laterali su ciascun lato frontale in senso assiale del rotore e dello statore, che delimita le celle fra le palette insieme al rotore, alle palette medesime ed allo statore. The invention relates to a hydraulic vane machine having a rotor, with a plurality of radially movable vanes, a stator with a cylindrical cavity, in which the rotor is arranged with the possibility of rotation, and whose inner wall is shaped as a contour guide, on which the blades rest, and a group of side plates on each front side in the axial direction of the rotor and stator, which delimits the cells between the blades together with the rotor, the blades themselves and the stator.
Queste macchine possono essere realizzate come motori (documenti US 4,376,620 e US 3,254,570) e come pompe (documento US 3,255,704). Quando il rotore gira rispetto allo statore, le palette si muovono in senso radiale verso l'interno e verso l'esterno, e tale movimento viene controllato dal contorno di guida. A tale scopo, il contorno di guida presenta delle aree di riposo, nelle quali la cavità cilindrica dello statore presenta un diametro solo leggermente superiore al diametro esterno del rotore, e delle aree di lavoro, nelle quali la cavità cilindrica dello statore ha un diametro più grande. Fra le aree di riposo e le aree di lavoro sono provviste delle aree di commutazione, nelle quali le palette vengono mosse in senso radiale rispettivamente dall'interno verso l'esterno, oppure dall'esterno verso l'interno. A tale riguardo, l'appoggio delle palette sul contorno di guida è prodotto mediante apposite molle. Tuttavia nella-maggior parte dei casi viene utilizzato un supporto idraulico addizionale per accrescere la pressione di appoggio delle palette sul contorno di guida . These machines can be realized as motors (documents US 4,376,620 and US 3,254,570) and as pumps (document US 3,255,704). As the rotor rotates relative to the stator, the vanes move radially inward and outward, and this movement is controlled by the guide contour. For this purpose, the guide contour has rest areas, in which the cylindrical cavity of the stator has a diameter only slightly greater than the external diameter of the rotor, and working areas, in which the cylindrical cavity of the stator has a smaller diameter. great. Switching areas are provided between the rest areas and the work areas, in which the vanes are moved radially respectively from the inside to the outside, or from the outside to the inside. In this regard, the rest of the vanes on the guide contour is produced by means of suitable springs. However, in most cases an additional hydraulic support is used to increase the resting pressure of the vanes on the guide contour.
Anche se questo principio, come si è detto in precedenza, può essere utilizzato tanto per le pompe quanto per i motori, per motivi di opportunità la descrizione che segue è basata su un motore. Although this principle, as mentioned above, can be used for both pumps and motors, for reasons of expediency the following description is based on a motor.
Nelle aree di lavoro, sul lato ad alta pressione delle palette il fluido idraulico è immesso sotto una pressione più elevata. Il lato a bassa pressione delle palette è esposto ad una pressione più bassa. La differenza di pressione attraverso le palette produce il momento torcente necessario per 1'azionamento del motore. In alcuni casi, può accadere che una cella chiusa fra le palette sia situata fra la connessione di alta pressione e la connessione di bassa pressione della macchina. In queste condizioni avrà effetto la differenza di pressione attraverso due o più palette. In work areas, on the high pressure side of the vanes, hydraulic fluid is fed under a higher pressure. The low pressure side of the vanes is exposed to a lower pressure. The pressure difference across the vanes produces the torque required to drive the motor. In some cases, it may happen that a closed cell between the vanes is located between the high pressure connection and the low pressure connection of the machine. Under these conditions, the pressure difference across two or more vanes will take effect.
Come in tutte le macchine idrauliche, è importante che le perdite interne siano mantenute ad una entità minima, ossia che la macchina abbia le parti interne a tenuta ermetica. A questo riguardo certe aree, ove è richiesta una chiusura a tenuta fra le parti mobili, danno origine a particolari problemi. As in all hydraulic machines, it is important that internal leaks are kept to a minimum, ie that the machine has its internal parts hermetically sealed. In this regard, certain areas, where a seal between the moving parts is required, give rise to particular problems.
In una macchina a palette, ciò avviene principalmente nell'appoggio della paletta sul contorno di guida. Inoltre le celle fra le palette debbono essere pure chiuse a tenuta verso i lati. Nei casi già noti, occorre considerare tanto l'attrito fra il rotore e le piastre laterali, quanto l'attrito fra le palette, durante il loro movimento in senso radiale, e le suddette piastre laterali. Poiché vengono applicate considerevoli pressioni per ottenere la chiusura a tenuta, ciascuno di questi movimenti provoca fenomeni di usura, e quindi riduce il rendimento, particolarmente quando si impiegano dei fluidi idraulici, il cui effetto lubrificante è inferiore a quello degli olii idraulici sintetici finora impiegati. Un fluido del genere potrebbe essere per esempio l' acqua. In a vane machine, this mainly occurs when the vane rests on the guide contour. Furthermore, the cells between the vanes must also be sealed to the sides. In the cases already known, it is necessary to consider both the friction between the rotor and the side plates, and the friction between the blades, during their movement in the radial direction, and the aforementioned side plates. Since considerable pressures are applied to obtain the sealing, each of these movements causes wear phenomena, and therefore reduces the efficiency, particularly when hydraulic fluids are used, whose lubricating effect is lower than that of the synthetic hydraulic oils used up to now. Such a fluid could be water, for example.
L'invenzione ha lo scopo di migliorare il rendimento di una macchina idraulica a palette. The invention has the purpose of improving the efficiency of a hydraulic vane machine.
In una macchina idraulica a palette del tipo menzionato all'inizio, tale compito viene assolto per il fatto che i gruppi di piastre laterali sono fissati sul rotore, e girano insieme al rotore stesso rispetto allo statore. In a hydraulic vane machine of the type mentioned at the beginning, this task is accomplished by the fact that the groups of side plates are fixed on the rotor, and rotate together with the rotor itself with respect to the stator.
Questa forma di attuazione non evita i fenomeni di attrito fra le parti in movimento. Tuttavia almeno differenti forme di movimento sono parzialmente isolate l'una dall'altra. Fino ad ora, il rotore con le sue palette girava rispetto alle piastre laterali. Ciò dava origine a fenomeni di attrito fra la superficie frontale del rotore e la piastra laterale. Nella presente forma di attuazione, la piastra laterale ora scorre sulla superficie frontale dello statore. Tuttavia, per ciò che riguarda l'attrito delle palette, le condizioni sono differenti . This embodiment does not avoid the phenomena of friction between the moving parts. However at least different forms of movement are partially isolated from each other. Until now, the rotor with its vanes turned relative to the side plates. This gave rise to friction phenomena between the front surface of the rotor and the side plate. In the present embodiment, the side plate now slides on the front surface of the stator. However, when it comes to the friction of the vanes, the conditions are different.
Fino ad ora, le palette non solo dovevano compiere un movimento puramente radiale rispetto alle piastre laterali. A questo movimento radiale si sovrapponeva anche il movimento rotatorio, per cui in linea di principio le palette dovevano scorrere sulla intera superficie della piastra laterale. Per mantenere l'attrito ad un basso livello, era necessaria una lavorazione estremamente precisa delle palette e delle piastre laterali, con una corrispondente finitura reciproca. Until now, the vanes not only had to make a purely radial movement with respect to the side plates. This radial movement was also superimposed on the rotary movement, so that in principle the vanes had to run over the entire surface of the side plate. To keep friction at a low level, extremely precise machining of the vanes and side plates was required, with a corresponding reciprocal finish.
Ora questo non è più necessario. Le palette compiono un movimento puramente radiale rispetto alle piastre laterali, mentre le stesse piastre laterali compiono un movimento puramente rotatorio rispetto al lato frontale dello statore. Ciò significa che questi due movimenti sono nettamente isolati l'uno dall'altro. In modo corrispondente, è possibile migliorare il posizionamento reciproco delle singole parti, in modo da ottenere una migliore tenuta ermetica. Si può produrre un movimento sovrapposto delle palette nei confronti dello statore. Tuttavia, questo movimento è limitato ad un'area più piccola, per cui esso non risulta più molto critico. Nel complesso, questi accorgimenti di progettazione determinano una certa riduzione dell'usura, che a sua volta contribuisce a migliorare il funzionamento della macchina. Particolarmente per il motore, il minore grado di attrito determina un migliore momento torcente all'avviamento, ovvero un migliore comportamento nell' avviamento medesimo. Now this is no longer necessary. The vanes perform a purely radial movement with respect to the side plates, while the same side plates perform a purely rotational movement with respect to the front side of the stator. This means that these two movements are clearly isolated from each other. Correspondingly, it is possible to improve the mutual positioning of the individual parts, so as to obtain a better hermetic seal. An overlapping movement of the vanes towards the stator can be produced. However, this movement is limited to a smaller area, so it is no longer very critical. Overall, these design measures lead to a certain reduction in wear, which in turn contributes to improving the operation of the machine. Particularly for the engine, the lower degree of friction determines a better starting torque, that is a better starting behavior.
In una forma di attuazione preferenziale, ciascun gruppo di piastre laterali presenta una piastra interna ed una piastra esterna, per cui fra le piastre interna ed esterna viene realizzata una disposizione a tasca sotto pressione idraulica. Per effetto di questa disposizione a tasca sotto pressione, delle forze di pressione agenti nella direzione assiale possono essere applicate sullo statore e sul rotore da parte del gruppo di piastre laterali. Mentre le forze di tenuta ermetica per il rotore potrebbero quindi essere ottenute mediante un fissaggio con appositi organi meccanici, ciò risulterebbe molto più difficile per la superficie di contatto con lo statore. In a preferential embodiment, each group of side plates has an inner plate and an outer plate, whereby a pocket arrangement under hydraulic pressure is formed between the inner and outer plates. As a result of this pocket arrangement under pressure, pressure forces acting in the axial direction can be applied to the stator and rotor by the side plate set. While the hermetic sealing forces for the rotor could therefore be obtained by fixing with suitable mechanical members, this would be much more difficult for the contact surface with the stator.
Tuttavia, le forze idrauliche che possono essere generate nella disposizione a tasca sotto pressione sono sufficienti a produrre un effetto di chiusura a tenuta anche in questa zona. Qui la piastra esterna può essere utilizzata come spallamento, sul quale viene "sopportata" la pressione esistente nelle tasche suddette, in modo da spingere la piastra interna contro il rotore e lo statore. However, the hydraulic forces which can be generated in the pocket arrangement under pressure are sufficient to produce a sealing effect in this area as well. Here the outer plate can be used as a shoulder, on which the pressure existing in the aforementioned pockets is "supported", so as to push the inner plate against the rotor and the stator.
In questo caso, è particolarmente preferito che la disposizione a tasca sotto pressione presenti almeno una tasca in pressione collegata con ciascuna cella fra le palette. Quando la cella fra le palette è esposta alla pressione, un siffatto collegamento permanente provvede in modo che la stessa pressione sìa pure presente nella tasca suddetta. D'altro canto, è pure previsto che la pressione nella tasca in questione diminuisca quanto non esiste alcuna pressione nella cella della paletta. Di conseguenza, le forze di tenuta ermetica vengono generate solo quando esse sono necessarie. Nelle celle fra le palette non sottoposte a carico, le forze di tenuta ermetica non sono richieste. Pertanto qui non viene prodotta alcuna forza di tenuta ermetica, e l'usura è mantenuta ad un basso livello. In this case, it is particularly preferred that the pressure pocket arrangement have at least one pressure pocket connected with each cell between the vanes. When the cell between the vanes is exposed to pressure, such a permanent connection provides such that the same pressure is also present in said pocket. On the other hand, the pressure in the pocket in question is also expected to decrease when there is no pressure in the vane cell. Consequently, sealing forces are generated only when they are needed. In the cells between the unloaded vanes, the sealing forces are not required. Therefore no sealing force is produced here, and wear is kept at a low level.
Preferibilmente, la tasca sotto pressione presenta una superficie di pressione più grande della cella fra le palette nella direzione assiale. Indipendentemente dall'entità della pressione nella cella fra le palette, con questo accorgimento si ottiene che la forza di contatto della piastra laterale sullo statore sia superiore alla forza che tende a staccare la piastra dallo statore, per effetto della pressione esistente nella cella fra le palette. Questo accorgimento è relativamente semplice, tuttavia esso assicura la tenuta ermetica della macchina. Preferably, the pressure pocket has a larger pressure surface than the cell between the vanes in the axial direction. Regardless of the amount of pressure in the cell between the vanes, with this arrangement it is obtained that the contact force of the side plate on the stator is greater than the force that tends to detach the plate from the stator, due to the pressure existing in the cell between the vanes. . This expedient is relatively simple, however it ensures the hermetic seal of the machine.
Convenientemente, ogni tasca sotto pressione presenta una chiusura a tenuta. Ciò rende meno severi i requisiti di precisione nella lavorazione delle piastre interna ed esterna. La tenuta ermetica non viene più assicurata solamente dal reciproco appoggio di queste due piastre 1'una contro l'altra. La stessa tenuta ermetica è coadiuvata dalla chiusura suddetta. Conveniently, each pressurized pocket has a tight seal. This makes the precision requirements in the machining of internal and external plates less stringent. The hermetic seal is no longer ensured only by the mutual support of these two plates one against the other. The same hermetic seal is assisted by the aforementioned closure.
A tale riguardo, è particolarmente preferito che la chiusura a tenuta sia realizzata mediante un anello di guarnizione disposto con un certo precarico fra le piastre interna ed esterna nella tasca sotto pressione. Un siffatto anello di guarnizione, realizzato per esempio nella forma di un cordone circolare od anello a sezione tonda, è poco costoso e facile da montare. In this regard, it is particularly preferred that the sealing is achieved by means of a sealing ring arranged with a certain preload between the inner and outer plates in the pocket under pressure. Such a sealing ring, made for example in the form of a circular bead or ring with a round section, is inexpensive and easy to assemble.
E' particolarmente preferito che la piastra interna abbia una rientranza, nella cui area l'anello di tenuta non si appoggia contro la piastra interna nella direzione assiale. Con questo accorgimento, si ottiene che il fluido idraulico sotto pressione possa anche raggiungere una zona compresa fra la piastra interna e l'anello di tenuta. In questo modo, è sufficiente la penetrazione in un luogo. Successivamente, il fluido idraulico solleva 1'anello di tenuta dalla piastra interna, e lo spinge contro la piastra esterna. Pertanto 1'intera superficie della tasca sotto pressione, e non solamente lo spazio circondato dall'anello di tenuta, risulta disponibile per 1'assorbimento delle forze idrauliche e per la generazione delle forze corrispondenti. Pertanto questo allestimento può essere utilizzato quando è disponibile solo uno spazio limitato. It is particularly preferred that the inner plate has a recess, in the area of which the sealing ring does not abut against the inner plate in the axial direction. With this expedient, it is obtained that the hydraulic fluid under pressure can also reach an area between the internal plate and the sealing ring. In this way, penetration into a place is sufficient. Thereafter, the hydraulic fluid lifts the seal ring from the inner plate, and pushes it against the outer plate. Therefore the entire surface of the pocket under pressure, and not only the space surrounded by the sealing ring, is available for the absorption of the hydraulic forces and for the generation of the corresponding forces. Therefore this set-up can be used when only limited space is available.
In una forma di attuazione alternativa, la chiusura a tenuta può anche èssere realizzata nella forma di un diaframma collegato con la piastra interna. Questo diaframma è spinto contro la piastra esterna attraverso un'entrata di pressione nella relativa tasca, ed in questo modo vengono generate le necessarie forze di contatto. Il diaframma può essere per esempio ottenuto per spruzzatura sulla piastra interna, quando qui è disponibile un rivestimento sintetico. In an alternative embodiment, the seal can also be made in the form of a diaphragm connected to the inner plate. This diaphragm is pushed against the outer plate through a pressure inlet in its pocket, and in this way the necessary contact forces are generated. The diaphragm can for example be obtained by spraying on the inner plate, when a synthetic coating is available here.
Preferibilmente, un piccolo interstizio è provvisto nell'area delle tasche sotto pressione fra le piastre interna ed esterna. Come si è detto in precedenza, la piastra interna e la piastra esterna non debbono essere più adattate in modo preciso l'una all'altra. Può essere perfino prevista l'eventualità di lasciare deliberatamente un piccolo interstizio fra le piastre suddette. La larghezza di questo interstizio varia da pochi centesimi a 3/10 di mm. Preferably, a small gap is provided in the area of the pockets under pressure between the inner and outer plates. As mentioned above, the inner plate and the outer plate no longer need to be precisely matched to each other. The possibility of deliberately leaving a small gap between the aforesaid plates may even be envisaged. The width of this gap varies from a few hundredths to 3/10 of mm.
La chiusura a tenuta di un interstizio così piccolo con l'anello di guarnizione o con il diaframma non costituisce un problema, e non si producono nocive deformazioni dell'organo di tenuta ermetica. Tuttavia, l'interstizio comporta il vantaggio di poter compensare un eventuale carico unilaterale sulla piastra esterna. Un siffatto carico unilaterale determina una certa inclinazione, seppure piccola, della piastra esterna rispetto alla piastra interna. Senza il suddetto interstizio, ciò determinerebbe una forzatura sulla piastra interna da parte della piastra esterna, premente la stessa piastra interna con una forza maggiore contro lo statore, per cui si avrebbe un aumento di usura. Sealing such a small gap with the sealing ring or diaphragm is not a problem, and no harmful deformations of the sealing member are produced. However, the gap has the advantage of being able to compensate for any unilateral load on the outer plate. Such a unilateral load determines a certain inclination, albeit small, of the outer plate with respect to the inner plate. Without the aforementioned gap, this would cause a forcing on the internal plate by the external plate, pressing the same internal plate with a greater force against the stator, so that there would be an increase in wear.
Inizialmente, tale fenomeno può essere assorbito dall'interstizio, in quanto esso consente una piccola inclinazione della piastra esterna rispetto alla piastra interna. Inoltre, il suddetto interstizio rende più semplice il fissaggio. Il momento torcente richiesto per serrare i bulloni che tengono insieme il rotore e l'allestimento di piastre laterali non deve essere esattamente costante per tutti 1 bulloni, e tuttavia esso può essere superiore a quello necessario senza l'interstizio, in quanto il reciproco serraggio delle piastre non determina immediatamente un appoggio contro il rotore. Initially, this phenomenon can be absorbed by the gap, since it allows a small inclination of the outer plate with respect to the inner plate. Furthermore, the aforementioned interstice makes fixing easier. The torque required to tighten the bolts holding the rotor and the side plate assembly together does not have to be exactly constant for all bolts, yet it can be greater than that needed without the gap, as the mutual tightening of the plates does not immediately determine a support against the rotor.
Convenientemente, la piastra interna è provvista di un materiale sintetico riducente l'attrito, almeno nell'area di appoggio contro lo statore. Un siffatto materiale sintetico- realizza uno scorrimento a basso attrito con il materiale dello statore, per esempio l'acciaio inossidabile. Sono particolarmente adatti i materiali sintetici appartenenti al gruppo dei prodotti sintetici termoplastici di alta resistenza, a base di poliaril-eter-chetoni . Conveniently, the internal plate is provided with a synthetic material which reduces friction, at least in the resting area against the stator. Such a synthetic material - provides a low-friction sliding with the stator material, for example stainless steel. Particularly suitable are synthetic materials belonging to the group of high-strength thermoplastic synthetic products, based on polyaryl-ether-ketones.
Questi materiali potrebbero essere per esempio i polieter-eter-chetoni, le poliammidi, il poliacetalene, il poliaril-etere, il polietilene-tereftalato, il solfuro di polivinilene, i polisulfoni, i polieter-sulfoni, le polieter-imidi, le poliammid-imidi, i poliacrilati, le resine fenoliche, come la resina novolack, ecc., con i quali è possibile utilizzare còme riempitivi il vetro, la grafite, il politetrafluoretilene oppure il carbonio, particolarmente sotto forma di fibre. A tale riguardo, è risultato particolarmente utile il materiale costituito da polieter-eter-chetone (PEEK). Quando si utilizzano questi materiali, anche l'acqua può essere impiegata come fluido idraulico. These materials could be for example polyether-ether-ketones, polyamides, polyacetalene, polyaryl-ether, polyethylene-terephthalate, polyvinyl sulphide, polysulfones, polyether-sulfones, polyether-imides, polyamides. imides, polyacrylates, phenolic resins, such as novolack resin, etc., with which glass, graphite, polytetrafluorethylene or carbon, particularly in the form of fibers, can be used as fillers. In this respect, the material consisting of polyether ether ketone (PEEK) has proved particularly useful. When these materials are used, water can also be used as a hydraulic fluid.
In una forma di attuazione preferenziale, viene provvisto un canale in comunicazione con il collegamento a bassa pressione fra la piastra interna ed il rotore, e questo canale si estende in prossimità delle celle fra le palette e delle aree di movimento delle palette medesime. Malgrado tutte le precauzioni, non è normalmente possibile evitare che il fluido idraulico pervenga in zone ove esso non è desiderato. Anche se si tratta solo di piccoli quantitativi, una siffatta perdita durante il funzionamento può determinare un accumulo di pressione corrispondente alla pressione d'esercizio della macchina idraulica . In a preferential embodiment, a channel is provided in communication with the low pressure connection between the inner plate and the rotor, and this channel extends proximate to the cells between the blades and to the areas of movement of the blades themselves. Despite all precautions, it is not normally possible to prevent hydraulic fluid from reaching areas where it is not desired. Even if these are only small quantities, such a leak during operation can cause a pressure build-up corresponding to the operating pressure of the hydraulic machine.
Quando il fluido idraulico di perdita raggiunge l'area compresa fra il rotore e la piastra laterale, occorre provvedere in modo che questo fluido idraulico non determini una separazione delle piastre laterali, che darebbe origine ad ulteriori perdite. Questo è il motivo per cui viene predisposto il suddetto canale. Nella direzione radiale, esso delimita un'area della maggiore ampiezza possibile intorno al centro del rotore. Naturalmente, tale dimensione è limitata su un lato dalle celle fra le palette, e sull'altro lato dalle aree di movimento delle palette, aventi anch'esse delle aree idrauliche, che contribuiscono a controllare il movimento delle palette in questione. When the leaking hydraulic fluid reaches the area between the rotor and the side plate, it must be ensured that this hydraulic fluid does not cause a separation of the side plates, which would give rise to further leaks. This is why the aforementioned channel is set up. In the radial direction, it delimits an area of the greatest possible width around the center of the rotor. Naturally, this dimension is limited on one side by the cells between the blades, and on the other side by the areas of movement of the blades, also having hydraulic areas, which help to control the movement of the blades in question.
In ogni caso, il canale contribuisce a mantenere esente da pressione l'area situata in senso radiale all'interno del canale. In any case, the canal helps to keep the area located radially within the canal pressure-free.
Qualsiasi fluido idraulico che raggiunga il canale non può scorrere ulteriormente all'interno, bensì viene scaricato verso la connessione a bassa pressione attraverso il canale. In questo modo i mezzi di fissaggio, per esempio i bulloni, che tengono insieme le piastre laterali ed il rotore nella direzione assiale, possono essere mantenuti a dimensioni relativamente piccole, per cui viene semplificato il dimensionamento. Any hydraulic fluid reaching the channel cannot flow further in, but is discharged to the low pressure connection through the channel. In this way, the fastening means, for example the bolts, which hold the side plates and the rotor together in the axial direction, can be kept relatively small in size, whereby the sizing is simplified.
Convenientemente, l'entrata e l'uscita del fluido idraulico avviene dalla direzione radiale. Ciò significa che gli allestimenti di piastre laterali sono esenti da mansioni di controllo. Essi non debbono più effettuare una reale commutazione del fluido idraulico, ma debbono solo provvedere affinché le celle delle palette rimangano a tenuta ermetica. Ciò rappresenta una considerevole semplificazione nella progettazione della macchina. Conveniently, the inlet and outlet of the hydraulic fluid occurs from the radial direction. This means that side plate configurations are exempt from inspection tasks. They no longer have to carry out a real changeover of the hydraulic fluid, but only have to ensure that the vane cells remain hermetically sealed. This represents a considerable simplification in the design of the machine.
Preferibilmente, le connessioni di alimentazione per l'entrata e l'uscita sono disposte nel contorno di guida. In altre parole, tanto la connessione della pompa quanto la connessione del serbatoio, ovvero rispettivamente la connessione ad alta pressione e la connessione a bassa pressione, sboccano nella parete interna della cavità cilindrica dello statore. La commutazione avviene allora in modo automatico al passaggio delle palette. Queste sono allora alimentate con le corrispondenti pressioni nella corretta posizione. Preferably, the supply connections for the inlet and outlet are arranged in the guide contour. In other words, both the pump connection and the tank connection, i.e. the high pressure connection and the low pressure connection respectively, open into the inner wall of the cylindrical cavity of the stator. The changeover then takes place automatically when the pallets pass. These are then fed with the corresponding pressures in the correct position.
Preferibilmente, il contorno di guida presenta delle porzioni di lavoro e di riposo, fra le quali sono situate le aree di commutazione, per cui l'inizio ed il termine di ciascuna area di commutazione ha una connessione di alimentazione con la stessa direzione. Le aree o porzioni di commutazione sono le sole aree in cui si muovono le palette. Con la disposizione di una connessione di alimentazione tanto all'inizio quanto al termine di ciascuna area di commutazione, entrambe le connessioni avendo la stessa direzione, si provvede in modo che le palette non risultino sottoposte al carico di una differenza di pressione nei movimenti di rientro nel rotore o di allontanamento da questo. Preferably, the guide contour has working and rest portions, between which the switching areas are located, so that the beginning and end of each switching area has a power connection with the same direction. The switching areas or portions are the only areas in which the vanes move. With the arrangement of a supply connection both at the beginning and at the end of each switching area, both connections having the same direction, it is ensured that the vanes are not subjected to the load of a pressure difference in the return movements in the rotor or away from it.
In questo modo, per esempio due pompe o connessioni ad alta pressione possono essere provviste sulle estremità dell'area di commutazione, nella quale si protendono le palette. In maniera corrispondente, due connessioni di serbatoio, o connessioni a bassa pressione, sono provviste sulle estremità dell'area di commutazione, nella quale si retraggono le palette. Dal fatto che le palette non risultino sottoposte al carico di una differenza di pressione, nei loro movimenti di allontanamento e di rientro, consegue che esse non sono neppure premute contro il rotore. Pertanto l'attrito fra il rotore e le palette è mantenuto al più basso valore possibile nelle aree di commutazione. Anche questa particolarità riduce i fenomeni di usura e migliora le caratteristiche di rendimento. In this way, for example two pumps or high pressure connections can be provided at the ends of the switching area, into which the vanes extend. Correspondingly, two tank connections, or low pressure connections, are provided at the ends of the switching area, into which the vanes retract. From the fact that the blades are not subjected to the load of a pressure difference, in their movements of withdrawal and return, it follows that they are not even pressed against the rotor. Therefore the friction between the rotor and the vanes is kept as low as possible in the commutation areas. This particularity also reduces wear phenomena and improves performance characteristics.
L'invenzione viene descritta nel seguito sulla base di una forma di attuazione preferenziale, con riferimento ai disegni. In questi sono mostrati: The invention is described below on the basis of a preferential embodiment, with reference to the drawings. In these are shown:
nella Figura 1, una sezione longitudinale di un motore idraulico a palette; in Figure 1, a longitudinal section of a hydraulic vane motor;
nella Figura 2, una vista ingrandita del particolare indicato con A nella Figura 1; in Figure 2, an enlarged view of the detail indicated with A in Figure 1;
nella Figura 3, una vista schematica riguardante una disposizione della guarnizione di tenuta; in Figure 3, a schematic view concerning an arrangement of the seal;
nella Figura A , una sezione indicata con IV-IV nella Figura 1; in Figure A, a section indicated with IV-IV in Figure 1;
nella Figura 5, una sezione indicata con V-V nella Figura 1, e in Figure 5, a section designated V-V in Figure 1, and
nella Figura 6, una sezione indicata con VI-VI nella Figura 1. in Figure 6, a section designated VI-VI in Figure 1.
Un motore 1 a palette presenta uno statore 2, nel quale un rotore 3 è disposto con possibilità di rotazione. Lo statore presenta una cavità cilindrica, la cui parete interna forma un contorno A di guida. Questo contorno A di guida presenta due porzioni 5 di riposo, situate in posizioni diametralmente opposte, nelle quali il diametro della cavità cilindrica nello statore è solo leggermente superiore a quello del rotore, ed inoltre due porzioni 6 di lavoro, anch'esse situate in posizioni diametralmente opposte, nelle quali il diametro della cavità cilindrica nello statore è più grande. Delle aree 7 di transizione o commutazione sono provviste fra le porzioni 5 di riposo e le porzioni 6 di lavoro. A vane motor 1 has a stator 2 in which a rotor 3 is arranged with the possibility of rotation. The stator has a cylindrical cavity, the inner wall of which forms a guide contour A. This guide contour A has two rest portions 5, located in diametrically opposite positions, in which the diameter of the cylindrical cavity in the stator is only slightly greater than that of the rotor, and in addition two working portions 6, also located in positions diametrically opposite, in which the diameter of the cylindrical cavity in the stator is larger. Transition or switching areas 7 are provided between the rest portions 5 and the working portions 6.
Il rotore 3 presenta un certo numero di palette 8, in questo caso otto, che sono spinte in senso radiale verso l'esterno, e quindi contro il contorno 4 di guida, per mezzo di molle 9. The rotor 3 has a certain number of blades 8, in this case eight, which are pushed radially outwards, and therefore against the guide contour 4, by means of springs 9.
La principale forma di funzionamento di un siffatto motore 1 può essere illustrata sulla base della Figura 4. Nello statore sono provvisti dei canali 10 di pompa ed altri canali 11 di serbatoio. Per maggiore chiarezza di rappresentazione, la Figura 4 mostra i canali 10 di pompa ed i canali 11 di serbatoio allo stesso livello. Nella realtà invece, come si vede nella Figura 1, essi sono situati a livelli reciprocamente sfalsati in senso assiale. The main form of operation of such a motor 1 can be illustrated on the basis of Figure 4. The stator is provided with pump channels 10 and other reservoir channels 11. For greater clarity of representation, Figure 4 shows the pump channels 10 and the reservoir channels 11 at the same level. In reality, however, as seen in Figure 1, they are located at mutually offset levels in an axial direction.
Poiché la macchina ha una struttura a simmetria di rotazione, nel seguito sarà descritta solo una porzione 6 di lavoro. Since the machine has a rotationally symmetrical structure, only a working portion 6 will be described below.
Il canale 10 di pompa è collegato alla cavità cilindrica nello statore attraverso due fori 12, 13, situati rispettivamente all'inizio ed al termine dell'area 7 di commutazione, ossia i condotti 12, 13 di pompa sboccano nel contorno 4 di guida. Il canale 11 di serbatoio è pure collegato con la cavità cilindrica dello statore attraverso appositi fori 14, 15, ossia anche i condotti 14, 15 di serbatoio sboccano nel contorno 4 di guida all'inizio ed al termine dell'area 7a di commutazione, successiva all'area 7 di commutazione. The pump channel 10 is connected to the cylindrical cavity in the stator through two holes 12, 13, located respectively at the beginning and at the end of the switching area 7, ie the pump ducts 12, 13 open into the guide contour 4. The tank channel 11 is also connected to the cylindrical cavity of the stator through suitable holes 14, 15, i.e. also the tank pipes 14, 15 open into the guide contour 4 at the beginning and at the end of the subsequent switching area 7a to switching area 7.
Quando il rotore 3 gira nel verso indicato dalla freccia 16, una paletta 8 oltrepassa dapprima il condotto 12 di pompa. Poiché il fluido idraulico viene pure erogato attraverso il condotto 13 di pompa con la medesima pressione, la suddetta paletta 8 è soggetta alla medesima pressione su entrambi i lati nella direzione di rotazione. In questo modo essa può protendersi in fuori sotto la forza esercitata dalla molla 9, senza essere spinta contro il rotore per effetto di pressioni idrauliche. Nei casi in cui sia necessario, la forza della molla 9 può essere anche coadiuvata da pressioni idrauliche (non rappresentate). When the rotor 3 turns in the direction indicated by the arrow 16, a vane 8 first passes the pump duct 12. Since the hydraulic fluid is also delivered through the pump conduit 13 with the same pressure, the aforementioned vane 8 is subjected to the same pressure on both sides in the direction of rotation. In this way it can extend outwards under the force exerted by the spring 9, without being pushed against the rotor by effect of hydraulic pressures. In cases where it is necessary, the force of the spring 9 can also be assisted by hydraulic pressures (not shown).
Non appena la paletta 8 ha oltrepassato il secondo condotto 13 di pompa, il fluido idraulico viene erogato solamente sul suo lato di alta pressione. Nella direzione del movimento, il lato di alta pressione è quello posteriore. Quando la precedente paletta 8a della pompa ha oltrepassato il condotto 14 di serbatoio, il fluido idraulico sul lato di bassa pressione della paletta 8 fluisce nel condotto di serbatoio. Ciò determina una differenza di pressione fra i due lati della paletta 8, che dà origine al momento torcente richiesto per azionare il rotore 3. As soon as the vane 8 has passed the second pump conduit 13, the hydraulic fluid is delivered only on its high pressure side. In the direction of movement, the high pressure side is the back side. When the previous vane 8a of the pump has passed the reservoir conduit 14, the hydraulic fluid on the low pressure side of the vane 8 flows into the reservoir conduit. This determines a pressure difference between the two sides of the vane 8, which gives rise to the torque required to drive the rotor 3.
Anche nella successiva area 7a di commutazione, la paletta 8 è esposta su entrambi i lati alla medesima pressione, ossia alla pressione di serbatoio. Di conseguenza, essa non è sottoposta al carico di una differenza di pressione del fluido idraulico, quando essa è retratta nel rotore 3 per effetto del contorno <3 di guida. Also in the subsequent switching area 7a, the vane 8 is exposed on both sides to the same pressure, that is to the tank pressure. Consequently, it is not subjected to the load of a pressure difference of the hydraulic fluid, when it is retracted into the rotor 3 due to the guide contour <3.
Le celle 17 di palette sono formate fra le singole palette. Dalla Figura 4, si può rilevare che queste celle di palette sono delimitate dal rotore 3 e dallo statore 2 (nella direzione radiale) e dalle adiacenti palette 8, 8a nella direzione circonferenziale. The paddle cells 17 are formed between the individual vanes. From Figure 4, it can be seen that these blade cells are bounded by the rotor 3 and the stator 2 (in the radial direction) and by the adjacent blades 8, 8a in the circumferential direction.
Dalla Figura 1 risulta che, per la chiusura a tenuta delle celle 17 fra le palette nella direzione assiale, sono provvisti dei gruppi 18 di piastre laterali su entrambi i lati frontali, in senso assiale, del rotore 3 e dello statore 2. Questi gruppi 18 di piastre laterali delimitano le celle 17 di palette nella direzione assiale. From Figure 1 it results that, for the sealing of the cells 17 between the vanes in the axial direction, the groups 18 of side plates are provided on both front sides, in the axial direction, of the rotor 3 and of the stator 2. These groups 18 side plates delimit the blade cells 17 in the axial direction.
I gruppi 18 di piastre laterali comprendono una piastra interna 19 ed una piastra esterna 20. I due gruppi 18 di piastre laterali ed il rotore 3 sono collegati fra loro mediante bulloni 21, ossia i gruppi 18 di piastre laterali girano insieme al rotore 3 rispetto allo statore 2. The groups 18 of side plates comprise an internal plate 19 and an external plate 20. The two groups 18 of side plates and the rotor 3 are connected to each other by means of bolts 21, i.e. the groups 18 of side plates rotate together with the rotor 3 with respect to the stator 2.
Durante la rotazione dei gruppi 18 di piastre laterali insieme al rotore 3, le palette 8 possono sempre muoversi verso l'interno e verso l'esterno nello stesso luogo rispetto alle piastre laterali. Un certo attrito nella direzione di rotazione si produce nelle aree 22 comprese fra la piastra interna 19 e lo statore 2. Per realizzare qui la richiesta chiusura a tenuta, la piastra interna 19 deve essere premuta con una certa forza contro lo statore 2. During the rotation of the groups 18 of side plates together with the rotor 3, the vanes 8 can always move inwards and outwards in the same place with respect to the side plates. Some friction in the direction of rotation occurs in the areas 22 between the inner plate 19 and the stator 2. To achieve the required sealing here, the inner plate 19 must be pressed with a certain force against the stator 2.
Questa forza viene generata per mezzo di una tasca 23 a pressione idraulica, collegata attraverso un canale 24 con la cella 17 fra le palette. L'area in sezione trasversale della tasca 23 a pressione, nella direzione assiale, è superiore all'area in sezione trasversale della cella 17 fra le palette nella stessa direzione. In modo corrispondente, la forza agente in senso assiale dall'esterno verso l'esterno è superiore alla forza agente in senso assiale dall'interno verso l'esterno. Pertanto la piastra interna 19 è premuta con una forza positiva contro lo statore 2. This force is generated by means of a hydraulic pressure pocket 23, connected through a channel 24 with the cell 17 between the vanes. The cross-sectional area of the pressure pocket 23, in the axial direction, is greater than the cross-sectional area of the cell 17 between the vanes in the same direction. Correspondingly, the force acting axially from the outside towards the outside is greater than the force acting axially from the inside towards the outside. Therefore the inner plate 19 is pressed with a positive force against the stator 2.
La forza di contatto si manifesta solo quando nella cella 17 fra le palette è presente il fluido idraulico, e tuttavia l'effetto di tenuta risulterà necessario solo in questo caso. Quando la corrispondente cella 17 fra le palette si trova in una porzione 5 di riposo, non viene generata alcuna forza di contatto, e questa non risulta neppure necessaria, in quanto non è presente un fluido idraulico, per il quale si richieda un effetto di tenuta ermetica. The contact force occurs only when the hydraulic fluid is present in the cell 17 between the vanes, and yet the sealing effect will be necessary only in this case. When the corresponding cell 17 between the vanes is in a rest portion 5, no contact force is generated, and this is not even necessary, since there is no hydraulic fluid, for which a sealing effect is required. hermetic.
Almeno nell'area 22, la piastra interna 19 presenta una superficie con un materiale sintetico riducente l'attrito, per esempio polieter-eter-chetone (PEEK). In molti casi sarà invece conveniente coprire l'intera piastra interna 19 con il materiale sintetico, o perfino fabbricare la piastra medesima con questo materiale sintetico, per il quale possono essere provvisti dei rinforzi di acciaio inossidabile. At least in the area 22, the inner plate 19 has a surface with a friction-reducing synthetic material, for example polyether ether ketone (PEEK). In many cases, on the other hand, it will be convenient to cover the entire internal plate 19 with the synthetic material, or even to manufacture the plate itself with this synthetic material, for which stainless steel reinforcements can be provided.
La piastra esterna 20 è costituita da un materiale più stabile, per esempio da acciaio inossidabile. Questa combinazione di materiali consente anche 1'impiego dell'acqua come fluido idraulico. The outer plate 20 is made of a more stable material, for example stainless steel. This combination of materials also allows the use of water as a hydraulic fluid.
Fra la piastra interna 19 e la piastra esterna 20, almeno nell'area delle tasche 23 sotto pressione, esiste un piccolo interstizio 25. Questo interstizio 25 può avere un'ampiezza variante da pochi centesimi a circa 3/10 di min. Esso ha lo scopo di compensare eventuali inclinazioni della piastra esterna 20 nei confronti della piastra interna 19, ossia di evitare che una eventuale inclinazione, che potrebbe prodursi ad esempio per effetto di un carico non uniforme sulla piastra esterna 20, determini un corrispondente aumento della forza di contatto della piastra interna 19 contro lo statore. Between the inner plate 19 and the outer plate 20, at least in the area of the pockets 23 under pressure, there is a small gap 25. This gap 25 can have a width ranging from a few hundredths to about 3/10 of a minute. Its purpose is to compensate for any inclinations of the external plate 20 towards the internal plate 19, i.e. to avoid that any inclination, which could occur for example due to a non-uniform load on the external plate 20, causes a corresponding increase in force. of the inner plate 19 against the stator.
Esso agevola pure l'operazione di montaggio. I bulloni possono essere serrati con un momento torcente relativamente elevato, che tuttavia non deve essere necessariamente uniforme, per cui il rischio di un inceppamento dello statore è normalmente piuttosto piccolo. It also facilitates the assembly operation. The bolts can be tightened with a relatively high torque, which however does not necessarily have to be uniform, so the risk of a stator jam is usually quite small.
Per chiudere a tenuta questo interstizio 25 (e naturalmente per chiudere a tenuta la tasca 23 sotto pressione verso l'esterno), viene provvista una guarnizione avente la forma di un anello 26 di tenuta, che è realizzato come cordone anulare di tenuta oppure come anello a sezione tonda. Questo anello di tenuta si appoggia con un certo precarico (compressione) contro la piastra interna 19 e contro la piastra esterna 20. To seal this gap 25 (and of course to seal the pocket 23 under pressure towards the outside), a gasket is provided in the form of a sealing ring 26, which is made as an annular sealing bead or as a ring with round section. This sealing ring abuts with a certain preload (compression) against the inner plate 19 and against the outer plate 20.
Un'altra caratteristica è tuttavia rappresentata dal fatto che l'anello 26 di tenuta non si appoggia contro la piastra interna 19 per tutta la sua lunghezza. E' provvista una rientranza 27, nella cui zona l'anello 26 di tenuta si trova ad una piccola distanza dalla piastra interna 19. In questa rientranza 27, il fluido idraulico che entra nella tasca 23 sotto pressione può ora penetrare sotto l'anello 26 di tenuta. Lo stesso fluido idraulico può allora propagarsi su tutta la lunghezza dell'anello 26 di tenuta, premendo allora lo stesso anello 26 di tenuta in senso assiale contro la piastra esterna 20. Ciò determina un aumento della sezione efficace della tasca 23 sotto pressione. Questo effetto si può rilevare dalla Figura 3, che mostra una sezione schematica di questa forma di funzionamento. Another feature, however, is represented by the fact that the sealing ring 26 does not rest against the inner plate 19 for its entire length. A recess 27 is provided, in the region of which the sealing ring 26 is located at a small distance from the inner plate 19. In this recess 27, the hydraulic fluid entering the pocket 23 under pressure can now penetrate under the ring 26. sealing. The same hydraulic fluid can then propagate along the entire length of the sealing ring 26, thereby pressing the same sealing ring 26 axially against the outer plate 20. This determines an increase in the effective section of the pocket 23 under pressure. This effect can be seen from Figure 3, which shows a schematic section of this form of operation.
La Figura 3a mostra la forma di attuazione senza la rientranza 27. Qui il fluido idraulico può agire sull'anello 26 di tenuta solamente nella direzione radiale, come viene indicato schematicamente dalle frecce. In questo modo si ottiene comunque un certo effetto di tenuta, in quanto l'anello 26 di tenuta subisce una deformazione, e chiude l'interstizio 25. Tuttavia, praticamente solo l'area compresa entro l'anello 26 di tenuta risulta disponibile per una azione premente sulla piastra interna 19. Figure 3a shows the embodiment without the recess 27. Here the hydraulic fluid can act on the sealing ring 26 only in the radial direction, as is schematically indicated by the arrows. In this way, however, a certain sealing effect is obtained, since the sealing ring 26 undergoes a deformation, and closes the gap 25. However, practically only the area comprised within the sealing ring 26 is available for a pressing action on the inner plate 19.
Invece quando il fluido idraulico può anche penetrare sotto l'anello 26 di tenuta attraverso la rientranza 27, come viene mostrato nella Figura 3b, esso preme l'anello 26 di tenuta contro la piastra 20 anche nella direzione assiale, per cui risulta disponibile una più estesa superficie di applicazione della pressione, per effetto della corrispondente contro-pressione sulla piastra interna 19. Si ha pure un miglioramento della chiusura a tenuta ermetica. On the other hand, when the hydraulic fluid can also penetrate under the sealing ring 26 through the recess 27, as shown in Figure 3b, it presses the sealing ring 26 against the plate 20 also in the axial direction, so that a more extended surface for applying the pressure, due to the effect of the corresponding counter-pressure on the inner plate 19. There is also an improvement in the hermetic seal.
Come alternativa, la chiusura a tenuta della tasca 23 sotto pressione può anche essere ottenuta in una forma qui non rappresentata, nella quale ciascuna tasca sotto pressione presenta un diaframma, realizzato in un solo pezzo con la piastra interna 19. Questa forma di attuazione è particolarmente vantaggiosa quando la piastra interna 19 presenta un rivestimento di materiale sintetico. In questo caso, il diaframma può essere ottenuto insieme allo stesso rivestimento di materiale sintetico. Alternatively, the sealing of the pocket 23 under pressure can also be obtained in a form not shown here, in which each pocket under pressure has a diaphragm, made in one piece with the inner plate 19. This embodiment is particularly advantageous when the inner plate 19 has a coating of synthetic material. In this case, the diaphragm can be obtained together with the same coating of synthetic material.
La Figura 5 mostra il lato della piastra interna 19, sul quale sono disposte le tasche 23 sotto pressione. La Figura 6 mostra il lato opposto della suddetta piastra interna 19. Figure 5 shows the side of the inner plate 19 on which the pockets 23 are arranged under pressure. Figure 6 shows the opposite side of the aforementioned inner plate 19.
Secondo le rappresentazioni delle Figure 2 e 6, nell'area delle celle 17 fra le palette la piastra interna 19 presenta delle tasche 28. Per effetto di queste tasche, è possibile realizzare un certo equilibrio fra le forze idrauliche agenti in senso assiale sul lato interno e sul lato esterno della piastra interna 19. Questo effetto è particolarmente importante nelle aree 7, 7a di commutazione, perché qui si ha un cambiamento di sezione delle celle 17 fra le palette. Le tasche 28 assicurano invece che risulti disponibile una superficie a pressione costante. According to the representations of Figures 2 and 6, in the area of the cells 17 between the vanes the internal plate 19 has pockets 28. As a result of these pockets, it is possible to achieve a certain balance between the hydraulic forces acting axially on the internal side and on the outer side of the inner plate 19. This effect is particularly important in the switching areas 7, 7a, because here there is a change in the section of the cells 17 between the vanes. The pockets 28 instead ensure that a constant pressure surface is available.
Sul lato interno della piastra interna 19, mostrata in Figura 6, è provvisto un canale 29, che segue da vicino le celle fra le palette, o piuttosto le tasche 28 sotto pressione. Inoltre esse circonda l'area di movimento delle palette 8, qui nella forma di una scanalatura radiale 30. Tra l'altro, questa scanalatura radiale 30 può anche essere utilizzata per il convogliamento di fluido idraulico alla base 30 delle palette 8, in modo da intensificare la pressione idraulica verso l'esterno. Inoltre, questa scanalatura radiale 30 può essere anche utilizzata per produrre uno scarico idraulico delle palette 8 durante i movimenti nella direzione radiale, per cui si ottiene una riduzione dell'attrito. On the inner side of the inner plate 19, shown in Figure 6, a channel 29 is provided, which closely follows the cells between the vanes, or rather the pockets 28 under pressure. Furthermore, they surround the movement area of the vanes 8, here in the form of a radial groove 30. Among other things, this radial groove 30 can also be used for conveying hydraulic fluid to the base 30 of the vanes 8, so as to intensify the hydraulic pressure to the outside. Furthermore, this radial groove 30 can also be used to produce a hydraulic discharge of the vanes 8 during movements in the radial direction, whereby a reduction in friction is achieved.
Il canale 29 ha lo scopo di scaricare il fluido idraulico che perviene all'interno fra il rotore ed i gruppi 18 di piastre laterali (nella direzione radiale), malgrado tutti gli sforzi di realizzare una chiusura a tenuta. Ciò provvede una camera nell'area radialmente interna al canale 29, sulla quale non è consentita la pressione del fluido idraulico. Di conseguenza, i bulloni 21 possono essere mantenuti a dimensioni così ridotte da consentirne l'adattamento fra le singole celle 8 fra le palette. The channel 29 has the purpose of discharging the hydraulic fluid which reaches the inside between the rotor and the groups 18 of side plates (in the radial direction), despite all efforts to make a seal. This provides a chamber in the area radially internal to channel 29 over which hydraulic fluid pressure is not allowed. Consequently, the bolts 21 can be kept to such small dimensions as to allow their adaptation between the individual cells 8 between the vanes.
Quando la piastra interna 19 presenta un rivestimento di materiale sintetico, oppure è costituita da materiale sintetico, tutti i canali mostrati nelle Figure 5 e 6 possono essere ottenuti nel processo di formatura della piastra, semplicemente predisponendo un corrispondente stampo negativo. When the inner plate 19 has a coating of synthetic material, or is made of synthetic material, all the channels shown in Figures 5 and 6 can be obtained in the plate forming process, simply by preparing a corresponding negative mold.
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