ITMI962080A1 - Dispositivo di equilibratura di un rotore mediante asportazione di materiale - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DI EQUILIBRATURA DI UN ROTORE MEDIANTE ASPORTAZIONE DI MA TERIALE

DESCRIZIONE

L’invenzione riguarda un dispositivo di equilibratura di un rotore mediante asportazione di materiale.

In particolare, l'equilibratura secondo l'invenzione è prevista per i rotori o indotti dei motori elettrici, dotati di corpi o pacchi lamellari che presentano espansioni radiali formanti tra loro delle sedi per avvolgimenti ed esternamente sagomanti porzioni di una superficie cilindrica.

Sono attualmente note varie apparecchiature equilibratrici predisposte per effettuare l'equilibratura dei rotori, in particolare dei rotori o indotti inseriti in motori elettrici quali i motori di componenti per auto, di elettrodomestici, di utensileria elettrica.

Tali apparecchiature equilibratrici sono dotate di una unità di misurazione degli squilibri che fornisce - per i previsti piani di equilibratura, ortogonali all'asse centrale di rotazione dei rotori - i dati riguardanti l'entità e la posizione dello squilibrio da eliminare. I dati vengono trasmessi a una unità di lavoro che provvede all'asportazione di materiale dal rotore, in quantità e posizione opportuna, mediante una o più lavorazioni di fresatura in corrispondenza di ogni piano di equilibratura.

Per eseguire le asportazioni di materiale sono universalmente note due distinte modalità operative, a cui corrispondono differenti unità di lavoro.

Una prima modalità operativa consiste nell'eseguire su ogni piano di equilibratura una ampia fresatura, nota tecnicamente come fresatura polare, per mezzo di una fresa girevole attorno ad un asse trasversale all'asse del rotore e presentante un profilo di taglio ad arco di cerchio concavo di diametro simile al diametro esterno del rotore da equilibrare. Il rotore si inserisce nella concavità della fresa girevole.

Le frese per la fresatura polare presentano l'arco di cerchio del profilo di taglio con uno sviluppo corrispondente ad una pluralità di dette espansioni radiali dei rotori, per poter asportare materiale contemporaneamente da una pluralità di queste ultime, in una zona a cavallo di ciascun piano di squilibrio.

Poiché la fresatura polare abbraccia tutti i punti esterni di varie espansioni radiali, indipendentemente dallo spessore locale delle stesse, non può essere eseguita molto In profondità. Ad esempio, è tipica una profondità massima di asportazione di materiale compresa tra mezzo millimetro ed un millimetro.

La fresatura di tipo polare offre il vantaggio di richiedere una sola operazione di fresatura, ma è necessario prevedere per ogni diametro di rotore una diversa fresa e quindi sia ha un aggravio di costi pròduttivi nel caso di una vasta gamma di rotori da equilibrare.

Inoltre il profilo di taglio concavo della fresa, soprattutto se quest'ultima si estende su un arco di cerchio di ampiezza rilevante, non è egualmente efficace in ogni suo tratto poiché la profondità di taglio risulta minore nelle zone estreme della fascia asportata, rispetto alla zona centrale della fascia stessa.

La seconda modalità operativa, nota come fresatura vettoriale, utilizza frese con profilo di taglio a V e, contrariamente alla fresatura polare, permette profonde asportazioni di materiale dalle espansioni radiali. Ad esempio, sono possibili intagli aventi una profondità massima compresa tra uno e due millimetri e mezzo.

Tuttavia è necessario che la fresatura venga eseguita esattamente in corrispondenza della parte centrale di ciascuna espansione, dove lo spessore risulta adeguato.

E' evidente che la posizione angolare del piano di squilibrio ben difficilmente viene a coincidere esattamente con la parte centrale di una espansione. Si rende cosi necessaria la scomposizione vettoriale dello squilibrio secondo direzioni vincolate al passo esistente tra le espansioni, in modo da eseguire le fresature esattamente nelle parti centrali di più espansioni.

Di conseguenza la fresatura con modalità vettoriale richiede quasi in ogni caso almeno due operazioni di fresatura.

In questa situazione è evidente che i due detti modi di operare, polare e vettoriale, richiedono unità di lavoro molto diverse tra loro, per l'esecuzione delle equilibrature.

E' pertanto difficile e costoso attrezzare i posti di lavoro in modo che gli stessi dispongano sia di unità di lavoro per fresature di tipo polare sia di unità di lavoro per fresature di tipo vettoriale, anche se ciò sarebbe vantaggioso in quanto permetterebbe di scegliere di volta in volta la procedura più adatta.

Parimenti è in pratica irrealizzabile una combinazione dei due modi di operare, polare e vettoriale, ad esempio per ottenere nell'insieme una asportazione di materiale molto elevata nei rotori fortemente squilibrati, altrimenti da scartare.

Un inconveniente comune sia alla fresatura di tipo polare sia alla fresatura di tipo vettoriale è poi che entrambe producono sforzi piuttosto consistenti sui pacchi lamellari dei rotori.

Infatti, le frese utilizzate ruotano ad una velocità compresa indicativamente tra cinquecento e duernilacinquecento giri al minuto e provocano una notevole forza sul pezzo, che deve essere ben serrato tramite una morsa di bloccaggio.

Questa forza sul pezzo ed il bloccaggio in morsa, necessariamente eseguito sulle superfici cilindriche esterne dei rotori, non sono accettabili nei rotori di minore resistenza meccanica, ad esempio negli Indotti dei motori per il raffreddamento di radiatori di auto.

I detti indotti hanno un diametro, in corrispondenza della superficie cilindrica, elevato rispetto alla lunghezza in corrispondenza dell'asse di rotazione. Pertanto la loro consistenza meccanica è molto limitata e il solo fatto di stringerli in morsa provoca deformazioni tali da alterare in modo sostanziale lo squilibrio già misurato.

Infine, sia con alla fresatura di tipo polare sia con la fresatura di tipo vettoriale esiste una certa difficoltà ad operare una efficace seconda equilibratura dei rotori, quando per qualche motivo (ad esempio per errori di tolleranza nelle unità di lavoro, o per vari altri errori di intervento) la prima equilibratura non è risultata soddisfacente.

Infatti, una seconda fresatura di tipo polare raggiunge con difficoltà il risultato voluto, se viene sviluppata allargando la zona fresata verso punti sempre più distanti dal punti di squilibrio.

Una seconda fresatura di tipo vettoriale presenta poi una massima criticità nel corretto posizionamento della fresa: se il secondo taglio non si sovrappone con totale esattezza al primo, la fresa non asporta solo il materiale programmato, ma anche altro materiale su una fiancata del primo incavo.

Si produce cosi un imprevisto errore di lavorazione, per eccesso di asportazione, che obbliga a riequilibrare un'altra volta il rotore, od a scartare lo stesso.

In questa situazione il compito tecnico della presente invenzione è ideare un dispositivo di equilibratura in grado di ovviare agli inconvenienti citati, e di operare indifferentemente, a scelta di un operatore od in modo automatico, fresature di tipo polare o vettoriale. Il compito tecnico è sostanzialmente raggiunto da un dispositivo di equilibratura di un rotore mediante asportazione di materiale che si caratterizzano per il fatto di comprendere una o più delle soluzioni tecniche qui di seguito descritte e/o rivendicate.

Viene ora riportata, a titolo di esempio non limitativo, la descrizione di una esecuzione preferita di un dispositivo secondo l'invenzione, con riferimento ai disegni, nei quali:

le figure la, lb mostrano come attualmente vengono eseguite le note fresature di tipo polare per equilibrare un rotore realizzato da un indotto di motore elettrico;

le figure 2a, 2b mostrano come attualmente vengono eseguite le note fresature di tipo vettoriale per equilibrare il detto indotto di motore elettrico;

la figura 3 evidenzia il dispositivo secondo l'invenzione 1n corrispondenza del suo gruppo di taglio e'd in posizione pronta per l’equilibratura di un indotto di motore elettrico avente una lunghezza assiale particolarmente ridotta;

la figura 4 illustra il dispositivo secondo l'invenzione in corrispondenza di organi di posizionamento e mostra come viene utilizzato il dispositivo di figura 3 per l'esecuzione di una fresatura di tipo polare;

la figura 5 è analoga alla figura 4 ed illustra come viene utilizzato il dispositivo di figura 3 per l'esecuzione di una fresatura di tipo vettoriale; e

la figura 6 è una sezione parziale di un detto indotto, eseguita in corrispondenza di un piano di equilibratura, sul quale sono state eseguite, con il dispositivo secondo l'invenzione, sia le operazioni di fresatura di tipo polare mostrate in figura 4, sia le operazioni di fresatura di tipo vettoriale mostrate in figura 5.

A titolo di confronto con il dispositivo secondo l'Invenzione, mostrato nelle figure da 3 a 5, la figura la Illustra una nota prima unità di lavoro 1, per l'esecuzione di una fresatura di tipo polare.

La figura 2a illustra similmente una nota seconda unità di lavoro 2, prevista per l'esecuzione di una fresatura di tipo vettoriale.

Per la descrizione delle note unità di lavoro 1 e 2 si rimanda a quanto già precisato in premessa.

Dette unità di lavoro note 1 e 2 eseguono, come mostrano le figure lb e 2b, fresature su piani di equilibratura di un rotore 3 realizzato da un indotto di un motore elettrico avente una lunghezza assiale prevalente sul diametro della superficie esterna 4, cilindrica.

L'indotto o rotore 3, presenta la sua superficie esterna 4 serrata, come d'uso, da una morsa 5.

Strutturalmente, l'indotto o rotore 3 comprende poi un albero 6 definente un asse di rotazione 6a sul quale si sviluppa un corpo o pacco lamellare dotato di espansioni radiali 7 delimitanti tra loro sedi 8 atte ad alloggiare avvolgimenti elettrici.

Le espansioni radiali 7 hanno dilatazioni 7a a fungo sorrette da gambi 7b e definiscono esternamente porzioni della superficie esterna 4 distanziate tra loro da solchi 8a, comunicanti con le sedi 8 per alloggiare avvolgimenti elettrici.

Queste porzioni di superficie esterna cilindrica sono in pratica liste longitudinali 4a, parallele all'asse di rotazione 6a.

I detti piani di equilibratura, indicati con 9, sono perpendicolari all'asse di rotazione 6a e sono distanziati tra loro e posti in vicinanza delle estremità delle lste longitudinali 4a.

Va rilevato poi che l'asportazione di materiale avviene, 1n corrispondenza dei piani di equilibratura 9, in riferimento alla posizione di un piano di squilibrio 9a, precedentemente individuato tramite le unità di misura già citate in premessa.

Il dispositivo secondo l'invenzione è globalmente indicato con il numero 10.

Nelle figure da 3 ad 5 il dispositivo 10 è mostrato attivo su Indotti 3 del tipo previsto per motori elettrici adibiti al raffreddamento dei radiatori di auto, vale a dire con una superficie esterna 4 cilindrica di diametro elevato rispetto alla lunghezza dell'indotto in senso parallelo all'asse di rotazione 6a.

Questo diametro elevato è causa di debolezza meccanica dell'indotto 3, che deve pertanto essere equilibrato senza forzature.

E' vantaggiosamente previsto che il dispositivo 10 sia dotato di mezzi di movimentazione dell'indotto 3 comprendenti, tra l'altro, organi di posizionamento 11 includenti una pinza 12 in grado di bloccare l'indotto 3 in corrispondenza di una estremità del suo albero 6.

Inoltre, vantaggiosamente, gli organi di posizionamento 11 comprendono un blocco 13 solidale alla pinza 12, un motore posizionatore 14 collegato tramite una cinghia dentata 15a e relative pulegge 15b al blocco 13 ed alla pinza 12.

Il motore posizionatore 14 è di tipo elettrico ed atto a far ruotare con precisione le pinza 121n due sensi opposti.

Se è prevista una sola pinza 12, l'altra l'estremità dell'albero 6 è inserita girevolmente su un supporto ausiliario, non illustrato.

E' inoltre previsto che gli organi di posizionamento 11 siano mobili in senso parallelo all'albero 6, per traslare tutto il rotore 3, in quanto montato su una piattaforma 16 mobile .

Il dispositivo 10 comprende poi un gruppo di taglio 17 che opera sull’indotto 3 per asportare materiale dalle liste longitudinali 4a, in corrispondenza dei piani di equilibratura 9 e dei squilibrio 9a (figura 6).

Questo gruppo di taglio 17 comprende un utensile fresatore 18 supportato da un elettromandrino 19 che comanda alla rotazione l'utensile fresatore 18.

Il gruppo di taglio 17 e l'indotto 3 sono mobili in senso relativo grazie al fatto che i mezzi di movimentazione comprendono anche organi di supporto 20 sostenenti il gruppo di taglio 17 in modo da accostare più o meno l'utensile fresatore 18 all'albero 6, in senso radiale al rotore 3.

In pratica gli organi di supporto 20 sono atti a traslare il gruppo di taglio 17 parallelamente ad un piano di accostamento 21 (figura 3) passante per l'asse di rotazione 6a dell'albero 6 e preferibilmente verticale.

In dettaglio, come mostra la figura 3, l'utensile fresatore 18 è del tipo atto ad asportare materiale dalle espansioni radiali 7 secondo almeno una prima ed una seconda direzione di taglio dirette rispettivamente in senso tangenziale ed in senso radiale alla superficie esterna 4.

Infatti l'utensile fresatore 17 presenta un asse di simmetria 22 longitudinale ed è dotato di una prima zona di taglio 18a coassiale all'asse di simmetria 22 ed una seconda zona di taglio 18b consecutiva alla prima e sostanzialmente definente l'estremità dell'utensile fresatore.

La seconda zona di taglio 18b è trasversale, in particolare perpendicolare, all'asse di simmetria 22.

Inoltre l'utensile fresatore 18 è disposto, in posizione di lavoro, con l'asse di simmetria 22 incidente obliquamente sulla superficie esterna 4 cilindrica del rotore 3.

Nella figura 3 l'utensile fresatore 18 è disposto inclinato secondo un angolo a di quarantacinque gradi rispetto al piano di accostamento 21, in modo da formare con il suo spigolo di taglio terminale una V, rispetto al rotore 3.

L'utensile fresatore 18 può ovviamente operare anche secondo una terza direzione di taglio, parallela all'asse di rotazione 6a e longitudinale rispetto alle liste 4a.

Ciò si verifica quando la piattaforma 16 trasla il rotore 3 parallelamente all'albero 6, mentre lo stesso rotore 3 subisce l'azione di taglio dell'utensile fresatore 18, che in tal modo viene fatto scorrere lungo le liste 4a.

Nelle figure questa terza direzione di taglio non è illustrata 1n quanto, stante la ridotta lunghezza delle liste 4a, non viene utilizzata.

Secondo l'invenzione, è poi originalmente previsto che l'elettromandrino 19 sia di tipo atto a far ruotare l'utensile fresatore ad alta velocità, vale a dire ad una velocità molto superiore a quelle usualmente previste per queste operazioni di equilibratura con asportazione di materiale.

Infatti, mentre usualmente le tradizionali frese operano ad una velocità compresa tra cinquecento e duernilacinquecento giri al minuto, lelettromandrino 19 pone l'utensile fresatore 18 in rotazione ad una velocità compresa tra diecimila e centomila giri al minuto.

In tal modo la quantità di materiale asportato ad ogni rotazione dell'utensile fresatore 18 è minima e minimo è lo sforzo prodotto dallo stesso sul rotore 3.

L'effetto dell'asportazione di materiale è mostrato anche nella figura 6, dove è evidenziata una sezione di un indotto 3, già riequilibrato, eseguita in corrispondenza di un piano di equilibratura.

In particolare la figura 6 mostra un indotto 3 sul quale sono state eseguite, secondo un aspetto dell'invenzione, sia una equilibratura di tipo polare sia una equilibratura di tipo vettoriale, combinate tra loro, come meglio precisato in seguito, a proposito del funzionamento del dispositivo.

Il funzionamento del dispositivo è il seguente.

In presenza di uno squilibrio il rotore 3 viene sottoposto all'azione del dispositivo di equilibratura 10, con asportazione di materiale in corrispondenza dei due piani di equilibratura 9.

Se lo squilibrio è sostanzialmente normale, l'equilibratura può essere eseguita a scelta in modalità polare (figura 4) oppure in modalità vettoriale (figura 5).

La differenza è in pratica nella profondità di intervento (che può essere maggiore con l'equilibratura vettoriale) e nel tipo di spostamento angolare comandato dalla pinza 12, che è continuo oppure a passi pari alla distanza tra due espansioni radiali contigue.

Per la sua struttura e la sua posizione, l'utensile fresatore 18 è in grado di eseguire indifferentemente i due tipi di equilibratura, operando, in corrispondenza del detto spigolo di taglio a V, sia con la sua prima zona di taglio 18a coassiale all'asse di simmetria 22, formante un lato di detto spigolo, sia con la sua seconda zona di taglio o estremità 18b, formante l'altro lato dello spigolo.

In particolare entrambe le zone di taglio intervengono contemporaneamente nella equilibratura di tipo vettoriale, ed alternativamente l'una o l'altra, a seconda del senso di rotazione dell'indotto 3, nel caso di equilibratura di tipo polare.

L'altissima velocità di rotazione dell'utensile concorre a rendere indifferente la zona di taglio utilizzata.

Inoltre l'altissima velocità di rotazione riduce in modo drastico lo sforzo sulle liste 4a dell'indotto 3: la quantità di materiale asportato ad ogni rotazione dell'utensile fresatore 18 è minima e minimo è lo sforzo prodotto dallo stesso.

L'assenza di deformazioni è ottenuta anche impegnando e sostenendo l'indotto con una pinza 12 attiva in corrispondenza dell'albero 6, o comunque in una zona diversa dalle liste 4a.

Se lo squilibrio è invece eccezionale, e non può essere compensato con una fresatura polare o con una fresatura vettoriale, per quanto accentuate, esiste vantaggiosamente la possibilità di eseguire entrambe le fresature, con ampia asportazione di materiale.

La figura 6 evidenzia infatti che ad una fresatura polare ampia ma relativamente poco profonda, è possibile aggiungere una fresatura vettoriale, meno ampia ma più profonda, o viceversa.

In tal modo tutti i rotori possono essere equilibrati e si annullano sostanzialmente gli scarti, anche in presenza di squilibri molto elevati, ed anche in presenza di rotori deboli meccanicamente o comunque facilmente deformabili.

L'originale combinazione di fresatura polare e vettoriale è utilizzabile anche in presenza di squilibri non eccezionali quando, per una qualunque ragione, è necessario od opportuno eseguire una seconda volta l'equilibratura di un rotore.

In tal caso è infatti vantaggioso poter eseguire un fresatura di tipo diverso, sia per dare maggiore efficacia al secondo intervento, sia per evitare la criticità estrema del posizionamento dell'utensile fresatore nel secondo intervento: se lo stesso non assume nuovamente con precisione la posizione del primo intervento, si verificano di fatto operazioni di taglio non previste o calcolate che impediscono una effettiva riequilibratura del rotore.

L'invenzione consegue importanti vantaggi.

E' stata infatti originalmente superata la contrapposizione tra equilibratura polare ed equilibratura vettoriale, rendendo possibile l'esecuzione di entrambe con uno stesso dispositivo.

Inoltre è stata resa possibile una equilibratura di tipo misto, ove entrambe le procedure possono essere utilizzate, vantaggiosamente, in vari casi.

L'equilibratura è poi eseguita con un dispositivo che in nessun modo deforma gli indotti, sia per come gli stessi vengono serrati e comandati, sia per le caratteristiche funzionali dell'utensile fresatore. Il dispositivo è poi di semplice applicazione ed impiego in quanto non vengono sostanzialmente modificate le metodologie di calcolo ed esecuzione delle fresature.

Pertanto sia il personale non ha necessità di nuovo addestramento, sia possono essere sostanzialmente mantenuti i complessi programmi di calcolo delle fresature di tipo polare o vettoriale.

L’invenzione è suscettibile di numerose modifiche e varianti rientranti nell'ambito del concetto inventivo e tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

Nella pratica attuazione del trovato i materiali, le forme e le dimensioni possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims (9)

1. RIVENDICAZXONI 1) Dispositivo di equilibratura di un rotore mediante asportazione di materiale, particolarmente‘di un rotore avente un albero, un asse di rotazione coassiale a detto albero, ed una superficie esterna distanziata in senso radiale rispetto a detto albero, caratterizzato dal fatto di comprendere: -un gruppo di taglio includente un utensile fresatore atto ad asportare materiale almeno in una prima ed in una seconda direzione di taglio dirette rispettivamente in senso tangenziale e in senso radiale a detta superficie esterna, -e mezzi di movimentazione comprendenti sia organi di posizionamento atti almeno a far ruotare detto rotore intorno a detto asse di rotazione, sia organi di supporto atti e realizzare spostamenti reciproci tra detto gruppo di taglio e detto rotore in senso radiale a detto rotore.
2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detto utensile fresatore presenta un asse di simmetria longitudinale e comprende una prima zona di taglio coassiale a detto asse di simmetria ed una seconda zona di taglio consecutiva alla prima e sostanzialmente definente l'estremità di detto utensile fresatore.
3. 3) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in particolare la 2, in cui detta seconda zona di taglio è trasversale a detto asse di simmetria ed in cui detto utensile fresatore è disposto, in posizione di lavoro, con detto asse di simmetria incidente obliquamente su detta superficie esterna di detto rotore.
4. 4) Dispositivo secondo una o più delle riv. precedenti, in particolare la 3, in cui detto utensile fresatore è disposto, in posizione di lavoro, con detto asse di simmetria inclinato di sostanzialmente quarantacinque gradi rispetto a detta superficie esterna.
5. 5) Dispositivo secondo una o più delle riv. precedenti, in particolare la 1, in cui detto gruppo di taglio comprende un elettromandrino atto a far ruotare detto utensile fresatore ad una velocità compresa tra diecimila e centomila giri al minuto.
6. 6) Dispositivo secondo una o più delle riv. precedenti, in particolare la 1, in cui detti organi di posizionamento comprendono una pinza atta a serrare detto rotore in corrispondenza di detto albero.
7. 7) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in particolare la 6, in cui detti organi di posizionamento sono sorretti da una piattaforma mobile parallelamente a detto albero.
8. 8) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in particolare la 1, in cui detti organi di supporto impegnano detto gruppo di taglio.
9. 9) Dispositivo caratterizzato dal fatto di comprendere una qualsiasi delle nuove soluzioni tecniche rivendicate o descritte, od una qualsiasi combinazione delle stesse.