ITMI20070072A1 - Dispositivo di rilevamento delle caratteristiche di coppia di un avvitatore - Google Patents

Description

"Dispositivo di rilevamento delle caratteristiche di coppia di un avvitatore"

La presente invenzione si riferisce ad un innovativo dispositivo sensore per il rilevamento delle caratteristiche di coppia di un avvitatore motorizzato.

Nel campo degli avvitatori sono ben conosciuti dispositivi sensori per la rilevazione delie caratteristiche di coppia dell’ avvitatore. Tali dispositivi sono connessi all’uscita dell’avvitatore e comprendono solitamente un sensore di coppia istantanea e un sensore di angolo di rotazione le cui rilevazioni, come noto, permettono di realizzare le opportune curve di prestazione dell’ avvitatore.

Il sensore di coppia è realizzato con un albero metallico che trasmette la coppia dell’avvitatore e sul quale è fissato un estensimetro, ad esempio di tipo resistivo. 11 sensore di angolo è formato da un encoder connesso meccanicamente all’albero. Per fare giungere il segnale dall’ estensimetro, che ruota con l’albero, all’elettronica di misura ed elaborazione, vengono solitamente impiegati contatti striscianti che si appoggiano su appositi anelli conduttivi disposti affiancati sulla superficie periferica dell’albero rotante.

Uno dei problema dei noti sensori del tipo sopra menzionato è quello di avere un elevato rumore elettrico a causa dei saltellamenti dei contatti striscianti. D’altra parte, la forza elastica che spinge i contatti contro gli anelli conduttivi non può essere aumentata per ridurre i saltellamenti, poiché si avrebbe sull’albero una conseguente azione frenante che disturberebbe le misure.

Scopo generale della presente invenzione è ovviare agli inconvenienti sopra menzionati fornendo un dispositivo di rilevamento delle caratteristiche di coppia di un avvitatore, che riduca il rumore elettrico causato dai contatti striscianti, senza avere un inaccettabile incremento della forza di contatto.

Ulteriore scopo è avere un tale dispositivo di ingombro ridotto e di migliorate caratteristiche di inerzia.

In vista di tale scopo si è pensato di realizzare, secondo rinvenzione, un dispositivo di rilevamento delle caratteristiche di coppia di un avvitatore comprendente un innesto per P accoppiamento con l’avvitatore e un innesto per Papplicazione di una coppia resistente, i due innesti essendo reciprocamente connessi da un albero sul quale sono disposti estensimetri per la misura della coppia trasmessa dall’albero, un assieme di contatto rotante fornendo la connessione elettrica con gli estensimetri che ruotano con l’albero, caratterizzato dal fatto che il detto assieme di contatto comprende almeno un disco che c calettato sull’albero e che porta su almeno una sua faccia piste circolari coassiali all’albero e alle quali sono elettricamente collegati gli estensimetri, e contatti striscianti che si appoggiano elasticamente sulle dette piste circolari in direzione sostanzialmente parallela all’asse dell’albero.

Per rendere più chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriverà di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, una possibile realizzazione esemplificativa applicante tali principi. Nei disegni:

-figura 1 rappresenta una vista in sezione longitudinale del dispositivo secondo l’invenzione;

-figura 2 rappresenta una vasta sezionata presa lungo la linea II-II di figura 1.

Con riferimento alle figure, in figura 1 è mostrato schematicamente un dispositivo di rilevamento di caratteristiche di coppia, indicato genericamente con 10, realizzato secondo i principi dell’invenzione.

Il dispositivo 10 comprende ad un estremo un innesto 11 di connessione con l’albero di potenza dell’avvitatore (schematicamente indicato con 12) e all’altro estremo un innesto 13 per l’applicazione della coppia resistente della vite, reale o simulata. Nel dispositivo 10 i due innesti 11, 13 sono rigidamente interconnessi da un albero 14, sul quale sono disposti noti estensimetri 15 che misurano gli sforzi di torsione dell’albero e, di conseguenza, la coppia da esso trasmessa fra i due innesti.

Un assieme di contatto rotante 16 collega gli estensimetri 15 con l’opportuna nota elettronica per l’elaborazione dei segnali. Un encoder 17 fornisce un segnale di misura della rotazione angolare dell’albero ed è anch’esso collegato con l’opportuna nota elettronica per l’elaborazione dei segnali.

Innovativamente, l’assieme di contatto 16 comprende almeno un disco 18 che è calettato sull’albero 14 e che porta piste conduttive circolari concentriche 19, 20, 21, 22 sulle sue facce laterali. Alle piste sono elettricamente connessi gli estensimetri fissati sull’albero. Corrispondenti contatti striscianti 23, 24, 25, 26 si appoggiano elasticamente sulle piste da una direzione che è sostanzialmente parallela all’asse dell’albero 14 e trasmettono i segnali elettrici all’elettronica fissa (parzialmente e schematicamente rappresentata con un circuito stampato 27). L’elettronica può comprendere una parte nota di prc-elabo razione dei segnali disposta entro il dispositivo 10 per poi inviare ad un connettore (non mostrato) i segnali così ottenuti. Al connettore si innesterà un cavo di connessione verso una nota elettronica di misura ed elaborazione, qui non mostrata essendo facilmente immaginabile dal tecnico.

Vantaggiosamente, le piste circolari sono quattro, ad esempio per un noto collegamento a ponte degli estensimetri, e le piste sono disposte a coppie sulle opposte facce laterali del disco 18, cosi da mantenere ridotto il diametro del disco e contribuire ad avere un ridotto momento di inerzia. L’appoggio da opposte direzioni sulle due facce del disco rende anche sostanzialmente neutra l’azione di spinta assiale dei contatti sull’albero. Anche la lunghezza dell’albero 14 viene ad essere ridotta, migliorando le caratteristiche del dispositivo e riducendone l’ingombro.

Vantaggiosamente, il disco 18 può essere realizzato impaccando assialmente all’albero più elementi discoidali o ad anello. Nella realizzazione mostrata si ha uno strato o disco interno 28 formato da una basetta a circuito stampato con opportune piste conduttrici 29 incise su di esso per formare un collegamento fra terminali 30 di connessione dei fili provenienti dagli estensimetri e le piste concentriche. Sulle due facce dello stampato centrale 28 sono impaccati anelli concentrici 19, 20, 21, 22 che formano le piste circolari di strisciamento dei contatti. Gli anelli possono essere vantaggiosamente ottenuti per lavorazione meccanica da due dischi a contatto delle due facce dello stampato centrale, ad esempio fissati per incollaggio, saldatura, rivettatura, ecc.

In alternativa, anche le piste circolari possono essere ottenute per incisione da circuito stampato. Le piste possono essere in grafite o in opportuno metallo (ad esempio rame) ricoperto di grafite o altro adatto materiale conduttivo e sufficientemente resistente all’usura da strisciamento. Vantaggiosamente, gli anelli in grafite possono avere un deposito elettrolitico di rame per facilitare la saldatura a stagno.

In figura 2 sono meglio visibili i due elementi elastici che formano i contatti elettrici striscianti a contatto con le piste anulari su un lato del disco (sull’altro lato del disco i contatti sono essenzialmente speculari per le altre due piste). Tali contatti sono vantaggiosamente realizzati con due bracci elastici che sporgono in direzioni opposta lungo la circonferenza delle piste ad anello e che sono supportati in posizione intermedia da un elemento di supporto 31. L'estremità di ciascun braccio ha una sporgenza o rilievo di contatto 32 che si appoggia elasticamente sulla rispettiva pista ad anello. Tale sporgenza può essere realizzata per imbutitura del lamierino metallico che forma l’elemento di contatto e/o anche mediante riporto di materiale conduttore di buone proprietà di contatto elettrico e resistenza all’usura. Ad esempio, possono essere ricoperti di grafite.

Come si vede bene in figura 1 , l’elemento 31 di supporto dei contatti è vantaggiosamente conformato ad U per abbracciare il disco.

Si è trovato che con una struttura di contatto rotante come descritta si ottengono elevate prestazioni nell’uso specifico di un dispositivo di misura delle caratteristiche di coppia degli avvitatori. Ciò è stato rilevato dipendere dal fatto che nelle applicazioni con avvitatori le vibrazioni trasmesse sull’albero risultano essere prevalentemente trasversali all’asse dell’albero stesso. Con contatti aventi direzione di appoggio sostanzialmente parallela all’asse dell’albero vengono così minimizzati i saltellamenti che si hanno nei dispositivi di tecnica nota, senza necessità di aumentare la spinta elastica dei contatti contro le piste.

Un problema tipico dei contatti striscianti è quello di produrre polveri (specialmente nel caso dì superimi di strisciamento in grafite) a causa del continuo strisciamento dei contatti.

Nel caso di dispositivi di rilevazione delle caratteristiche di coppia degli avvitatori, la polvere prodotta dai contatti del sensore di coppia può disturbare il funzionamento delfencoder di rilevamento della rotazione angolare, solitamente di tipo ottico. E’ quindi in genere necessario l’impiego di guarnizioni di tenuta che isolino la camera di contenimento dei contatti striscianti dalla parte del dispositivo contenente l’encoder. Tali guarnizioni comportano a loro volta attriti aggiuntivi alla rotazione dell’albero di misura. Inoltre, con il tempo le guarnizioni si induriscono, peggiorando rattrito di rotazione dell’albero e, comunque, perdendo la loro funzione di tenuta alle polveri.

Nel caso del dispositivo secondo l’invenzione, la resistenza ridotta di strisciamento (che è possibile poiché non sono necessarie alte forze di contatto per evitare i saltellamenti) renderebbe preferibile non ricorrere agli elementi di tenuta, così da evitare l’introduzione di tali attriti aggiuntivi. Ciò è però impossibile con i tradizionali encoder ottici solitamente impiegati nella specifica applicazione.

Come si vede in figura 1, nel dispositivo secondo l’invenzione l’encoder 17 è stato vantaggiosamente realizzato impiegando un noto sensore elettronico 33 ad effetto Hall del tipo che rileva la posizione o rotazione angolare di un affrontato magnete. Davanti al sensore è posizionato un magnete 34, incollato assialmente su una puleggia 35 connessa da una cinghia 36 ad una puleggia 37 calettata sull’albero 14. In tale modo è eliminata ogni influenza della polvere e le guarnizioni di tenuto possono essere completamente evitate.

A questo punto è chiaro come si siano raggiunti gli scopi prefissati, fornendo un dispositivo sensore per la rilevazione delle caratteristiche di coppia degli avvitatori che è robusto, compatto e di elevate prestazioni. Tale dispositivo può essere, ad esempio, facilmente integrato in banchi di prova per avvitatori interposto fra un noto dispositivo di simulazione della coppia resistente di una vite in avvitamento e un opportuno innesto per l’avvitatore da provare.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante j 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, dimensioni e proporzioni delle varie parti possono variare a seconda delle specifiche esigenze pratiche e applicative. Possono anche essere previsti più elementi a disco assialmente distanziati sull’albero per ridurre il diametro o aumentare il numero di piste circolari di contatto. Nel caso non sia ritenuto necessario l’encoder magnetico o siano accettabili le limitazioni imposte dalle guarnizioni di tenuta, l’encoder magnetico descritto può essere sostituito da un tradizionale encoder ottico, ad esempio con ruota fonica calettata sull’albero. _

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di rilevamento delle caratteristiche di coppia di un avvitatore comprendente un innesto per l’accoppiamento con l’avvitatore e un innesto per l’applicazione di una coppia resistente, j due innesti (11, 13) essendo reciprocamente connessi da un albero (14) sul quale sono disposti estensimetri (15) per la misura della coppia trasmessa dall’albero, un assieme di contatto rotante (16) fornendo la connessione elettrica con gli estensimetri che ruotano con l’albero, caratterizzato dal fatto che il detto assieme di contatto (16) comprende almeno un disco (18) che è calettato sull’albero e che porta su almeno una sua faccia piste circolari (19, 20, 21, 22) coassiali all’albero e alle quali sono elettricamente collegati gli estensimetri, e contatti striscianti (23, 24, 25, 26) che si appoggiano elasticamente sulle dette piste circolari in direzione sostanzialmente parallela all’asse dell’albero.
2. 2. Dispositivo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il disco (18) ha piste circolari (19, 20, 21, 22) su entrambe le sue facce.
3. 3. Dispositivo secondo rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le piste (19, 20, 21 , 22) sono due per ciascuna faccia del disco.
4. 4. Dispositivo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il disco (18) è formato da più strati assemblati, lo strato più interno essendo una basetta a circuito stampato (28) di connessione fra conduttori degli estensimetri e le piste circolari (19, 20, 21, 22).
5. 5. Dispositivo secondo rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che le piste circolari (19, 20, 21, 22) sono formate da anelli fissati sulle due facce della basetta (28) che forma lo strato più interno.
6. 6. Dispositivo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la superficie di contatto delle piste circolari ( 19, 20, 21 , 22) e in grafite.
7. 7. Dispositivo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i contatti striscianti ( 23, 24, 25, 26) comprendono due bracci clastici oppostamente diretti lungo la rispettiva pista circolare, ciascun braccio terminando con una zona (32) di contatto sulla pista.
8. 8. Dispositivo secondo rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che le zone di contatto (32) hanno superficie di contatto in grafite.
9. 9. Dispositivo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un encoder (17) di rilevazione della rotazione angolare dell’albero.
10. 10. Dispositivo secondo rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che l’encoder comprende un sensore elettronico (33) ad effetto Hall che rileva la posizione angolare di un affrontato magnete (34) messo in rotazione dall’albero.
11. 11. Dispositivo secondo rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il magnete (34) è fissato assialmente su una puleggia (35) connessa da una cinghia (36) ad una puleggia (37) calettata sull’albero (14).