ITMI981049A1 - Albero espansibile pneumomeccanico perfezionato - Google Patents

Description

La presente invenzione riguarda un albero espansibile pneumomeccanico.

Come noto, alberi espansibili trovano impiego in numerose applicazioni industriali per il supporto rotante di bobine. Gli alberi espansibili sono specificamente costruiti in modo tale che il mozzo cavo, o nucleo, di una bobina possa essere infilato agevolmente su di essi, in una fase di caricamento, e poi centrato e bloccato saldamente, in corrispondenza del suo asse di rotazione, durante la successiva fase di lavoro.

A questo scopo, generalmente, l'albero espansibile presenta una pluralità di elementi di presa, quali tasselli, listelli o chiavette mobili, che vengono estratti dalla sua superficie esterna e premuti contro il lato interno del nucleo della bobina, per bloccare quest'ultima in posizione sull'albero, e vengono retratti al termine della lavorazione per permettere il disimpegno della bobina dall'albero. La tecnica offre diverse tipologie costruttive per realizzare il movimento di estrazione/retrazione di tali elementi di presa, che possono essere ricondotte fondamentalmente a tre sistemi: uno di tipo puramente meccanico, uno puramente pneumatico e uno di tipo pneumo-meccanico. La presente invenzione si confronta con quest'ultima tipologia, i cui vantaggi sono ampiamente noti in letteratura, fornendo dei notevoli perfezionamenti che rendono questo tipo di albero assai affidabile e duraturo.

Secondo la tecnica nota, un albero espansibile pneumomeccanico comprende un cilindro cavo dotato di uno o più moduli ciascuno comportante, da un lato, una pluralità di tasselli di presa, inseriti in relative sedi ricavate nello spessore del cilindro cavo e d'altro lato, un elemento a pistone, mobile longitudinalmente all'interno del cilindro sotto l'azione di un fluido in pressione (normalmente aria compressa): il pistone interviene in modo meccanico, mediante un accoppiamento a piano inclinato, sui tasselli di presa facendoli fuoriuscire dalle loro sedi.

Non ci soffermiamo, in questa sede, sugli innumerevoli vantaggi che offre questa particolare struttura.

L'elemento di spinta a pistone per la movimentazione dei tasselli, tuttavia, è fonte di notevoli problemi per via della tenuta stagna che è necessario assicurare per contenere il fluido in pressione, tanto più visto che quest'ultimo è normalmente aria compressa ad una pressione di circa 10 atm.

In generale, il pistone scorre direttamente all'interno del cilindro cavo dell'albero espansibile e la tenuta del fluido in pressione viene assicurata da una guarnizione O-ring montata in una corrispondente gola circolare prevista sul pistone. Questa soluzione obbliga ad adottare tolleranze costruttive ristrette non solo per il pistone, ma soprattutto per la superficie interna del cilindro cavo che deve cooperare con la guarnizione. Le lavorazioni di rettifica, per raggiungere i desiderati livelli di tolleranza, su un lungo tratto interno al cilindro - quindi scomodo da raggiungere - implicano dei costi aggiuntivi di fabbricazione. Inoltre, il carico della bobina sopportato dagli elementi di presa si trasferisce da questi al pistone e poi al cilindro cavo attraverso la guarnizione; questa condizione di lavoro è molto gravosa per la guarnizione che, oltretutto, è soggetta a strisciamento durante il movimento del pistone: la durata del modulo è dunque decisamente compromessa e viene richiesta una frequente manutenzione.

Per tentare di superare questi inconvenienti EP-A1-819643, a nome della stessa Richiedente, divulga un albero espansibile in cui ciascun modulo presenta inoltre una camicia, o bicchiere, entro cui è scorrevole la porzione di pistone su cui è alloggiata la guarnizione. Dato che ciascuna camicia viene applicata all'interno del cilindro cavo, essa può essere preventivamente lavorata di macchina in modo comodo ed efficiente con elevate tolleranze, senza che ciò implichi dei costi eccessivi. Inoltre, il pistone viene guidato all'interno del cilindro cavo, mentre invece scorre con un certo gioco all’interno della camicia: in questo modo il carico viene trasferito dagli elementi di presa al pistone e poi al cilindro cavo senza scaricarsi anche sulla guarnizione.

Tuttavia, anche questa soluzione presenta degli inconvenienti legati al fatto che la guarnizione lavora sempre a strisciamento e, con l'andare del tempo, si consuma perdendo le sue caratteristiche di tenuta.

Scopo della presente invenzione è di risolvere completamente gli inconvenienti sin qui illustrati. Ciò viene conseguito con un albero espansibile pneumomeccanico del tipo comprendente un cilindro cavo in cui è inserito almeno un modulo di estrazione di elementi di presa, atti a fuoriuscire da detto cilindro cavo per bloccare il nucleo di una bobina calzata sull'albero, detto modulo comprendendo un elemento di spinta traslabile, accoppiato a detti elementi di presa tramite un piano inclinato, e un elemento elastico di ritorno, agente su detto elemento di spinta e inoltre almeno un polmone espansibile atto a sospingere detto elemento di spinta in contrasto con detto elemento elastico.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’albero espansibile secondo l'invenzione risulteranno comunque meglio evidenti dalla descrizione dettagliata che segue di una preferita forma di esecuzione dello stesso, data a titolo di esempio ed illustrata nei disegni allegati, nei quali:

fig. 1 è una vista in sezione longitudinale dell'albero espansibile secondo l'invenzione con gli elementi di presa in posizione retratta: e

fig. 2 è una vista analoga a fig. 1 con gli elementi di presa in posizione estratta.

Un albero espansibile pneumomeccanico si compone di un cilindro cavo 1 entro cui sono previsti uno o più moduli Mi (dove i è un intero ≥1) di movimentazione di elementi o tasselli di presa 2 di una bobina (non mostrata) calzata sull'albero stesso.

I tasselli di presa 2, normalmente tre o quattro per ciascun modulo Mi, fuoriescono da sfinestrature 3 praticate nello spessore del cilindro cavo 1.

Ciascun modulo Mi si compone, dunque, di una pluralità di tasselli di presa 2, scorrevoli radialmente all'interno delle sfinestrature 3, di un elemento di spinta o pistone 4 - traslabile longitudinalmente all'interno del cilindro cavo 1 e accoppiato, tramite un piano inclinato, con i tasselli di presa 2 - e una molla di ritorno 5, disposta tra un'estremità del pistone 4 e una parete di battuta 6 fissa rispetto al cilindro cavo 1.

Secondo l'invenzione, all'estremità opposta del pistone 4, rispetto alla molla di ritorno 5, è previsto un polmone di espansione 10 atto ad esercitare una spinta sul pistone stesso.

II polmone 10 si compone di un primo fondello mobile 11 e da un secondo fondello fisso 12 tra cui si distende una membrana elastica 13 sostanzialmente cilindrica.

Preferibilmente, i due fondelli 11 e 12 si compongono di due semiporzioni, rispettivamente lla-llb e 12a-12b, accoppiabili tra di loro per esempio mediante viti 14. Corrispondentemente, la membrana 13 viene bloccata sui fondelli 11 e 12 stringendo i suoi lembi tra le semiporzioni Ila, llb, 12a, 12b, assicurando così la necessaria chiusura ermetica del polmone 10 tra la membrana 13 e i fondelli 11 e 12.

Inoltre, il fondello fisso 12 è solidale alla struttura del cilindro cavo 1, mentre il fondello mobile 11 si impegna con l'adiacente estremità del pistone 4 traslando con esso durante l'espansione del polmone 10.

Preferibilmente, i lembi della membrana.13 sono in forma di rigonfiamenti circolari anulari 13a così che, sotto la pressione creata all'interno del polmone 10, non vi sia la possibilità che i lembi stessi si sfilino dai fondelli 11, 12.

La membrana è di un materiale elastico, per esempio poliuretano, PVC o gomma. Se desiderato, essa può essere composita, per esempio può essere costituita da una matrice elastica a base di gomma rinforzata con inserti di fibre di materiale resistente a trazione.

Un condotto 8 per il trasporto di un fluido in pressione, quale aria compressa, collega una valvola di ingresso 9, prevista per esempio ad un'estremità dell'albero espansibile, con il polmone 10. Il condotto 8, come visibile nelle figure, passa attraverso un canale praticato nel pistone 4: in questo modo è possibile distribuire il fluido in pressione a tutti i moduli Mi previsti in successione uno dopo l'altro all'interno del cilindro cavo 1. il condotto 8, inoltre, per lo meno per il tratto tra la parete di battuta 6 e il fondello mobile 11, è flessibile così che possa distendersi e accorciarsi assecondando il movimento del fondello mobile 11.

Nella forma d'esecuzione preferita mostrata nelle figure, due moduli successivi sono accostati contrapposti con i relativi polmoni 10: in questo caso i due fondelli fissi 12 dei due moduli Mi e MÌ+I sono adiacenti e un foro li attraversa mettendo in comunicazione i rispettivi polmoni. In realtà, in questo caso, i due fondelli fissi 12 si compongono di due semiporzioni 12b ed un'unica semiporzione 12a, condivisa, che è fissata al cilindro cavo 1 mediante un grano 15.

A questo punto il funzionamento dell'albero espansibile pneumomeccanico dell'invenzione è intuitivo. Allo stato di riposo (fig.

1) la molla di richiamo 5 mantiene il pistone 4 a fondo corsa inferiore e quindi i tasselli 2 in posizione retratta. In questo stato il polmone 10 è scarico, la membrana 13 è ripiegata su sé stessa e i due fondelli 11, 12 sono uno in prossimità dell'altro. Immettendo aria compressa nel condotto 8 si crea un'espansione del polmone 10 che distende la membrana cilindrica 13 facendo allontanare il fondello mobile 11 dal fondello fisso 12: quest'azione crea una spinta che, in contrasto con la forza elastica esercitata dalla molla 5, pone in traslazione il pistone 4 facendo fuoriuscire i tasselli 2 che vanno a far presa sul nucleo della bobina {non mostrata). Il fondo corsa superiore del pistone 4 viene stabilito da una campana 9 - che funge anche da guida per la molla 5 - contro cui va in battuta un'estremità del pistone 4 (fig. 2).

Come si comprende, la presente invenzione supera completamente i problemi affliggevano la tecnica nota. Infatti, il carico della bobina si distribuisce esclusivamente sui tasselli 2, sul pistone 4 e sul cilindro cavo 1 senza interessare minimamente il polmone 10. Inoltre vengono superati i problemi di durata delle guarnizioni in quanto viene adottato un polmone espansibile in cui la membrana 13, che funge da guarnizione dell'elemento a pistone del modulo, non è soggetta a strisciamento, ma semmai, impropriamente, a "rotolamento". Pertanto l'albero espansibile dell'invenzione ha complessivamente una durata decisamente elevata e non richiede una particolare cura manutentiva.

Inoltre, non dovendo assicurare alcuna tenuta tra il pistone 4 e la superficie interna del cilindro cavo l, non sono piu necessarie costose lavorazioni di rettifica, ma sono sufficienti le normali tolleranze costruttive per consentire un libero scorrimento del pistone 4 all'interno del cilindro cavo 1.

Infine, il polmone 10 può sopportare pressioni di esercizio anche elevate - per lo meno pressioni dell'ordine di 10 atm. - in quanto l'espansione della membrana cilindrica 13 viene contenuta dalla superficie interna del cilindro cavo 1 e quindi non subisce una sollecitazione eccessiva in direzione circonferenziale.

S'intende comunque che l'invenzione non è limitata alla particolare configurazione illustrata sopra, che costituisce solo un esempio non limitativo della portata dell'invenzione, ma che numerose varianti sono possibili, tutte alla portata di un tecnico del ramo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione stessa.

In particolare, nelle figure si è fatto riferimento ad un albero dotato di due soli moduli Mi e Μ^+ι, ma ciò non è vincolante in quanto, come ben noto ad un tecnico del settore, è possibile adottarne uno solo come anche più di due, modificando concordemente la disposizione dai restanti componenti. Inoltre, la disposizione a polmoni contrapposti deve essere considerata esemplificativa: per esempio, può essere altrettanto valida una disposizione in cui i moduli siano tutti orientati nella stessa direzione. Lo stesso dicasi per la particolare struttura del fondello fisso illustrata nelle figure: in alternativa, esso potrebbe essere solidale al polmone ma svincolato dal cilindro cavo; ciò implicherebbe di predisporre un diaframma solidale al cilindro cavo, contro cui andrebbe in battuta il fondello fisso, così che l'espansione del polmone venga consentita in una sola direzione.

Ancora, nelle figure, i lembi della membrana fuoriescono dai due fondelli nella stesa direzione per facilitarne il montaggio, ma è concepibile una struttura in cui i due lembi della membrana aggettino dai fondelli in direzioni contrapposte, così che la membrana sotto pressione possa distendersi completamente senza effettuare curvature .

Inoltre, l'inclinazione del piano obliquo di guida del tassello di presa, per specifiche applicazioni potrebbe essere invertita, in modo tale che l'estrazione dei tasselli di presa avvenga sotto la spinta della molla elastica e per svuotamento del polmone.

Infine, va ricordato che non è fuori dalla portata dell'invenzione un albero espansibile pneumomeccanico in cui l'elemento di spinta presente nel modulo non sia in forma di pistone ma sia composto da parti diverse, come pure un albero in cui la molla sia sostituita da un altro generico elemento elastico di ritorno, al limite un ulteriore polmone espansibile.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1) Albero espansibile pneumomeccanico del tipo comprendente un cilindro cavo in cui è inserito almeno un modulo di estrazione di elementi di presa, atti a fuoriuscire da detto cilindro cavo per bloccare un nucleo di una bobina calzata sull'albero, detto modulo comprendendo un elemento di spinta traslabile, accoppiato a detti elementi di presa tramite un piano inclinato, e un elemento elastico di ritorno, agente su detto elemento di spinta, caratterizzato da ciò che comprende inoltre almeno un polmone espansibile atto a sospingere detto elemento di spinta in contrasto con detto elemento elastico .
2. 2) Albero espansibile come in 1), in cui detto polmone espansibile comprende un primo e un secondo fondello tra cui si distendono pareti elastiche e/o deformabili.
3. 3) Albero espansibile come in 2), in cui almeno uno di detti fondelli presenta un foro attraverso cui viene immesso nel polmone un fluido in pressione.
4. 4) Albero espansibile come in 3), in cui dette pareti elastiche sono in forma di una membrana elastica sostanzialmente cilindrica i cui lembi sono fissati a detti fondelli.
5. 5) Albero espansibile come in 4), in cui detti fondelli sono scomponibili in due semiporzioni, accoppiabili tra loro mediante mezzi di serraggio, tra cui vengono bloccati i lembi di detta membrana.
6. 6) Albero espansibile come in 5), in cui i lembi di detta membrana presentano rigonfiamenti anulari atti ad essere saldamente trattenuti tra dette semiporzioni dei fondelli.
7. 7) Albero espansibile come in 4), 5) o 6), in cui detta membrana è composita e incorpora fibre longitudinali resistenti a trazione.
8. 8) Albero espansibile come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 2) a 7), in cui detto primo fondello è fisso rispetto al cilindro cavo e detto secondo fondello è mobile insieme con detto elemento di spinta.
9. 9) Albero espansibile come in 8), comprendente inoltre un condotto flessibile che attraversa longitudinalmente l'elemento di spinta ed è connesso, da una parte, ad una valvola di ingresso accessibile dall'esterno del cilindro cavo, e, dall'altra, a detto fondello mobile, per distribuire un fluido in pressione all'interno del polmone.
10. 10) Albero espansibile come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni in cui sono previsti una molteplicità di tali moduli disposti in successione uno dopo l'altro.
11. 11) Albero espansibile come in 10), in cui detti moduli sono contrapposti a due a due.
12. 12) Albero espansibile come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui i moduli a due a due hanno in comune almeno una porzione di detto polmone in cui è presente un foro per distribuire da un modulo all’altro il fluido in pressione.
13. 13) Albero espansibile come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto elemento elastico è una molla a spirale.
14. 14) Albero espansibile come in 13), in cui detta molla è guidata da una campana di arresto della corsa dell'elemento di spinta.