IT202100031580A1 - Metodo per determinare l'usura di una cinghia - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?METODO PER DETERMINARE L'USURA DI UNA CINGHIA?

La presente invenzione ? relativa ad un metodo per determinare l?usura di una cinghia.

Il brevetto DE19921224 descrive una tecnica che permette di rilevare e memorizzare un segnale iniziale relativo ad una cinghia, ottenuto tramite induzione magnetica per tutta la lunghezza della cinghia stessa, e di utilizzare poi tale segnale iniziale come termine di riferimento che viene confrontato con il risultato di rilevamenti successivi, al fine di determinare se ci sono scostamenti rilevanti. La presenza di tali scostamenti ? indice del fatto che sono emersi difetti o rotture nella cinghia durante il suo utilizzo e quindi che ? necessaria una sua sostituzione.

? sentita l?esigenza di applicare le tecniche di rilevamento di induzione magnetica per poter determinare il grado di usura di una cinghia, per monitorare tale grado di usura progressivamente durante l?uso della cinghia. In particolare, ? sentita l?esigenza di monitorare il grado di usura in modo continuo durante la vita operativa della cinghia, in modo relativamente semplice.

Scopo della presente invenzione ? quello di fornire un metodo per determinare l?usura di una cinghia che consenta di assolvere in maniera semplice ed economica alle esigenze sopra esposte.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo come definito nella rivendicazione 1, ed una apparecchiatura come definita nella rivendicazione 8.

L'invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 ? una vista schematica di una apparecchiatura per determinare l?usura di una cinghia secondo il metodo della presente invenzione;

- le figure 2 e 3 mostrano una porzione della cinghia, in una condizione iniziale della vita operativa e rispettivamente in una condizione usurata dopo un dato tempo di utilizzo.

In figura 1, il numero di riferimento 1 indica un impianto a cinghia, che pu? essere utilizzato per la trasmissione di potenza, per il convogliamento o il trasporto di prodotti, ecc?

L?impianto 1 comprende una struttura di supporto 1a (parzialmente e schematicamente illustrata) e due ruote di trasmissione 2, supportate dalla struttura 1a. Una delle ruote 2 ? condotta, mentre l?altra ? motrice, essendo quest?ultima azionata da un dispositivo motore 2a (direttamente o tramite l?interposizione di una trasmissione) portato anch?esso dalla struttura 1a in modo non illustrato in dettaglio.

L'impianto 1 comprende, inoltre, una cinghia 3 che ? avvolta sulle ruote 2 in modo da essere trascinata in movimento lungo un percorso, azionando il dispositivo 2a. Nel particolare esempio illustrato, la cinghia 3 forma un anello continuo. Secondo una variante non illustrata, la cinghia 3 forma un segmento le cui estremit? opposte sono accoppiate rispettivamente alle ruote 2. Secondo varianti non illustrate, la cinghia 3 ? montata su un impianto avente una sola ruota di trasmissione, ad esempio un impianto ascensore.

Come mostrato nelle figure 2 e 3, la cinghia 3 si estende lungo un asse 4 longitudinale, ? flessibile in modo da poter seguire percorsi curvi ed ? delimitata da una faccia di dorso 7, da due facce laterali, opposte tra loro e trasversali alla faccia 7, e da una superficie frontale di trascinamento 9, la quale ? opposta alla faccia 7 ed ? atta ad impegnare una superficie esterna 9a delle ruote di trasmissione 2.

Nello specifico esempio illustrato, la cinghia 3 ? una cinghia dentata, per cui la superficie 9 definisce una pluralit? di denti 10 paralleli tra loro e trasversali all?asse 4.

Tuttavia, la presente invenzione si applica al rilevamento dell?usura di tutti i tipi e tutte le forme di cinghia che abbiano un corpo in materiale polimerico o elastomerico in cui possa essere annegato almeno un magnete permanente (ad esempio: cinghie con denti trapezoidali paralleli all?asse 4; cinghie di tipo poli-V; cinghie in cui la superficie 9 definisce una o pi? file longitudinali di protuberanze o sporgenze, distanziate tra loro e definenti anch?esse rispettivi denti; cinghie piatte; cinghie con forma a botte; ecc?). Inoltre, si applica sia al settore del trasporto e movimentazione di articoli, che al settore della trasmissione di potenza, sia al settore ascensoristico.

Come indicato sopra, la cinghia 3 comprende un corpo 12 in materiale polimerico o elastomerico. Preferibilmente, il corpo 12 ? costituito da un unico pezzo di materiale polimerico o elastomerico, ad esempio poliuretano o un elastomero termoplastico. Nell?esempio illustrato, il corpo 12 comprende due porzioni sovrapposte: una porzione a nastro 13, che ha una sezione trasversale sostanzialmente rettangolare, ed una porzione sagomata sporgente 14 che include i denti 10.

In particolare, la faccia 7 e la superficie 9 sono definite direttamente dalle porzioni 13 e, rispettivamente, 14 del corpo 12, senza elementi di copertura. Secondo alternative non illustrate, la faccia 7 e/o la superficie 9 sono definite invece da rivestimenti o strati applicati sul corpo 12.

La cinghia 3 comprende, preferibilmente, una pluralit? di inserti filiformi di rinforzo 16, i quali sono denominati generalmente ?cord?, sono annegati nella porzione 13, sono paralleli alla direzione 4, e sono realizzati in materiale resistente alla trazione, ad esempio in acciaio, aramide, carbonio, fibra di vetro o altre fibre sintetiche, ecc?.

Il magnete menzionato sopra ? indicato dal numero di riferimento 20 ed ? definito da un elemento comprendente materiale ferromagnetico che ? in grado di magnetizzarsi sotto l'azione di un campo magnetico esterno e di restare magnetizzato quando il campo si annulla, diventando cos? un magnete permanente.

Nel particolare esempio illustrato, il magnete 20 ? annegato in uno dei denti 10, ossia in corrispondenza della superficie 9. Secondo alternative non illustrate, il magnete 20 ? annegato in corrispondenza della faccia 7 o in altre zone del dente 10.

In particolare, il magnete 20 ? un prisma o cilindro avente ha una superficie esterna di base 21 che ? disposta a filo con la superficie 9. Secondo varianti non illustrate, la superficie 21 ? disposta in posizione rientrata rispetto alla superficie 9, almeno quando la cinghia 3 ? nuova, ossia deve ancora iniziare la sua vita operativa; in questo caso, il dislivello tra le superfici 9 e 21 pu? essere definito da uno spazio vuoto, oppure pu? essere riempito da materiale della porzione 14 o da un altro materiale.

Il magnete 20 si estende con continuit? lungo un asse 22 che ? ortogonale alla direzione 4. In altre parole, il magnete 20 non ? costituito da pezzi distinti, per cui il monitoraggio dell?usura che verr? descritto nel seguito pu? essere di tipo continuo, e non discreto, al progredire dell?usura. La superficie 21 ha ampiezza e forma che sono costanti lungo l?asse 22; ad esempio, ? una base circolare, ma potrebbe avere eventualmente una sagoma diversa.

Nello specifico, il magnete 20 ? realizzato in plastoferrite o plastoneodimio. Pi? in generale, ? costituito da una matrice o legante in materiale polimerico o elastomerico e da materiale ferromagnetico annegato in tale matrice o legante.

In generale, il materiale del magnete 20 ? scelto in modo tale da avere una resistenza all?abrasione che ? sostanzialmente uguale a quella del materiale della porzione 14 dove ? annegato (il termine ?sostanzialmente? indica una tolleranza pari al 10% in pi? o in meno) in modo da consumarsi allo stesso ritmo del dente 10, durante il normale utilizzo della cinghia 3.

Tale consumo avviene generalmente lungo l?asse 22, come si pu? notare dal confronto tra le figure 2 e 3, che mostrano una situazione iniziale, prima dell?utilizzo della cinghia 3, e rispettivamente una condizione in cui la cinghia 3 ? usurata.

Il magnete 20 viene utilizzato come indicatore dell?usura del dente 10, grazie a tecniche di rilevamento a distanza basate sull?induzione magnetica: in particolare, si determina l?altezza D del magnete 20 lungo l?asse 22 (che corrisponde all?altezza residua del dente 10 dopo un dato tempo di utilizzo, per poter valutare se tale altezza residua ? ancora sufficiente per continuare ad usare la cinghia 3) sulla base del campo magnetico generato dal magnete 20 in corrispondenza di un rilevatore o sonda 25, schematicamente illustrato in figura 1.

La sonda 25 ? supportata dalla struttura 1a in modo non illustrato, in posizione fissa relativamente vicina alla cinghia 3, ma senza contatto con quest?ultima, mentre la cinghia 3 si muove lungo un percorso che coincide con la direzione 4. La sonda 25 ? di tipo di per s? noto, ed ? in grado di rilevare l?induzione magnetica (o una variazione di induzione magnetica) generata dal magnete 20 quando quest?ultimo passa in prossimit? della sonda 25: considerando un dato grado di usura della cinghia 3, e quindi del magnete 20, quest?ultimo genera una induzione magnetica che viene rilevata come grandezza variabile in corrispondenza della sonda 25 in funzione dell?avvicinamento ed allontanamento del magnete 20.

La sonda 25 ? collegata ad una unit? di elaborazione e controllo 26 in modo da inviare a tale unit? 26 un segnale elettrico indicativo dell?induzione magnetica (o della variazione di induzione magnetica) che ? stata rilevata. L?unit? 26 elabora tali segnali, in particolare in modo da filtrarli e determinare un valore di picco, il quale corrisponde ad una distanza minima z del magnete 20 dalla sonda 25.

L?induzione magnetica B diminuisce all?aumentare del consumo del magnete 20 lungo l?asse 22. Dal punto di vista teorico, considerando una forma cilindrica a base circolare, il valore dell?induzione magnetica B, in corrispondenza della distanza minima z, ? :

dove:

Br: induzione magnetica residua o magnetizzazione residua, propria del magnete

D: altezza del magnete

R: raggio del magnete.

Nel caso specifico, il parametro dimensionale R ? costante, dal momento che la sezione trasversale del magnete 20 (in un piano di sezione ortogonale all?asse 22) ? costante lungo l?asse 22.

La distanza minima z tra il sensore e il magnete 20 ? considerata anch?essa costante. Per garantire questa condizione indipendentemente dal consumo, ad esempio la sonda 25 ? disposta di fronte alla faccia 7 definente il dorso della cinghia 3 (e non di fronte alla superficie 9).

Pertanto, si trova questa funzione non lineare tra l?altezza D e il valore di induzione magnetica B che viene rilevato:

dove K1, K2, K3 e K4 sono parametri costanti che dipendono dalle seguenti condizioni:

- il raggio R (o, in modo equivalente, l?area del magnete 20 in sezione trasversale),

- la magnetizzazione residua Br propria del magnete, - la tipologia della cinghia 3 (ad esempio per la natura del materiale dei cord 16, che potrebbe influenzare il valore di induzione magnetica B rilevato dalla sonda 25),

- la distanza minima z tra magnete 20 e sonda 25.

Secondo un aspetto della presente invenzione, l?unit? 26 comunica con una memoria contenente una relazione che correla in modo biunivoco valori di altezza del magnete 20 (e/o del dente 10) con corrispondenti valori del segnale di uscita emesso dalla sonda 25, a parit? di condizioni operative di rilevamento (tipologia, dimensioni e velocit? della cinghia 3, tipologia e posizione della sonda 25, ecc?). Questa relazione memorizzata pu? essere definita, ad esempio, da: un grafico, una mappa, una espressione analitica ottenuta per in via teorica (ad esempio sulla base della funzione scritta sopra), una espressione analitica ottenuta tramite simulazioni a computer, una funzione ottenuta sperimentalmente, una tabella ottenuta sperimentalmente (e contenente, ad esempio, serie di valori che possono essere interpolati), ecc?.

Preferibilmente la suddetta relazione viene determinata tramite prove sperimentali, prima di essere memorizzata, e tali prove sono effettuate su una cinghia campione, identica alla cinghia 3 che dovr? poi essere sottoposta a monitoraggio (ossia, con le medesime caratteristiche di dimensioni, materiale, struttura, ecc?), e nelle stesse condizioni di rilevamento (stessa posizione e tipologia della sonda 25, stessa velocit? relativa, ecc?).

Prima di eseguire questa operazione di caratterizzazione o calibrazione, volta a determinare la relazione da memorizzare e fornire all?unit? 26 per il monitoraggio dell?usura, potrebbero essere opportune prove sperimentali preliminari per ottimizzare il posizionamento/orientamento della sonda 25 rispetto alla cinghia 3 e quindi ottimizzare l?affidabilit? dei rilevamenti.

Grazie alla relazione che ? stata individuata ed ? stata memorizzata, ? possibile eseguire gli effettivi rilevamenti per il monitoraggio dell?usura su un lotto di cinghie 3, che sono uguali tra loro (e alla suddetta cinghia campione). In dettaglio, l?unit? 26 calcola l?altezza residua del magnete (D), o del dente 10, tramite la relazione memorizzata, a partire dai valori del segnale della sonda 25, che sono indicativi dell?induzione magnetica B, ad esempio ad ogni passaggio del magnete 20.

? preferibile che la distanza (z) tra la sonda 25 e il magnete 20 della cinghia 3 sia la pi? piccola possibile durante il monitoraggio (senza arrivare ad essere zero), affinch? il rilevamento abbia una sensibilit? relativamente alta e sia quindi sufficientemente preciso anche quando la magnetizzazione residua (Br) e/o l?altezza residua del magnete 20 sono relativamente basse.

Preferibilmente, l?unit? 26 ? dotata di un opportuno sistema di filtraggio via software, in grado di eliminare i contributi armonici non essenziali per la misura, che possono dar luogo a misure errate nel rilevare il valore di induzione magnetica B ad ogni passaggio del magnete 20.

Preferibilmente, la sonda 25 e l?unit? 26 monitorano continuamente i dati di induzione magnetica B durante il normale utilizzo della cinghia 3 nell?impianto 1, che costituisce una apparecchiatura operativa, senza la necessit? di smontare la cinghia 1 e prevedere una apparecchiatura di test dedicata. In altre parole, la sonda 25 e l?unit? 26 ? integrata direttamente nell?impianto 1 dove la cinghia 3 si consuma per il suo normale utilizzo. Pertanto, i dati rilevati vengono elaborati e convertiti in valori dell?altezza D del magnete 20, in tempo reale, durante il normale utilizzo della cinghia 3, per monitorare l?usura.

Grazie al procedimento appena descritto, ? possibile avere una stima molto accurata dell?altezza del magnete 20 che si riduce progressivamente durante l?uso: nel contempo, tale altezza ? inversamente proporzionale alla quantit? di materiale consumato ed indica direttamente la quantit? di materiale rimanente lungo l?asse 22 prima di arrivare ad una condizione di usura potenzialmente critica per la cinghia 3.

Pi? in dettaglio, preferibilmente, i valori del segnale rilevato dalla sonda 25 e/o i valori dell?altezza residua calcolati, che progressivamente diminuiscono, vengono confrontati in tempo reale con una o pi? soglie, memorizzate nell?unit? 26 e corrispondenti a rispettive condizioni di riferimento dell?usura della cinghia 3. L?unit? 26, ad esempio, ? configurata in modo da emettere uno o pi? segnali di avviso (acustico o visivo) ad un operatore, se una soglia viene raggiunta oppure oltrepassata. Ad esempio i valori relativi all?altezza consumata o all?altezza residua, e/o i segnali di avviso/allarme, possono essere trasmessi a distanza, ad operatori addetti alla manutenzione.

In combinazione o in alternativa a tali segnali, l?unit? 26 comunica con un sistema che controlla la movimentazione della cinghia 3 e fornisce un segnale di arresto che automaticamente inibisce l?azionamento della cinghia 3 (ossia, ferma il dispositivo 2a) se l?altezza residua raggiunge oppure oltrepassa una data soglia di emergenza, ossia raggiunge oppure oltrepassa un limite oltre il quale la cinghia 3 deve essere assolutamente sostituita.

Riassumendo quanto sopra descritto, quindi, l?unit? 26, grazie al software che vi ? installato, ? configurata in modo da:

- acquisire i segnali che sono forniti dalla sonda 25 e che sono indicativi del valore di induzione magnetica B in corrispondenza della sonda 25;

- convertire tali segnali in valori relativi all?altezza residua del magnete 20 e/o del dente 10 e/o della porzione 14; ed

- intervenire con un segnale di allarme (che avvisa l?operatore e/o arresta l?avanzamento della cinghia 3), nel momento in cui i valori rilevati e/o calcolati raggiungono o oltrepassano almeno una soglia predeterminata.

Secondo una variante non illustrata, la sonda 25 e l?unit? 26 sono installati in una apparecchiatura dedicata per eseguire test separatamente dall?impianto 1 (anche se in questo caso ? necessario smontare la cinghia 3 dall?impianto 1 per montarla su tale apparecchiatura di test, per cui non ? possibile eseguire un monitoraggio continuo, ma solo un monitoraggio periodico); in questo contesto, ? anche possibile spostare la sonda 25 rispetto alla cinghia 3, invece di movimentare quest?ultima rispetto alla sonda 25.

Da quanto precede appare evidente come la soluzione proposta consenta di monitorare il consumo della cinghia 3, preferibilmente in modo continuo, sfruttando la naturale correlazione fisica tra il valore di induzione magnetica B e l?altezza D del magnete 20 annegato nella cinghia 3.

La soluzione proposta ? poi relativamente semplice da realizzare ed ? affidabile e accurata per quanto riguarda i risultati ottenuti.

Tramite il monitoraggio continuo sopra descritto, ? anche possibile eseguire una stima o previsione sulla futura durata della cinghia 3, sulla base di dati rilevati all?inizio della vita operativa della cinghia 3 stessa, grazie ad opportuni software di previsione e/o grazie ad opportune statistiche pregresse, memorizzate nell?unit? 26. In questo modo, ? anche possibile programmare in modo efficace gli interventi di manutenzione.

Da quanto precede appare, infine, evidente che al metodo per determinare l?usura della cinghia 3 possono essere apportate modifiche e varianti che non esulano dal campo di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, invece di determinare direttamente l?altezza D, grazie ad una opportuna relazione memorizzata, l?unit? 26 potrebbe essere configurata in modo da determinare e fornire la quantit? di materiale consumato, ad esempio sulla base della diminuzione/sottrazione dei valori di induzione magnetica B rilevati ai vari passaggi successivi del magnete 20.

Inoltre, la sonda 25 pu? essere di vario tipo (sensore ad effetto Hall, bobina di materiale conduttore, GMR, ecc?). Inoltre, la sonda 25 potrebbe avere forme o strutture diverse da quella mostrata a titolo di esempio in figura 1.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1.- Metodo per determinare l?usura di una cinghia (3), la quale comprende:

- un corpo di supporto (12) comprendente una porzione (10) che progressivamente si consuma, durante l?uso, lungo un asse (22);

- almeno un magnete (20) alloggiato in detta porzione (10) in modo da consumarsi insieme a detta porzione (10) lungo detto asse (22) durante l?uso di detta cinghia;

il metodo comprendendo le fasi di:

- movimentare, l?una rispetto all?altra, detta cinghia ed una sonda (25), la quale ? configurata in modo da rilevare una induzione magnetica (B) o una variazione di induzione magnetica per emettere un corrispondente segnale di uscita;

- rilevare almeno un valore di detto segnale di uscita generato dal movimento relativo tra detta sonda e detto magnete (20);

caratterizzato dal fatto di:

- determinare un valore di altezza (D), di detto magnete (20) o di detta porzione (10), lungo detto asse (22), in risposta al valore rilevato di detto segnale di uscita, sulla base di una relazione memorizzata che correla detta altezza a detto segnale di uscita.

2.- Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la fase di movimentazione viene eseguita spostando la cinghia (3) rispetto a detta sonda.

3.- Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui la fase di movimentazione viene eseguita direttamente durante l?uso di detta cinghia (3) su una apparecchiatura operativa, in modo da monitorare detto valore di altezza e quindi il consumo di detto magnete (20) e/o di detta porzione (10) durante tale uso.

4.- Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui la distanza tra detta sonda (25) e detto magnete (20) ? costante indipendentemente dal consumo del magnete (20) lungo detto asse (22).

5.- Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui il valore di altezza che ? stato determinato viene confrontato con almeno una soglia, indicativa di una condizione di usura, in modo tale da fornire un avviso se detta soglia viene oltrepassata o superata.

6.- Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detto avviso definisce un segnale di inibizione utilizzato per fermare detta apparecchiatura.

7.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta relazione, prima di essere memorizzata, ? determinata sulla base di prove sperimentali eseguite su un campione identico a detta cinghia (3).

8.- Apparecchiatura per determinare l'usura di una cinghia (3) secondo il metodo di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti; l'apparecchiatura comprendendo: - una sonda configurata in modo da rilevare una induzione magnetica (B) o una variazione di induzione magnetica ed emettere un corrispondente segnale di uscita;

- mezzi di movimentazione per spostare, l'una rispetto all'altra, detta sonda e detta cinghia;

- una memoria contenente una relazione che correla detto segnale di uscita con una altezza di detto magnete o di detta porzione, lungo detto asse;

- una unit? di elaborazione configurata in modo da determinare valori di altezza di detto magnete (20) o di detta porzione (10), lungo detto asse (22), in risposta a valori rilevati di detto segnale di uscita, sulla base di detta relazione.

9.- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, in cui detta unit? di elaborazione ? configurata in modo da confrontare i valori di altezza che sono stati determinati con almeno una soglia, indicativa di una condizione di usura, in modo tale da fornire un avviso se detta soglia viene oltrepassata o superata.

10.- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 9, in cui i detti mezzi di movimentazione azionano detta cinghia (3) e comprendono almeno una ruota di trasmissione su cui ? avvolta detta cinghia per movimentare detta cinghia (3) lungo un percorso.