ITMI992209A1 - Elemento eleastico in materiale composito con fibre comprendente strati morbidi incorporati - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Elemento elastico in materiale composito con fibre comprendente strati morbidi incorporati"

Riassunto del trovato

Elemento elastico (1) per trasmettere carichi elevati con una rigidezza relativamente modesta, che comprende almeno due strati (21, 22) rigidi alle sollecitazioni tangenziali e almeno uno strato (23) cedevole alle sollecitazioni tangenziali.

(Figura 1)

Descrizione del trovato

L'invenzione riguarda un elemento elastico per trasmettere carichi elevati con una rigidezza relativamente modesta, che comprende almeno due strati rigidi alle sollecitazioni tangenziali e almeno uno strato cedevole alle sollecitazioni tangenziali.

Le molle di materiale composito con fibre (FVW) hanno già raggiunto una certa diffusione come molle a lamina. I requisiti imposti a molle di tale tipo richiedono perlopiù

Claims (1)

1. la trasmissione di carichi elevati con rigidezza contemporaneamente bassa. Sono note molle, ad esempio per carrelli ferroviari, che sono formate sostanzialmente da un materiale ampiamente omogeneo, ad esempio acciaio. Queste molle vengono sollecitate in particolare in modo relativamente alto a flessione e a forza trasversale. Poiché una tale alta resistenza flessionale e resistenza alle sollecitazioni tangenziali del materiale sono ottenibili soltanto mediante un dispendio di materiale relativamente grande, le rigidezze elastiche modeste, contemporaneamente richieste, spesso sono raggiungibili solo con difficoltà e con una grande lunghezza costruttiva della molla. Un ulteriore inconveniente da ciò risultante, specialmente per disposizioni di molle di carrelli ferroviari, è che queste si compongono di un molleggio primario, ossia il molleggio nei supporti delle ruote, nonché di un molleggio secondario, che è provocato dalla cedevolezza del carrello girevole e dal supporto della cella sul carrello. Per ottenere la richiesta cedevolezza elastica pertanto sono previsti più elementi elastici. Di conseguenza si ottiene un dispendio relativamente grande in componenti e, di conseguenza, anche relativamente alla fabbricazione e alla manutenzione di tali carrelli. Pertanto un compito dell'invenzione è di realizzare un elemento elastico, specialmente per l'impiego per carrelli di veicoli, che presenta una modesta rigidezza elastica con capacità contemporaneamente elevata di sostenere carichi. Il problema viene risolto con le caratteristiche della parte caratterizzante della rivendicazione 1. Ulteriori forme di realizzazione sono indicate nelle sottorivendicazioni. Gli elementi elastici secondo l'invenzione presentano una modesta rigidezza elastica con contemporanea capacità di sostenere carichi portanti particolarmente alti. Di conseguenza, in maniera usuale, è possibile realizzare in maniera semplice anche disposizioni di molle, ad esempio nella costruzione di veicoli, poiché più elementi elastici cooperanti in queste disposizioni sono sostituibili mediante una molla relativamente cedevole e tuttavia altamente sollecitabile. Un ulteriore vantaggio dell'invenzione è che la rigidezza elastica dell'elemento elastico secondo l'invenzione è adattabile selettivamente mediante il dimensionamento degli strati intermedi cedevoli, relativamente al loro spessore e numero, cosicché con semplici mezzi è possibile realizzare la funzione di molla richiesta per il rispettivo caso di applicazione. Nell'elemento elastico secondo l'invenzione è anche vantaggioso che con la scelta mirata del materiale per gli strati intermedi è possibile impostare le caratteristiche di ammortizzamento dell'elemento elastico esattamente sui rispettivi requisiti dinamici. In seguito l'invenzione viene descritta in base alle figure. In particolare: la figura 1 mostra la struttura dell'elemento elastico secondo l'invenzione con strati cedevoli incorporati; la figura 2 mostra il comportamento deformatorio di una molla flessionale dell'attuale stato della tecnica; e la figura 3 mostra il comportamento deformatorio dell'elemento elastico secondo l'invenzione, laddove l'elemento elastico rappresentato presenta due strati rigidi alle sollecitazioni tangenziali, in cui è incorporato uno strato cedevole alle sollecitazioni tangenziali. L'elemento elastico 1 mostrato in figura 1 presenta più strati 5 rigidi alle sollecitazioni tangenziali. Fra rispettivamente due strati 5 rigidi alle sollecitazioni tangenziali è incorporato rispettivamente uno strato 7 cedevole alle sollecitazioni tangenziali. Come strato 5 rigido alle sollecitazioni tangenziali è previsto preferibilmente uno strato in materiale composito in fibre (FVW), ad esempio un laminato di fibre di carbonio unidirezionale. Tuttavia come strato 5 rigido alle sollecitazioni tangenziali è possibile impiegare anche acciaio oppure un altro materiale adatto. Come strato 7 cedevole alle sollecitazioni tangenziali è previsto preferibilmente un elastomero, ad esempio gomma a base di stirene-butadiene. Il collegamento fra rispettivamente uno strato 5 rigido alle sollecitazioni tangenziali ed uno strato 7 cedevole alle sollecitazioni tangenziali avviene in base allo stato della tecnica, ad esempio lo strato 5 rigido alle sollecitazioni tangenziali può essere incollato con lo strato 7 cedevole alle sollecitazioni tangenziali. L'incollatura non dovrà avvenire necessariamente sull'intera superficie di appoggio comune. Lo strato cedevole alle sollecitazioni tangenziali però dovrà essere unito con lo strato rigido alle sollecitazioni tangenziali lungo le superiici di volta in volta in appoggio, di modo tale che inflessioni, ad esempio in seguito a forze o coppie, da uno strato vengono trasmesse all'altro strato. Dal confronto delle figure 2 e 3 risulta il differente comportamento deformatorio che presenta l'elemento elastico secondo l'invenzione rispetto ad una molla dell'attuale stato della tecnica. La figura 2 mostra il comportamento deformatorio di una molla dell'attuale stato della tecnica. La molla 11 non sollecitata, fissata unilateralmente, si estende in direzione orizzontale in senso di allontanamento dal fissaggio. Se la molla viene sollecitata con una forza 13 allora qualitativamente essa provoca una nota linea flessionale 14 non presentante punto d'inversione. La figura 3 mostra una forma di realizzazione dell'elemento elastico secondo l'invenzione con un primo strato 21 rigido alle sollecitazioni tangenziali, con un secondo strato 22 rigido alle sollecitazioni tangenziali e con uno strato 23 cedevole alle sollecitazioni tangenziali, il quale è inserito fra il primo strato 21 e il secondo strato 22 rigido alle sollecitazioni tangenziali. Lo strato 23 cedevole alle sollecitazioni tangenziali è collegato in base allo stato della tecnica con lo strato 22, 23 rigido alle sollecitazioni tangenziali di volta in volta in appoggio, ad esempio in quanto essi sono incollati fra di loro. La figura 3 mostra inoltre lo stato in cui l'elemento elastico 1 secondo l'invenzione, fissato unilateralmente, in corrispondenza della sua estremità libera viene sollecitato con la forza 24. A differenza della linea di flessione 14, che si verifica per la molla dell'attuale stato della tecnica (figura 2), per l'elemento elastico 1 secondo l'invenzione si forma una linea flessionale presentante un punto d'inversione 25. L'andamento a forma di S della linea di flessione 29 viene ottenuto in quanto per l'elemento elastico sollecitato 1 fra le sue zone di flessione locale 31 è situata una zona 33, in cui a differenza delle zone 31, situate vicino ai punti della trasmissione delle forze, sostanzialmente non si verifica alcuna flessione o almeno una flessione decisamente minore, ma si verifica una deformazione tangenziale nello strato 23 cedevole alle sollecitazioni tangenziali. Rispetto ad una molla con uguale superficie della sezione trasversale per l'elemento elastico 1 secondo l'invenzione l'effettiva superficie della sezione trasversale degli strati 21, 22 rigidi alle sollecitazioni tangenziali è pari soltanto ad una frazione dell'intera superficie della sezione trasversale, che nello stato della tecnica viene riempita completamente dal materiale rigido alle sollecitazioni tangenziali. Mediante la quota dello strato 23 di superficie di sezione trasversale l'elasticità dell'elemento elastico 1 secondo l'invenzione è sostanzialmente maggiore che nell'attuale stato della tecnica. Tuttavia in caso di elasticità quasi invariata con l'incorporamento di strati 23 cedevoli alle sollecitazioni tangenziali è possibile aumentare la sollecitabilità dell'intero elemento elastico 1. Di conseguenza rispetto alle molle dell'attuale stato della tecnica si realizza un elemento elastico 1 che è cedevole e contemporaneamente è in grado di trasmettere grandi cariche. Tramite almeno un incorporato strato 23 cedevole alle sollecitazioni tangenziali è possibile ottenere anche un aggiuntivo ammortizzamento strutturale, cosicché si riduce la sollecitazioni dinamica dell'intera struttura portata dall'elemento elastico 1. Inoltre in tal modo è possibile ottenere selettivamente anche una insonorizzazione. Mediante un'adeguata modalità costruttiva si ottiene anche un elemento costruttivo torsionalmente cedevole. Il numero degli strati 21, 22 rigidi alle sollecitazioni tangenziali e di almeno uno strato 23 cedevole alle sollecitazioni tangenziali dipende dal caso d'impiego, per il quale è previsto l'elemento elastico 1 secondo l'invenzione. Secondo l'invenzione sono previsti almeno due strati 21, 22 rigidi alle sollecitazioni tangenziali e almeno uno strato 23 cedevole alle sollecitazioni tangenziali. Al riguardo tuttavia non dovrà trattarsi necessariamente di strati estendentisi orizzontalmente. Anzi, gli strati possono essere anche inarcati e in particolare tondi oppure possono essere disposti ad esempio anche angolati reciprocamente. Tuttavia, secondo l'invenzione, in almeno una direzione di sollecitazione almeno uno strato 21, 22 rigido alle sollecitazioni tangenziali e almeno uno strato 23 cedevole alle sollecitazioni tangenziali sono sovrapposti e collegati fra di loro. Le proprietà dell'elemento elastico 1 .possono essere influenzate mediante scelta mirata del numero, dello spessore, del materiale degli strati 21, 22, 23. Con la scelta mirata del numero, dello spessore del materiale degli strati 21, 22, 23, e precisamente specialmente per almeno uno strato 23 cedevole alle sollecitazioni tangenziali è possibile impostare la rigidezza e la proprietà di ammortizzamento dell'elemento elastico 1 sui rispettivi requisiti. In tal modo è possibile prevedere che il materiale di uno oppure di più strati 21, 22, 23 sia variabile. Inoltre in tal modo è possibile ottenere che gli spessori dei rispettivi strati 21, 22, 23 oppure anche il numero degli strati 21, 22, 23 vengano variati. Scegliendo in maniera selettiva il materiale per gli strati 21, 22, 23 e precisamente specialmente per almeno lo strato 23 cedevole alle sollecitazioni tangenziali, è possibile impostare la proprietà di ammortizzamento della molla a lamina sui rispettivi requisiti. Variando almeno uno strato 23 cedevole alle sollecitazioni tangenziali è possibile adattare selettivamente la rigidezza dell'elemento elastico 1 alle sollecitazioni tangenziali. L'elemento elastico 1 secondo l'invenzione può essere previsto per il supporto di elementi costruttivi di qualsiasi tipo, specialmente per supportare celle di veicoli. Con la cedevolezza dell'elemento elastico 1 si risparmia spazio di montaggio e contemporaneamente si ottengono una grande cedevolezza ed una grande sollecitabilità. In tal modo è possibile sostituire ad esempio più elementi elastici dello stato della tecnica mediante un elemento elastico 1 secondo l'invenzione.