IT201900013089A1 - Chiave dinamometrica elettronica con rilevamento ostacoli - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo “Chiave dinamometrica elettronica con rilevamento ostacoli”

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 importante che durante la rotazione la chiave non incontri ostacoli che alterino la misura. Solitamente deve essere l’utente che deve verificare visivamente tale situazione. Tuttavia, può accadere che l’urto della chiave contro un ostacolo non venga rilevato dall’utente, per distrazione o perché l’ostacolo non è direttamente visibile all’utente (ad esempio perché la chiave viene impiegata in spazi ristretti e pieni di sporgenze, come ad esempio un vano motore).

In tali casi, la misura è alterata senza che l’utente se ne accorga.

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 (16a e 16b), se il valore di flessione rilevato dall’elemento sensore più vicino alla estremità anteriore è minore del valore di flessione rilevato dall’elemento sensore più lontano dalla estremità anteriore; e, in caso affermativo, emettere una segnalazione di errore.

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 schematicamente uno possibile realizzazione di una parte della chiave di figura 1 e il corrispondente diagramma del momento flettente lungo la chiave peril rilevamento di un ostacolo;

-figura 4 rappresenta uno possibile schema a blocchi di un possibile 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.

In figura 3 è mostrato un particolare della zona anteriore della chiave che urta un generico ostacolo, indicato con 20, durante la sua rotazione attorno all’asse 15. Nella stessa figura è mostrato il cambiamento del grafico del momento flettente lungo l’asse principale 12 a causa di un ostacolo.

Infatti, nel caso di normale funzionamento senza ostacoli, la chiave può essere assimilata ad una trave con un estremo (l’inserto) vincolato e un carico (la forza F di rotazione applicata dall’utente) nel punto P, come già sopra descritto con riferimento alla figura 2.

Nel caso che la chiave incontri un ostacolo durante la rotazione, la chiave può essere invece assimilata ad una trave con un estremo (l’inserto) vincolato, un carico (la forza F di rotazione applicata dall’utente) nel punto P e un appoggio intermedio in un punto dove è presente l’ostacolo.

In tale situazione, la distribuzione dei momenti lungo la chiave cambia da una retta r come in figura 2 ad una spezzata formata da due tratti rettilinei r1 e r2 con un massimo in corrispondenza dell’ostacolo e valori nulli all’estremo vincolato (l’inserto) e nel punto P dove l’utente applica la forza di rotazione.

Se il punto dove la chiave urta l’ostacolo è a monte degli elementi sensori 16a, 16b (vale a dire fra gli elementi sensori e il punto P di applicazione della mano) i valori V1 e V2 rilevati dagli elementi sensori 16a e 16b (valori che prima di incontrare un ostacolo erano V1>V2 come si vede in figura 2) diventano V1<V2.

Il circuito elettronico di controllo della chiave può perciò fare un test sui valori prodotti dagli elementi sensori 16a e 16b. Se dal test risulta che l’elemento sensore più vicino all’asse di rotazione 15 fornisce un valore minore di quello dell’elemento sensore più lontano dall’asse di rotazione 15, significa che la chiave ha incontrato un ostacolo durante la rotazione.

Naturalmente, il test può essere fatto semplicemente confrontando i valori V1 e V2 oppure calcolando la pendenza della retta r1 (pendenza che da negativa come in figura 2, diviene positiva nel caso ci sia un ostacolo). In sostanza, il metodo secondo l’invenzione comprende le fasi di calcolare, in funzione dei valori di flessione rilevati dai due elementi sensori 16a e 16b, se il valore di flessione rilevato dall’elemento sensore più vicino alla estremità anteriore è minore del valore di flessione rilevato dall’elemento sensore più lontano dalla estremità anteriore e, in caso affermativo, emettere una segnalazione di errore.

Come si vede dalla figura 3, la situazione anomala data dalla presenza di un ostacolo viene così rilevata e la chiave può segnalare la condizione di errore all’utente, ad esempio per mezzo di un segnale acustico dall’avvisatore acustico 29 e/o un messaggio visuale, ad esempio sul display 18.

Come sopra accennato, per potere rilevare correttamente l’ostacolo, il punto lungo l’asse principale 12 della chiave sul quale l’ostacolo agisce deve essere a monte degli elementi sensore 16a e 16b. Solitamente tali elementi sensori possono essere posti relativamente vicini all’asse di rotazione 15 rispetto alla lunghezza totale della chiave. E’ perciò molto probabile che tale situazione sia sempre verificata durante il normale uso della chiave.

Comunque nel caso si vogliano rilevare anche ostacoli presenti nel tratto di chiave fra gli elementi sensori e l’asse di rotazione 15, può essere impiegata una opportuna protezione di tale tratto, vincolata ad un punto della chiave a monte dei sensori, così da riportare in tale punto l’azione dell’ostacolo contro la protezione.

Ad esempio, in figura 3 è mostrata una protezione 21 che circonda il tratto della parte di chiave che si flette durante l’uso della chiave e che contiene gli elementi sensori di flessione 16a e 16b.

Tale protezione, realizzata sufficientemente rigida, si estende libera verso l’estremità anteriore o di testa della chiave mentre dal lato opposto è vincolata al corpo della chiave in una zona 22 a monte dei sensori (vale a dire in una zona fra gli elementi sensori e l’impugnatura). Ad esempio tale protezione può essere uno spezzone di tubo cilindrico.

Grazie alla protezione 21, un eventuale ostacolo 20a, che fosse presente fra gli elementi sensori e l’asse di rotazione 15 nel tratto dove è presente la protezione, si appoggerà contro la protezione 21 a valle dei sensori ma produrrà una azione sulla flessione della chiave che verrà riportata a monte dei sensori stessi, cioè nel punto di vincolo della protezione 21 sulla chiave. In tale modo, il grafico della spezzata prodotta dall’ostacolo rimane sostanzialmente quello mostrato in figura 3 nel caso di ostacolo 20 a monte dei sensori.

A titolo di esempio, in figura 4 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 presenza di un ostacolo in un programma memorizzato nel microprocessore del circuito elettronico 17 per il funzionamento della chiave.

In sostanza, durante la misura della coppia la chiave rileva in 23 i valori V1 e V2 forniti dagli elementi sensori 16a e 16b e tali valori sono usati, secondo un sistema noto, anche per il calcolo della coppia. La chiave calcola in 24 la relazione fra i due valori rilevati e se dal test in 25 sul risultato del calcolo deriva che la chiave ha incontrato un ostacolo (in sostanza ad esempio se è V1<V2) la chiave segnala la condizione anomala in 26. Se invece in 25 non risulta un ostacolo, in 27 viene normalmente visualizzata la coppia applicata con la chiave al giunto e così via.

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, se il valore di flessione rilevato dall’elemento sensore più vicino alla estremità anteriore è maggiore del valore di flessione rilevato dall’elemento sensore più lontano dalla estremità anteriore, si può eseguire 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, il valore di tale coppia può essere visualizzato come corretto.

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 (6)

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), se il valore di flessione rilevato dall’elemento sensore più vicino alla estremità anteriore è minore del valore di flessione rilevato dall’elemento sensore più lontano dalla estremità anteriore; e, in caso affermativo, emettere una segnalazione di errore.
2. 2. 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.
3. 3. Metodo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, se il valore di flessione rilevato dall’elemento sensore più vicino alla estremità anteriore è maggiore del valore di flessione rilevato dall’elemento sensore più lontano dalla estremità anteriore, 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).
4. 4. 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); e -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 3.
5. 5. Chiave dinamometrica elettronica (10) secondo rivendicazione 4, 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.
6. 6. Chiave dinamometrica elettronica (10) secondo rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto di comprendere una protezione esterna (21) che circonda un tratto della chiave che contiene gli elementi sensori di flessione (16a, 16b), tale protezione (21) avendo una estremità libera verso l’estremità anteriore della chiave ed essendo vincolata alla chiave in una zona della chiave fra gli elementi sensori di flessione (16a e 16b) e l’impugnatura (13).