IT202000003521A1 - Dispositivo di equilibratura per pezzi in rotazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

DISPOSITIVO DI EQUILIBRATURA PER PEZZI IN ROTAZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di equilibratura per pezzi in rotazione del tipo precisato nel preambolo della prima rivendicazione.

Sono attualmente note diverse tipologie di dispositivi di equilibratura di pezzi in lavorazione.

In particolare, a bordo di dispositivi rotanti, quali macchine utensili o di altri macchinari, sono presenti dei dispositivi di equilibratura atti a mantenere costantemente il centro di massa della porzione rotante in posizione selezionata. Generalmente, il detto centro di massa della porzione rotante ? mantenuto in corrispondenza dell?asse di rotazione, in modo che non si creino forze centrifughe indesiderate.

I detti dispositivi di equilibratura sono, generalmente, inseriti in apparati di equilibratura che comprendono anche mezzi di misurazione degli squilibri, atti a verificare e misurare la presenza di uno squilibrio.

Lo squilibrio ? di conseguenza regolato e annullato, o ridotto al massimo, dal detto dispositivo di equilibratura, vincolato alla porzione in rotazione.

Quest?ultimo comprende, due masse non equilibrate, rispetto all?asse di rotazione del pezzo in rotazione, e quindi comprendenti ognuna uno squilibrio opportunamente identico ossia della stessa massa. Il dispositivo di equilibratura comprende inoltre due motori, uno per ogni massa atti a ruotare le dette masse intorno all?asse di rotazione stesso.

La porzione delle masse non equilibrate influenza il centro di massa della porzione in rotazione.

Infatti, se le stesse masse sono opposte, sfalsate a 180? rispetto all?asse di rotazione, i loro squilibri si annullano reciprocamente e il dispositivo di equilibratura non modifica la posizione del centro di massa dell?insieme costituito dalla porzione in rotazione e dal dispositivo di equilibratura.

Al contrario, se le masse non sono opposte, i loro squilibri non si annullano reciprocamente e il dispositivo equilibratore genera uno squilibrio. Il detto squilibrio a sua volta ? opportunamente realizzato uguale e contrario allo squilibrio della porzione in rotazione, cos? che sia modificata la posizione del centro di massa dell?insieme costituito dalla porzione in rotazione e dal dispositivo equilibratore e sia posizionata lungo l?asse di rotazione o il pi? vicino possibile ad essa.

Le dette masse sono in genere movimentate, rispetto al pezzo in rotazione e per modificare la porzione del centro di massa, tramite motori elettrici e connessioni meccaniche. Come descritto ad esempio nella domanda di brevetto EP-A-2717032 della stessa richiedente.

La domanda di brevetto US-A-17886005 mostra invece delle masse movimentate direttamente dalla porzione fissa.

La domanda di brevetto EP-A-19158944, della stessa richiedente, mostra delle masse di equilibratura movimentate da motori interni alle masse stesse.

La domanda di brevetto EP-A-13156332, della stessa richiedente, mostra delle masse di equilibratura movimentate costituite da fili o nastri avvolgibili intorno a rocchetti posti in posizioni eccentriche rispetto all?asse di rotazione, cos? che, l?avvolgimento e svolgimento intorno a differenti rocchetti comporti un trasferimento di massa e una modifica del centro di massa del dispositivo equilibratore.

La tecnica nota descritta comprende alcuni inconvenienti.

In particolare, i detti dispositivi sono molto complessi e quindi potrebbero essere soggetti a problemi se non costantemente revisionati.

La complessit? e i problemi sono inoltri accentuati dalle notevoli forze in gioco. Infatti i detti pezzi in rotazione possono arrivare a velocit? dell?ordine di grandezza delle decine di migliaia di giri al minuto.

Inoltre, nella domanda di brevetto US-A-17886005 i motori che movimentano le masse eccentriche sono sempre attivi, anche quando le masse non devono essere movimentate, rispetto al pezzo in rotazione. Conseguentemente, il dispositivo pu? comportare notevoli problemi, in particolare se le velocit? di rotazione del pezzo in rotazione sono elevate.

In questa situazione il compito tecnico alla base della presente invenzione ? ideare un dispositivo di equilibratura in grado di ovviare sostanzialmente ad almeno parte degli inconvenienti citati.

Nell'ambito di detto compito tecnico ? un importante scopo dell'invenzione ottenere un dispositivo di equilibratura preciso.

Un altro importante scopo dell'invenzione ? realizzare un dispositivo di equilibratura robusto e duraturo.

Il compito tecnico e gli scopi specificati sono raggiunti da un dispositivo di equilibratura come rivendicato nella annessa rivendicazione 1.

Soluzioni tecniche preferite sono evidenziate nelle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi dell?invenzione sono di seguito chiariti dalla descrizione dettagliata di esecuzioni preferite dell?invenzione, con riferimento agli uniti disegni, nei quali:

la Fig.1 mostra una sezione del dispositivo secondo l?invenzione.

Nel presente documento, le misure, i valori, le forme e i riferimenti geometrici (come perpendicolarit? e parallelismo), quando associati a parole come "circa" o altri simili termini quali "pressoch?" o "sostanzialmente", sono da intendersi come a meno di errori di misura o imprecisioni dovute a errori di produzione e/o fabbricazione e, soprattutto, a meno di un lieve scostamento dal valore, dalla misura, dalla forma o riferimento geometrico cui ? associato. Ad esempio, tal i termini, se associati a un valore, indicano preferibilmente uno scostamento non superiore al 10% del valore stesso.

Inoltre, quando usati, termini come ?primo?, ?secondo?, ?superiore?, ?inferiore?, ?principale? e ?secondario? non identificano necessariamente un ordine, una priorit? di relazione o posizione relativa, ma possono essere semplicemente utilizzati per pi? chiaramente distinguere tra loro differenti componenti.

Salvo diversamente specificato, come risulta dalle seguenti discussioni, si considera che termini come "trattamento", "informatica", "determinazione", "calcolo", o simili, si riferiscono all'azione e/o processi di un computer o simile dispositivo di calcolo elettronico che manipola e/o trasforma dati rappresentati come fisici, quali grandezze elettroniche di registri di un sistema informatico e/o memorie in, altri dati similmente rappresentati come quantit? fisiche all'interno di sistemi informatici, registri o altri dispositivi di memorizzazione, trasmissione o di visualizzazione di informazioni.

Le misurazioni e i dati riportati nel presente testo sono da considerarsi, salvo diversamente indicato, come effettuati in Atmosfera Standard Internazionale ICAO (ISO 2533:1975).

Con riferimento alle Figure, il dispositivo di equilibratura secondo l'invenzione ? globalmente indicato con il numero 1.

Esso ? opportunamente parte di un apparato di equilibratura 200, in seguito descritto.

Il dispositivo di equilibratura 1 definisce un asse centrale 1a ed, in uso, ? almeno parzialmente vincolato ad un pezzo in rotazione 100.

Detto pezzo in rotazione 100 ? preferibilmente costituito dal rotore di una macchina utensile o da altri dispositivi e definisce un asse di rotazione 100a.

Il dispositivo di equilibratura 1 ? preferibilmente vincolabile al pezzo in rotazione 100, in modo che l?asse centrale 1a coincida sostanzialmente con l?asse di rotazione 100a. Esso ha lo scopo di eliminare gli squilibri del sistema comprendente il dispositivo di equilibratura 1 stesso e il pezzo in rotazione 100. Tali squilibri sono eliminati quando il centro di massa del sistema dispositivo di equilibratura 1 e pezzo in rotazione 100 giace lungo l?asse di rotazione 100a.

Il dispositivo di equilibratura 1 comprende, preferibilmente, almeno una massa eccentrica 2, e pi? preferibilmente due masse eccentriche 2, ognuna ruotabile indipendentemente intorno all?asse centrale 1a e non equilibrata rispetto allo stesso asse centrale 1a.

Le masse eccentriche 2 sono ad esempio costituite da due elementi anulari, con asse lungo l?asse centrale 1a, aventi delle porzioni asimmetricamente scaricate o appesantite o simili.

Il dispositivo di equilibratura 1 comprende, preferibilmente, anche almeno un motore di equilibratura 3, preferibilmente uno per ogni massa 2, pi? preferibilmente due motori 3, atto a ruotare ognuno una massa eccentrica 2, rispetto al pezzo in rotazione 100 intorno all?asse centrale 1a. Il motore 3 ? anche atto a ruotare la massa eccentrica 2 rispetto alla restante parte del dispositivo di equilibratura 1. Il motore di equilibratura 3 ? preferibilmente un motore elettrico, pi? preferibilmente trifase, a magneti permanti, detto anche motore brushless e di per se noto al tecnico del ramo.

Ogni motore di equilibratura 3 comprendente, preferibilmente, uno statore 30 ed un rotore 31, e, preferibilmente, il rotore 31 ? solidale ad una massa eccentrica 2. Pi? nei dettagli il rotore 31 comprende magneti permanenti, preferibilmente presenti in numero di coppie di magneti con poli differenti preferibilmente maggiore di 1. I detti magneti sono preferibilmente disposti nella porzione esterna del rotore 31. Lo statore 30 comprende, preferibilmente, degli avvolgimenti elettromagnetici, quali bobine e simili, distribuite o concentrate, di per loro note. Esso ? preferibilmente esterno al rotore 31. Il numero degli avvolgimenti elettromagnetici ? opportunamente definito in base alle coppie di magneti permanenti presenti sul rotore.

Preferibilmente, lo statore 30 ? fisso e non ruota con detto pezzo in rotazione 100. Ad esempio ? fisso al suolo o ad altri supporti e non ruota durante la rotazione del pezzo 100.

In un esempio differente, invece, lo statore 30 ? solidale al pezzo in rotazione 100. Il rotore 31, invece, ? sempre solidale al pezzo in rotazione 100 ad eccezione dei momenti nei quale deve variare la posizione delle masse eccentriche 2 per equilibrare il pezzo in rotazione 100.

Lo statore 30 comprende inoltre delle connessioni elettriche 32 tra gli avvolgimenti elettromagnetici 30a (ad esempio in configurazione distribuita o concentrata) e una sorgente di energia elettrica, preferibilmente alternata, pi? preferibilmente trifase. Il dispositivo di equilibratura 1 comprende, inoltre, primi mezzi di rilevamento 4 della posizione angolare del rotore complessivo e preferibilmente anche secondi mezzi di rilevamento 41 di ogni massa rotante 2 preferibilmente rispetto allo statore 30. Essi sono di per loro noti e costituiti ad esempio da sensori ad effetto Hall oppure da un encoder di per se noto al tecnico del ramo od altro ancora. Ad esempio, in caso di impiego di sensori ad effetto Hall: un primo e un secondo sensore di Hall sono posizionati rispettivamente in corrispondenza di ciascun statore 30 e sono atti ciascuno a rilevare un corrispondente magnete o altro opportuno riferimento posto sul rotore 31 o sulle masse 2. Un terzo sensore di Hall, sempre solidale al corpo di statore (o opportunamente disponibile sullo statore di tutto il sistema incluso il macchinario ospite) ? atto a rilevare un corrispondente magnete o altro opportuno riferimento che ruoti solidale con l?asse 1a o 100. Essi comprendono inoltre opportune connessioni elettriche 42.

Il dispositivo di equilibratura 1 comprende, inoltre, preferibilmente, cuscinetti rotazionali 5, introno all?asse centrale 1a, atti a connettere le massa eccentrica 2, ognuna con un cuscinetto 5 indipendente, con il pezzo in rotazione 100 o con porzioni ad esso solidale.

Il dispositivo di equilibratura 1 definisce, quindi, una porzione statorica 1b. Detta porzione statorica 1b comprende, preferibilmente, lo statore 30, le connessioni elettriche 32, parte dei mezzi di rilevamento 4, 41 fissi, relative connessioni 42 e un primo involucro 6, atto a racchiudere gli elementi che formano la porzione statorica 1b. Il primo involucro 6 ? preferibilmente dotato di una sede centrale 6a, cava e preferibilmente cilindrica o a settore cilindrico.

Il dispositivo di equilibratura 1 definisce, inoltre, una porzione rotorica 1c. Essa comprende, preferibilmente, il rotore 31, le masse eccentriche 2, i cuscinetti rotazionali 5, parte dei mezzi di rilevamento 4, 41 mobili, e relative connessioni ed un secondo involucro 7, atto a contenere i detti elementi. Il secondo involucro 7 ? preferibilmente inserito, in uso, all?interno della sede centrale 6a, cava e preferibilmente cilindrica o a settore cilindrico.

L?involucro 7 ha preferibilmente il compito di rendere stagno e protetto tutto il gruppo rotorico.

Preferibilmente non c?? un diretto contatto tra le porzioni 6 e 7 ma un cuscinetto d?aria, preferibilmente di alcuni decimi di millimetro. Esso pu? inoltre comprendere una seconda sede 7a per una porzione del pezzo in rotazione 100.

Il dispositivo di equilibratura 1 comprende, inoltre, preferibilmente, mezzi di bloccaggio 9, atti a bloccare, preferibilmente per attrito le due masse eccentriche 2 quando non sollecitate dai motori 3. Preferibilmente essi agiscono in direzione assiale 1a. Essi possono essere costituiti da uno o pi? elementi di spinta agenti in direzione assiale o simili, oppure realizzati con elementi magnetici.

Il dispositivo di equilibratura 1 comprende, inoltre, preferibilmente, mezzi di rilevamento dello squilibrio 203, preferibilmente costituiti da elementi piezoelettrici di per loro noti. Essi sono preferibilmente posti all?interno del dispositivo 1 e possono essere solidali all?involucro 6.

Il dispositivo di equilibratura 1 comprende inoltre, preferibilmente, un sensore di contatto 8 del pezzo in rotazione 100 con un pezzo in lavorazione, specie se il pezzo in rotazione ? un utensile quale una mola o simile.

Il dispositivo di equilibratura 1 comprende inoltre, preferibilmente, un sensore 4 di rilevamento della posizione o sensore di prossimit? tra il rotore e lo statore.

L?apparato di equilibratura 200 comprende, quindi, il detto dispositivo equilibratore 1 e, preferibilmente, mezzi di alimentazione elettrica 201, connessi alle dette connessioni elettriche 32 e 42 e mezzi di connessione dati di tipo cablato o wireless. Esso comprende, inoltre, preferibilmente, mezzi di controllo 202, atti a ricevere le informazioni, trasmetterle ed a comandare i motori 3.

Il funzionamento del dispositivo equilibratore 1, e dell?apparato di equilibratura 200, precedentemente descritti in termini strutturali ? il seguente.

Esso definisce un nuovo procedimento di equilibratura.

Nei dettagli, la porzione rotorica 1c, in particolare tramite il secondo involucro 7 ? vincolata solidalmente ad un albero del pezzo in rotazione 100, in modo che l?asse centrale 1a coincida sostanzialmente con l?asse di rotazione 100a.

La porzione rotorica 1c ? inoltre inserita nella sede centrale 6a del primo involucro 6, e i quindi in connessione funzionale con la porzione statorica 1b e il sistema di sensori di prossimit? percepisce il corretto posizionamento degli elementi.

Quando il pezzo in rotazione 100 ? avviato, i mezzi di bloccaggio 9 mantengono le masse eccentriche 2 fisse rispetto al rotore 31 ed al pezzo in rotazione 100. Le masse 2 ed il rotore 31 sono quindi trascinati dal pezzo in rotazione 100 e hanno quindi la stessa velocit? di rotazione di quest?ultimo.

Inizialmente, ad esempio se il pezzo in rotazione ? equilibrato, le due masse eccentriche 2 sono sfalsate a 180?, in modo che il dispositivo di equilibratura 1 sia anch?esso equilibrato ed anche l?insieme dei due oggetti. Oppure le masse 2 sono in posizione di partenza nella quale mantengono il pezzo 100 equilibrato.

Se nel pezzo in rotazione 100 avviene uno squilibrio, i mezzi di rilevamento dello squilibrio 203 lo percepiscono, misurano e lo inviano ai mezzi di controllo 202.

Questi ultimi, preferibilmente, conoscendo la posizione delle masse eccentriche 2, tramite i mezzi di rilevamento 4, 41, e la posizione ed entit? dello squilibrio, tramite i mezzi di rilevamento dello squilibrio 203, calcolano la posizione che le masse eccentriche 2 devono assumere e il verso e l?angolo di rotazione, introno all?asse centrale 1a, che devono attuare le masse 2, per equilibrare l?insieme costituito dal pezzo in rotazione 100 e dal dispositivo 1.

Per movimentare le masse eccentriche 2, i mezzi di controllo 202 acquisiscono, tramite i primi mezzi di rilevamento 4, la velocit? del rotore 31 e comandano, ottenendo ad esempio un controllo vettoriale, alle o alla massa eccentrica 2 una velocit?, rispetto allo statore 30, di poco superiore o inferiore a tale velocit? del rotore 31, in modo che la massa eccentrica 2 si sfasi di una distanza angolare pari al massimo a mezzo giro rispetto al resto del rotore 31. Tale velocit? ? comandata selezionando la rispettiva alternanza di alimentaizone elettrica agli avvolgimenti elettromagnetici dello statore 30.

Sostanzialmente, i mezzi di controllo 202 comandano i mezzi di alimentazione elettrica 201 e, attraverso le connessioni elettriche 32, i motori di equilibratura 3 di una o di entrambe le masse eccentriche 2 disponendole, rispetto alla posizione del resto del rotore 31, nella posizione richiesta, ossia, preferibilmente, finch? lo squilibrio del dispositivo equilibratore 1 non ? uguale e contrario allo squilibrio del pezzo 100, in maniera tale da equilibrarlo. Raggiunta la posizione ideale il comando elettrico viene spento.

Le masse eccentriche 2, in seguito a tale movimentazione, rimangono bloccate dai mezzi di bloccaggio 9 e continuano ad essere trascinate con il rotore 31 dal pezzo in rotazione 100.

Il dispositivo equilibratore 1 secondo l?invenzione consegue importanti vantaggi. Infatti, il dispositivo equilibratore ? semplice e robusto, visto che i motori sono di tipo brushless e quindi non soggetti ad usura. Esso pu? quindi essere disposto anche a bordo di organi rotanti che superano le decine di migliaia di giri al minuto.

Per le stesse ragioni esso ? anche economico.

Lo stesso dispositivo 1 ? inoltre molto preciso, visto che pu? movimentare le masse di frazioni sub-micrometriche.

Le due masse possono inoltre essere movimentate in entrambe i sensi, visto che possono assumere una velocit? selezionata.

L?invenzione ? suscettibile di varianti rientranti nell'ambito del concetto inventivo definito dalle rivendicazioni.

In tale ambito tutti i dettagli sono sostituibili da elementi equivalenti ed i materiali, le forme e le dimensioni possono essere qualsiasi.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di equilibratura (1) per pezzo in rotazione (100), - detto pezzo in rotazione (100) definendo un asse di rotazione (100a), - detto dispositivo di equilibratura (1) definendo un asse centrale (1a) ed essendo almeno parzialmente vincolabile a detto pezzo in rotazione (100) in modo che detto asse centrale (1a) coincida sostanzialmente con detto asse di rotazione (100a), e comprendendo: - almeno una massa eccentrica (2) ruotabile intorno a detto asse centrale (1a) e non equilibrata rispetto a detto asse centrale (1a), - almeno un motore di equilibratura (3), atto a ruotare detta massa eccentrica (2), rispetto a detto pezzo in rotazione (100) intorno a detto asse centrale (1a), ed essendo caratterizzato dal fatto che: - detto motore di equilibratura (3) ? un motore elettrico a magneti permanenti comprendente uno statore (30) ed un rotore (31), e - detto rotore (31) ? solidale a detta massa eccentrica (2).
2. 2. Dispositivo di equilibratura (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto statore (30) ? fisso e non ruota con detto pezzo in rotazione (100).
3. 3. Dispositivo di equilibratura (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto statore (30) ? solidale a detto pezzo in rotazione (100).
4. 4. Dispositivo di equilibratura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto rotore (31) comprende magneti permanenti.
5. 5. Dispositivo di equilibratura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi di rilevamento (4, 41) della posizione angolare del rotore (30).
6. 6. Dispositivo di equilibratura (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui detti mezzi di rilevamento (4, 41) comprendono sensori ad effetto Hall.
7. 7. Dispositivo di equilibratura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi di rilevamento dello squilibrio (203).
8. 8. Dispositivo di equilibratura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto rotore (31) ? azionato da detto motore di equilibratura (3) alla stessa velocit? di detto pezzo in rotazione (100) quando non ? necessaria un?operazione di equilibratura di detto pezzo in rotazione.
9. 9. Procedimento di equilibratura, attuato su un dispositivo di equilibratura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto rotore (31) ? azionato trascinato da detto pezzo in rotazione (100) quando non ? necessaria un?operazione di equilibratura di detto pezzo in rotazione (100).
10. 10. Procedimento di equilibratura secondo la rivendicazione precedente, in cui, per l?equilibratura, ? calcolata la posizione che dette masse eccentriche (2) devono assumere e il verso e l?angolo di rotazione, introno a detto asse centrale (1a), che devono attuare dette masse (2) per equilibrare l?insieme costituito da detto pezzo in rotazione (100) e da detto dispositivo di equilibratura (1), ed ? quindi movimentata detta massa eccentrica (2) acquisendo la velocit? di detto rotore (31) e comandando a detta massa eccentrica (2) una velocit?, rispetto a detto statore (30), superiore o inferiore alla velocit? di detto rotore (31), in modo che detta massa eccentrica (2) si sfasi della una distanza angolare calcolata.