ITTO20000010A1 - Giunto cardanico per sistemi di costruzioni statiche o dinamiche ad incastro. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'Invenzione Industriale avente per titolo

GIUNTO CARDANICO PER SISTEMI DI COSTRUZIONI

STATICHE O DINAMICHE AD INCASTRO

La presente invenzione ha per oggetto un giunto cardanico destinato ad essere utilizzato in un sistema di elementi in materia plastica per la composizione, mediante incastro ad attrito, di costruzioni statiche o dinamiche aventi scopo ludico o didattico.

Sono noti molti sistemi di elementi in materia plastica che possono essere reciprocamente connessi mediante incastro ad attrito e che consentono la realizzazione di strutture statiche, alle quali possono anche essere applicati degli elementi dinamici. Nella maggior parte di questi sistemi, gli elementi possono essere mutuamente connessi soltanto secondo una pluralità di posizioni che differiscono reciprocamente per spostamenti di 90°, e nei casi in cui si deve rendere possibile la disposizione secondo un altro angolo, ciò non può essere fatto usando gli elementi normali del sistema, e debbono essere previsti degli elementi specifici destinati a quello scopo.

In un sistema particolarmente perfezionato di elementi componibili ad incastro, descritto nella domanda di brevetto italiana TO 99 A 000 036, una particolare scelta di organi di accoppiamento maschi aventi simmetrìa di ordine quattro cooperanti con organi di accoppiamento femmina aventi simmetrìa di ordine otto rende possibile la disposizione degli elementi secondo una pluralità di posizioni che differiscono reciprocamente per spostamenti di 45°, aumentando dunque in grande misura la flessibilità del sistema. Nondimeno, neppure in un simile sistema perfezionato è possibile disporre degli elementi o gruppi di elementi secondo angoli scelti a piacere. Per esempio, se una costruzione richiede l'installazione di puntoni o diagonali di irrobustimento, questi non possono essere inclinati che di 45°, mentre in molti casi una differente inclinazione sarebbe preferibile. Inoltre, una trasmissione del movimento tra alberi formanti tra di loro un angolo o non allineati è possibile solamente mediante l'impiego di ruote dentate reciprocamente ingrananti, le quali però possono dar luogo ad ingombri non accettabili.

Pertanto, un primo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un elemento da impiegare in un sistema di elementi in materia plastica per la composizione, mediante incastro ad attrito, di costruzioni statiche o dinamiche, il quale renda possibile l'installazione di elementi o gruppi di elementi secondo angoli sostanzialmente indipendenti dall'orientamento degli altri elementi della costruzione. Un altro scopo dell'invenzione è quello di realizzare un tale elemento che permetta di effettuare una trasmissione del moto tra alberi variamente orientati, senza far ricorso a ruote dentate. Ancora uno scopo dell'invenzione è quello di realizzare un tale elemento che possa essere adattato dall'utente stesso all'impiego in diverse condizioni. È infine uno scopo dell'invenzione quello di realizzare un tale elemento che sia di fabbricazione facile ed economica e di agevole impiego.

Questi scopi si raggiungono, secondo l'invenzione, per mezzo di un elemento realizzato in materia plastica, costituente un giunto cardanico che comprende una prima forcella, una seconda forcella ed un elemento intermedio collegato (in condizioni operative) alla prima forcella da perni perpendicolari all'asse della prima forcella e collegato (in condizioni operative) alla seconda forcella da pèrni perpendicolari all'asse della seconda forcella, i perni di collegamento alla seconda forcella essendo inoltre perpendicolari ai perni di collegamento alla prima forcella, e ciascuna forcella presentando, dal lato opposto alla regione di collegamento all'elemento intermedio, degli organi di accoppiamento ad attrito conformi ad un sistema di elementi per la composizione di costruzioni.

Come è noto, un giunto cardanico è costituito da una prima forcella, da una seconda forcella e da un elemento intermedio collegato alla prima forcella da perni perpendicolari all'asse della prima forcella e collegato alla seconda forcella da perni perpendicolari all’asse della seconda forcella, i perni di collegamento alla seconda forcella essendo inoltre perpendicolari ai perni di collegamento alla prima forcella. L'elemento intermedio può assumere varie forme: a crociera, ad anello, a noce, a sfera ed altre, ed i perni possono essere presentati dall'elemento intermedio oppure dalle forcelle, senza che si modifichi il comportamento del giunto. Un tale giunto permette di trasmettere un movimento angolare tra un primo albero, collegato alla prima forcella, ed un secondo albero, collegato alla seconda forcella, questi due alberi potendo formare tra di loro un angolo fisso o variabile ed essendo sempre concorrenti nel punto di intersezione tra gli assi dei perni di collegamento alla prima ed alla seconda forcella. Questi giunti, sempre costruiti in metallo, sono impiegati in vari generi di macchine, ed è ben nota la loro particolare applicazione agli alberi cardanici di trasmissione di veicoli automobili.

Nelle loro forme note, i giunti cardanici non sono utilizzabili nei sistemi di elementi in materia plastica per la composizione, mediante incastro ad attrito, di costruzioni statiche o dinamiche. Inoltre, non è nota alcuna applicazione di giunti cardanici per l'installazione di elementi o gruppi di elementi orientati secondo angoli arbitrari, quando tali elementi non abbiano il carattere di organi dinamici di trasmissione di movimento, ma il carattere di organi strutturali statici.

Le caratteristiche secondo l'invenzione permettono dunque una nuova vantaggiosa applicazione dei giunti cardanici in un campo nel quale il (oro impiego era precluso.

Preferibilmente, l'organo di accoppiamento di almeno una delle forcelle è conforme al sistema di elementi componibili che è descritto nella domanda di brevetto italiana TO 99 A 000 036. In questo modo, l'elemento secondo la presente invenzione è suscettibile di essere integrato in tale sistema di elementi componibili.

In particolare, l'organo di accoppiamento di almeno una delle forcelle può essere costituito da un gruppo di perni suscettibili di impegnare in fori di una piastra o di una ruota eventualmente dentata, oppure da superfici terminanti con sei bordi, suscettibili di cooperare secondo due assi ortogonali nell'interno di una parete presentante otto superfici aventi sezione ad arco di cerchio, ovvero da una parete tubolare presentante otto superfici aventi sezione ad arco di cerchio, od ancora da quattro manicotti cilindrici cavi di sezione circolare.

Preferibilmente, dette forcelle presentano una deformabilità elastica sufficiente per permettere l'impegno ed il disimpegno volontari dei perni che le collegano a detto elemento intermedio. In questo modo si dà all'utente la possibilità di intercambiare le forcelle, così da realizzare, a volontà, diversi giunti cardanici aventi gli organi di accoppiamento occorrenti per qualunque tipo di costruzione che l'utente intenda comporre.

Vantaggiosamente, detto elemento intermedio è costituito da un anello presentante quattro perni sporgenti verso l'esterno, tra loro perpendicolari, giacenti nel piano dell'anello, suscettibili di impegnare in fori presentati da dette forcelle. Ciò permette una facile ed economica costruzione delle parti e facilita la composizione del giunto da parte dell'utente.

Pertanto l'invenzione concerne sia un elemento a giunto cardanico avente le caratteristiche sopra esposte, sia una sua utilizzazione nella quale il giunto cardanico è impiegato per trasmettere il movimento tra parti mobili, variamente orientate, di una costruzione dinamica composta con elementi ad incastro in materia plastica, sia ancora una sua utilizzazione nella quale il giunto cardanico è impiegato per installare degli elementi o gruppi di elementi orientati variamente nella parte statica di una costruzione composta con elementi ad incastro in materia plastica, e sia infine un sistema di elementi in materia plastica per la composizione, mediante incastro ad attrito, di costruzioni statiche o dinamiche a scopo ludico o didattico, comprendente detti elementi a giunto cardanico.

Queste ed altre caratteristiche, scopi e vantaggi dell'oggetto della presente invenzione appariranno più chiaramente dalla seguente descrizione di alcune forme di realizzazione, costituenti degli esempi non limitativi, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

Fig. 1 illustra in prospettiva un elemento a giunto cardanico secondo l'invenzione, nella sua configurazione allineata;

Fig. 2 illustra lo stesso elemento, in una sua configurazione nella quale gli elementi che lo compongono non sono allineati;

Figg. 3 a 6 illustrano varie forme di forcelle utilizzabili nel sistema di elementi componibili secondo la domanda di brevetto italiana TO 99 A 000 036;

Figg. 7 ed 8 illustrano due forme esemplificative di forcette utilizzabili in altri sistemi di elementi componibili;

Fig. 9 illustra un elemento intermedio utilizzabile con una coppia costituita da due qualunque delle forcelle secondo le figure 3 ad 8; e

Fig. 10 illustra un elemento cardanico secondo la presente invenzione, presentato in una vista esplosa assieme a vari elementi componibili secondo la domanda di brevetto italiana TO 99 A 000 036.

Con riferimento alla figura 1, un elemento cardanico secondo l'invenzione, designato in generale con la lettera A, comprende una prima forcella 10, una seconda forcella 20 ed un elemento intermedio 70 che, nelle condizioni operative qui rappresentate, sono tutti allineati secondo un asse comune 0'-0". L'elemento intermedio 70 è collegato (in condizioni operative) alla prima forcella 10 da perni 71 perpendicolari aN’asse 0' della prima forcella 10, ed è collegato (in condizioni operative) alla seconda forcella 20 da perni 72 perpendicolari all'asse 0" della seconda forcella 20: i perni 72 di collegamento alla seconda forcella 20 sono perpendicolari ai perni 71 di collegamento alla prima forcella 10. Ciascuna forcella 10 o 20 presenta, dal lato opposto alla regione di collegamento all'elemento intermedio 70, degli organi di accoppiamento ad attrito conformi ad un sistema di elementi per la composizione di costruzioni, descritti più avanti.

Grazie alla mobilità relativa tra le parti componenti 10, 20 e 70, assicurata dai perni 71 e 72, che in questo caso appartengono all'elemento intermedio 70 e si insediano in corrispondenti fori delle branche delle forcelle 10 e 20, l'elemento cardanico (che nella figura 1 è illustrato nella sua configurazione allineata, nella quale gli assi 0' della prima forcella 10 e 0" della seconda forcelle 20, nonché l'asse, non designato, dell'elemento intermedio 70, coincidono) può essere liberamente deformato secondo varie direzioni, assumendo per esempio la configurazione rappresentata nella figura 2, ove si vede che l'asse 0" della seconda forcella 20 non coincide più con l'asse 0' della prima forcella 10.

Pertanto, se l'elemento A viene inserito nella composizione di una costruzione, gli elementi che vengono collegati alla seconda forcella 20 possono essere variamente orientati, liberamente entro un ampio campo, rispetto agli elementi ai quali è stata collegata la prima forcella 10. Ciò permette, da una parte, di realizzare in questo modo delle parti della costruzione, come per esempio dei puntoni o delle diagonali di irrobustimento, che sono variamente inclinate rispetto alle direzioni normali degli elementi, e d'altra parte, nel caso di parti dinamiche della costruzione, permette di realizzare delle trasmissioni del movimento tra elementi mobili non allineati o diversamente orientati.

Nella figura 10, un elemento cardanico A secondo la presente invenzione è rappresentato assieme a vari elementi che fanno parte del sistema di elementi componibili secondo la domanda di brevetto italiana TO 99 A 000 036. Appare evidente come l'elemento A possa essere accoppiato con gli altri elementi del sistema.

Come si nota dalle figure 1 e 2, ciascuna forcella 10 e 20 presenta, nella regione di collegamento all'elemento intermedio 70, dei fori destinati a ricevere i perni 71 e 72, e dal lato opposto a questa regione di collegamento presenta degli organi di accoppiamento ad attrito conformi ad un sistema di elementi per la composizione di costruzioni. Questi organi di accoppiamento possono avere varia forma, come mostrano per esempio le figure 3 ad 8, ciascuna delle quali rappresenta una sola forcella, isolata.

La forcella 10 secondo la figura 3 è identica alla forcella 10 delle figure 1 e 2. Essa comporta un corpo 11 dal quale si estendono due branche 12 costituenti forcella, ciascuna delle quali presenta presso la sua estremità distale un foro 13 per l'inserzione di un perno 71 o 72 dell'elemento intermedio 70. Gli organi di accoppiamento di questa forcella 10 consistono in perni 14 (del tutto analoghi ai perni G di un elemento F di collegamento alla piastra di base), i quali sono disposti in modo da potersi inserire in fori C di una piastra di base B, oppure in fori E di una ruota (eventualmente dentata) D. Pertanto la forcella 10 può essere utilizzata per radicare su di una piastra di base B degli elementi che devono essere disposti (fissi o mobili) secondo una direzione inclinata a piacere entro i (imiti consentiti dal giunto cardanico A. D'altra parte la forcella 10 può essere accoppiata ad una ruota D per trasmetterle il movimento proveniente da elementi non allineati con la ruota stessa.

La forcella 20 secondo la figura 4 è identica alla forcella 20 delle figure 1 e 2. Essa comporta un corpo 21 dal quale si estendono due branche 22 costituenti forcella, ciascuna delle quali presenta presso la sua estremità distale un foro 23 per l'inserzione di un perno 71 o 72 dell'elemento intermedio 70. Gli organi di accoppiamento di questa forcella 20 consistono in superfici di accoppiamento 24 (del tutto analoghe a quelle I presentate dagli elementi complessi H) terminanti con sei bordi disposti in modo da poter agire secondo due direzioni ortogonali all'interno di organi di accoppiamento femmina presentanti superfici costituite da otto archi di cerchio che si susseguono (come gli elementi J).

Si noterà che l'estensione assiale delle superfici di accoppiamento 24 è notevolmente maggiore di quanto è strettamente necessario per realizzare l'accoppiamento. Ciò permette, con un'inserzione incompleta delle parti, di realizzare una certa regolazione della lunghezza assiale di un gruppo di elementi, particolarmente utile nel caso di gruppi inclinati la cui lunghezza non può sempre rispettare la modularità del sistema. Inoltre, nel caso di costruzioni dinamiche, può aver luogo qualche piccola variazione di lunghezza durante il movimento.

Il provvedimento di assegnare agli organi di accoppiamento una lunghezza maggiorata rispetto a! minimo necessario può, naturalmente, essere esteso agli organi di accoppiamento, diversi da quelli 24, descritti nel seguito.

La forcella 30 secondo la figura 5 comporta un corpo 31 dal quale si estendono due branche 32 costituenti forcella, ciascuna delle quali presenta presso la sua estremità distale un foro 33 per l'inserzione di un perno 71 o 72 dell'elemento intermedio 70. Gli organi di accoppiamento 34 di questa forcella 30 sono organi femmina, e consistono in una superficie costituita da otto archi di cerchio che si susseguono, analogamente agli organi di accoppiamento K presentati dagli elementi J, costituenti distanziali, del sistema.

La forcella 40 secondo la figura 6 comporta un corpo 41 dal quale si estendono due branche 42 costituenti forcella, ciascuna delle quali presenta presso la sua estremità distale un foro 43 per l'inserzione di un perno 71 o 72 dell’elemento intermedio 70. Gli organi di accoppiamento 44 di questa forcella 40 sono costituiti da gruppi di quattro manicotti cilindrici cavi adatti ad impegnare all'interno di superaci costituite da otto archi di cerchio che si susseguono, analogamente agli organi di accoppiamento M di elementi di giunzione L del sistema.

Tutte le forme sinora descritte sono conformi al sistema di elementi descritto nella domanda di brevetto italiana TO 99 A 000 036. Tuttavia, le forcelle degli elementi a giunto cardanico secondo 1'invenzione possono presentare organi di accoppiamento propri di altri sistemi di elementi componibili. Ne sono esempi le forcelle secondo le figure 7 ed 8.

La forcella 50 secondo la figura 7 comporta un corpo 51 dal quale si estendono due branche 52 costituenti forcella, ciascuna delle quali presenta presso la sua estremità distale un foro 53 per l'inserzione di un perno 71 o 72 dell'elemento intermedio 70. Gli organi di accoppiamento 54 di questa forcella 50 sono costituiti da una protuberanza parallelepipeda, adatta ad impegnare all'interno di una corrispondente cavità di un organo di accoppiamento femmina di elementi di un sistema utilizzante tali mezzi di giunzione.

La forcella 60 secondo la figura 8 comporta un corpo 61 dai quale si estendono due branche 62 costituenti forcella, ciascuna delle quali presenta presso la sua estremità distale un foro 63 per l'inserzione di un perno 71 o 72 dell'elemento intermedio 70. Gli organi di accoppiamento 64 di questa forcella 60 sono costituiti da una protuberanza in forma di cilindro dentellato (cosiddetto innesto whitworth), adatta ad impegnare all'interno di una corrispondente cavità di un organo di accoppiamento femmina di elementi di un sistema utilizzante tali mezzi di giunzione.

Con tutte le forcelle descritte può cooperare un elemento intermedio 70 secondo la figura 9. Esso comporta un corpo anulare 73 dal quale sporgono perifericamente quattro perni 71 e 72 rivolti verso l'esterno, complanari rispetto al piano dell'anello 73, a due a due coassiali, mentre le due coppie sono tra loro perpendicolari. Questo elemento intermedio è destinato a ricevere due forcelle, scelte a piacere tra quelle disponibili (per esempio secondo le figure 3 ad 8). I perni 71 si inseriscono nei fori delle branche di una delle forcelle ed i perni 72 si inseriscono nei fori delle branche dell'altra forcella. Viene così composto un giunto cardanico A come rappresentato nelle figure 1, 2 e 10. Al fine di effettuare la connessione delle forcelle all'elemento intermedio, le branche delle forcelle presentano una limitata deformabilità elastica. La composizione di un giunto cardanico con le tre parti descritte può essere fatta dall'utente, scegliendo i tipi di forcelle (ossìa gli organi di accoppiamento che esse presentano) secondo la necessità della costruzione che egli intende comporre. Pertanto, nel sistema di elementi, i giunti cardanici possono essere presentati assiemati oppure sotto forma di parti separate.

Si può notare che con una scelta opportuna degli organi di accoppiamento presentati dalle forcelle è anche possibile inserire, in una costruzione realizzata con un sistema di elementi, degli elementi che appartengono ad un altro sistema, a cui corrisponde l'organo di accoppiamento di una delle forcelle.

Vantaggiosamente il corpo delle forcelle presenta un contorno corrispondente a quello degli altri elementi del sistema. Così, per le forcelle destinate ad essere inserite nel sistema di elementi componibili secondo la domanda di brevetto italiana TO 99 A 000 036, il contorno del corpo delle forcelle è preferibilmente definito da otto archi di cerchio susseguentisi, come mostrano le figure 1 a 6 e 10.

Si deve intendere che l'invenzione non è limitata alle forme di realizzazione descritte ed illustrate come esempi. Parecchie modificazioni sono state indicate, ed altre sono alla portata del tecnico del ramo; per esempio, il corpo dell’elemento intermedio può essere costituito, anziché da un anello, da un disco, da una sfera, oppure da una crociera, ed i perni 71 e 72 possono essere presentati dalle branche delle forcelle per cooperare con fori presentati dall’elemento intermedio, oppure questi perni possono essere costituiti da spine destinate ad essere inserite in fori delle branche delle forcelle ed in fori dell’elemento intermedio. In quest'ultimo caso, per consentire l'assemblaggio delle parti non occorre che le branche delle forcelle presentino una certa deformabilità elastica.

Queste ed altre modificazioni ed ogni sostituzione con equivalenti tecnici possono essere apportate, senza per questo dipartirsi dall'ambito dell'invenzione e dalla portata del presente brevetto.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Elemento realizzato in materia plastica, destinato ad essere utilizzato in un sistema di elementi per la composizione, mediante incastro ad attrito, di costruzioni statiche o dinamiche aventi scopo ludico o didattico, costituente un giunto cardanico che comprende una prima forcella, una seconda forcella ed un elemento intermedio collegato (in condizioni operative) alia prima forcella da perni perpendicolari all'asse della prima forcella e collegato (in condizioni operative) alla seconda forcella da perni perpendicolari all'asse della seconda forcella, i perni di collegamento alla seconda forcella essendo inoltre perpendicolari ai perni di collegamento alla prima forcella, e ciascuna forcella presentando, dal lato opposto alla regione di collegamento all'elemento intermedio, degli organi di accoppiamento ad attrito conformi ad un sistema di elementi per la composizione di costruzioni.
2. 2 . Elemento a giunto cardanico secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che l'organo di accoppiamento di almeno una delle forcelle è conforme al sistema di elementi componibili che è descritto nella domanda di brevetto italiana TO 99 A 000 036.
3. 3 . Elemento a giunto cardanico secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che l'organo di accoppiamento di almeno una delle forcelle è costituito da un gruppo di perni suscettibili di impegnare in fori di una piastra o di una ruota eventualmente dentata.
4. 4 . Elemento a giunto cardanico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'organo di accoppiamento di almeno una delle forcelle è costituito da superfici terminanti con sei bordi, suscettibili di cooperare secondo due assi ortogonali nell'interno di una parete presentante otto superfici aventi sezione ad arco di cerchio.
5. 5 . Elemento a giunto cardanico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'organo di accoppiamento di almeno una delle forcelle è costituito da una parete tubolare presentante otto superfici aventi sezione ad arco di cerchio.
6. 6 . Elemento a giunto cardanico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'organo di accoppiamento di almeno una delle forcelle è costituito da quattro manicotti cilindrici cavi di sezione circolare.
7. 7 . Elemento a giunto cardanico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’organo di accoppiamento di almeno una delle forcelle presenta un'estensione assiale alquanto maggiore di quella necessaria per realizzare l'accoppiamento, al fine di consentire una certa variazione della lunghezza assiale di un gruppo di elementi facenti capo a detta forcella.
8. 8 . Elemento a giunto cardanico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette forcelle presentano una deformabilità elastica sufficiente per permettere l'impegno ed il disimpegno volontari dei perni che le collegano a detto elemento intermedio.
9. 9 . Elemento a giunto cardanico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento intermedio è costituito da un anello presentante quattro perni sporgenti verso l'esterno, tra loro perpendicolari, giacenti nel piano dell'anello, suscettibili di impegnare in fori presentati da dette forcelle.
10. 10 . Utilizzazione di un elemento a giunto cardanico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, nella quale il giunto cardanico è impiegato per trasmettere il movimento tra parti mobili, variamente orientate, di una costruzione dinamica composta con elementi ad incastro in materia plastica.
11. 11 . Utilizzazione di un elemento a giunto cardanico secondo una o più delle rivendicazioni 1 a 9, nella quale il giunto cardanico è impiegato per installare degli elementi o gruppi di elementi orientati variamente nella parte statica di una costruzione composta con elementi ad incastro in materia plastica.
12. 12 . Sistema di elementi in materia plastica per la composizione, mediante incastro ad attrito, di costruzioni statiche o dinamiche a scopo ludico o didattico, caratterizzato dal fatto di comprendere degli elementi a giunto cardanico secondo una o più delle rivendicazioni 1 ad 8, o/e le loro parti componenti.
13. 13 . Elemento a giunto cardanico, sua utilizzazione e sistema di elementi includente detto giunto cardanico, caratterizzati dalle particolarità, disposizioni e modi di accoppiamento, quali appaiono dalla descrizione sopraestesa e dai disegni annessi, o sostituiti da loro equivalenti tecnici, presi nel loro insieme, nelle loro varie combinazioni o separatamente.