ITMI20070774A1 - Dispositivo di comando a ginocchiera di tipo irreversibile - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione avente per TITOLO:

"DISPOSITIVO DI COMANDO A GINOCCHIERA DI TIPO IRREVERSIBILE "

RIASSUNTO

Il dispositivo di comando a ginocchiera comprende un braccio di lavoro supportato in modo girevole ed operativamente collegato ad un attuatore lineare tramite un meccanismo a ginocchiera; l'attuatore lineare presenta un organo di spinta mobile linearmente, provvisto di almeno un rullo scorrevole lungo almeno una superficie di guida avente un profilo arcuato in corrispondenza di una posizione avanzata dell'organo di spinta, in cui la superficie arcuata esercita sul rullo una forza di reazione orientata secondo un angolo a rispetto alla biella. Il profilo arcuato della superficie di guida, il rullo di scorrimento, nonché la biella e la manovella del meccanismo a ginocchiera sono conformati e disposti per definire valori dell'angolo a pari o inferiori a 3°, determinando per il braccio di lavoro una forza operativa di valore costante lungo tutto il profilo arcuato della superficie di guida; per tali valori dell'angolo a pari o inferiori a 3°, la posizione di lavoro del braccio di lavoro risulta irreversibile in assenza di comando da parte dell'attuatore lineare.

DESCRIZIONE SFONDO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione concerne un dispositivo di comando a ginocchiera con braccio di lavoro oscillante, ad esempio sotto forma di dispositivo di bloccaggio per pezzi da lavorare o di dispositivo per la saldatura laser di pezzi in lamiera.

STATO DELL'ARTE

In generale sono noti dispositivi di comando a ginocchiera, i quali comprendono un braccio di lavoro oscillante, operativamente collegato ad un attuatore lineare tramite un meccanismo a ginocchiera.

I dispositivi di comando di questo tipo, che possono essere configurati per varie applicazioni, ad esempio come dispositivi di bloccaggio per pezzi da lavorare o dispositivi per la saldatura laser di pezzi in lamiera, vengono comunemente impiegati nel settore automobilistico per l'assemblaggio di carrozzerìe di autoveicoli e simili.

Nell'ambito di impiego sopra menzionato, esiste spesso l'esigenza di disporre di dispositivi di comando aventi un braccio di lavoro in grado di ruotare tra una posizione di riposo ed una posizione di lavoro compresa in un campo di valori angolari, nonché in grado di esercitare una forza operativa di valore sostanzialmente costante per una qualsiasi posizione di lavoro compresa nel campo di valori angolari suddetto.

A tale fine, è stata variamente proposta un'idea di soluzione generale al problema suddetto, come ad esempio in EP-A-0 836 912, la quale sostanzialmente consiste nel fatto di prevedere appositi mezzi di guida per il meccanismo a ginocchiera del dispositivo.

In particolare, la domanda EP-A-0 836 912 descrive un dispositivo di bloccaggio a ginocchiera per pezzi da lavorare, comprendente un braccio di bloccaggio supportato da un albero girevole di comando, operativamente collegato ad un attuatore lineare tramite un meccanismo a ginocchiera; 1'attuatore lineare presenta un organo di spinta mobile linearmente provvisto di rulli coassiali di scorrimento mobili lungo rispettive superfici di guida aventi un profilo arcuato in corri-spondenza di una posizione avanzata dell'organo dì spìnta.

Il meccanismo a ginocchiera a sua volta comprende una manovella e una biella articolate fra loro, in cui la manovella è collegata all'albero di comando per ruotare con il braccio di bloccaggio, mentre la biella è collegata all'organo di spinta in corrispondenza dei rulli di scorrimento.

Al fine di cercare di ottenere una forza di serraggio sostanzialmente costante per il braccio di bloccaggio, il profilo arcuato delle superfici di guida per i rulli è conformato in modo tale che l'angolo a, formato tra l'asse longitudinale della biella del meccanismo a ginocchiera e l'ortogonale alla tangente nel punto di contatto tra la superficie di guida e ciascun rullo di scorrimento, sia sostanzialmente costante lungo tutto il profilo arcuato della superficie di guida stessa.

Una simile soluzione tuttavia non consente effettivamente di ottenere una forza di serraggio costante, ma si hanno variazioni anche sostanziali della forza stessa in funzione della posizione di lavoro assunta dal braccio di bloccaggio nell'ambito del campo di va-lori angolari possibili per esso; di conseguenza, in certi casi e per certe applicazioni, la forza di ser-raggio può risultare inidonea a garantire il corretto funzionamento del dispositivo di bloccaggio.

Inoltre, la posizione di lavoro assunta di volta in volta dal braccio di lavoro risulta sempre reversibile anche in assenza di comando da parte dell' attuatore lineare, pertanto ogni qual volta vi sia un malfunzionamento dell'attuatore stesso, oppure nel caso in cui il braccio di bloccaggio sia sottoposto ad elevate forze tendenti a riportarlo nella posizione di riposo, vi è il rischio che il braccio di bloccaggio stesso possa rilasciare improvvisamente il pezzo da lavorare, con conseguenti problemi sia dì carattere operativo, che di sicurezza.

SCOPI DELL'INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è di fornire un dispositivo di comando a ginocchiera con braccio di lavoro oscillante, che consenta di esercitare con il braccio di lavoro una forza operativa di valore effettivamente costante per una qualsiasi posizione di lavoro possibile per il braccio stesso, e che al contempo consenta al braccio di lavoro di mantenere la posizione dì lavoro assunta, in modo irreversibile, in as-senza di comando da parte dell'attuatore lineare, o in caso di elevate forze tendenti a portare il braccio verso ìa posizione di riposo.

BREVE DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

Quanto sopra può essere conseguito mediante un dispositivo di comando a ginocchiera con braccio di lavoro oscillante, del tipo comprendente un braccio di lavoro supportato in modo girevole ed operativamente collegato ad un attuatore lineare tramite un meccanismo a ginocchiera, per ruotare tra una posizione di riposo ed una posizione di lavoro compresa in un campodi valori angolari,

detto attuatore lineare presentando un organo di spinta mobile linearmente per esercitare una forza F, tra una posizione avanzata, in cui il braccio di lavoro è in detta posizione di lavoro, ed una posizione arretrata, detto organo di spìnta presentando almeno un rullo di scorrimento avente raggio R, mobile lungo almeno una superfìcie di guida avente un profilo arcuato in corrispondenza di detta posizione avanzata dell'organo di spinta,

detto meccanismo a ginocchiera comprendendo una manovella ed una biella fra loro articolate e formanti un angolo β,

in cui la superficie arcuata dì guida esercita sul rullo una forza di reazione Q'' orientata secondo un angolo a rispetto a detta biella,

caratterizzato dal fatto che il profilo arcuato della superficie dì guida, il rullo di scorrimento, nonché la biella e la manovella di detto meccanismo a ginocchiera sono conformati e disposti per definire valori dell'angolo a pari o inferiori a 3°, determinando per detto braccio di lavoro una forza operativa Q' secondo la seguente formula:

1) Q'= F*senβ/senα

di valore costante lungo tutto il profilo arcuato della superficie di guida, e

dal fatto che per detti valori dell'angolo a pari o inferiori a 3° , la posizione di lavoro del braccio di lavoro risulta irreversibile in assenza di comando da parte di detto attuatore lineare,

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Queste ed ulteriori caratteristiche secondo la presente invenzione, risulteranno maggiormente dalla descrizione che segue con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- Fig, 1 è una vista in sezione longitudinale di un dispositivo di comando a ginocchiera secondo la presente invenzione, sotto forma di un dispositivo di bloccaggio per pezzi da lavorare;

- Fig. 2 è un particolare ingrandito dì Fig. 1, in cui è illustrato il profilo arcuato della superficie di guida per il rullo di scorrimento;

Fig. 3 è una rappresentazione schematica del meccanismo a ginocchiera, e della superficie di guida per il rullo di scorrimento, in cui sono state indica-te schematicamente le forze in gioco tra i vari organi;

- Fig. 4 è un particolare in sezione longitudinale di un dispositivo di comando a ginocchiera secondo la presente invenzione, sotto forma di dispositivo per la saldatura laser di pezzi in lamiera; e

- Fig. 5 è il profilo preferenziale della superficie di guida per il rullo di scorrimento nel caso di dispositivo per la saldatura laser di pezzi in lamiera.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

Le caratteristiche generali della presente invenzione verranno illustrate qui di seguito attraverso un esempio di realizzazione.

In Fig. 1 è illustrato un dispositivo di comando a ginocchiera con braccio di lavoro oscillante, secondo la presente invenzione, il quale è in particolare sotto forma di un dispositivo di bloccaggio per pezzi da lavorare, avente un fermo esterno per il braccio di lavoro; non si esclude comunque che il dispositivo dì comando possa essere configurato per altri impieghi, ad esempio sotto forma di un dispositivo di saldatura laser, in cui il braccio di lavoro è conformato e di-sposto per la saldatura dì pezzi in lamiera ed in cui è previsto un fermo interno per la manovella della ginocchiera e/o un fermo superiore regolabile.

Il dispositivo di Fig. 1 comprende un corpo scatolare 10 di supporto per un braccio di lavoro oscillante 11, configurato per il bloccaggio di pezzi da lavorare contro una superficie di spallamento facente parte del dispositivo stesso o prevista su una struttura separata.

In particolare, il braccio di lavoro 11 è supportato da un albero girevole di comando 13, il quale risulta operativamente collegato ad un attuatore lineare 14 tramite un meccanismo a ginocchiera 15, in modo da poter comandare il braccio 11 a ruotare tra una posizione di riposo ed una posizione di lavoro compresa in un campo di valori angolari, in funzione delle esigenze operative.

La posizione di lavoro del braccio di lavoro 11 può essere impostata con precisione grazie ad un fermo o meccanismo di arresto esterno regolabile, ad esempio comprendente una prima spina 24, collegata in modo regolabile al braccio di lavoro 11 tramite una filettatura 24', ed una seconda spina fissa 25 supportata da una sporgenza laterale 12 del corpo 10 del dispositi-vo, le quali spine 24, 25 sono conformate e disposte in modo tale da venire a contatto fra loro in corri-spondenza della posizione di lavoro del braccio 11 stesso, determinandone l'arresto

L'attuatone lineare 14, ad esempio sotto forma di un cilindro-pneumatico, presenta un organo di spinta 16 mobile linearmente per esercitare una forza F, tra una posizione avanzata, in cui il braccio di bloccaggio 11 è in posizione di lavoro, ed una posizione arretrata.

L'organo di spinta 16, alla propria estremità rivolta verso il meccanismo a ginocchiera 15, presenta almeno un rullo di scorrimento 17, avente raggio R, supportato in modo girevole su un asse di rotazione 18.

Il rullo di scorrimento 17 risulta mobile lungo almeno una superficie di guida 19 ricavata all'interno del corpo scatolare 10, la quale presenta un profilo arcuato 19' in corrispondenza della posizione avanzata dell'organo di spinta 16; preferenzialmente il profilo arcuato 19' è ricavato su una camma di guida 20 fissa-ta in modo rimovibile nel corpo scatolare 10, in modo tale da poter essere sostituita, ad esempio per esi-genze operative o in caso di usura.

Il meccanismo a ginocchiera 15 a sua volta com-prende una manovella 21 di lunghezza A, collegata all'albero di comando 13 per ruotare con il braccio dì bloccaggio 11, ed una biella 22 di lunghezza B, colle-gata all'organo di spinta 16 in corrispondenza dell'asse di rotazione 18 del rullo di scorrimento 17; la manovella 21 e la biella 22 sono altresì collegate fra loro tramite un asse di articolazione 23, e formano tra loro un angolo β, come indicato in Fig. 3.

Il meccanismo a ginocchiera 15 di cui sopra è di tipo di per sé noto, e presenta una condizione di punto morto, in cui la manovella 21 e la biella 22 vengono a trovarsi sostanzialmente ortogonali fra loro, con l'organo di spinta 16 in posizione avanzata; in corrispondenza di tale condizione, il braccio di bloccaggio 11 assume la propria posizione di lavoro, esercitando elevate forze operative.

La biella 22 del meccanismo a ginocchiera 15 può essere di tipo rigido, come illustrato in Fig. 1, oppure può essere di tipo elasticamente cedevole in senso assiale in modo controllato, in funzione delle esigenze operative del dispositivo.

Come schematizzato in Fig. 3, il profilo arcuato 19' della superficie di guida 19 esercita sul rullo 17 una forza di reazione Q'' diretta ortogonalmente alla tangente nel punto di contatto tra il rullo e il profilo arcuato stesso, nonché orientata secondo un angolo a rispetto all'asse longitudinale della biella 22.

Secondo la presente invenzione, il profilo arcuato 19' della superficie di guida 19, il rullo di scor-rimento 17, nonché la biella 22 e la manovella 21 del meccanismo a ginocchiera 15 sono conformati e disposti per definire valori dell'angolo a pari o inferiori a 3°, determinando per il braccio dì bloccaggio 11 una forza operativa Q' secondo la seguente formula:

1) Q'= Q*senβ= F*senp/senα di valore costante lungo tutto il profilo arcuato 19' della superfìcie di guida 19, dove Q = F/senα è la componente della forza F esercitata dall'organo di spinta 16 sul rullo 17, in una direzione secondo l'asse longitudinale della biella 22.

Ai finì della presente descrizione, con l'espressione "forza di valore costante" si intende che la forza si mantiene ad un valore pressoché costante, a meno di uno scostamento di entità trascurabile rispetto al valore stesso della forza, per una qualsiasi posizione di lavoro possibile per il braccio di bloccaggio 11 stesso.

Per tali valori dell'angolo a, pari o inferiori a 3°, la posizione di lavoro del braccio di bloccaggio 11 risulta irreversibile in assenza di comando da par-te dell'attuatore lineare 14, e/o in presenza di ele-vate forze esterne tendenti a portare il braccio 11 stesso verso la posizione di riposo.

Come illustrato in Fig. 3, ai fini della presente descrizione, viene definito un sistema di assi cartesiani X e Y di riferimento, in cui l'albero di comando 13 ne individua l'origine 0, in cui l'asse Y è diretto come la manovella 21 quando questa è in una posizione verticale, o sostanzialmente tale, in corrispondenza della posizione di lavoro del braccio di bloccaggio 11, ed in cui l'asse X è diretto ortogonalmente all'asse Y, verso la superfìcie dì guida 19.

Con riferimento a tali assi cartesiani, il profilo arcuato 19' della superfìcie di guida 19 è definito da un arco di cerchio avente centro C posto in prossimità dell'asse di articolazione 23, in una posizione compresa tra la manovella 21 e la biella 22, quando il meccanismo a ginocchiera 15 è in una condizione di punto morto, di per sé nota, in corrispondenza della posizione di lavoro per il braccio di bloccaggio 11; preferenzialmente il centro C è compreso nei seguenti intervalli di coordinate cartesiane:

Xc= {0,01÷0,05)*B

3) Yc= (0,85÷G,90)*A

dove A è come detto la lunghezza della manovella 21, mentre B è la lunghezza della biella 22.

Il raggio R' dell'arco di cerchio è invece defi-nito dalla seguente relazione:

4} R'-B+R-XC

dove B è sempre la lunghezza della biella 22, R è il raggio del rullo 17, e Xc è l'ascissa del centro C, in valore assoluto.

Infine, deve essere altresì soddisfatta la relazione

5} B > A

Preferenzialmente, la manovella 21 presenta una lunghezza A compresa fra 18 mm e 22 mm, la biella 22 presenta una lunghezza B compresa fra 18,5 mm e 22,5 mm, mentre il rullo 17 presenta un raggio R compreso fra 7 mm e 9 mm.

Nel caso in cui il dispositivo di comando a ginocchiera secondo la presente invenzione venga configurato sotto forma di dispositivo per la saldatura laser di lamiere sovrapposte, in sostituzione del meccanismo di arresto esterno per il braccio di lavoro 11, vengono previsti un fermo interno per la manovella della ginocchiera e/o un fermo superiore regolabile per l'organo dì spinta.

In particolare, con riferimento alla Fig. 4, in cui sono stati usati gli stessi riferimenti numerici per indicare parti simili o equivalenti, il dispositi-vo per la saldatura laser comprende un elemento di ar-resto 26 per l'organo di spinta 16, il quale definisce la posizione avanzata dell'organo di spinta 16 stesso; preferenzialmente, l'elemento di arresto 26 si protende nel corpo 10 attraverso un foro posto all'estremità del corpo 10 stesso opposta a quella di fissaggio dell'attuatone lineare, e risulta regolabile per avvitamento in direzione dell'asse dell'organo di spinta 16,

In alternativa o in combinazione all'elemento di arresto 26, può essere previsto un fermo interno 27 per la manovella 21 del meccanismo a ginocchiera 15.

In particolare, il fermo inferno 27, che risulta interposto fra una parete interna del corpo 10 e la manovella 21 stessa, comprende un piattello mobile 28, supportato elasticamente da molle a tazza 29, il quale viene premuto dalla manovella 21 fino ad essere portato in battuta contro una superficie di arresto disposta posteriormente al piattello 28 stesso, determinando in questo modo l'arresto del braccio di lavoro 11 in corrispondenza della posizione di lavoro prefissata.

Nel caso del dispositivo per la saldatura laser, il profilo della superfìcie di guida 19 per il rullo di scorrimento 17, presenta preferenzialmente un pro-filo arcuato 19' che si prolunga in un tratto rettili-neo 19'' in corrispondenza della posizione più avanza-ta dell'organo di spìnta 16,

Tale tratto rettilineo 19" , che sì estende parallelamente all'asse dell'organo di spinta 16, consente al braccio di lavoro 11 di assumere una posizione angolare intermedia fra una posizione aperta dì riposo e una posizione chiusa di lavoro.

Infatti, grazie ad una simile conformazione della superficie di guida 19, quando l'organo di spìnta 16 si porta verso la propria posizione avanzata, il rullo di scorrimento 17 viene dapprima a trovarsi in corrispondenza del profilo curvo 19', dove il braccio di lavoro 11 assume una posizione chiusa di lavoro in cui serra i bordi sovrapposti delle lamiere deformandoli elasticamente fino al loro contatto.

Successivamente, quando l'organo dì spinta 16 si porta nella propria posizione avanzata, contro .l'elemento di arresto 26, il rullo di scorrimento 17 viene a trovarsi in corrispondenza del tratto rettilineo 19'', dove il braccio di lavoro 11 assume una posizione angolare intermedia sollevandosi in modo controllato per consentire ai bordi delle lamiere di disporsi ad una distanza δ tra loro, grazie ad un loro recupero elastico; mantenendo le lamiere distanziate, è possibile effettuare una saldatura laser con elevate caratteristiche di resistenza e di finitura superficiale, in quanto i gas che si sprigionano durante la saldatura, responsabili di erosioni e perforazioni del metallo, vengono così efficacemente allontanati.

Grazie alla regolazione per avvitamento dell'elemento di arresto 26, è possibile variare la posizione di arresto dell'organo di spinta 16, definendo così diverse posizioni intermedie per il braccio di lavoro 11, in funzione delle esigenze operative.

Un dispositivo dì comando a ginocchiera configurato secondo quanto sopra, permette di esercitare con il braccio di lavoro una forza operativa di valore effettivamente costante per una qualsiasi posizione di lavoro possibile per il braccio stesso; inoltre, la posizione di lavoro assunta dal braccio di lavoro viene mantenuta in modo irreversìbile, in assenza di comando da parte dell'attuatore lineare, o in caso di elevate forze tendenti a portare il braccio verso la posizione di riposo.

Quanto è stato detto e mostrato con riferimento ai disegni allegati, è stato dato a puro titolo esemplificativo ed illustrativo delle caratteristiche generali dell'invenzione, nonché di una sua forma di realizzazione preferenziale; pertanto altre modifiche e varianti al dispositivo di comando a ginocchiera sono possibili, senza con ciò allontanarsi dallo scopo delle rivendicazioni.

Claims (6)

1. Rivendicazioni 1. Dispositivo dì comando a ginocchiera con braccio di lavoro oscillante, del tipo comprendente un braccio di lavoro supportato in modo girevole ed operativamente collegato ad un attuatore lineare tramite un meccanismo a ginocchiera, per ruotare tra una posizione di riposo ed una posizione di lavoro compresa in un campo di valori angolari, detto attuatore lineare presentando un organo di spinta mobile linearmente per esercitare una forza F, tra una posizione avanzata, in cui il braccio di lavoro è in detta posizione di lavoro, ed una posizione arretrata, detto organo di spinta presentando almeno un rullo di scorrimento avente raggio R, mobile lungo almeno una superficie di guida avente un profilo arcuato in corrispondenza di detta posizione avanzata dell'organo di spinta, detto meccanismo a ginocchiera comprendendo una manovella ed una biella fra loro articolate e formanti un angolo β, in cui la superficie arcuata di guida esercita sul rullo una forza dì reazione Q'' orientata secondo un angolo a rispetto a detta biella, caratterizzato dal fatto che il profilo arcuato della superficie dì guida, il rullo di scorrimento, nonché la biella e la manovella dì detto meccanismo a ginocchiera sono conformati e disposti per definire valori dell'angolo a pari o inferiori a 3°, determinando per detto braccio dì lavoro una forza operativa Q' secondo la seguente formula: 1} Q' - F*senβ/senα: di valore costante lungo tutto il profilo arcuato della superfìcie di guida, e dal fatto che per detti valori dell'angolo a pari o inferiori a 3°, la posizione di lavoro del braccio di lavoro risulta irreversibile in assenza di comando da parte di detto attuatone lineare.
2. 2. Dispositivo di comando a ginocchiera secondo la rivendicazione 1, in cui il braccio di lavoro è supportato da un albero girevole dì comando, ed in cui il meccanismo a ginocchiera comprende una manovella di lunghezza A, collegata a detto albero di comando, ed una biella di lunghezza B collegata all'organo di spinta in corrispondenza di detto rullo di scorrimento, detto albero di comando definendo l'orìgine di un sistema di assi cartesiani X e Y di riferimento, in Cui l'asse Y è diretto come detta manovella quando questa è in una posizione verticale in corrispondenza di detta posizione dì lavoro del braccio di lavoro, e l'asse X è diretto verso detta superficie di guida, caratterizzato dal fatto che il profilo arcuato della superficie di guida è definito da un arco di. cerchio avente centro C compreso nei seguenti intervalli di coordinate cartesiane: 2) Xc= {0,01÷0,05)*B 3} Yc=(0, 85÷0,90)*A e avente raggio R' definito dalla seguente relazione: 4) R'=B+R-Xc in cui è ulteriormente soddisfatta la relazione 5) B ≥ A
3. 3. Dispositivo di comando a ginocchiera secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta manovella presenta una lunghezza A compresa fra 18 mm e 22 mm, dal fatto che detta biella presenta una lunghezza B compresa fra 18,5 mm e 22, 5 mm, e dal fatto che detto rullo presenta un raggio R compreso fra 7 mm e 9 mm.
4. 4. Dispositivo di comando a ginocchiera secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, carat-terizzato dal fatto di essere sotto forma di un dispositivo di bloccaggio per pezzi da lavorare, in cui detto braccio di lavoro è conformato e disposto per il bloccaggio di pezzi da lavorare ed in cui è previsto per il braccio di la
5. 5 Dispositivo di comando a 1 a 3 carattena qualsiasi delle rivendicazioni rizzato dal fatto di essere sotto forma di un disposi- tivo di saldatura laser, in cui detto braccio di lavo- ro è conformato e disposto per la saldatura dì pezzi in lamiera ed in cui è previsto un fermo interno per la manovella della ginocchiera e/o un fermo superiore regolabile di arresto per l'organo di spinta dell'attuatore.
6. 6. Dispositivo di comando a ginocchiera secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la superficie di guida per rullo di scorrimento, pre- profilo arcuato che si prolunga in un tratto rettilineo in corrispondenza di una posizione più avanzata di detto organo di