ITMI961480A1 - Albero espansibile pneumomeccanico modulare - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"ALBERO ESPANSIBILE PNEUMOMECCANICO MODULARE"

E' noto nelle più svariate applicazioni industriali l'impiego di alberi espansibili per il supporto di bobine. Questi alberi devono poter essere agevolmente infilati nel mozzo cavo o nucleo delle bobine e successivamente garantire una solida presa su di essi così da centrare e bloccare le bobine stesse sull'asse di rotazione.

A questo scopo, generalmente, l'albero espansibile presenta una pluralità di elementi di presa, quali tasselli mobili o unghie, emergenti dalla sua superficie esterna, atti a far presa sul nuci.eo della bobina, quando sono in posizione estratta, e a permettere il disimpegno della stessa dall'albero, quando sono in posizione retratta. La tecnica offre diverse tipologie costruttive per realizzare il movimento di estrazione/retrazione di tali eiemenci di presa, che possono essere ricondotte fondamentalmente a una di tipo meccanico, una di tipo pneumatico e una di tipo pneumomaccanico.

Negli alberi di tipo meccanico, gli elementi di presa vengono fatti fuoriuscire mediante dispositivi che trasformano lo spostamento di un elemento azionatore lungo l'asse longitudinale dell’albero in uno spostamento radiale degli elementi di presa, che consente loro di fuoriuscire o rientrare dalla superficie dell'albero stesso. Secondo questa tecnica sono costruiti, per esempio, alberi espansibili in cui viene utilizzata una vite senza fine·assiale che sposta longitudinalmente cunei atti, a loro volta, a spostare radialmente elementi di presa, quali chiavette.

Gli alberi espansibili ottenuti secondo questa tipologia sono robusti e di basso costo, ma presentano problemi di tolleranze di montaggio e soffrono di grippaggi.

Negli alberi espansibili di tipo pneumatico si sfrutta invece il trasferimento di potenza attuato mediante aria compressa gonfiando cuscinetti espansibili alloggiati in relative sedi longitudinali dell'albero che, sotto la spinta dell'aria in pressione, si espandono e spingono sovrastanti listelli di presa radialmente verso l'esterno facendoli fuoriuscire dalla superficie dell'albero. In questo caso non ci sono gravi problemi di tolleranze e montaggio, in quanto si sfruttano condotti per trasferire aria compressa da un compressore ad un attuatore (il cuscinetto gonfiabile) ; tuttavia le forze esercitabili dai listelli di presa sul nucleo della bobina sono inferiori rispetto a quelle dell'albero di tipo meccanico. Inoltre, i cuscinetti gonfiabili si deformano diversamente uno dall'altro in base al carico applicato localmente, così che i listelli di presa maggiormente sollecitati in un dato istante fuoriescono dall'albero in misura minore dei listelli di presa meno sollecitati. Ciò porta ad una fuoriuscita non simmetrica dei listelli di presa disposti sulla stessa sezione, compromettendo così il centraggio della bobina sull'asse di rotazione.

Per superare gli inconvenienti caratteristici delle due tipologie e sfruttare invece i loro vantaggi, da tempo si sono adottati alberi espansibili di tipo pneumomeccanico. In questi alberi la fuoriuscita degli elementi di presa avviene meccanicamente, così da evitare problemi di asimmetrie, ma il trasferimento di potenza all'interno dell'albero avviene con aria compressa, così da non avere problemi di montaggio e di grippaggi degli organi meccanici.

La presente invenzione si colloca in questo campo e, in particolare, fornisce dei notevoli miglioramenti sugli alberi espansibili pneumomeccanici, così da renderli flessibili nell'impiego ed estremamente semplici nel montaggio.

Secondo la tecnica nota, un albero espansibile pneumomeccanico è dotato, da un lato, di una pluralità di elementi di presa, inseriti in relative sedi ricavate sulla superficie dell'albero -aventi all'esterno una superficie parallela all'asse dell'albero ed all'interno una superficie obliqua cuneiforme - e, d'altro lato, di un pistone mobile longitudinalmente all'interno dell'albero, azionato pneumaticamente che, con il suo spostamento, interviene su una pluralità di elementi di spinta a cuneo che vanno, a loro volta, ad agire sulle superfici cuneiformi contrapposte dei rispettivi elementi di presa, facendoli fuoriuscire dalle loro sedi.

Questa configurazione permette di risolvere gli inconvenienti degli alberi completamente meccanici, in quanto non presenta elementi meccanici a basso rendimento che potrebbero portare a grippaggio, e degli alberi completamente pneumatici, in quanto il pistone impone una fuoriuscita simmetrica degli elementi di presa appartenenti alla stessa sezione senza possibilità di asimmetrie dovute ad applicazione disuniforme del carico sugli elementi di presa.

Tuttavia, considerando che la forza espressa dal singolo pistone pneumatico viene distribuita su tutti gli elementi di presa, ne deriva che più è elevato il numero di elementi di presa, e quindi più è lungo l'albero, e più la pressione sul pistone o la dimensione di quest'ultimo devono essere grandi. Ovviamente, la dimensione del pistone è limitata dalla sezione dell'albero e la pressione massima trova un limite nella resistenza meccanica del cilindro: tutto ciò si riflette in un limite per la lunghezza dell’albero.

Inoltre, l'accoppiamento meccanico in "tandem", ovvero l’accoppiamento fisso tra gli elementi' di presa appartenenti a diverse sezioni dell'albero e il singolo pistone, obbliga gli elementi di presa a fuorisucire dall'albero tutti all'unisono. Mentre la fuoriuscita uniforme degli elementi di presa appartenenti alla stessa sezione è desiderata, per conseguire un buon centraggio del nucleo della bobina sull'albero, lo spostamento sincrono degli elementi di presa lungo lo sviluppo longitudinale dell'albero può fornire degli inconvenienti se il nucleo della bobina non è perfettamente cilindrico o è cedevole (nucleo di cartone). Infatti, in quest'ultimo caso, il movimento di fuoriuscita degli elementi di presa si interrompe non appena una serie di essi, appartenente alla medesima sezione, si appoggia contro la parate interna del nucleo della bobina: in quell’istante l'avanzamento del pistone è impedito dal bloccaggio di questa prima sezione e così anche la corsa degli altri elementi di presa viene fermata a quel punto. Esiste pertanto il rischio che il nucleo non venga bloccato bene, il caso limite risultando quello in cui il nucleo è bloccato in corrispondenza di un'unica sezione e lasco in tutte le altre.

Un primo tentativo di eliminare gli inconvenineti della tecnica nota è reso noto dal brevetto italiano N°1205550 depositato il 16.07.87. In questo brevetto una serie di pistoni, alimentati mediante corrispondenti condotti di aria compressa, sono collegati a spinotti guida, mediante un'asta, ed imprimono ad essi una traslazione assiale. A loro volta gli spinotti di guida presentano opportune cave inclinate atte ad impegnarsi con elementi di presa in forma di chiavette.

Questa costruzione è assai complessa e porta a notevoli altri svantaggi:

- ciascun pistone e servito da un proprio condotto di alimentazione e pertanto il numero di pistoni è limitato dal numero di condotti che possono trovare posto all'interno dell'albero; - ciascun modulo è composto da una camera di compressione, da un pistone, da uno stelo, da una molla e da uno spinotto guida, tutti questi elementi venendo moltiplicati per il numero dei moduli;

- i moduli sono tra di loro distanziati mediante puntoni, che risultano ingombranti e possibile fonte di sbilanciamenti delile masse;

- l'alimentazione di aria compressa in ciascun modulo avviene necessariamente da una sola delle due estremità dell'albero.

L'albero espansibile proposto dalla Richiedente vuole invece risolvere pienamente gli inconvenienti della tecnica nota superando anche gli svantaggi offerti dal brevetto sopra citato. In particolare, scopo della presente invenzione è di fornire un albero espansibile pneumomeccanico autocentrante che garantisca un movimento indipendente degli elementi di presa tra un modulo e l'altro mantenendo un movimento uniforme degli elementi di presa appartenenti allo stesso modulo, pur conservando una notevole semplicità costruttiva.

Un altro scopo della presente invenzione è di fornire un albero espansibile pneumomeccanico che possa essere alimentato con fluido in pressione da entrambe le estremità.

Tali scopi vengono raggiunti da un albero espansibile per il supporto di bobine, del tipo comprendente un cilindro cavo, al cui interno trovano posto una pluralità di moduli di bloccaggio e presentante, in corrispondenza di ciascuno di tali moduli, una pluralità di aperture ripartite sulla circonferenza della sua superficie, da cui sono liberi di fuoriuscire elementi di presa per la bobina, in cui ciascun modulo è sostanzialmente costituito da un pistone guidato direttamente nella cavità del cilindro e nel quale sono formate guide inclinate rispetto all'asse longitudinale dell'albero cooperanti ciascuna con un elemento di presa, da una camera di pressione delimitata tra il cielo del pistone ed un diaframma solidale al cilindro, e da un elemento elastico di ritorno, interposto tra il fondo del pistone e il diaframma del modulo successivo.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chari dalla descrizione dettagliata che segue presa con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

fig. 1 è una vista in sezione longitudinale parziale di un albero espansibile pneumomeccanico che illustra uno schema di montaggio di una chiavetta di presa secondo la presente invenzione;

fig. 2 è una vista come in fig. 1 in cui la chiavetta è completamente fuoriuscita;

fig. 3 è una vista come in fig. 1 in cui la chiavetta è completamente rientrata; e

fig. 4 è una vista in sezione trasversale presa lungo la linea II-II di fig. 2.

L'albero espansibile secondo l'invenzione è dotato di un cilindro cavo 1 all'interno del quale vengono inseriti - rispettivamente con la sequenza qui descritta - un elemento elastico di ritorno 2, quale una molla a spirale, un pistone 3 e un diaframma fissato nel cilindro 1 mediante un grano filettato 5. Preferibilmente, il diaframma è il fondo di un bicchiere di chiusura 4 le cui pareti cilindriche fanno parzialmente da guida del pistone 3.

Questi pochi elementi, in senso generale, si possono ritrovare anche negli alberi espansibili della tecnica nota, senonchè, come vedremo ora, la loro architettura e disposizione sono, secondo la presente invenzione, decisamente innovative. Infatti, la serie di elementi indicati con i riferimenti numerici dal 2 al 5 nella presente invenzione, risolve brillantemente tutta una serie di problematiche che affliggevano la tecnica nota.

Innanzitutto, concettualmente, ciascun modulo presenta solo tre elementi costruttivamente assai semplici. Ciò permette di ridurre i tempi di fabbricazione e i costi, nonché la semplicità di montaggio, come vedremo meglio anche più avanti, conseguendo uno scopo dell'invenzione.

Nella presente invenzione, il pistone assolve alla duplice funzione di spinta degli elementi di presa e di guida degli stessi. Infatti, direttamente sui pistoni 3 sono ricavate una pluralità di scanalature 9 inclinate rispetto all'asse longitudinale dell'albero (in fig. 1 ne è mostrata una per ogni pistone 3) che costituiscono guide inclinate per elementi di presa o chiavette 10; queste ultime presentano una superficie esterna parallela all'asse dell'albero mentre la superficie interna è inclinata a guisa di cuneo.

Come si vede dalla fig. 4, le scanalature 9 presentano una forma tale da costituire una lunga gabbia per un elemento di ritenuta 11 scorrevole al suo interno e reso solidale alla chiavetta 10, per esempio grazie ad un bullone 13. La chiavetta 10 fuoriesce da una sede 12 del cilindro 1 che guida il suo movimento radiale e ne impedisce quello lungo l'asse dell'albero; pertanto lo scorrimento all'interno dell'albero del pistone 3 e delle relative scanalature 9 impartisce all'elemento di ritenuta 11 un movimento radiale che fa uscire e rientrare la chiavetta 10 dalla propria sede 12.

L'inclinazione delle scanalature 9 è tale che durante l'avanzamento del pistone 3 le chiavette 10 fuoriescono, mentre durante l'arretramento del pistone 3 sotto l'azione della molla di ritorno 2, le chiavette 10 rientrano all'interno del cilindro 1.

In secondo luogo, ma non per questo meno importante, gli elementi che compongono ciascun modulo forniscono la possibilità di essere attraversati da un unico tubo rigido 6 di alimentazione.

Il tubo 6 presenta aperture 7 che immettono aria compressa in corrispondenza di camere 8 formate tra il cielo dei pistoni 3 e i bicchieri 4.

Come si vede bene nelle figure, i pistoni 3 scorrono direttamente all'interno della cavità del cilindro 1, guidati parzialmente dai bicchieri 4. Questi ultimi, infatti, costituiscono sia il fondo della camera 8 che le pareti laterali o la camicia del cilindro in cui scorre parzialmente il pistone 3. Per assicurare la tenuta al fluido in pressione, ciascuna camera 8 presenta guarnizioni 8a e 8b rispettivamente tra il pistone 3 e il bicchiere 4 e tra il pistone 3 e il tubo 6.

Il montaggio della chiavetta 10 si effettua immettendo pressione nella camera 8 così da portare il pistone 3 nella posizione avanzata mostrata in fig. 1; l'elemento di ritenuta 11 viene allora inserito nella scanalatura 9 e poi viene inserita la chiavetta 10 nella relativa sede 12 fissandola con il bullone 13 ad un foro filettato dell'elemento di ritenuta 11 (fig. 2). A questo punto il pistone può tornare indietro sotto l'azione della molla 2 facendo rientrare la chiavetta all'interno dell'albero (fig. 3). Questa operazione di montaggio verrà effettuata indipendentemente su ogni modulo fino a completare il montaggio di tutto l'albero.

Come si evince da quanto sopra, la presente invenzione consente, a fronte di una notevole semplicità, di rendere indipendenti le serie di chiavette appartenenti alle diverse sezioni le quali, non essendo più meccanicamente accoppiate, possono adeguarsi alle condizioni locali garantendo una presa perfetta del nucleo di una bobina (non mostrata) supportata dall'albero.

Per di più, essendo i pistoni 3 collegati in parallelo sulla stessa linea di alimentazione (il tubo 6) di aria compressa, la potenza erogata dal compressore viene resa disponibile a ciascun pistone indipendentemente dalla lunghezza dell'albero espansibile cosi da poter realizzare alberi di lunghezza fino a tre metri senza alcun inconveniente.

Va notato, inoltre, che il tubo 6 essendo unico su tutta la lunghezza dell'albero, potrà essere alimentato da una qualsiasi delle estremità dell'albero, o da entrambe, conseguendo un altro vantaggio dell'invenzione. Come si vede in fig. 1, per esempio, il tubo 6 è dotato di due valvole 14, una ad ogni estremità.

S'intende comunque che la protezione dell'invenzione descritta sopra non è limitata alla particolare configurazione illustrata, ma si estende ad ogni altra variante costruttiva tecnicamente equivalente.

Inoltre, per quanto si sia fatto generalmente riferimento ad un fluido quale l'aria compressa, può essere utilizzato anche un altro fluido quale olio, nel qual caso si parlerà di cilindro idromeccanico, senza per questo allontanarsi dagli scopi della presente invenzione.

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Albero espansibile per il supporto di bobine, del tipo comprendente un cilindro cavo, al cui interno trovano posto una pluralità di moduli di bloccaggio e presentante, in corrispondenza di ciascuno di tali moduli, una pluralità di aperture ripartite sulla circonferenza della sua superficie, da cui sono liberi di fuoriuscire elementi di presa per la bobina, caratterizzato da ciò che ciascun modulo è sostanzialmente costituito da un pistone guidato direttamente nella cavità del cilindro e nel quale sono formate guide inclinate rispetto all'asse longitudinale dell'albero cooperanti ciascuna con un elemento di presa, da una camera di pressione delimitata tra il cielo del pistone ed un diaframma solidale al cilindro, e da un elemento elastico di ritorno, interposto tra il fondo del pistone e il diaframma del modulo successivo.
2. 2) Albero espansibile come in 1), in cui tutti i moduli sono attraversati assialmente da un condotto rigido di alimentazione del fluido in pressione.
3. 3) Albero espansibile come in 1) o in 2), in cui detti diaframmi delle camere di pressione sono costituiti dal fondo di bicchieri inseriti nel cilindro, entro cui scorre parzialmente detto pistone.
4. 4) Albero espansibile come in 2), in cui detto condotto assiale presenta aperture in corrispondenza di dette camere di pressione .
5. 5) Albero espansibile come in 4), in cui detto condotto assiale presenta valvole di ingresso del fluido in pressione da entrambe le sue estremità.
6. 6) Albero espansibile come in 1), in cui detti elementi di presa hanno una forma a cuneo atta a cooperare con dette guide inclinate, dette guide inclinate essendo orientate in modo che un movimento del pistone sotto l'azione del fluido in pressione spinga verso l'esterno detti elementi di presa.
7. 7) Albero espansibile come in 1), in cui dette guide inclinate sono costitite da scanalature in cui scorre un elemento di ritenuta solidale con gli elementi di presa.
8. 8) Albero espansibile come in 6), in cui detto elemento di ritenuta presenta un foro filettato ed è reso solidale al corrispondente elemento di presa mediante un bullone.
9. 9) Albero espansibile come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto elemento elastico di ritorno è una molla a spirale.
10. 10) Albero espansibile come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto fluido in pressione è aria.