IT9067647A1 - Meccanismo ad ingranaggi, particolarmente per far variare i parametri angolari di rotazione di alberi, ad esempio in macchine incartatrici e simili - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Meccanismo ad ingranaggi, particolarmente per far variare i parametri angolari di rotazione di alberi, ad esempio in macchine incartatrici e simili"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale ai meccanismi ad ingranaggi e riguarda in modo specifico un meccanismo ad ingranaggi suscettibile di essere utilizzato per variare i parametri angolari di rotazione (velocità e/o fase) di alberi, ad esempio in macchine confezionatrici e macchine simili.

La presente invenzione costituisce uno sviluppo della soluzione secondo la tecnica nota a cui fanno riferimento le figure 1 e 2.

In tali figure sono indicate rispettivamente con 1, 2 e 3 tre ruote dentate facenti parte di un ingranaggio.

A titolo di riferimento, si può immaginare che la ruota 1 funga da elemento conduttore, essendo calettata su un rispettivo albero conduttore condotto in rotazione (da mezzi motori non illustrati) intorno ad un rispettivo asse X^.

La ruota 2, girevole intorno a un rispettivo asse X^, funge invece da elemento di trasmissione del movimento di rotazione verso la ruota 3, costituente l'elemento condotto dell'ingranaggio, per la trasmissione del movimento ad un rispettivo albero di uscita, girevole intorno ad un asse X .

Con 4 e 5 sono indicati schematicamente due bracci rigidi i quali collegano, rispettivamente, la ruota conduttrice 1 con la ruota di rinvio 2 e la stessa ruota di rinvio 2 con la ruota condotta 3.

Naturalmente, si tratta di una rappresentazione volutamente schematica, intesa ad indicare il fatto che i bracci 4 e 5 operano nel senso di mantenere costanti le distanze che separano, rispettivamente, l'sese X^ dall'asse X^ e lo stesso asse X„ dall'asse X .

Secondo i principi tradizionali della meccanica, il rapporto tra le velocità di rotazione dell'albero condotto associato alla ruota 3 e dell'albero conduttore associato alla ruota 1, in modo inverso, al rapporto fra i diametri delle rispettive ruote 3 e 1.

Oltre a ciò, si ha anche modo di verificare che facendo variare la geometria del meccanismo ad ingranaggi è possibile variare le condizioni di trasmissione del movimento attraverso l'ingranaggio per quanto riguarda la posizione angolare relativa (cosiddetta fase) dell'albero condutto e dell'albero conduttore. Tramite una variazione ciclica di tale fase è inoltre possibile ottenere una variazione altrettanto ciclica della velocità di rotazione dell'albero condotto rispetto al valore medio identificato dal rapporto di trasmissione dell'ingranaggio stesso, ossia dai diametri delle ruote 1 e 3.

In particolare, questo risultato può essere ottenuto montando l'albero su cui è calettata la ruota conduttrice 1 su un equipaggio rotativo suscettibile di impartire a tale albero, dunque alla ruota conduttrice 1 nel suo complesso, una traiettoria orbitale di forma circolare quale quella illustrata con linea tratto e punto ed indicata con T nelle figure 1 e 2.

In questo modo è possibile far variare ciclicamente l'ampiezza dell'angolo definito dai bracci 4 e 5, snodati fra loro in corrispondenza dell'asse della ruota di rinvio 2. In particolare, nelle figure 1 e 2 sono indicati con ' ed due valori, sostanzialmente coincidenti con il valore minimo ed il valore massimo, che tale angolo assume quando l'asse di rotazione X^ della ruota conduttrice 1 viene trovarsi in due posizioni della traiettoria diametralmente opposte rispetto alla direzione di estensione del braccio 4.

Va da sé che.la geometria del meccanismo ad delle figure 1 e 2 potrebbe essere variata, almeno in linea di principio, ricorrendo a soluzioni diverse: ad esempio rendendo variabile anche e/o soltanto la posizione dell'asse di rotazione della ruota condotta 3.

In ogni caso, è immediato rendersi conto che tale variazione della geometria del meccanismo determina una variazione della posizione angolare relativa (cosiddetta fase) della ruota condotta 3 rispetto alla ruota conduttrice 1.

Al riguardo, è sufficiente confrontare le figure 1 e 2 e rilevare che cosa accade nella posizione angolare della ruota condotta 3 quando, rimanendo inalterati gli altri parametri, la ruota 1 si sposta dalla posizione illustrata nella figura 1 alla posizione illustrata nella figura 2 e viceversa. Al riguardo. Per rendere più immediata la comprensione del fenomeno è sufficiente riferirsi ad una ideale condizioni di funzionamento in cui si supponga che la ruota 1 non ruoti intorno al suo asse, per cui non si ha trasmissione effettiva di movimento di rotazione attraverso il meccanismo (ad eccezione dell'orientamento angolare della ruota 3 conseguente alla variazione della geometria del meccanismo.

E' parimenti immediato rendersi conto che, durante il funzionamento del meccanismo, con effettiva e continua trasmissione del movimento di rotazione dalla ruota 1 verso la ruota 3 attraverso la ruota 2, il suddetto movimento di orientamento angolare si traduce in una sorta di anticipo o ritardo del movimento della ruota 3 ossia, in pratica, in un "pendolamento" della velocità di rotazione della ruota 3 intorno alla sua velocità media di rotazione (definito dal rapporto dell'ingranaggio). Tale pendolamento che si realizza con una frequenza identificata dalla frequenza con cui la geometria dell'ingranaggio viene modificata. Ad esempio, supponendo che l'ase di rotazione della ruota 1 venga fatto orbitare lungo la traiettoria T con una certa frequenza (x giri/minuto), la velocità di rotazione della ruota condotta 3 varierà intorno al suo valore medio secondo una legge circa sinusoidale di pari frequenza.

Si può ancora notare che l'ampiezza del pendolamento della velocità di rotazione della ruota condotta 3 (ossia la differenza fra la velocità massima max e la velocità minima min) può essere fatta selettivamente variare agendo sul grado di eccentricità del movimento orbitale della ruota condutrrice 1 (ossia sul diametro della traiettoria T^).

La soluzione secondo la tecnica nota di cui alle figura 1 e 2 è stata vantaggiosamente utilizzata dalla Richiedente, ad esempio, per impartire il necessario pendolamento della velocità dì rotazione delle ganasce rotanti di chiusura e saldatura presentì nelle macchine confezionatrici del tipo di quelle illustrate nel brevetto italiano 1 208 411 e nel corrispondente brevetto statunitense 4 862 673, entrambi di titolarità della -stessa Richiedente.

Nel suddetto contesto di applicazione, la Richiedente ha avuto modo di rilevare la necessità di tener conto di alcuni limiti intrinseci del meccanismo di cui alle figure 1 e 2.

In particolare, le macchine confezionatrici del tipo richiamato in precedenza tendono a raggiungere velocità di funzionamento sempre più elevate. Questo si traduce, con riferimento al meccanismo in questione, in un aumento della velocità di rotazione dell'albero condotto che pilota il movimento delle ganasce, dunque in un aumento della velocità assoluta di rotazione di tutto l'ingranaggio, ed in particolare della ruota conduttrice 1, ed in una corrispondente necessità di aumentare la frequenza del movimento orbitale della stessa ruota conduttrice 1 lungo la traiettoria : è infatti necessario comandare un intero ciclo di pendolamento della velocità di rotazione delle ganasce per ciascun articolo che viene confezionato.

Tutto ciò si traduce in un notevole incremento delle sollecitazioni a cui viene sottoposta la ruota conduttrice 1, soggetta - durante il funzionamento - sia al suo normale movimento di rotazione, sia al movimento orbitale lungo la traiettoria T^. Questa necessità di resistere al maggior cimento potrebbe essere soddisfatta, in linea di principio, ricorrendo a ruote conduttrici di maggiori dimensioni. Questa scelta si tradurrebbe però in una corrispondente necessità dì aumentare le dimensioni della ruota condotta 3 (il rapporto di trasmissione del meccanismo è infatti determinato dal rapporto tra i diametri delle ruote 1 e 3). Oltre a rendere più ingombrante il meccanismo nel suo complesso (rendendolo oltremodo sempre meno agile rispetto al pendolamento della velocità per effetto della aumentata inerzia), ed a rendere ancor più critica la realizzazione dell'equipaggio eccentrico su cui è montata la ruota 1, tale soluzione si scontra con un limite intrinseco dato dalla fisica impossibilità di aumentare le dimensioni della ruota condotta 3 oltre il diametro massimo compatibile con le dimensioni della macchina.

A tutto ciò si aggiunge il fatto che, in generale, nel contesto di applicazione sopra indicato, si vuole evitare che il meccanismo e soprattutto la ruota conduttrice 1 debba operare in bagno d'olio.

Ancora in alcuni specifici contesti di applicazione (quale quello a cui fa riferimento una domanda di brevetto per invenzione industriale depositata in pari data dalla stessa Richiedente) si desidera che, in presenza di taluni fenomeni accidentali, quale ad esempio la mancata alimentazione di un articolo da confezionare alla macchina, al movimento di pendolamento delle ganasce si sovrapponga - per un intervallo di tempo corrispondente circa all'intervallo in cui l'articolo non alimentato avrebbe dovuto transitare attraverso la macchina - uno sfasamento momentaneo della ruota 3 rispetto alla ruota 1, con immediato, preciso ripristino delle condizioni normali di funzionamento non appena tale fase transitoria è stata assorbita.

Esiste pertanto l'esigenza di fornire un meccanismo ad ingranaggio perfezionato che, traendo spunto dalla soluzione secondo la tecnica nota di cui alle figure 1 e 2 permette di superare le limitazioni descritte in precedenza.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto grazie ad un meccanismo avente le caratteristiche richiamate in modo specifico nelle rivendicazioni che seguono.

L'invenzione verrà ora descritta, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, in cui:

- le figure 1 e 2, relative alla tecnica nota, sono state già descritte in precedenza, e

- le figure 3 e 4 illustrano, sotto forma di schema cinematico e secondo principi sostanzialmente analoghi a quelli già adottati in precedenza, le caratteristiche ed i criteri di funzionamento di un meccanismo secondo l’invenzione.

Nelle figure 3 e 4 parti sostanzialmente identiche o equivalenti a parti già descritte con riferimento alle figure 1 e 2 sono state indicate con gli stessi numeri di riferimento.

Ciò vale in particolare per quanto riguarda la ruota conduttrice 1, la ruota condotta 3 e gli elementi ad esse direttamente associati.

Caratteristica saliente del meccanismo secondo la figura 4 è data dal fatto che la trasmissione del movimento fra la ruota conduttrice 1 e la ruota condotta 3 è realizzata attraverso due ruote intermedie di rinvio 6 e 7.

In particolare, la ruota 6 ingrana con la ruota 1 e la ruota 7 mentre quest'ultima ingrana con la ruota 6 e la ruota 3. Con 8, 9 e 10 sono indicati tre bracci di rinvio, fra loro snodati, che collegano rispettivamente:

- l'asse di rotazione della ruota 1 con l’asse di rotazione X della ruota 6 (braccio 8),

- l'asse di rotazione X della ruota 6 con l'asse di rotazione X della ruota 7 (braccio 9), e

- asse di rotazione X della ruota 7 con l'asse di rotazione X della ruota 3 (braccio 10).

In generale i bracci 8, 9 e 10 si estendono secondo i lati di una poligonale che, come si potrà facilmente apprezzare non è complessivamente coerente, nel senso che se gli assi X e X vengono mantenuti in posizione fìssa, non di meno gli assi X^ e X^ conservano una certa capacità di traslare nel piano della suddetta poligonale.

Questo non è certo il caso del meccanismo secondo tecnica nota delle figura 1 e 2 dove, se gli assi X e X vengonomantenuti in posizioni fissa, in modo conseguente anche 11asse X della ruota di rinvio 2 conserva una posizione fissa: l'alterazione della geometria del meccanismo viene fatti ottenuta, in questo caso, facendo orbitare la ruota 1, dunque l'asse XI, lungo la traiettoria Tl.

Peraltro, nella soluzione delle figure 3 e 4 le possibilità di movimento degli assi Xg e X^ non sono totalmente indipendenti. Infatti mantenuti fissi gli assi e X , una volta impartita una certa traiettoria di movimento dell'asse X (la quale avrà in generale uno sviluppo arcuato, orbitale rispetto all'asse X^) la conseguente traiettoria di movimento dell'asse X_ risulta univocamente determinata.

La geometria del meccanismo di cui alle figure 3 e 4, e soprattutto la sua capacità di modificarsi, può essere sfruttata per almeno due scopi diversi.

Una prima possibilità è quella di collegare l'asse X (ossia l'albero o perno intorno al quale gira la ruota di rinvioe)ad un meccanismo costituito da una biella 11 e da una manovella 12. Quest'ultima viene fatta ruotare intorno ad un rispettivo X così da impartire all'asse X„ un movimento intermittente a va e vieni lungo una traiettoria T^, avente in generale un andamento arcuato con centro nell'asse X^ della ruota 1.

Naturalmente, il meccanismo 11, 12 potrebbe essere collegato, in alternativa o in aggiunta alla ruota di rinvio 6, alla ruota di rinvio 7.

In base al principio illustrato in dettaglio con riferimento alle figure 1 e 2, relative ad un meccanismo secondo la tecnica nota, il movimento a va e vieni dell'asse X della ruota 3 si traduce, ceteris paribus, in un "pendolamento" della posizione angolare, e dunque della velocità angolare, della ruota 3 durante il funzionamento del meccanismo ad ingranaggi. L'ampiezza di tale movimento di pendolamento è determinato dall'ampiezza della traiettoria T^, dunque dal grado di eccentricità del perno di manovella 12, eccentricità che può essere resa selettivamente variabile e regolabile. La frequenza di tale movimento di pendolamento è determinata univocamente dalla velocità di rotazione della manovella 12 intorno al suo asse X

Adottando la soluzione di cui alla figura 3, è dunque possibile ottenere il pendolamento della velocità di rotazione della ruota 3 mantenendo fisso l'asse di rotazione della ruota conduttrice 1.

Il movimento di pendolamento della velocità della ruota condotta 3 viene ottenuto grazie all'intervento di un elemento (manovella 12 e relativa biella 11) che di per sé è estraneo al meccanismo di trasmissione, nel senso che tale meccanismo non gioca alcun ruolo nello stabilire il fattore di trasmissione del meccanismo ad ingranaggi. Oltre a ciò, tale fattore di'trasmissione non dipende più, come nel caso della soluzione di cui alle figura 1 e 2, dal rapporto dei diametri della ruota conduttrice 1 e della ruota condotta 3, ma anche dai diametri delle ruote intermedie 6 e 7.

Tutto questo si traduce nella possibilità di evitare gli inconvenienti a cui si è fatto cenno nella parte introduttiva della presente descrizione.

In particolare si può osservare quanto segue.

A parità di rapporto di trasmissione fra ruota conduttrice 1 e ruota condotta 3 è ora possibile, intervenendo sulla scelta dei diametri delle ruote di trasmissione intermedie 6 e 7, evitare di dover ridurre eccessivamente le dimensioni della ruota conduttrice 1 fino a livelli tali da renderne critiche le doti di resistenza al logoramento. Si evita nel contempo di dover adottare una ruota condotta 3 di dimensioni troppo grandi, incompatibili con i limiti dimensionali tipici della macchina cui il meccanismo viene installato.

In secondo luogo, è possibile pensare di disporre una parte del meccanismo biella e manovella 11, 12 in bagno d’olio, rendendone più favorevoli le condizioni di funzionamento.

La variante di attuaizone di cui alla figura 4 prevede, nell'ambito della soluzione secondo l'invenzione, il ricorso ad un elemento della soluzione secondo la tecnica nota, ossia la possibilità di impartire all'asse di rotazione un movimento orbitale di rotazione lungo la traiettoria circolare T In questo caso, il braccio 10, che realizza il collegamento fra l'asse di rotazione della ruota intermedia 7 e l'asse di rotazione X della ruota condotta 3, assume la forma di un vero e proprio equipaggio oscillante capace di orientarsi selettivamente sotto l'azione di un braccio di rinvio 13. Quest'ultimo mosso attraverso una squadretta 14 oscillante intorno ad una rispettivo asse X, da un martinetto pneumatico o idraulico 15.

In generale, l'equipaggio 10 è mobile fra una prima posizione di funzionamento, illustrata a linea piena ed indicata con A nella figura 4, ed una seconda posizione di funzionamento, indicata con B ed illustrata con linea a tratto e punto nella stessa figura 4.

Ad esempio, si può supporre che l'equipaggio 10 assuma la posizione A quando il martinetto 15 è in posizione di riposo, raggiungendo la posizione B quando il martinetto stesso viene attivato, producendo la fuoriuscita dello stelo.

11 passaggio dell'equipaggio 10 dalla posizione A alla posizione B, realizzato secondo un generale schema di movimento di commutazione, ossia senza apprezzabile permanenza in posizioni intermedie, si traduce essenzialmente in una variazione della geometria del meccanismo e, di conseguenza, in una variazione della fase istantanea di rotazione della ruota condotta 3 rispetto alla ruota conduttrice 1.

Questa caratteristica può essere sfruttata vantaggiosamente, ad esempio, in macchine incartatrici, e soprattutto nella macchina incartatrice formante oggetto di una domanda di brevetto per l'invenzione industriale depositata in pari data dalla stessa Richiedente.

Nel caso specifico, si desidera che la rilevazione, attuata ad esempio con mezzi ottici, secondo principi noti) della presenza di una o più posizioni vuote nel flusso di alimentazione degli articoli da confezionare verso la macchina, determini una variazione della fase di ritenzione delle ganasce della macchina (di preferenza del tipo comprendente due unità di chiusura in cascata).Ad esempio, si vuole le ganasce rallentino ovvero accelerino a seconda della posizione in cui esse si trovano o, detto altrimenti, incrementino o diminuiscano momentaneamente la fase nel il loro movimento di rotazione e di chiusura per tenere conto del fatto che esse andranno a chiudere un involucro vuoto, ossia all'interno del quale non è presente alcun prodotto.

Nel caso specifico, alla rilevazione di un vuoto nel flusso di alimentazione, il sistema di controllo della macchina (di solito un controllore PLC) interviene ad un istante predeterminato, comandando l'attivazione del martinetto 15. La conseguente rotazione dell'equipaggio 10 dalla posizione A alla posizione Bdetermina il movimento di accelerazione o rallentamento delle ganasce richiesto per effetto dell'intervento su un involucro vuoto. Non appena superato tale evento transitorio, il controllore della macchina riporta il martinetto in posizione di disattivazione, con conseguente esatto ritorno dell'equipaggio 10 nella posizione (A) precedentemente raggiunta. Tutto questo assicura che, una volta superato l'evento transitorio, venga ripristinata in modo preciso e rapido l’originaria condizione di funzionamento delle ganasce.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. - Meccanismo ad ingranaggi comprendente una ruota conduttrice (1), una ruota condotta (3) e almeno una ruota intermedia (6, 7), i cui assi di rotazione (X , X , X , X ) sono collegati attraverso bracci (8 a 10) suscettibili di consentire la variazione della geometria del meccanismo, caratterizzato dal fatto che sono previste almeno due ruote di rinvio intermedie (6, 7) e, di conseguenza, almeno tre di detti bracci (8 a 10) estendentesi in generale secondo una poligonale e dal fatto che sono previsti mezzi (11, 12; 13 a 15) per variare selettivamente la geometria di detta poligonale. 2. - Meccanismo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi comprendono un meccanismo a biella (11) e manovella (12) suscettìbile di impartire all'asse (X ) di almeno una (6) di dette ruote intermedie di rinvio un generale movimento a va e vieni (T^) così da produrre un generale pendolamento delle caratteristiche angolari di rotazione di detta ruota condotta (3) rispetto alle caratteristiche angolari di rotazione di detta ruota conduttrice (1). 3. - Meccanismo secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi comprendono elemento di comando (13 a 15) dell'orientamento di almeno uno (10) di detti bracci tra una prima posizione di funzionamento (A) ed una seconda posizione di funzionamento (B) in cui detto almeno uno (10) di detti bracci assume orientamenti angolari diversi tra loro. 4. - Meccanismo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto elemento di comando (12 a 15) comanda l'orientamento di detto almeno uno (20) di detti bracci tra detta prima (A) e detta seconda (B) posizione di fdnzionamento e secondo un generale movimento di commutazione, in sostanziale assenza dì permanenza in posizione intermedie. 5. - Meccanismo secondo la rivendicazione 3 o la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto elemento di comando comprende un martinetto fluidico (16). 6. - Meccanismo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre mezzi per impartire all'asse ) di almeno una fra detta ruota conduttrice (1) e detta ruota condotta (3) un generale movimento orbitale lungo una traiettoria circolare (Τχ). 7. - Macchina, particolarmente macchina incartatrice, comprendente un meccanismo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6.