IT202000015742A1 - Dispositivo equilibratore per pezzi in rotazione - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
DISPOSITIVO EQUILIBRATORE PER PEZZI IN ROTAZIONE
La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo equilibratore per pezzi in rotazione del tipo precisato nel preambolo della prima rivendicazione.
Sono attualmente note diverse tipologie di dispositivi equilibratori di pezzi in rotazione.
In particolare, a bordo di dispositivi rotanti, quali macchine utensili o di altri macchinari, sono presenti dei dispositivi equilibratori 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 equilibratori 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 equilibratore, 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 equilibratore comprende, inoltre, due motori, uno per ogni massa atti a ruotare le dette masse intorno all?asse di rotazione stesso.
La posizione 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 equilibratore non modifica la posizione del centro di massa dell?insieme costituito dalla porzione in rotazione e dal dispositivo equilibratore.
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.
Essi sono inoltre molto soggetti ad usura.
Un ulteriore inconveniente ? dato dal fatto che non ? possibile miniaturizzare molto sistemi cos? complessi.
La complessit? e i problemi sono inoltre 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.
In questa situazione il compito tecnico alla base della presente invenzione ? ideare un dispositivo equilibratore 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 equilibratore che sia semplice e robusto.
Un altro importante scopo dell'invenzione ? realizzare un dispositivo equilibratore che sia preciso.
Non ultimo scopo dell'invenzione ? realizzare un dispositivo equilibratore che sia economico.
Il compito tecnico e gli scopi specificati sono raggiunti da un dispositivo equilibratore 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 uno schema del dispositivo equilibratore 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, tali 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 equilibratore secondo l'invenzione ? globalmente indicato con il numero 1.
Esso ? opportunamente parte di un apparato di equilibratura, in seguito descritto, comprendente un pezzo in rotazione 10. Detto pezzo in rotazione 10 ? preferibilmente costituito dal rotore di una macchina utensile, ad esempio una mola o simili, o da altri dispositivi e definisce un asse di rotazione 10a.
Il dispositivo equilibratore 1 comprende una porzione fissa 2, preferibilmente fissa ad esempio rispetto al suolo, ed una porzione mobile 3, preferibilmente ruotabile e definente un asse centrale 3a.
La porzione mobile 3 ? preferibilmente vincolabile solidalmente al pezzo in rotazione 10 in modo che l?asse centrale 3a coincida sostanzialmente con detto asse di rotazione 10a.
Il dispositivo equilibratore 1 ha lo scopo di eliminare gli squilibri del sistema comprendente la porzione mobile 3 del dispositivo equilibratore 1 e il pezzo in rotazione 10. Tali squilibri sono eliminati quando il centro di massa del sistema porzione mobile 3 e pezzo in rotazione 10 giace lungo l?asse di rotazione 10a. La porzione mobile 3 comprende preferibilmente almeno una massa eccentrica 30 ruotabile intorno all?asse centrale 3a, e pi? preferibilmente due masse eccentriche 30, e non equilibrate rispetto all?asse centrale 3a. Ogni massa eccentrica 30 ? preferibilmente ruotabile, indipendentemente dall?altra massa e dal resto della porzione mobile 3 intorno all?asse centrale 3a.
Le masse eccentriche 3 sono ad esempio costituite da due elementi anulari, con asse lungo l?asse centrale 3a, aventi delle porzioni asimmetricamente scaricate o simili. Il dispositivo equilibratore 1 comprende, inoltre, preferibilmente mezzi di movimentazione 4 delle singole masse eccentriche 30, atti a ruotare intorno all?asse centrale 3a a le singole masse eccentriche 30, rispetto alle altre masse eccentriche 30 e alla rimenante parte della porzione mobile 3, solidale al pezzo in rotazione 10. I mezzi di movimentazione 4 comprendono preferibilmente un freno magnetico 40. Come noti, i freni magnetici, utilizzati per treni ad alta velocit? e simili, quindi in campi della tecnica completamente diversi dal presente, utilizzano il fenomeno delle correnti parassite.
Le correnti parassite sono delle correnti indotte in un conduttore che si trova immerso in un campo magnetico variabile. Detta variazione pu? essere causata dalla movimentazione reciproca tra il campo magnetico e il detto conduttore. Il campo magnetico variabile genera la circolazione di elettroni nel conduttore, in accordo con la legge di Faraday. Questi elettroni, quindi questa corrente elettrica in movimento, generano a loro volta un campo magnetico in direzione opposta alla variazione del campo magnetico applicato che si oppone alla detta movimentazione reciproca tra il campo magnetico e il conduttore. Tale opposizione ? la forza alla base del funzionamento dei freni magnetici.
Il freno magnetico 40 comprende, preferibilmente, almeno una porzione conduttiva 41, in materiale conduttivo, ed almeno una porzione magnetica 42 atta a creare un campo magnetico agente sulla porzione conduttiva 41.
Una delle due porzioni 41 e 42, e preferibilmente la porzione conduttiva 41 ? preferibilmente solidale alla massa eccentrica 30 e, pi? preferibilmente ancora la porzione conduttiva 41 coincide con la massa eccentrica 30, ad esempio la massa eccentrica ? in metallo ad alta conduttivit? quale in materiale metallico includente prevalentemente alluminio o rame.
In un esempio preferito la porzione conduttiva 41 coincidente con la massa eccentrica 30 comprende una porzione periferica 41a e una porzione centrale 41b. La porzione periferica 41a definisce l?anello periferico della massa eccentrica 30 ed ? preferibilmente in rame o in alluminio od in un materiale non ferromagnetico e ad alta conduttivit? essa ha inoltre preferibilmente uno spessore inferiore ad un cm, pi? preferibilmente inferiore a 5 mm, pi? preferibilmente ancora compreso tra 1 mm e 5 mm. La porzione centrale 41b preferibilmente confina con la porzione periferica 41a verso l?interno della massa 30 ed ha uno spessore maggiore. Essa ? preferibilmente in materiale ferromagnetico, pi? preferibilmente in acciaio ferromagnetico o ferro o simile. Tali materiali, forme e dimensioni massimizzano sorprendentemente, l?efficienza del dispositivo 1, massimizzando l?effetto del freno magnetico.
Preferibilmente, l?altra delle porzioni 41 e 42, e pi? preferibilmente la porzione magnetica 42, ? fissa rispetto alla rotazione del pezzo 50. Pi? preferibilmente, sono presenti due porzioni magnetiche 42, una per ogni massa, oppure una sola mobile in direzione dell?asse centrale 3a.
La porzione magnetica 42 comprende, in un primo esempio preferito, un magnete permanente 43, ad esempio al neodimio, e mezzi di regolazione 44 della distanza tra il magnete permanente 43 e la porzione conduttiva 41.
I mezzi di regolazione 44 possono definire una traiettoria giacente, almeno in parte in direzione radiale rispetto all?asse centrale 3a. I mezzi di regolazione 44 possono inoltre comprendere un motore elettrico o simili.
In un secondo esempio preferito, non illustrato nelle figure, la porzione magnetica 42 comprende un elettromagnete, preferibilmente di forma anulare o settore anulare e disposto intorno a dette masse eccentriche.
In un terzo esempio, la porzione magnetica 42 comprende un elettromagnete realizzato da almeno una bobina avente un asse radiale rispetto all?asse centrale 3a. In tal caso i mezzi di regolazione 44 possono essere presenti o meno. Pi? preferibilmente, le dette bobine sono pi? di una, preferibilmente in numero compreso tra due e otto, pi? preferibilmente quattro. Esse sono preferibilmente disposte a intervalli circonferenziali costanti intorno all?asse 3a.
Per consentire la movimentazione tramite il freno magnetico 40, le masse eccentriche 30 sono preferibilmente vincolate alla rimanente parte della porzione mobile 3, o direttamente al pezzo in rotazione 10, tramite un cuscinetto rotazionale ad attrito non nullo 31, quale un cuscinetto polimerico o simile. Tale, cuscinetto 31 vincola con sufficiente resistenza le masse 30 alla rimanente parte della porzione mobile 3 da supportare le accelerazioni rotazionali del pezzo in rotazione 10, e, nello stesso tempo, consente al freno magnetico 40 di movimentare, frenandola, la massa eccentrica 30 rispetto alla rimanente parte della porzione mobile 3.
All?interno del dispositivo 1 sono preferibilmente presenti sensori di rilevamento della posizione angolare di ciascuna massa eccentrica 30, allo scopo di agevolare il procedimento di equilibratura.
L?apparato di equilibratura comprendente il detto dispositivo equilibratore 1 e, preferibilmente mezzi di rilevamento dello squilibrio, quali accelerometri di per loro noti che possono essere inseriti nel dispositivo 1 o meno, un sensore di sincronismo per il rilevamento di rotazione dell?asse 10a, mezzi di alimentazione elettrica, connessi ai motori elettrici o elettromagneti citati, mezzi di controllo, atti a ricevere le informazioni, trasmetterle ed a comandare i mezzi di movimentazione 4 e gli altri elementi. L?apparato di equilibratura pu? inoltre comprendere mezzi sensori atti a percepire il contatto tra pezzo in rotazione 10 girevole e pezzo in lavorazione, in particolare quando il primo ? costituito da una mola o da un simile utensile.
Il funzionamento del dispositivo equilibratore 1, e dell?apparato di equilibratura, precedentemente descritti in termini strutturali ? il seguente.
Esso definisce un nuovo procedimento di movimentazione di una massa eccentrica 30, intorno ad un asse centrale 3a, per modificare il centro di massa di un pezzo in rotazione 10. In tale procedimento la massa eccentrica 30 ? preferibilmente movimentata tramite frenatura magnetica, operata preferibilmente da mezzi di movimentazione 4 comprendenti preferibilmente un freno magnetico 40 di tipo preferibilmente precedentemente descritto.
Il procedimento avviene preferibilmente tramite il dispositivo equilibratore 1 precedentemente descritto e, preferibilmente tramite l?apparato di equilibratura precedentemente descritto.
Nei dettagli, la porzione mobile 3 del dispositivo equilibratore 1 ? vincolata solidalmente, ad un albero del pezzo in rotazione 10, in modo che l?asse centrale 3a coincida sostanzialmente con l?asse di rotazione 10a.
Inizialmente, se il pezzo in rotazione ? equilibrato, le due masse eccentriche 30 sono sfalsate a 180?, in modo che il dispositivo equilibratore 1 sia anch?esso equilibrato ed anche l?insieme dei due oggetti.
Se, nel pezzo in rotazione 10 avviene uno squilibrio, i mezzi di rilevamento dello squilibrio lo percepiscono, misurano e lo inviano ai mezzi di controllo.
Questi comandano i mezzi di movimentazione 4 che aumentano il campo magnetico in corrispondenza delle masse eccentriche 30.
In particolare, un magnete permanente 43 ? avvicinato, tramite i mezzi di regolazione 44 alla porzione conduttiva 41 costituita dalla massa eccentrica 30. In alternativa, o in aggiunta, l?elettromagnete crea un campo magnetico pi? o meno forte in prossimit? della massa eccentrica 30.
Le correnti parassite create dal campo magnetico formato dal magnete permanente 43, creano un movimento di corrente lungo la massa eccentrica 30 che si oppone al movimento reciproco tra magnete permanente 43 e massa eccentrica 30. Essendo quest?ultima in movimento rotazionale introno all?asse 10a, la stessa viene frenata e varia posizione angolare rispetto al resto della porzione mobile 3, grazie al suo trascinamento rotativo introno al cuscinetto 31.
Le masse eccentriche 30 sono quindi ruotate finch? lo squilibrio del dispositivo equilibratore 1 non ? uguale e contrario allo squilibrio del pezzo 10, in maniera tale da equilibrarlo.
Se il campo magnetico viene ridotto, ad esempio allontanando il magnete permanente 43 dalla massa eccentrica 30 o diminuendo il campo magnetico dell?elettromagnete, le correnti parassite diminuiscono la loro intensit? ed il campo magnetico diminuisce la suo forza. La massa eccentrica 30 torna quindi ad essere solidale alla rimanente parte della porzione mobile 3 ed al pezzo in rotazione 10. Il dispositivo equilibratore 1 secondo l?invenzione consegue importanti vantaggi. Infatti, il dispositivo equilibratore ? semplice e robusto, non includendo complessi motori rotazionali e simili. Esso pu? quindi essere disposto anche a bordo di elementi in rotazione che superano le decine di migliaia di giri al minuto.
Per le stesse ragioni esso ? molto economico.
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. Dispositivo equilibratore (1) per pezzo in rotazione (10),
- detto pezzo in rotazione (10) definendo un asse di rotazione (10a),
- detto dispositivo equilibratore (1) comprendendo:
- una porzione fissa (2),
- una porzione mobile (3) definente un asse centrale (3a), detta porzione mobile (3)
- essendo vincolabile a detto pezzo in rotazione (10) in modo che detto asse centrale (3a) coincida sostanzialmente con detto asse di rotazione (10a), e
- comprendendo almeno una massa eccentrica (30) ruotabile intorno a detto asse centrale (3a) e non equilibrata rispetto a detto asse centrale (3a),
- mezzi di movimentazione (4) di detta almeno una massa eccentrica (30), atti a ruotare detta massa eccentrica (30), rispetto a detto pezzo in rotazione (10) intorno a detto asse centrale (3a),
e caratterizzato dal fatto che detti mezzi di movimentazione (4) comprendono un freno magnetico (40),
detta massa eccentrica (30) comprende una porzione periferica (41a), in materiale non ferromagnetico ad elevata conduttivit?, e una porzione centrale (41b), in materiale ferromagnetico.
2. Dispositivo equilibratore (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto freno magnetico (40) comprende almeno una porzione conduttiva (41), in materiale conduttivo, ed almeno una porzione magnetica (42) atta a creare un campo magnetico agente su detta massa eccentrica (30).
3. Dispositivo equilibratore (1) secondo la rivendicazione 2, in cui detta porzione conduttiva (41) ? solidale a detta massa eccentrica (30) e detta porzione magnetica (42) ? fissa rispetto alla rotazione intorno a detto asse di rotazione (10a).
4. Dispositivo equilibratore (1) secondo la rivendicazione 3, in cui detta porzione conduttiva (41) coincide con detta massa eccentrica (30).
5. Dispositivo equilibratore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-5, in cui detta porzione magnetica (42) comprende almeno un elettromagnete.
6. Dispositivo equilibratore (1) secondo la rivendicazione 5, con asse in direzione radiale rispetto a detto asse centrale (3a).
7. Dispositivo equilibratore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-6, in cui detta porzione magnetica (42) comprende un magnete permanente (43) e mezzi di regolazione (44) della distanza tra detto magnete permanente (43) e detta porzione conduttiva (41).
8. Dispositivo equilibratore (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui detti mezzi di regolazione (44) comprendono un motore elettrico.
9. Macchina utensile comprendente un dispositivo equilibratore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
10. Procedimento di movimentazione di una massa eccentrica (30), intorno ad un asse centrale (3a), per modificare il centro di massa di un pezzo in rotazione (10), detta massa eccentrica (30) essendo movimentata tramite frenatura magnetica.
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