IT201900013077A1 - Chiave dinamometrica elettronica con rilevazione di uso non corretto - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo “Chiave dinamometrica elettronica con rilevazione di uso non corretto”

La presente invenzione si riferisce ad una innovativa chiave dinamometrica elettronica.

Nella tecnica nota sono conosciute chiavi elettroniche per eseguire il serraggio manuale mediante rotazione di giunti filettati (ad esempio bulloni). Tali chiavi sono in genere realizzate con un corpo allungato dotato di una impugnatura per l’afferramento della chiave e hanno una estremità libera di testa che è dotata di un opportuno innesto per l’impegno della chiave sul giunto da ruotare.

In tali chiavi sono presenti sensori di coppia e una circuitazione elettronica che in base alla rilevazione dei sensori mostra su un display la coppia di serraggio applicata al giunto attraverso la chiave.

Eventualmente, la chiave può anche comprendere un sensore di rotazione per rilevare anche l’angolo di serraggio e correlarlo alla coppia applicata al giunto.

Per il corretto calcolo della coppia è ovviamente importante che la chiave venga usata correttamente da parte dell’utilizzatore. E’ ad esempio particolarmente importante che il punto di applicazione della forza di rotazione della chiave sia corretto, vale a dire che l’utilizzatore afferri la chiave nella corretta posizione.

Nella tecnica nota sono state proposte alcune soluzioni che cercano di ovviare ai possibili errori d’uso, ma in ogni caso tali soluzioni non sono state trovate soddisfacenti. Ad esempio, la zona di corretta impugnatura della chiave è evidenziata in modo che l’utilizzatore sia portato ad impugnare la chiave solo in tale zona. Tuttavia, se l’utilizzatore impugna la chiave diversamente, la chiave non ha modo di accorgersene e di segnalare l’errore.

Scopo generale della presente invenzione è fornire una chiave elettronica che rilevi automaticamente condizioni di errato uso e le segnali tempestivamente all’utente.

In vista di tale scopo si è pensato di realizzare, secondo l'invenzione, un metodo di controllo in una chiave dinamometrica elettronica, la chiave comprendendo: un corpo con una estensione assiale secondo un asse longitudinale; una estremità anteriore dotata di un innesto destinato a innestare la chiave su un giunto da serrare mediante rotazione manuale attorno ad un asse di rotazione che è trasversale all’asse longitudinale; una impugnatura lungo il corpo per manovrare la chiave; un sensore per rilevare una coppia applicata con la chiave all’innesto e comprendente due elementi sensori di flessione che sono disposti distanziati lungo l’asse longitudinale; un circuito elettronico di controllo che è connesso al sensore per ricevere segnali da esso; il metodo comprendendo le fasi di: calcolare, in funzione di valori di flessione rilevati dai due elementi sensori, il punto P lungo l’asse longitudinale che è di applicazione della forza manuale di rotazione della chiave attorno all’asse di rotazione; confrontare la posizione del punto P con posizioni predefinite ammissibili lungo l’asse longitudinale; emettere una segnalazione di errore se la posizione del punto P non corrisponde a tali posizioni ammissibili.

Inoltre, si è pensato di realizzare, secondo l'invenzione, anche una chiave con un circuito elettronico configurato per realizzare il metodo summenzionato.

Per rendere più chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriveranno di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, realizzazioni esemplificative applicanti tali principi. Nei disegni:

-figura 1 rappresenta una vista schematica in prospettiva di una chiave elettronica applicante i principi dell’invenzione;

-figura 2 rappresenta un grafico schematico di un possibile andamento del momento flettente lungo l’asse della chiave;

-figura 3 rappresenta uno possibile schema a blocchi del funzionamento della chiave secondo l’invenzione.

Con riferimento alle figure, in figura 1 è mostrata una chiave dinamometrica elettronica, indicata genericamente con 10, realizzata secondo l’invenzione. La chiave 10 ha un corpo allungato con una estensione prevalentemente assiale secondo un asse principale longitudinale 12. Il corpo individua esternamente una impugnatura 13 per afferrare e ruotare manualmente la chiave durante l’uso. L’impugnatura è vantaggiosamente prossima ad un estremo posteriore della chiave. Se desiderato, la conformazione laterale dell’impugnatura 13 può anche essere sagomata per una comoda presa con una mano e anche ricoperta di adatto materiale relativamente cedevole (ad esempio gomma), come facilmente immaginabile dal tecnico esperto. Ad una estremità anteriore della chiave è presente un innesto 14 destinato ad impegnare un giunto filettato 28 (non mostrato in dettaglio) da serrare mediante rotazione della chiave attorno ad un secondo asse di rotazione 15 (che viene fatto coincidere con l’asse di rotazione del giunto filettato) che è trasversale all’asse principale 12 della chiave.

L’innesto 14 è vantaggiosamente dotato di un inserto intercambiabile 11 per adattare la chiave al giunto che si desidera serrare, secondo una tecnica in sé nota e qui non ulteriormente mostrata o descritta.

Ad esempio, l’inserto può avere una nota sede esagonale per accogliere la testa del giunto (ad esempio la testa di un bullone) di corrispondente forma esagonale.

Fra l’impugnatura 13 e l’innesto 14 la chiave comprende un noto sensore di flessione 16 (ad esempio impiegante estensimetri resistivi) per rilevare la flessione della chiave, flessione che è funzione della coppia che viene applicata con la chiave al giunto.

Un in sé noto circuito elettronico di controllo 17 nella chiave riceverà il segnale prodotto dal sensore 16 e calcolerà da esso la coppia applicata con la chiave e la mostrerà su un opportuno display 18, secondo una tecnica sostanzialmente nota e perciò qui non ulteriormente descritta in dettaglio. La chiave può anche comprendere un avvisatore acustico 19 (ad esempio un altoparlante o un cicalino) connesso al circuito 17 per emettere suoni a comando.

Preferibilmente, la chiave potrà anche comprendere un noto sensore giroscopico 19 per rilevare l’angolo di rotazione della chiave attorno all’asse di rotazione 15 e trasmetterlo al circuito elettronico di controllo 17, ad esempio per permettergli di calcolare ed eventualmente mostrare sul display le informazioni della coppia rilevata in funzione dell’angolo di rotazione della chiave e, quindi, del giunto al quale la coppia è applicata. Il sensore 16 è realizzato con due elementi sensori di flessione 16a e 16b (vantaggiosamente estensimetri, ad esempio connessi in un ponte di misura) così da misurare la flessione della chiave in due punti X1 e X2 distanziati lungo l’asse principale della chiave. La distanza reciproca dei due elementi 16a e 16b dipenderà ad esempio dalla sensibilità degli elementi sensori, come sarà chiaro dal seguito, in modo che i due sensori possano rilevare con adeguata precisione la differenza di flessione dovuta alla diversa distanza dall’asse 15.

Come noto, infatti, la flessione di una trave vincolata ad un estremo e con una forza applicata in un punto lungo di essa è proporzionale alla distanza lungo la trave dal punto di vincolo. Inoltre, il momento flettente varia lungo la trave con l’andamento della flessione ed è una retta con momento uguale a zero nel punto di applicazione della forza e momento massimo all’estremo vincolato. Nel caso di una chiave tale momento massimo è la coppia applicata al giunto sottoposto a serraggio.

Ad esempio, si consideri per semplicità un piano cartesiano con l’asse X coincidente con l’asse 12 e avente origine nell’inserto (vale a dire dove l’asse di rotazione 15 incrocia l’asse principale 12). Le posizioni sull’asse x dei due elementi sensori 16a e 16b sono indicate rispettivamente con X1, X2. Tutto ciò è riportato schematicamente a titolo di esempio in figura 1. Conoscendo le posizioni X1, X2 dei due elementi sensori 16a e 16b, il circuito elettronico di controllo (ad esempio un in sé noto sistema a microprocessore opportunamente programmato) può calcolare il momento M0 applicato dalla chiave sul giunto a partire dai valori di flessione V1 e V2 rilevati dai due elementi sensori 16a e 16b, opportunamente calibrati per conoscere la legge di proporzionalità M=f(V) fra i valori V rilevati dagli elementi sensori e il momento M. Ciò è schematicamente mostrato nel grafico di figura 2 dove è mostrata a titolo di esempio una retta r che rappresenta l’andamento del momento M in funzione di X lungo la chiave. Il punto P (cioè dove M=0) è il punto di applicazione della forza, vale a dire dove agisce la mano dell’utente sull’impugnatura 13 per ruotare la chiave attorno all’asse 15.

Il circuito elettronico di controllo 17 può perciò calcolare, a partire dai valori V1 e V2 rilevati dai due elementi sensori nelle posizioni X1 e X2, la retta che passa per i due punti che dipendono da tali valori V1 e V2.

Tale retta intersecherà l’asse X in un punto dove M=0 e x=XF. XF corrisponde alla posizione del punto P dove è posizionata la mano dell’utilizzatore che gira la chiave.

Una volta calcolata la posizione XF del punto P, il circuito elettronico di controllo 17 può confrontare tale posizione con valori di posizione della mano che sono ritenuti corretti per un corretto uso della chiave. In altre parole, il circuito elettronico di controllo 17 verifica se XF è fra valori o intervalli di valori ritenuti accettabili per un corretto uso della chiave. Tali valori accettabili possono essere ad esempio definiti come un intervallo di valori fra un Xmin e un Xmax.

Ad esempio, Xmin e Xmax possono vantaggiosamente corrispondere ai due opposti estremi dell’impugnatura 13 nei quali è ancora possibile posizionare adeguatamente la mano per ruotare la chiave, come schematicamente mostrato in figura 1. Tali valori dipenderanno naturalmente dalla reale struttura della chiave impiegata e potranno essere stabiliti a priori, ad esempio con prove di uso della chiave o come parametro di progetto della chiave.

Il circuito elettronico di controllo 17 può vantaggiosamente comprendere una memoria elettronica 26 nella quale sono memorizzate le posizioni o gli estremi di un intervallo di posizioni predefinite ammissibili lungo l’asse longitudinale per il punto P. Il circuito 17 può così effettuare il confronto con i valori in tale memoria.

In ogni caso, se la posizione di P è accettabile (vale a dire ad esempio se Xmin≤XF≤Xmax) la chiave continuerà con il suo normale funzionamento, ad esempio mostrando il valore di M0 applicato sull’inserto ed eventualmente l’angolo di rotazione. Per fare ciò, il metodo secondo l’invenzione può prevedere di calcolare, in funzione di valori di flessione rilevati dai due elementi sensori 16a e 16b, la coppia di rotazione applicata con la chiave all’innesto 14. Dopo di ciò il valore calcolato di coppia può essere visualizzato sul display sul corpo della chiave.

Se la posizione di P non è accettabile (vale a dire la posizione di P non è fra le posizioni ritenute accettabili, ad esempio non è nell’intervallo fra Xmin e Xmax) la chiave può emettere una segnalazione di errore, ad esempio un segnale acustico di errore con l’avvisatore acustico 27 e/o un segnale ottico ad esempio, un messaggio di errore sul display.

L’utilizzatore, così avvertito, potrà spostare la mano per portarla nella corretta posizione. La chiave rileverà tale spostamento come cambiamento del punto P ricalcolato, ripeterà la prova e se il punto P è ora corretto, proseguirà nelle misure. In caso contrario emettere una nuova segnalazione di errore, e così via.

Vantaggiosamente, la segnalazione di errore può contenere l’informazione che definisce se la posizione del punto P è prima o dopo l’intervallo di posizioni ammissibili lungo l’asse longitudinale 11 rispetto alla estremità anteriore della chiave. In tale modo, la chiave potrà anche mostrare indicazioni per segnalare all’utilizzatore la direzione nella quale è necessario spostare la mano.

Ad esempio, se XF<Xmin la chiave potrà avvertire l’utilizzatore di spostare la mano più verso l’estremo posteriore della chiave (vale a dire verso destra in figura 1). Se invece XF>Xmax la chiave potrà avvertire l’utilizzatore di spostare la mano più verso l’estremo anteriore della chiave (vale a dire verso sinistra in figura 1). L’informazione riguardo la posizione errata e quindi la corrispondente segnalazione potrà essere ad esempio fatta dalla chiave mostrando una freccia diretta nella direzione verso la quale è necessario spostare la mano sulla chiave per riportare il punto P entro l’intervallo corretto di posizioni.

A titolo di esempio, in figura 3 è mostrato un possibile schema a blocchi che applica nella chiave il metodo secondo l’invenzione. Tale schema può essere ad esempio il diagramma di flusso della parte di programma per la verifica della posizione della mano in un programma memorizzato nel microprocessore del circuito elettronico 17 per il funzionamento della chiave.

In sostanza, quando si avvia la misura della coppia, la chiave rileva in 20 i valori V1 e V2 forniti dagli elementi sensori 16a e 16b e calcola in 21 la retta funzione di tali valori, vale a dire r=f(V1, V2), e poi in 22 il punto P di incontro della retta r con l’asse X, vale a dire la posizione XF della mano.

Segue poi in 23 il confronto con i valori delle posizioni ammesse, ad esempio i valori Xmin e Xmax di un intervallo di posizioni ammesse. In base al risultato del confronto, la chiave decide se la posizione della mano è corretta (e in tale caso prosegue in 24 con le operazioni di misura e visualizzazione, in sostanza note, e perciò qui non mostrate in dettaglio) oppure, in caso contrario, segnala in 25 l’errore di posizionamento della mano e si ritorna in 20 per valutare nuovamente i valori V1 e V2 e la posizione P della mano. Il tutto si ripete fino a che la posizione P della mano non diventa corretta.

E’ a questo punto chiaro come si siano raggiunti gli scopi dell’invenzione, fornendo una chiave elettronica e un metodo di controllo che permettono di rilevare e segnalare condizioni di uso scorretto della chiave.

In pratica, il metodo dell’invenzione prevede di calcolare, in funzione di valori di flessione rilevati dai due elementi sensori 16a e 16b, il punto P lungo l’asse longitudinale 11 che è di applicazione della forza manuale di rotazione della chiave attorno all’asse di rotazione 15. Dopo tale calcolo si confronta la posizione del punto P con posizioni predefinite ammissibili lungo l’asse longitudinale 11 e si emette una segnalazione di errore se la posizione del punto P non corrisponde a tali posizioni ammissibili.

Come sopra scritto, le posizioni ritenute ammissibili possono essere un intervallo di posizioni Xmin-Xmax lungo l’asse longitudinale (11).

Vantaggiosamente, l’intervallo di posizioni può essere contenuto nell’impugnatura della chiave.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta dell’applicazione dei principi innovativi della presente invenzione è riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perciò essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.

Ad esempio, la chiave può avere una struttura differente da quella mostrata, ad esempio per trasmettere i dati di serraggio ad una unità elettronica esterna, anziché mostrarli su un proprio display. La segnalazione di errore può anche essere prodotta con spie luminose sulla chiave, anziché mediante l’uso di icone o testo su un display grafico, e con diversi segnali acustici, come ora facilmente immaginabile dal tecnico esperto.

Inoltre, la chiave potrà essere dotata di svariate ulteriori funzioni in sé note per questo tipo di attrezzi, quali ad esempio l’indicazione dell’inizio e della fine della misura, il raggiungimento di un valore preimpostato di serraggio, lo stato di carica di una batteria elettrica interna, se presente per la sua alimentazione, la presenza della connessione con una unità esterna, la rilevazione automatica del tipo di inserto rimuovibile inserito sulla chiave e le alterazioni nella misura prodotte da tale inserto per una correzione automatica di esse, ecc.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di controllo in una chiave dinamometrica elettronica (10), la chiave (10) comprendendo: -un corpo con una estensione assiale secondo un asse longitudinale (11); -una estremità anteriore dotata di un innesto (14) destinato a innestare la chiave su un giunto da serrare mediante rotazione manuale attorno ad un asse di rotazione (15) che è trasversale all’asse longitudinale (11); -una impugnatura (13) lungo il corpo per manovrare la chiave; -un sensore (16) per rilevare una coppia applicata con la chiave all’innesto (14) e comprendente due elementi sensori di flessione (16a e 16b) che sono disposti distanziati lungo l’asse longitudinale (11); -un circuito elettronico di controllo (17) che è connesso al sensore (16) per ricevere segnali da esso; il metodo comprendendo le fasi di: -calcolare, in funzione di valori di flessione rilevati dai due elementi sensori (16a e 16b), il punto P lungo l’asse longitudinale (11) che è di applicazione della forza manuale di rotazione della chiave attorno all’asse di rotazione (15); -confrontare la posizione del punto P con posizioni predefinite ammissibili lungo l’asse longitudinale (11); -emettere una segnalazione di errore se la posizione del punto P non corrisponde a tali posizioni ammissibili.
2. 2. Metodo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le posizioni ritenute ammissibili sono un intervallo di posizioni lungo l’asse longitudinale (11).
3. 3. Metodo secondo rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l’intervallo di posizioni lungo l’asse longitudinale (11) è contenuto nell’impugnatura (13).
4. 4. Metodo secondo rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la segnalazione di errore contiene l’informazione della posizione del punto P prima o dopo l’intervallo di posizioni lungo l’asse longitudinale (11) rispetto alla estremità anteriore della chiave.
5. 5. Metodo secondo rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la detta informazione è visualizzata sul corpo della chiave sotto forma di frecce rivolte nella direzione lungo l’asse longitudinale (11) verso cui muovere la mano lungo la chiave per riportare il punto P entro l’intervallo di posizioni.
6. 6. Metodo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la segnalazione di errore è mostrata su un display sul corpo della chiave e/o è evidenziata acusticamente con l’emissione di un suono.
7. 7. Metodo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, se la posizione del punto P corrisponde alle posizioni predefinite ammissibili, si esegue la fase di calcolare, in funzione di valori di flessione rilevati dai due elementi sensori (16a e 16b), la coppia di rotazione applicata con la chiave all’innesto (14) e visualizzare tale coppia su un display sul corpo della chiave.
8. 8. Una chiave dinamometrica elettronica (10) comprendente: -un corpo con una estensione assiale secondo un asse longitudinale (11); -una estremità anteriore dotata di un innesto (14) destinato a innestare la chiave su un giunto da serrare mediante rotazione manuale attorno ad un asse di rotazione (15) che è trasversale all’asse longitudinale (11); -una impugnatura (13) lungo il corpo per manovrare la chiave; -un sensore (16) per rilevare una coppia applicata con la chiave all’innesto (14) e comprendente due elementi sensori di flessione (16a e 16b) che sono disposti distanziati lungo l’asse longitudinale (11); -un circuito elettronico di controllo (17) che è connesso al sensore (16) per ricevere segnali da esso; nella quale i due elementi sensori di flessione (16a e 16b) sono connessi al detto circuito elettronico di controllo (17) che è configurato per realizzare il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7.
9. 9. Chiave dinamometrica elettronica (10) secondo rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto di comprende un display sul corpo della chiave e/o un segnalatore acustico connessi al circuito elettronico di controllo per emettere la segnalazione di errore.
10. 10. Chiave dinamometrica elettronica (10) secondo rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che il circuito elettronico di controllo comprende una memoria elettronica (26) contenente le posizioni o gli estremi di un intervallo di posizioni che sono predefinite ammissibili per il punto P lungo l’asse longitudinale (11).