ITMI20071195A1 - "trasduttore per la misura di precarico e coppia di una vite e apparecchio con esso" - Google Patents

Description

"Trasduttore per la misura di precarico e coppia di una vite e apparecchio con esso"

La presente invenzione si riferisce ad un traduttore di misura del precarico e della coppia di serraggio di una vite e, anche, ad un apparecchio con tale trasduttore per il calcolo di caratteristiche della vite in prova, quali il coefficiente di attrito.

Serrando un bullone, il precarico dipende non solo dalla coppia applicata, ma anche dal coefficiente di attrito della vite che a sua volta dipende da vari fattori, quali il tipo di trattamento superficiale, la presenza di lubrificanti, errori di geometria ecc. Si rende perciò indispensabile poter disporre di un traduttore che permetta, durante una opportuna prova di serraggio, di misurare le varie caratteristiche del serraggio e, in particolare, il coefficiente di attrito.

Nella tecnica nota sono stati proposti apparecchi per effettuare tale misura. Essi comprendono in generale celle di carico che misurano le coppie e le forze prodotte su una apposita struttura nella quale si avvita la vite sottoposta a prova. Il problema è però realizzare una struttura che permetta di provare con affidabilità e precisione una estesa gamma di viti e di corrispondenti dadi. Le viti in particolare possono essere non soli di varia diametri ma anche di svariate lunghezze.

Per cercare di soddisfare le richieste di flessibilità nel tipo, lunghezza e diametro di viti provabili con uno stesso apparecchio sono stati proposti trasduttori formati da un corpo composto da due elementi sensore cilindrici coassialmente inseriti uno dentro Taltro. Un tale tipo di trasduttore è descritto in US 5.339.696.

Gli elementi cilindrici sono lavorati per formare due cavità toroidali con due pareti laterali sottili sulle quali sono fissate opportune celle di carico. La vite da sottoporre a prova attraversa assialmente l’elemento più interno e si serra fra le due estremità di esso con il relativo dado. Se la vite è troppo corta per fare ciò, viene usato un adattatore che porta internamente il dado e che si appoggia sulla estremità dell’ elemento interno non raggiungibile dalla vite. La struttura di un tale trasduttore è però alquanto complicata e di difficile realizzazione, presentando cavità toroidali sostanzialmente chiuse e contenenti le celle di carico. Poiché ciascuna parete dotata di celle di carico deve essere vincolata ad una sola estremità, le cavità toroidali sono aperte attraverso fessure ad opposte estremità del corpo del trasduttore e per evitare l’ingresso di sporcizia, tali fessure sono chiuse da una apposita guarnizione che provoca disturbi nella misura di coppia. In sostanza, il trasduttore così realizzato è eccessivamente costoso, critico nella realizzazione, delicato e di non soddisfacente precisione.

Scopo generale della presente invenzione è ovviare agli inconvenienti sopra menzionati fornendo un preciso trasduttore, e un apparecchio di misura con tale trasduttore, che sia più facile da realizzare, di costo ragionevole e di sicura affidabilità.

In vista di tale scopo si è pensato di realizzare, secondo l'invenzione, un trasduttore per la misura di precarico e coppia di una vite comprendente un primo elemento sensore cilindrico e un secondo elemento sensore cilindrico che sono connessi fra loro e a un elemento con foro filettato per l’avvitamento della vite da sottoporre a misura, i due elementi sensori essendo disposti per misurare rispettivamente una coppia applicata alla testa della vite e il tiro fra vite ed elemento con foro filettato, caratterizzato dal fatto che il primo e il secondo elemento sensore comprendono due zone anulari di un corpo cavo distanziate assialmente, le due zone avendo parete di spessore ridotto con rispettivi sensori di coppia e forza a cella di carico ed essendo separate da una zona anulare del corpo cavo con parete di spessore più elevato e nella quale è internamente prevista una sede di accoppiamento non rotante con Γ elemento a foro filettato in una cui parte si avvita la vite introdotta assialmente attraverso un estremo del corpo cavo.

Anche un apparecchio con tale traduttore è rivendicato.

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 schematica di un apparecchio secondo l’invenzione con una sezione longitudinale del trasduttore.

-figura 2 rappresenta una vista esplosa in prospettiva del trasduttore di figura 2.

Con riferimento alle figure, in figura 1 è mostrato un apparecchio, indicato genericamente con 10, per l’ottenimento di caratteristiche di una vite in prova. L’apparecchio comprende un trasduttore a celle di carico 11 nel quale viene avvitata la vite in prova (indicata con 12) e una unità di elaborazione 13 che ricevente segnali di misura dalle celle di carico del traduttore e ne esegue una opportuna elaborazione per calcolare da essi le caratteristiche che vengono poi vantaggiosamente visualizzate su un display 14. L’unità di elaborazione può essere una unità a microprocessore opportunamente programmata in modo in sé noto. Vantaggiosamente, essa può essere un PC industriale con opportuno programma e display touch-screen.

Il trasduttore di misura 11 comprende un corpo cavo 15 (vantaggiosamente genericamente cilindrico) con due zone anulari 16 e 17 distanziate assialmente. Le due zone hanno parete di spessore ridotto rispetto al resto del corpo cavo. In particolare, le zone hanno uno spessore ridotto di una quantità adatta a resistere alle coppie di lavoro previste per il trasduttore fornendo nel contempo una opportuna deformabilità elastica per la rilevazione delle forze e/o coppie mediante rispettivi sensori a cella di carico 18, 19.

Le due zone 16 e 17 sono separate da una zona anulare intermedia 20 del corpo cavo la quale ha una parete di spessore più elevato rispetto alla zone di misura 16, 17 che realizzano gli elementi sensori del trasduttore. Lo spessore maggiore è tale da avere la zona 20 sostanzialmente rigida per le coppie di lavoro previste per il trasduttore. Nella zona intermedia 20 è internamente prevista una sede 21 di accoppiamento non rotante con un elemento 22 a foro filettato nel quale si avvita la vite 12 introdotta assialmente attraverso un estremo 23 del corpo cavo per reagire fra tale estremo e la sede 21. L’elemento sensore formato dalla zona 16 e dalla rispettiva cella di carico 18 è un trasduttore di coppia che misura la coppia totale applicata alla testa della vite dall’ esterno (ad esempio mediante una normale chiave di serraggio), mentre l’elemento sensore formato dalla zona 17 (con parete più spessa) e dalla rispettiva apposita cella di carico 19 è un trasduttore di forza e misura il precarico ottenuto serrando la vite ad una certa coppia.

Come facilmente immaginabile dal tecnico, tali misure di coppia e precarico permettono di risalire ai voluti parametri del serraggio, quali il coefficiente di attrito mediante le note formule (ad esempio come previsto dalla norma EN ISO 16047). Vantaggiosamente, il corpo cavo è realizzato sostanzialmente cilindrico e in un unico pezzo, vantaggiosamente tornito, con una riduzione esterna di diametro in corrispondenza delle due zone con parete di spessore ridotto.

Per proteggere il sistema di misura del trasduttore, il corpo cavo 15 è vantaggiosamente accolto in un involucro esterno 35 dal quale si affacciano le sue estremità. L’estremo del corpo cavo opposto a quello di introduzione della vite è rigidamente connesso all’ involucro (a sua volta bloccato ad esempio su un banco di prova) mentre restremo opposto 23 è vantaggiosamente supportato all’involucro esterno mediante un cuscinetto 36 per non ostacolare la misura delle coppie applicate.

Vantaggiosamente, il corpo cavo ha estremo 23 dal quale si inserisce la vite che supporta una ghiera sostituibile 28 che viene attraversata dalla vite e che realizza una superficie 29 di appoggio della testa della vite. Si possono così scegliere ghiere di materiale e/o forme di appoggio differenti a seconda della vite da provare.

L’elemento a foro filettato 22 può essere un semplice dado per la vite da provare, ma, vantaggiosamente, è qui realizzato in forma più complessa per fornire una maggiore adattabilità al trasduttore.

In particolare, come si vede bene in figura 1 e in figura 2, l’elemento a foro filettato 22 comprende un adattatore 24 con corpo tubolare avente sulla periferia esterna un innesto 32 complementare alla sede di accoppiamento 21 interna al corpo cavo di misura. Vantaggiosamente, sede 21 e innesto 32 sono realizzati esagonali. Il resto dell’adattatore non tocca le pareti del corpo cavo in corrispondenza degli elementi di misura per non disturbare le rilevazioni.

Come si vede in figura 1, l’adattatore 24 ha una sede interna 25 all’estremo di introduzione della vite per accogliere un dado 26 con foro filettato di avvitamento della vite in prova. La sede 25 ha fondo delimitato dall’estremo chiuso dell’adattatore, il quale è attraversato assialmente da un foro 27 di libero passaggio della vite.

In questo modo, non è necessario che la vite sia abbastanza lunga da giungere nella zona 20 fra gli elementi di misura, ma è l’adattatore 24, sufficientemente rigido, che riporta gli sforzi sulla vite fino a tale zona. La vite agisce perciò sempre sui due estremi opposti della zona 17.

L’adattatore 24 è inserito nel corpo cavo da un estremo del corpo cavo opposto all’ estremo 23 dal quale si inserisce la vite. L’innesto complementare 32 e la sede di accoppiamento 21 hanno vantaggiosamente reciproche superfici 33, 34 di arresto all’ ulteriore scorrimento assiale dell’adattatore oltre la posizione di accoppiamento nella quale l’innesto complementare si inserisce nella detta sede di accoppiamento. Tali superfici sono realizzate vantaggiosamente mediante opportuni gradini radiali. In questo modo la trazione della vite non sposta ulteriormente l’adattatore verso Γ estremità 23.

Per ottenere facilmente le superfici di arresto a gradino e la sede di accoppiamento , il corpo cavo è realizzato con diametro interno fra la sede 21 e Γ estremo 23 di introduzione della vite che è minore del diametro interno fra la sede 21 e l’altro estremo. Questo secondo diametro è anche maggiore di quello della sede 21.

Il dado 26 può essere appositamente realizzato con dimensione esterna adatta ad innestarsi direttamente sulle pareti interne dell’adattatore 24. Ciò è mostrato esemplificativamente con 126 in figura 2.

Per permettere la misura dell’ accoppiata vite-dado, con dadi di differente diametro esterno, è vantaggiosamente previsto un ulteriore adattatore sostituibile 30 che si dispone fra la sede interna 25 e il dado con foro filettato (indicato con 226 in figura 2) per adattarne i rispettivi diametri con impedimento alla rotazione reciproca. Si può così prevedere una pluralità di adattatori per tutti i tipi di dado che si intendono utilizzare. L’ulteriore adattatore 30 può avere lunghezza assiale differente a seconda della lunghezza della vite da provare.

Per fornire un ulteriore adattamento alla lunghezza della vite, è anche vantaggiosamente previsto un distanziale sostituibile 31 (mostrato in figura 2) che si dispone sul fondo della sede 25 per essere attraversato dalla vite e adattare la posizione del dado (o dell’adattatore 30) lungo l’asse della vite. Si può così prevedere una pluralità di distanziali per tutte le lunghezze di vite che si intendono utilizzare.

Riassumendo, con la struttura descritta il traduttore di forza 17, 19 misura il precarico, ottenuto serrando la vite a una certa coppia, come tiro fra la testa della vite, in appoggio sulla ghiera 28, e il dado 26, tramite l'appoggio 34 sul canotto 22. Il trasduttore di coppia 16, 18 misura invece la coppia totale applicata alla testa della vite sommando la coppia dovuta allattrito sotto testa (che tramite la flangia 28 passa attraverso la zona 17 per raggiungere la zona 16) e la coppia dovuta allattrito dei filetti, che viene trasmessa al trasduttore 16 grazie agli innesti esagonali del dado 26 e dell'appoggio 34. La cella di carico 19 non risente della coppia trasmessa. Infatti, gli strain gauges che misurano la forza di compressione sono poco sensibili alla torsione e, nel caso specifico, si è verificato un errore max. dello 0.7% alla massima coppia. Essendo una funzione lineare, questo errore può essere facilmente corretto dal software di visualizzazione delle misure

A questo punto è chiaro come si siano raggiunti gli scopi prefissati, fornendo un trasduttore e un apparecchio di misura di struttura semplice e robusta ed elevata adattabilità.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i 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, misure e proporzioni delle varie parti del trasduttore potranno variare a seconda delle specifiche esigenze pratiche, quali ad esempio la gamma di viti che si desidera potere provare con uno stesso trasduttore. Gli elementi di adattamento quali le ghiere 28, i distanziali 31 e gli adattatori di diametro 30, così come i dadi speciali 126, potranno essere in un numero qualsiasi di differenti modelli a seconda, ad esempio, del numero di viti e/o dadi di differente misura che si desidererà potere provare con uno stesso trasduttore.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un trasduttore per la misura di precarico e coppia di una vite comprende un primo elemento sensore cilindrico e un secondo elemento sensore cilindrico che sono connessi fra loro e a un elemento con foro filettato per Γ avvitamento della vite da sottoporre a misura, i due elementi sensori essendo disposti per misurare rispettivamente una coppia applicata alla testa della vite e il tiro fra vite ed elemento con foro filettato, caratterizzato dal fatto che il primo e il secondo elemento sensore comprendono due zone anulari (16, 17) di un corpo cavo (15) distanziate assialmente, le due zone avendo parete di spessore ridotto con rispettivi sensori di coppia e forza a cella di carico (18, 19) ed essendo separate da una zona anulare (20) del corpo cavo con parete di spessore più elevato e nella quale è internamente prevista una sede (21) di accoppiamento non rotante con Γ elemento a foro filettato (22) in una cui parte si avvita la vite introdotta assialmente attraverso un estremo (23) del corpo cavo.
2. 2. Trasduttore secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’elemento a foro filettato comprende un adattatore (24) con corpo tubolare avente sulla periferia esterna un innesto (32) complementare per la sede di accoppiamento (21) e una sede interna (25) per accogliere un dado con foro filettato di avvitamento della vite.
3. 3. Trasduttore secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la sede di accoppiamento ( 21) ha sezione esagonale.
4. 4. Trasduttore secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è previsto un ulteriore adattatore sostituibile (30) che si dispone fra la detta sede interna (25) e il dado con foro filettato per adattarne i rispettivi diametri con impedimento alla rotazione reciproca.
5. 5. Trasduttore secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è previsto un distanziale sostituibile (31) che si dispone sul fondo della detta sede interna (25) per essere attraversato dalla vite e adattare la posizione del dado lungo l’asse della vite.
6. 6. Trasduttore secondo rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che Γ adattatore (24) è inserito nel corpo cavo (15) da un estremo del corpo cavo opposto all’ estremo (23) del corpo cavo dal quale si inserisce la vite.
7. 7. Trasduttore secondo rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che l’innesto complementare (32) e la sede di accoppiamento (21) hanno superfici (33, 34) di arresto all’ulteriore scorrimento assiale dell’adattatore oltre la posizione di accoppiamento nella quale l’innesto complementare è accolto nella detta sede di accoppiamento.
8. 8. Trasduttore secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il corpo cavo è a sua volta accolto in un involucro esterno (35), con estremo del corpo cavo dal quale si inserisce la vite che è supportato all’ involucro esterno mediante un cuscinetto (36) ed estremo opposto del corpo cavo che è rigidamente connesso al detto involucro esterno.
9. 9. Trasduttore secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il corpo cavo ha estremo dal quale si inserisce la vite che supporta una ghiera sostituibile (28) che viene attraversata dalla vite e che definisce una superficie (29) di appoggio della testa della vite.
10. 10. Trasduttore secondo rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l’adattatore ( 24) ha corpo tubolare con sezione interna esagonale.
11. 1 1. Trasduttore secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il corpo cavo è sostanzialmente cilindrico con almeno una riduzione esterna di diametro in corrispondenza delle due zone (16, 17) con parete di spessore ridotto.
12. 12. Trasduttore secondo rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che il corpo cavo ha diametro interno fra la sede e T estremo di introduzione della vite che è minore del diametro interno fra la sede e l’altro estremo.
13. 13. Apparecchio per T ottenimento di caratteristiche, quali il coefficiente di attrito, di una vite, comprendente un trasduttore a celle di carico (11), nel quale viene avvitata la vite in prova, e una unità di elaborazione (13) che ricevente segnali di misura dalle celle di carico (18, 19) del traduttore ed elabora tali segnali per calcolare da essi le caratteristiche di interesse, caratterizzato dal fatto che il traduttore (11) è realizzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12.
14. 14. Apparecchio secondo rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto di comprendere un display (14) di visualizzazione delle caratteristiche ottenute.