IT201800007189A1

IT201800007189A1 - Guida lineare e processo di produzione di una guida lineare

Info

Publication number: IT201800007189A1
Application number: IT102018000007189A
Authority: IT
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2020-01-13
Also published as: EP3594515B1; EP3594515A1

Description

Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“Guida lineare e processo di produzione di una guida lineare”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una guida lineare e ad un processo di produzione di una guida lineare. In particolare, la presente invenzione si riferisce ad una guida lineare in materiale composito ed al suo processo di produzione. STATO DELL’ARTE

Le guide lineari, o guide a movimentazione lineare, sono guide progettate per consentire il moto lungo un’unica direzione.

Sul mercato esistono numerose guide lineari. Esse trovano impiego in molteplici applicazioni per diversi settori quali il settore ferroviario, aeronautico, medicale, nella logistica, nei veicoli speciali, nelle macchine industriali e nell’edilizia.

Tra le diverse tipologie di guide lineari, ci sono le guide telescopiche, le quali sono particolarmente adatte per lo scorrimento di cassetti domestici o industriali, di vani, di porte o di sedili e per numerose ulteriori applicazioni. Esse comprendono, solitamente, un elemento fisso ed uno mobile, anche detti, rispettivamente, binario e slitta, tra i quali è interposto un mezzo per ridurre l’attrito quali gabbie di sfere, perni volventi, o altri tipi di cuscinetti.

Tra le varie applicazioni delle guide lineari ci sono anche gli attuatori lineari, i quali trovano impiego in settori avanzati quali la robotica industriale, semiconduttori, componenti di computer.

Le guide lineari di tipo noto sono generalmente in metallo, acciaio, o altra lega metallica.

Ciò, se da una parte conferisce buona resistenza meccanica alle guide, d’altra parte presenta problemi in termini di stabilità termica, di rigidezza e di peso.

La Richiedente ha quindi pensato di ovviare tali inconvenienti realizzando guide lineari in materiali compositi, ovvero realizzando il binario e la slitta con tali materiali. I materiali compositi, infatti, presentano elevata stabilità termica, elevata rigidezza, basso peso specifico e, al contempo, buona resistenza meccanica. Tuttavia, le guide realizzate con materiali compositi presentano il problema di non essere adatte all’uso con cuscinetti di tipo noto. Infatti, le superfici di contatto con i cuscinetti esigono una durezza di almeno 50HRC, mentre i materiali compositi presentano una durezza di circa 10-15HRC. Una tale durezza comprometterebbe il buon funzionamento del sistema, il quale andrebbe incontro a rapida usura.

Pertanto, la Richiedente ha pensato di fornire le superfici del binario e della slitta destinate a contattare il cuscinetto, con una lamina metallica, o altro elemento metallico di basso spessore.

A questo punto, la Richiedente ha sperimentato che, incollando le lamine a dette superfici, non è possibile ottenere un posizionamento accurato. Inoltre, esse tendono a separarsi rapidamente dai materiali compositi con ovvi inconvenienti. La Richiedente ha pertanto provato a costampare le lamine metalliche con il binario e la slitta. Tuttavia, tale processo presenta notevoli inconvenienti dovuti all’importante differenza di coefficiente di dilatazione termica tra materiale composito e materiale metallico. Infatti, il raffreddamento che segue lo stampaggio, necessario per l’indurimento della resina del composito, crea tensionamenti termici all’interfaccia tra i due materiali, i quali possono dare luogo al fenomeno di “delaminazione”, ovvero di distacco della lamina metallica dal materiale composito.

Tale limite è ben noto nel settore dei materiali compositi. Pertanto, generalmente, le parti metalliche da costampare sono sottoposte a pretrattamenti atti a rendere ruvide le superfici da accoppiare al composito, in modo da aumentare la loro presa. Tali pretrattamenti noti comprendono generalmente un processo di sabbiatura o lavorazioni con macchine utensili atte a produrre scanalature sulle superfici di interesse.

La Richiedente ha però verificato che tali pretrattamenti, noti nel settore dei compositi, non sono attuabili nel presente contesto, per via degli spessori ridotti delle lamine. Infatti, un processo di sabbiatura comprometterebbe le superfici destinate a contattare i cuscinetti, e le macchine utensili comuni non sono idonee a lavorare elementi metallici di spessori ridotti, come in questo caso.

Pertanto, allo stato attuale, non esistono guide lineari provviste di elevata rigidezza, buona stabilità termica, basso peso specifico, oltre che di buona resistenza meccanica.

Di conseguenza non sono noti neanche processi per ottenere tali guide.

Tantomeno sono noti metodi di produzione di lamine metalliche integrate sulle superfici di elementi in materiali compositi.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

Uno scopo della presente invenzione è pertanto quello di rendere disponibile una guida lineare e un processo di produzione di una guida lineare, in grado di superare i summenzionati inconvenienti.

In particolare, un primo scopo della presente invenzione è quello di fornire una guida lineare leggera, meccanicamente resistente, termicamente stabile e provvista di elevata rigidezza.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è rendere disponibile una guida lineare in materiale composito che non presenti problemi di rapida usura o malfunzionamenti.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è rendere disponibile una guida lineare in materiale composito che risulti economica.

Un altro scopo della presente invenzione è rendere disponibile un processo di produzione di una guida lineare, con le summenzionate caratteristiche, che risulti semplice, economico ed efficace.

Infine, la presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire un metodo di produzione di un elemento in materiale composito provvisto di un lamierino in corrispondenza di una sua superficie esterna, che risulti semplice, economico ed efficace.

I primi scopi vengono raggiunti mediante una guida lineare comprendente un elemento tubolare esterno; un elemento tubolare interno, atto a scorrere telescopicamente in detto elemento tubolare esterno; e mezzi di riduzione di attrito interposti tra detto elemento tubolare interno e detto elemento tubolare esterno, detti mezzi di riduzione di attrito comprendendo n cuscinetti volventi, in cui n 1, ciascun cuscinetto volvente essendo provvisto di elementi volventi, in cui l’elemento tubolare esterno e l’elemento tubolare interno sono in materiale composito ed in cui detti elementi volventi scorrono su due lamierini, un primo lamierino posizionato su una faccia esterna dell’elemento tubolare interno ed un secondo lamierino posizionato su una corrispondente faccia interna dell’elemento tubolare esterno.

Una guida lineare con tali caratteristiche risulta leggera, meccanicamente resistente, termicamente stabile e provvista di elevata rigidezza, per via del fatto che i due elementi tubolari sono in materiale composito.

Inoltre, la forma tubolare degli elementi interno ed esterno, conferisce alla guida lineare particolare resistenza alle sollecitazioni meccaniche.

Tali caratteristiche inoltre, conseguono l’ottenimento di una guida lineare che non presenta problemi di attrito tra le sue parti, grazie alla presenza di n cuscinetti volventi i cui elementi volventi scorrono su lamierini, come sotto definiti.

Una tale guida risolve dunque i summenzionati problemi di rapida usura e malfunzionamento.

Inoltre, una tale guida lineare risulta semplice ed economica.

I secondi scopi della presente invenzione vengono raggiunti mediante un processo di produzione di una guida lineare comprendente un elemento tubolare esterno in materiale composito; un elemento tubolare interno in materiale composito, atto a scorrere telescopicamente in detto elemento tubolare esterno; ed n cuscinetti volventi interposti tra detto elemento tubolare interno e detto elemento tubolare esterno, detto processo comprendendo le fasi di:

a. predisporre di n primi lamierini ed n secondi lamierini;

b. incidere una superficie di ciascun lamierino mediante fotoincisione; c. costampare i primi lamierini con l’elemento tubolare interno e i secondi lamierini con l’elemento tubolare esterno;

d. accoppiare l’elemento tubolare interno con l’elemento tubolare esterno, inserendolo telescopicamente al suo interno, interponendo i suddetti n cuscinetti volventi in corrispondenza dei lamierini, in modo che gli elementi volventi di detti cuscinetti volventi scorrano su detti lamierini. Un tale processo permette l’ottenimento di una guida lineare leggera, meccanicamente resistente, termicamente stabile e provvista di elevata rigidezza, in quanto consente l’abbinamento dei materiali compositi con cuscinetti volventi di tipo tradizionale. Ciò è possibile grazie all’integrazione dei lamierini, su cui scorrono gli elementi volventi, sulle superfici degli elementi tubolari.

Tale processo, inoltre, consente un posizionamento estremamente preciso dei lamierini, grazie al fatto che essi sono costampati insieme con gli elementi tubolari. Inoltre, tale processo risolve i summenzionati problemi di delaminazione degli elementi tubolari. Infatti, la presenza di una fase di incisione di una superficie dei lamierini, consente di avere una maggior presa tra lamierino e materiale composito.

Infine, un processo con tali caratteristiche, non rischia di compromettere la superficie liscia del lamierino destinata allo scorrimento degli elementi volventi, grazie all’uso della fotoincisione. Tale processo infatti consente di controllare la profondità di incisione del disegno, con elevata accuratezza. Inoltre, trattandosi di una incisione che avviene per attacco chimico, esso espone la grana cristallina del metallo, traducendosi, nel prodotto finito, in una interfaccia lamina/materiale composito più resistente.

In accordo con una forma di attuazione preferita del processo dell’invenzione, la fase b, di incidere una superficie di ciascun lamierino mediante fotoincisione, prevede di incidere su tale superficie un disegno comprendente prime scanalature oblique all’asse longitudinale del lamierino e seconde scanalature oblique all’asse longitudinale del lamierino e perpendicolari alle prime scanalature. Tali direzioni, infatti, interrompono le direzioni principali di tensionamento, che sono generalmente ortogonali all’asse longitudinale del lamierino.

Gli ultimi scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante un metodo di produzione di un elemento in materiale composito provvisto di almeno un lamierino in corrispondenza di almeno una sua superficie esterna comprendente le fasi di:

i. predisporre di almeno un lamierino;

ii. incidere almeno una superficie del lamierino mediante fotoincisione; iii. costampare il lamierino con l’elemento in materiale composito.

Un tale metodo consente di superare i limiti tecnologici legati al costampaggio di lamierini con materiali compositi. Infatti, la fase di pretrattare la superficie del lamierino in modo da renderla goffrata, consente di ottenere una migliore presa tra i due diversi materiali. Inoltre, il fatto di pretrattare i lamierini mediante fotoincisione, consente di superare i problemi che presentano i pretrattamenti noti in relazione agli elementi di spessore ridotto.

Tale metodo consente quindi di integrare un lamierino superficiale in qualsiasi elemento in materiale composito, in maniera efficace e con costi contenuti.

Secondo una forma di attuazione preferita, la fase iii è preceduta da una fase di collocare opportunamente il lamierino all’interno di uno stampo in modo che la superficie incisa risulti a contatto con la superficie del materiale composito a stampaggio terminato.

In accordo con forme di realizzazione preferite della guida lineare, detto primo lamierino è costampato con l’elemento tubolare interno e detto secondo lamierino è costampato con detto elemento tubolare esterno.

Ciò consegue un posizionamento preciso dei lamierini ed evita che questi ultimi si separino dagli elementi tubolari.

Preferibilmente, la matrice di detto materiale composito è una resina termoindurente. Tali resine sono preferibilmente selezionate tra: resine epossidiche, resine poliestere, resine vinilestere. Tali resine, hanno buona capacità di legare con i materiali metallici.

Vantaggiosamente, il rinforzo di detto materiale composito è di tipo fibroso ed è preferibilmente selezionato tra: fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre di basalto, fibre di poliestere. Particolarmente vantaggioso è l’uso di fibre di carbonio, in quanto esse non solo hanno elevato modulo elastico, ma conseguono anche un composito con elevato modulo elastico.

In accordo con la forma di realizzazione maggiormente preferita, il materiale composito comprende resina epossidica con fibre di carbonio. La Richiedente ha infatti notato che, con tali materiali, si ottengono risultati ottimali.

Preferibilmente, detti elemento tubolare esterno ed elemento tubolare interno hanno una forma poliedrica a sezione costante.

In particolare, la sezione di detti elemento tubolare esterno ed elemento tubolare interno ha la forma di un poligono regolare di N lati, in cui N 3.

Vantaggiosamente, se N è un numero pari, il numero n di cuscinetti volventi corrisponde a N/2 e i cuscinetti volventi sono disposti su facce alterne del poliedro, oppure n corrisponde ad N, mentre se N è un numero dispari, n corrisponde ad N. Ciò consegue una elevata precisione delle guide lineari. In altre parole, quando il poligono ha un numero N di lati pari, è possibile usare N cuscinetti, ovvero un cuscinetto per ogni faccia del poliedro, oppure usare N/2 cuscinetti, ovvero collocarli alternativamente sulle facce laterali del poliedro in modo da bilanciare le forze che agiscono su di esso, mentre se i lati N sono dispari è vantaggioso usare un cuscinetto per ogni faccia del poliedro. Quando non è richiesta un’elevata precisione alla guida, è possibile usare un numero inferiore di cuscinetti, purché risultino bilanciati.

In accordo con la forma di realizzazione preferita, mostrata nelle figure 1 - 5, detto poligono regolare è un esagono e il numero n di cuscinetti volventi è pari a tre. Tale soluzione risulta ottimale in termini di equilibrio tra peso e resistenza meccanica. Infatti, aumentando il numero di lati del poligono della sezione, aumenta l’ingombro e quindi il peso dell’elemento tubolare, per cui minore è N, minore sarà il peso. D’atra parte aumentando N aumenta il momento d’inerzia, e quindi la rigidezza e la resistenza a flessione, per cui migliorano le caratteristiche meccaniche. Pertanto la Richiedente ha trovato che usando N = 6, si ottiene un buon compromesso tra i due fattori.

Alternativamente, la sezione di detti elemento tubolare esterno ed elemento tubolare interno ha forma circolare e il numero n di cuscinetti volventi è pari a 3. In tal caso, per la produzione di tali elementi tubolari, si utilizza un mandrino con raggio di curvatura costante, con conseguente migliorata compattazione. Essa infatti risulta maggiormente omogena ed efficace.

Vantaggiosamente la guida lineare comprende anche mezzi atti ad impedire dislocazioni circonferenziali dei cuscinetti volventi e/o mezzi atti ad impedire dislocazioni assiali dei cuscinetti volventi. Tali mezzi possono essere ricavati sull’elemento tubolare esterno o sull’elemento tubolare interno.

Preferibilmente, gli elementi volventi dei cuscinetti volventi sono selezionati tra: sfere, rulli cilindrici, rulli conici e rullini.

In accordo con una forma di realizzazione alternativa, la guida lineare comprende anche un elemento tubolare intermedio, interposto tra detto elemento tubolare esterno e detto elemento tubolare interno, atto a scorrere telescopicamente in detto elemento tubolare esterno e allo scorrimento telescopico di detto elemento tubolare interno al suo interno, n primi cuscinetti volventi essendo interposti tra l’elemento tubolare esterno e l’elemento tubolare intermedio e/o n secondi cuscinetti volventi essendo interposti tra l’elemento tubolare intermedio e l’elemento tubolare interno; gli elementi volventi di detti primi cuscinetti volventi essendo atti a scorrere su un primo lamierino posizionato su una faccia esterna dell’elemento tubolare interno e su un ulteriore lamierino posizionato su una corrispondente faccia interna dell’elemento tubolare intermedio e/o gli elementi volventi di detti secondi cuscinetti volventi essendo atti a scorrere su un ulteriore lamierino posizionato su una faccia esterna dell’elemento tubolare intermedio e su un secondo lamierino posizionato su una corrispondente faccia interna dell’elemento tubolare esterno.

La presenza di un elemento tubolare intermedio potrebbe risultare utile nel caso in cui fosse necessario avere una guida con una corsa lunga in uno spazio ridotto. La presente invenzione riguarda anche un attuatore lineare comprendente almeno una guida lineare, come descritta nel presente contesto. Un tale attuatore consegue i medesimi vantaggio della guida lineare.

Nella presente descrizione e nelle successive rivendicazioni, il termine “lamierino” indica una lamiera metallica o in lega metallica di spessore inferiore a 4mm e avente una durezza superficiale non inferiore a 50 HRC.

ELENCO DELLE FIGURE

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno meglio evidenti dall’esame della seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, della guida lineare, del processo di produzione di una guida lineare e del metodo di produzione di un elemento in materiale composito provvisto di un lamierino in corrispondenza di una sua superficie esterna, illustrate a titolo indicativo e non limitativo, col supporto dei disegni allegati, in cui:

- le figure 1a e 1b mostrano viste prospettiche di una guida lineare, secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, rispettivamente in posizione ritratta ed estesa;

- le figure 2a e 2b mostrano viste schematiche in sezione longitudinale della guida lineare rispettivamente delle figure 1a e 1b;

- la figura 3 mostra un vista in sezione trasversale della guida lineare di figura 1a; - la figura 4 mostra una vista esplosa, con un dettaglio ingrandito, della guida lineare delle figure precedenti;

- la figura 5 mostra una vista prospettica di un particolare di un elemento tubolare esterno di una guida lineare, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 6 mostra una vista prospettica schematica di una guida lineare, in accordo con una seconda forma di realizzazione dell’invenzione;

- la figura 7 mostra una vista in sezione trasversale della guida lineare di figura 6; e

- la figura 8 mostra una vista ingrandita di un dettaglio di figura 7.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Con riferimento alle figure 1 – 8, con il numero di riferimento 1 è complessivamente indicata una guida lineare secondo la presente invenzione. La guida lineare 1 comprende, in maniera nota, un elemento tubolare esterno 2, anche detto binario o fodero, ed un elemento tubolare interno 3, anche detto slitta o stelo. Tali elementi tubolari 2, 3 sono telescopici, in modo tale che l’elemento tubolare interno 3 scorra telescopicamente all’interno dell’elemento tubolare esterno 2.

In accordo con la presente invenzione, l’elemento tubolare esterno 2 e l’elemento tubolare interno 3 sono in materiale composito, in modo da conferire alla guida lineare 1, le proprietà vantaggiose legate a tali materiali, tra cui basso peso specifico, buona resistenza meccanica e stabilità termica.

Tra l’elemento tubolare interno 3 e l’elemento tubolare esterno 2, sono interposti mezzi di riduzione di attrito. Questi ultimi comprendono almeno un cuscinetto volvente 4. In particolare, tali mezzi di riduzione di attrito comprendono n cuscinetti volventi 4, in cui n è un numero intero maggiore o uguale a 1, ovvero n 1.

Ciascuno di tali cuscinetti volventi 4 è provvisto di elementi volventi, come ad esempio sfere 10, rulli cilindrici, rulli conici o rullini 5. Ogni cuscinetto volvente 4 comprende almeno due elementi volventi.

In accordo con la presente invenzione, detti elementi volventi scorrono su due lamierini 6a, 6b. In particolare, essi scorrono da un lato su un primo lamierino 6a posizionato su una faccia esterna dell’elemento tubolare interno 3 e dall’altro su un secondo lamierino 6b posizionato su una faccia interna dell’elemento tubolare esterno 2. In tal modo, gli elementi volventi, contattano solo i lamierini 6a e 6b, durante il loro uso, e non contattano ulteriori superfici degli elementi tubolari 2, 3, che potrebbero risultare inadeguate.

I primi lamierini 6a sono costampati con l’elemento tubolare interno 3 e i secondi lamierini 6b sono costampati con l’elemento tubolare esterno 2, come verrà spiegato meglio nel seguito.

L’elemento tubolare esterno 2 e l’elemento tubolare interno 3 sono realizzati preferibilmente con lo stesso materiale composito. Quest’ultimo ha una matrice preferibilmente di tipo polimerica in cui il polimero è selezionata tra resine termoindurenti quali resine epossidiche, resine vinilestere, resine poliestere e un rinforzo preferibilmente di tipo fibroso selezionato tra fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre di basalto, fibre di poliestere.

In accordo con una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il materiale composito comprende una resina epossidica e fibre in carbonio.

Per soluzioni economiche si possono prevedere materiali compositi con fibre di vetro.

I primi lamierini 6a e i secondo lamierini 6b possono essere in qualsiasi materiale metallico o in lega metallica, ma sono preferibilmente in alluminio, in modo da risultare economici, oppure in titanio, in modo da conferire maggiore durezza e leggerezza e quindi da consentire una ulteriore riduzione dello spessore di detti lamierini.

Detti primi lamierini 6a e detti secondo lamierini 6b, hanno preferibilmente uno spessore compreso tra 0.6 mm e 1.5 mm. Tale spessore è vantaggiosamente pari a 1.2 mm.

In accordo con alcune forme di realizzazione, i lamierini metallici sono rivestiti da uno strato ceramico, in modo da risultare maggiormente performanti.

Gli elementi tubolari 2 e 3 hanno una forma poliedrica oblunga con una sezione costante. In particolare, secondo forme di realizzazione preferite, la sezione trasversale di detti elementi tubolari è un poligono con N lati, in cui N è un numero intero maggiore o uguale a 3, ovvero N 3. Pertanto tale sezione sarà triangolare, rettangolare, quadrata, pentagonale, esagonale, eptagonale, ottagonale, etc…Secondo la forma di realizzazione maggiormente preferita, mostrata nelle figure 1 - 5, tale sezione è esagonale, per i motivi spiegati in precedenza.

In alternativa, gli elementi tubolari 2 e 3, hanno una sezione trasversale circolare, come visibile nelle figure 6 – 8. In tale forma di realizzazione, l’elemento tubolare interno 3 presenta, sulla sua superficie esterna, tre scanalature longitudinali disposte a 120º l’una dall’altra, atte ad ospitare i primi lamierini 6a. Analogamente, l’elemento tubolare esterno 2 presenta, sulla sua superficie interna, tre corrispondenti scanalature longitudinali disposte a 120º l’una dall’altra, atte ad ospitare i secondi lamierini 6b.

Preferibilmente l’elemento tubolare esterno 2 e l’elemento tubolare interno 3 hanno uguale forma, mentre le dimensioni dell’elemento tubolare esterno 2 sono superiori alle dimensioni dell’elemento tubolare interno 3 per poterlo contenere. Come già accennato, tra elemento tubolare esterno 2 ed interno 3, sono interposti n cuscinetti volventi 4. Il numero n di cuscinetti volventi 4 collocati tra gli elementi tubolari 2 e 3 dipende da numerosi fattori, quali le applicazioni a cui è destinata la guida lineare 1, il grado di precisione richiesto, i materiali usati e la forma degli elementi tubolari 2, 3. La Richiedente ha trovato che, nel caso di sezione poligonale, per ottenere elevata precisione, è necessario usare tanti cuscinetti volventi 4 quanti sono i lati del poligono della sezione degli elementi tubolari 2, 3. In altre parole, in corrispondenza di ogni faccia del poliedro è collocato un cuscinetto volvente 4, per cui n = N.

Tuttavia, nel caso in cui N sia un numero pari, è possibile ottenere una buona precisione con un numero n di cuscinetti volventi 4 corrispondente a N/2, disponendo i cuscinetti volventi 4 su facce alterne del poliedro. Tale disposizione è visibile nelle figure 3 e 4 che mostra come i cuscinetti volventi 4 siano disposti sulla prima, terza e quinta faccia del poliedro esagonale. Per cui, in tal caso N = 6 e n = 3.

Nel caso di sezione trasversale circolare, è preferibile usare tre cuscinetti volventi 4, disposti a 120º l’uno dall’altro, in corrispondenza delle suddette scanalature longitudinali.

Nella figura 3, che mostra una vista ingrandita della sezione trasversale della guida lineare 1, è anche possibile apprezzare come la guida lineare 1 sia provvista di mezzi atti ad impedire dislocazioni circonferenziali dei cuscinetti volventi 4. Detti mezzi sono atti ad impedire che i cuscinetti volventi 4 traslino circonferenzialmente, entrando in contatto con le superfici degli elementi tubolari 2, 3, non predisposte, causando malfunzionamenti e usure della guida lineare 1. Detti mezzi comprendono fermi 7, ricavati sulla superficie interna dell’elemento tubolare esterno 2. Essi, tuttavia, possono essere ricavati anche sulla superficie esterna dell’elemento tubolare interno 3.

Inoltre, la guida lineare 1 è vantaggiosamente provvista anche di mezzi atti ad impedire dislocazioni assiali dei cuscinetti volventi 4. Essi evitano che i cuscinetti volventi 4 traslino longitudinalmente, fuoriuscendo dall’elemento tubolare esterno 2 e quindi dipartendosi dalla guida lineare 1, con conseguenti malfunzionamenti e/o usura della guida lineare 1 stessa. Tali mezzi comprendono una linguetta 8 circonferenziale collocata in corrispondenza dell’estremità aperta dell’elemento tubolare esterno 2. Essa è meglio apprezzabile nella figura 5. Alternativamente, tali mezzi possono essere ricavati sull’elemento tubolare interno 3.

Sebbene nella seconda forma di realizzazione i mezzi atti ad impedire dislocazioni assiali dei cuscinetti volventi 4 non sia stati illustrati, è prevista la loro presenza anche in tali casi, ovvero nei casi di sezione cilindrica degli elementi tubolari.

In accordo con la prima forma di realizzazione, mostrata nelle figure 1 – 5, gli elementi volventi dei cuscinetti volventi 4 sono preferibilmente rullini 5, anche detti aghi. Essi sono disposti affiancati e paralleli tra loro e sono supportati da un astuccio 9. Ogni astuccio 9 è provvisto di almeno due rullini 5, ma possono essere anche in numero maggiore.

In accordo con la seconda forma di realizzazione, mostrata nelle figure 6 – 8, invece, detti cuscinetti volventi 4 comprendono sfere 10 adiacenti.

L’elemento tubolare interno 3 è mobile tra una posizione ritratta, in cui è sostanzialmente interamente contenuto nell’elemento tubolare esterno 2 (figure 1a e 2a) ed una posizione estesa, in cui la maggior parte della sua lunghezza è esterna all’elemento tubolare esterno 2 (figure 1b e 2b).

La guida lineare 1, può comprendere un elemento tubolare intermedio, interposto tra l’elemento tubolare esterno 2 e l’elemento tubolare interno 3, atto a scorrere telescopicamente nell’elemento tubolare esterno 2 e allo scorrimento telescopico dell’elemento tubolare interno 3 al suo interno. In tal caso, n primi cuscinetti volventi 4 sono interposti tra l’elemento tubolare esterno 2 e l’elemento tubolare intermedio e/o n secondi cuscinetti volventi 4 sono interposti tra l’elemento tubolare intermedio e l’elemento tubolare interno 3 e gli elementi volventi di detti primi cuscinetti volventi 4 sono atti a scorrere su un primo lamierino 6a posizionato su una faccia esterna dell’elemento tubolare interno 3 e su un ulteriore lamierino posizionato su una corrispondente faccia interna dell’elemento tubolare intermedio e/o gli elementi volventi di detti secondi cuscinetti volventi 4 sono atti a scorrere su un ulteriore lamierino posizionato su una faccia esterna dell’elemento tubolare intermedio e su un secondo lamierino 6b posizionato su una corrispondente faccia interna dell’elemento tubolare esterno 2.

La guida lineare 1, può essere provvista di un motore ed un mezzo di trasmissione del moto, in modo da formare un attuatore lineare.

In accordo con un suo secondo aspetto, l’invenzione riguarda un processo di produzione di una guida lineare 1 comprendente un elemento tubolare esterno 2 in materiale composito; un elemento tubolare interno 3 in materiale composito, atto a scorrere telescopicamente in detto elemento tubolare esterno 2; ed n cuscinetti volventi 4 interposti tra detto elemento tubolare interno 3 e detto elemento tubolare esterno 2.

Tale processo prevede una prima fase a di predisporre di n primi lamierini 6a ed n secondi lamierini 6b. Tali lamierini 6a, 6b sono di forma e dimensioni idonee alle facce degli elementi tubolari 2, 3 da produrre.

E’ poi prevista una fase b di incisione di una superficie di ciascun lamierino 6a, 6b mediante fotoincisione. Si tratta di una tecnica di lavorazione che prevede l’incisione di un bassorilievo mediante attacco acido fotochimico, con un ottimo controllo della profondità di incisione. Inoltre, l’attacco chimico espone la grana cristallina del metallo, ciò si traduce in una interfaccia lamina/materiale composito più resistente nel prodotto finito. Trattandosi di una tecnica di tipo noto, non verrà ulteriormente descritta.

In accordo con forme di attuazione preferite, tale fase b prevede di incidere sulla superficie di ciascun lamierino 6a, 6b un disegno comprendente prime scanalature oblique all’asse longitudinale del lamierino stesso e seconde scanalature oblique all’asse longitudinale del lamierino e perpendicolari alle prime scanalature, come mostrato nel dettaglio di figura 4. Tuttavia, si potrebbero prevedere disegni diversi. E’ quindi previsto, in accordo con una fase c, di costampare i primi lamierini 6a con l’elemento tubolare interno 3 e i secondi lamierini 6b con l’elemento tubolare esterno 2. Tale fase può essere suddivisa in due sottofasi consecutive o simultanee:

c’. costampare i primi lamierini 6a con l’elemento tubolare interno 3;

c’’. costampare i secondi lamierini 6b con l’elemento tubolare esterno 2.

Le fasi di costampaggio possono avvenire mediante qualsiasi processo noto nel settore dei compositi quali stampaggio di pre-preg (ovvero fibre pre-impregnate di matrice) tramite compressione in uno stampo o tramite processo in autoclave, filament winding, stampaggio ad iniezione. I processi maggiormente preferiti risultano lo stampaggio di pre-preg e il filament winding, in quanto consentono di orientare le fibre del materiale di rinforzo e quindi di conferire al prodotto finito caratteristiche meccaniche desiderate. Lo stampaggio ad iniezione si usa, in genere, per matrici termoplastiche e fibre di rinforzo corte non orientate.

Qualora il processo di produzione preveda l’uso di uno stampo, ovvero sia nel caso di stampaggio di pre-preg in autoclave che di stampaggio di pre-preg tramite stampo di compressione, prima della fase c, è prevista una fase di collocare opportunamente detti n primi lamierini 6a all’interno di uno stampo per l’elemento tubolare interno 3 e detti n secondi lamierini 6b all’interno di uno stampo per l’elemento tubolare esterno 2, in modo tale che le superfici incise risultino in contatto con il materiale composito, a stampaggio avvenuto, e che la posizione dei primi lamierini 6a corrisponda con la posizione dei secondi lamierini 6b a montaggio avvenuto. In altre parole, una volta stabilito n, ovvero quanti cuscinetti volventi 4 usare, e dove posizionarli, i lamierini 6a e 6b sono collocati in corrispondenza delle facce degli elementi tubolari 2, 3 destinati a contattare detti cuscinetti volventi 4. Inoltre, i primi lamierini 6a sono collocati in modo tale da rivolgere all’esterno la superficie liscia e all’interno, ovvero verso il materiale composito, la superficie incisa. Analogamente, i secondi lamierini 6b sono collocati in modo da rivolgere verso il materiale composito la superficie incisa e verso il cuscinetto volvente 4 la superficie liscia.

Opzionalmente è prevista una fase di applicazione di uno strato di matrice sulle superficie goffrate dei lamierini 6a, 6b. Tale strato ha uno spessore preferibilmente compreso tra 0,4mm e 0,8mm, a seconda delle dimensioni dei lamierini. Tale fase incrementa la coesione tra composito e lamierini e consente una riduzione del quantitativo di fibre pre-impregnate necessarie, con riduzione dei costi.

In seguito è prevista la fase di inserire lamine di fibre pre-impregnate di matrice all’interno dello stampo di detto elemento tubolare interno 3 e all’interno dello stampo di detto elemento tubolare esterno 2.

A questo punto sono previste le fasi di polimerizzazione e costampaggio.

Tali fasi sono attuate sottoponendo i due stampi ad una pressione di circa 6-8 bar e ad una temperatura di circa 120ºC -130ºC.

A raffreddamento avvenuto, è previsto l’accoppiamento dell’elemento tubolare interno 3 con l’elemento tubolare esterno 2, in accordo con una fase d. In particolare, l’elemento tubolare interno 3 è inserito telescopicamente all’interno dell’elemento tubolare esterno 2, interponendo i suddetti n cuscinetti volventi 4 in corrispondenza dei lamierini 6a, 6b, in modo che gli elementi volventi di detti cuscinetti volventi 4 scorrano su detti lamierini 6a, 6b.

Nel caso in cui la guida lineare 1 comprenda anche un elemento tubolare intermedio, e nel caso in cui si utilizzi uno stampo, il processo di produzione prevede le ulteriori fasi di:

- predisporre di 2n ulteriori lamierini;

- incidere una superficie di ciascun ulteriore lamierino mediante fotoincisione;

- collocare opportunamente detti 2n ulteriori lamierini all’interno di uno stampo per l’elemento tubolare intermedio, in modo tale che le superfici incise risultino in contatto con il materiale composito a stampaggio avvenuto e che la posizione degli ulteriori lamierini corrisponda con la posizione dei primi lamierini 6a e dei secondi lamierini 6b a montaggio avvenuto;

- inserire lamine di fibre pre-impregnate di matrice all’interno dello stampo di detto elemento tubolare intermedio;

- polimerizzare la matrice del materiale composito e costampare gli ulteriori lamierini con l’elemento tubolare intermedio;

- accoppiare l’elemento tubolare intermedio con l’elemento tubolare interno 3 e con l’elemento tubolare esterno 2, inserendolo telescopicamente all’interno, all’interno dell’elemento tubolare esterno 2 e inserendo telescopicamente al suo interno l’elemento tubolare interno 3, interponendo i suddetti n cuscinetti volventi 4 in corrispondenza dei lamierini 6a, 6b e degli ulteriori lamierini, in modo che gli elementi volventi di detti cuscinetti volventi 4 scorrano su detti lamierini 6a, 6b e su detti ulteriori lamierini.

Il costampaggio dell’elemento tubolare intermedio consegue un elemento tubolare provvisto di n ulteriori lamierini sulle sue superfici interne, per l’accoppiamento con l’elemento tubolare interno 3, ed n ulteriori lamierini sulle sue superfici esterne per l’accoppiamento con l’elemento tubolare esterno 2.

Nel caso in cui la fase c di costampaggio avvenisse tramite filament winding per ottenere l’elemento tubolare esterno 2, il mandrino usato per l’avvolgimento dei filamenti fungerebbe da stampo, per cui, prima di iniziare l’avvolgimento, sarebbe prevista una fase di posizionamento e bloccaggio dei lamierini sulla superficie esterna del mandrino.

In accordo con un terzo aspetto, l’invenzione riguarda un metodo di produzione di un elemento in materiale composito provvisto di almeno un lamierino 6a, 6b in corrispondenza di almeno una sua superficie esterna comprendente le fasi di: i. predisporre di almeno un lamierino 6a, 6b;

ii. incidere almeno una superficie del lamierino 6a, 6b mediante fotoincisione;

iii. costampare il lamierino 6a, 6b con l’elemento in materiale composito. La fase iii, potrebbe essere preceduta da una fase di collocare opportunamente il lamierino 6a, 6b all’interno di uno stampo in modo che la superficie incisa risulti a contatto con la superficie del materiale composito a stampaggio terminato.

Qualora i lamierini 6a, 6b non dovessero interagire con cuscinetti volventi, la fase ii potrebbe prevedere l’incisione di entrambe le superfici, incidendo disegni uguali o diversi sulle due superfici dei lamierini 6a, 6b.

Il tecnico del settore, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare ulteriori modifiche e varianti alla guida lineare 1, al processo di produzione di tale guida lineare 1 e al metodo dell’invenzione, senza uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Guida lineare (1) comprendente: un elemento tubolare esterno (2); un elemento tubolare interno (3), atto a scorrere telescopicamente in detto elemento tubolare esterno (2); e mezzi di riduzione di attrito interposti tra detto elemento tubolare interno (3) e detto elemento tubolare esterno (2), detti mezzi di riduzione di attrito comprendendo n cuscinetti volventi (4), in cui n 1, ciascun cuscinetto volvente (4) essendo provvisto di elementi volventi, in cui l’elemento tubolare esterno (2) e l’elemento tubolare interno (3) sono in materiale composito ed in cui detti elementi volventi scorrono su due lamierini (6a, 6b), un primo lamierino (6a) posizionato su una faccia esterna dell’elemento tubolare interno (3) ed un secondo lamierino (6b) posizionato su una corrispondente faccia interna dell’elemento tubolare esterno (2).
2. Guida lineare (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo lamierino (6a) è costampato con l’elemento tubolare interno (3) e detto secondo lamierino (6b) è costampato con detto elemento tubolare esterno (2).
3. Guida lineare (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la matrice di detto materiale composito è una resina termoindurente e il rinforzo di detto materiale composito è di tipo fibroso.
4. Guida lineare (1) secondo la rivendicazione 3, in cui la resina termoindurente è selezionata tra: resine epossidiche, resine poliestere e resine vinilestere e il rinforzo è selezionato tra: fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre di basalto, fibre di poliestere.
5. Guida lineare (1) secondo la rivendicazione 4, in cui il materiale composito comprende resina epossidica con fibre di carbonio.
6. Guida lineare (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti elemento tubolare esterno (2) ed elemento tubolare interno (3) hanno una forma poliedrica a sezione costante.
7. Guida lineare (1) secondo la rivendicazione 6, in cui la sezione di detti elemento tubolare esterno (2) ed elemento tubolare interno (2) ha la forma di un poligono regolare di N lati, in cui N 3.
8. Guida lineare (1) secondo la rivendicazione 7, in cui se N è un numero pari, il numero n di cuscinetti volventi (4) corrisponde a N/2 e tali cuscinetti volventi (4) sono disposti su facce alterne del poliedro, oppure n corrisponde ad N, mentre se N è un numero dispari, n corrisponde ad N.
9. Guida lineare (1) secondo la rivendicazione 8, in cui detto poligono regolare è un esagono e il numero n di cuscinetti volventi (4) è pari a 3.
10. Guida lineare, secondo la rivendicazione 6, in cui la sezione di detti elemento tubolare esterno (2) ed elemento tubolare interno (2) ha forma circolare e il numero n di cuscinetti volventi (4) è pari a 3.
11. Guida lineare (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi atti ad impedire dislocazioni circonferenziali dei cuscinetti volventi (4) e/o mezzi atti ad impedire dislocazioni assiali dei cuscinetti volventi (4).
12. Guida lineare (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui gli elementi volventi dei cuscinetti volventi (4) sono selezionati tra: sfere (10), rulli cilindrici, rulli conici e rullini (5).
13. Guida lineare (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un elemento tubolare intermedio, interposto tra detto elemento tubolare esterno (2) e detto elemento tubolare interno (3), atto a scorrere telescopicamente in detto elemento tubolare esterno (2) e allo scorrimento telescopico di detto elemento tubolare interno (3) al suo interno, n primi cuscinetti volventi (4) essendo interposti tra l’elemento tubolare esterno (2) e l’elemento tubolare intermedio e/o n secondi cuscinetti volventi (4) essendo interposti tra l’elemento tubolare intermedio e l’elemento tubolare interno (3); gli elementi volventi di detti primi cuscinetti volventi (4) essendo atti a scorrere su un primo lamierino (6a) posizionato su una faccia esterna dell’elemento tubolare interno (3) e su un ulteriore lamierino posizionato su una corrispondente faccia interna dell’elemento tubolare intermedio e/o gli elementi volventi di detti secondo cuscinetti volventi (4) essendo atti a scorrere su un ulteriore lamierino posizionato su una faccia esterna dell’elemento tubolare intermedio e su un secondo lamierino (6b) posizionato su una corrispondente faccia interna dell’elemento tubolare esterno (2).
14. Attuatore lineare comprendente almeno una guida lineare (1) secondo una delle rivendicazioni 1-13.
15. Processo di produzione di una guida lineare (1) comprendente un elemento tubolare esterno (2) in materiale composito; un elemento tubolare interno (3) in materiale composito, atto a scorrere telescopicamente in detto elemento tubolare esterno (2); ed n cuscinetti volventi (4) interposti tra detto elemento tubolare interno (3) e detto elemento tubolare esterno (2), detto processo comprendendo le fasi di: a. predisporre di n primi lamierini (6a) ed n secondi lamierini (6b); b. incidere una superficie di ciascun lamierino (6a, 6b) mediante fotoincisione; c. costampare i primi lamierini (6a) con l’elemento tubolare interno (3) e i secondi lamierini (6b) con l’elemento tubolare esterno (2); d. accoppiare l’elemento tubolare interno (3) con l’elemento tubolare esterno (2), inserendolo telescopicamente al suo interno, interponendo i suddetti n cuscinetti volventi (4) in corrispondenza dei lamierini (6a, 6b), in modo che gli elementi volventi di detti cuscinetti volventi (4) scorrano su detti lamierini (6a, 6b).
16. Processo secondo la rivendicazione 15 in cui la fase b di incidere una superficie di ciascun lamierino (6a, 6b) mediante fotoincisione prevede di incidere su tale superficie un disegno comprendente prime scanalature oblique all’asse longitudinale del lamierino (6a, 6b) e seconde scanalature oblique all’asse longitudinale del lamierino (6a, 6b) e perpendicolari alle prime scanalature.
17. Metodo di produzione di un elemento in materiale composito provvisto di almeno un lamierino (6a, 6b) in corrispondenza di almeno una sua superficie esterna comprendente le fasi di: i. predisporre di almeno un lamierino (6a, 6b); ii. incidere almeno una superficie del lamierino (6a, 6b) mediante fotoincisione; iii. costampare il lamierino (6a, 6b) con l’elemento in materiale composito.
18. Metodo di produzione di un elemento in materiale composito provvisto di almeno un lamierino (6a, 6b) in corrispondenza di almeno una sua superficie esterna secondo la rivendicazione 17, in cui la fase iii è preceduta da una fase di collocare opportunamente il lamierino (6a, 6b) all’interno di uno stampo in modo che la superficie incisa risulti a contatto con la superficie del materiale composito a stampaggio terminato.