ITTO20130340A1 - Giunto filettato a separazione programmata - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“Giunto filettato a separazione programmataâ€

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ai giunti a separazione programmata, ossia quella categoria di giunti in cui la separazione del collegamento viene realizzata in modo repentino in risposta a determinate circostanze, includenti ad esempio il superamento di un valore di soglia del carico applicato al giunto.

Più precisamente, la presente invenzione à ̈ stata sviluppata con particolare riferimento ai giunti filettati, prevalentemente – ma non esclusivamente – per impieghi autoveicolistici.

Tecnica nota

In un autoveicolo può presentarsi sovente la necessità di realizzare alcuni dei collegamenti fra le varie parti del telaio in modo da garantire una separazione programmata e controllata al verificarsi di determinati eventi o circostanze. Come esempio, in diverse autovetture à ̈ previsto un giunto a separazione programmata che consente di disimpegnare il telaio di meccanica dalla scocca del veicolo in caso di urto onde evitare di arrecare gravi danni agli occupanti per sfondamento della parete parafiamma e conseguente penetrazione di oggetti acuminati e/o contundenti quali parti della trasmissione, del motore o del gruppo sospensioni.

Una pluralità di giunti filettati a separazione programmata à ̈ nota nella tecnica. Ad esempio, il documento US 7,862,282 B2 illustra un giunto filettato a separazione programmata in cui à ̈ presente una vite avente un tratto filettato sul quale à ̈ avvitato un dado che fa riscontro contro un anello segmentato i cui settori sono mantenuti in posizione tramite un elemento di costrizione mobile e dislocabile.

La separazione avviene poiché una carica pirotecnica provoca l'espansione di una miscela gasogena che genera il dislocamento dell'elemento di costrizione dall’anello segmentato, eliminando così il vincolo radiale che mantiene in posizione i segmenti dell'anello.

Tuttavia, come potrà constatare il tecnico del ramo, la soluzione illustrata nel documento in questione, al pari di altre soluzioni disponibili nell’ambito della tecnica nota, risulta essere caratterizzata da una complessità costruttiva non trascurabile. Oltretutto, il funzionamento in abbinamento a una carica pirotecnica richiede collegamenti addizionali e funzioni aggiuntive implementate in una centralina di controllo, il che va a sommarsi alla già complessa rete di sensori e di cablaggi che si trovano normalmente a bordo dei veicoli, con conseguente aumento dei costi e della complessità costruttiva globale.

Scopo dell'invenzione

Lo scopo della presente invenzione à ̈ quello di superare gli inconvenienti precedentemente citati.

In particolare, scopo dell’invenzione à ̈ quello di fornire un giunto, in particolare un giunto filettato, che assicuri una separazione programmata e controllata delle parti da esso congiunte e che sia nel contempo semplice ed economico da realizzare.

Sintesi dell'invenzione

Lo scopo dell'invenzione à ̈ raggiunto da un giunto filettato avente le caratteristiche formanti oggetto delle rivendicazioni che seguono, le quali formano parte integrante dell'insegnamento tecnico qui somministrato in relazione all'invenzione.

Breve descrizione delle figure

L'invenzione sarà ora descritta con riferimento alle figure annesse, date a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista frontale di un giunto filettato in base a una forma di esecuzione preferita dell'invenzione,

- la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica di un componente indicato dalla freccia II in figura 1,

- la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica di un componente indicato con la freccia III in figura 1,

- la figura 4 Ã ̈ una vista prospettica illustrante una variante del componente di figura 3,

- le figure 5 e 6 illustrano una sequenza di messa in opera del giunto filettato di figura 1,

- le figure 7 a 10 illustrano una sequenza operativa del giunto filettato in base all'invenzione culminante nella separazione programmata di esso.

Descrizione dettagliata di forme di esecuzione preferite dell'invenzione

In figura 1 il numero di riferimento 1 indica un giunto filettato a separazione programmata in base a una forma di esecuzione preferita dell'invenzione. Il giunto 1 include una vite 2 avente un asse longitudinale X1, un primo dado 4, un secondo dado 6 e un elemento di costrizione 8 applicato al dado 6.

Con riferimento alla figura 1 e anche alla figura 2, la vite 2 include uno stelo 10 e una testa 11 di forma conica. La testa 12 Ã ̈ adiacente e integrale con lo stelo 10, il quale comprende inoltre un tratto filettato 12 che si estende di preferenza solo per una porzione della lunghezza totale dello stelo 10.

Come à ̈ visibile dalle figure 1 e 2, il dado 4 à ̈ filettato ed à ̈ predisposto per essere avvitato sul tratto filettato 12 dello stelo 10.

Con riferimento alle figure 1, 3, 4, il secondo dado 6 consiste sostanzialmente in una pluralità di segmenti a sviluppo sostanzialmente circonferenziale, qui in numero di tre e indicati dai numeri di riferimento 601, 602 e 603, rispettivamente. I segmenti 601, 602 e 603 sono accostabili per comporre il dado 6: come si può apprezzare dalle figure 1 e 3, i segmenti 601, 602, 603 sono dimensionati in modo che il loro accostamento reciproco copra una circonferenza completa. L’accostamento dei predetti segmenti definisce inoltre una cavità 610 interna al dado 6 e di forma conica. La cavità 610 ha pareti lisce, per cui il dado 6 à ̈ privo di filettatura. La testa 11 e la cavità inoltre 610 hanno la medesima conicità.

Ciascuno dei segmenti 601, 602, 603 include inoltre un rispettivo piede 6010, 6020, 6030: quando i segmenti 601, 602, 603 vengono accostati a formare il dado 6, i piedi 6010, 6020, 6030 definiscono un collare che conferisce al dado 6 la struttura tipica di un dado flangiato.

All'interfaccia fra ciascuno dei piedi 6010, 6020, 6030 e la rimanente porzione del corpo di ciascuno dei segmenti 601, 602, 603, à ̈ provvista una scanalatura circonferenziale: l’accostamento delle scanalature circonferenziali dei segmenti 601, 602, 603 definisce una gola anulare sul dado 6 predisposta per l'alloggiamento dell'elemento di costrizione 8.

L'elemento di costrizione 8 à ̈ preferibilmente realizzato come un anello aperto a sezione circolare o poligonale, ed à ̈ configurato per cingere i segmenti 601, 602, 603 mantenendoli reciprocamente accostati e serrati a comporre il dado 6.

L'elemento di costrizione 8 può essere realizzato di un materiale snervabile (duttile), quale ad esempio un materiale metallico (preferibilmente acciaio), oppure di un materiale fragile – ossia non snervabile (ad esempio un materiale ceramico) -, il che rende l’elemento di costrizione 8 di tipo frangibile.

Con riferimento alla figura 4, una variante del dado 6 à ̈ indicata con il numero di riferimento 6’.

Il dado 6’ differisce dal dado 6 unicamente nella geometria, che à ̈ di tipo assialsimmetrico. Il dado 6, al contrario, non ha simmetria assiale poiché à ̈ di tipo esagonale.

Al pari del dado 6, il dado 6’ include una pluralità di segmenti a sviluppo sostanzialmente circonferenziale, qui in numero di tre e indicati con i numeri di riferimento 601’, 602’, 603’ rispettivamente.

I segmenti 601’, 602’ e 603’ sono accostabili per comporre il dado 6: come si può apprezzare dalla figura 4, i segmenti 601’, 602’, 603’ sono dimensionati in modo che il loro accostamento reciproco copra una circonferenza completa.

L’accostamento dei predetti segmenti definisce inoltre una cavità 610’ interna al dado 6’ e di forma conica. La cavità 610’ ha pareti lisce, per cui il dado 6’ à ̈ privo di filettatura. La testa 11 e la cavità inoltre 610’ hanno la medesima conicità. Analogamente al dado 6, ciascuno dei segmenti 601’, 602’, 603’ include inoltre un rispettivo piede 6010’, 6020’, 6030’: quando i segmenti 601’, 602’, 603’ vengono accostati a formare il dado 6’, i piedi 6010’, 6020’, 6030’ definiscono un collare che conferisce al dado 6’ la struttura tipica di un dado flangiato.

All'interfaccia fra ciascuno dei piedi 6010’, 6020’, 6030’ e la rimanente porzione del corpo di ciascuno dei segmenti 601’, 602’, 603’, à ̈ provvista una scanalatura circonferenziale: l’accostamento delle scanalature circonferenziali dei segmenti 601’, 602’, 603’ definisce una gola anulare sul dado 6’ predisposta per l'alloggiamento dell'elemento di costrizione 8.

La conicità della cavità 610’ à ̈ inoltre scelta nel medesimo intervallo precedentemente menzionato in relazione alla testa 11 e alla cavità 610.

Le modalità di installazione e il funzionamento del giunto 1 sono i seguenti. Si voglia notare fin da ora che la descrizione à ̈ stata sviluppata con riferimento a un giunto 1 includente il dado 6, ma le medesime considerazioni valgono per il dado 6’ (e gli elementi di esso corrispondenti a quelli del dado 6).

Con riferimento alle figure 1 e 5, 6, il giunto filettato 1 à ̈ qui illustrato come congiungente un primo elemento, in particolare una boccola H, e un secondo elemento, in particolare una piattabanda P. à ̈ così schematizzato l’accoppiamento normalmente esistente fra una parte della scocca di un veicolo (piattabanda P) e una c.d. "candeliera" (boccola H) del telaio di meccanica, situazione tipica ad esempio degli autoveicoli della categoria SUV (Sport Utility Vehicle).

Il giunto filettato 1 viene messo in opera introducendo la vite 2 all'interno della cavità 610 del dado 6, già posizionato sul punto di collegamento con l’elemento di costrizione 8 applicato su di esso, cosicché i segmenti 601, 602, 603 sono mantenuti reciprocamente accostati a comporre il dado 6 e radialmente costretti.

La vite 2 viene introdotta nel dado 6 iniziando dal tratto filettato 12. L'avanzamento della vite 2 entro il dado 6 si arresta quando la superficie conica della testa 11 fa completamente riscontro contro le pareti coniche della cavità 610. La conicità identica – a meno di tolleranze di lavorazione - garantisce la maggiore stabilità e la maggiore accuratezza possibili dell'accoppiamento.

Il dado filettato 4 à ̈ quindi avvitato sullo stelo 10, in particolare sul tratto filettato 12 in modo da serrare gli elementi P ed H. Gli elementi P ed H sono quindi serrati dall'azione compressiva esercitata dai due dadi 4, 6 accoppiati con la vite 2. Si osservi che à ̈ preferibile che anche il dado 4 sia di tipo flangiato, motivo per cui qui à ̈ illustrato includente una flangia 40, in modo da aumentare la superficie di contatto con il particolare sul quale esso fa riscontro (qui la boccola H).

Con riferimento alle figure 5, 6, la messa in opera del giunto 1 prevede che esso sia precaricato. La figura 5 illustra infatti una condizione in cui il giunto à ̈ ancora lasco, ossia nessun carico assiale agisce sulla vite 2, poiché il dado 4 non à ̈ ancora avvitato a tal punto da generare un’interferenza fra il complesso della boccola H e della piatta banda P e il giunto 1.

La figura 6 illustra invece una condizione (vedere freccia circolare attorno al dado 4) in cui il giunto 1 viene serrato mediante ulteriore avvitamento del dado 4 sul tratto filettato 12 e conseguente instaurazione di un precarico assiale sulla vite 2. Ciò risulta in un precarico radiale sul dado 6 e sull'elemento di costrizione 8.

Infatti, Il contatto fra la superficie conica della testa 11 e le superfici coniche della cavità 610 à ̈ tale per cui qualunque forza assiale FAXagente sul giunto 1 (e di conseguenza scambiata all'interfaccia fra le due superfici), ossia qualunque forza diretta lungo l'asse X1, genera una corrispondente forza radiale FRADche si scarica su ciascuno dei segmenti 601, 602, 603 e quindi, in ultima analisi, sull’elemento di costrizione 8. La forza agente su ciascun singolo segmento, ipotizzando che i segmenti siano identici, ossia abbiano la medesima ampiezza, à ̈ esprimibile come

FRAD= (FAX/n)·senα·cosα = [FAX/(2·n)]·sen(2α)

Dove n à ̈ il numero di segmenti che compongono il dado 6 (tre in questo caso), e α à ̈ l’angolo di inclinazione della generatrice delle superfici coniche della testa 11 e della cavità 610 rispetto all’asse X1 (angolo di semi-apertura della superficie conica: 2α à ̈ quindi l’angolo di apertura della superficie conica).

Questo genera quindi una leggera deformazione radiale dell'elemento di costrizione 8 e un leggero allontanamento reciproco dei segmenti 601-603.

Tuttavia, la reazione vincolare esercitata dall'elemento di costrizione 8 garantisce che i segmenti 601-603 rimangano comunque in posizione assicurando da un lato la trasmissione della forza assiale FAXal complesso della piattabanda P e della boccola H, e dall’altro lato il mantenimento dell’aggregazione dei segmenti 601-603.

Le figure 7 a 10 illustrano una sequenza operativa del giunto 1, che culmina con la separazione programmata dello stesso.

La figura 7 in particolare corrisponde alla condizione di figura 6 e illustra il giunto 1 in condizioni operative (quindi successive alla messa in opera), sostanzialmente senza alcun ulteriore carico assiale applicato ad esso.

La figura 8 illustra una condizione operativa del giunto 1 con un carico assiale agente su di esso (oltre al precarico) di valore inferiore a un valore limite di separazione per il giunto.

In tale condizione, la piattabanda P e la boccola H rimangono accoppiate tramite il giunto 1, che al più può tollerare piccoli spostamenti assiali del complesso dei due elementi a causa principalmente dell'elasticità dell'elemento di costrizione 8, che consente temporanei movimenti relativi dei segmenti 601-603 del secondo dado 6. Inoltre, l’elemento di costrizione 8rimane in posizione grazie alla gola anulare definita sul dado 6.

La figura 9 illustra una condizione in cui à ̈ stato raggiunto e superato il valore di carico assiale limite di separazione per il giunto 1, ad esempio in conseguenza di un urto del veicolo contro un ostacolo o contro un altro veicolo.

In tal caso, la forza assiale FAXagente sul giunto, ancorché moltiplicata per la metà del seno dell’angolo di apertura 2α, risulta in una forza radiale FRADsull'elemento di costrizione 8 tale da provocarne lo snervamento o la rottura, in dipendenza dal fatto che l'elemento 8 sia di materiale snervabile (duttile) o fragile.

Quando l'elemento 8 viene snervato oppure rotto a causa del carico assiale FAXsulla vite 2, i segmenti 601-603 vengono separati reciprocamente dall’azione della testa 11 di una distanza tale da consentire lo sfilamento della testa conica 11 attraverso il dado 6. La distanza di separazione deve quindi essere tale per cui il diametro minimo della cavità 610 eguagli o superi il diametro massimo della testa 11.

La figura 10 illustra infine il risultato della separazione programmata del giunto 1, ove si può apprezzare come il dado 6 presenti i segmenti 601-603 con disposizione irregolare, in quanto à ̈ venuto meno il vincolo dell'elemento di costrizione 8 che à ̈ permanentemente deformato o rotto, mentre la vite 2 à ̈ illustrata completamente separata da esso e ancora all'interno della boccola H. Quest'ultima tuttavia à ̈ completamente separata dalla piattabanda P poiché non vi à ̈ più alcuna azione in grado di mantenerle assieme.

La separazione programmata del giunto 1 dipende ovviamente dal raggiungimento delle condizioni di snervamento e/o rottura dell'elemento di costrizione 8.

Scegliendo quindi il materiale e le dimensioni della sezione trasversale dell'elemento 8 Ã ̈ possibile modulare il valore di carico massimo sostenibile dal giunto, ottenendo quindi giunti a rottura programmata in corrispondenza di carichi assiali differenti.

A tale scopo à ̈ bene considerare che la massima deformazione che può subire l’elemento 8 à ̈ determinata dalla geometria della testa 11: i segmenti del dado 6 o 6’ possono essere separati in modo attivo dalla testa 11 al più di una distanza che consente lo sfilamento della testa 11 dalla cavità del dado 6 o 6’, per cui à ̈ bene scegliere materiali che tollerino deformazioni in campo elastico ben inferiori alla massima deformazione che può essere impartita al dado 6 o 6’.

Questo al fine di evitare di avere un giunto dal comportamento indeterminato e poco gestibile.

Il tecnico del ramo apprezzerà pertanto la notevole semplicità costruttiva del giunto 1 oggetto della presente invenzione.

Il giunto 1 à ̈ ideale per l’installazione su un autoveicolo per la congiunzione di una porzione di scocca con un telaio ausiliario (ad esempio il telaio di meccanica) portante ulteriori assiemi funzionali od organi di trasmissione. Nel caso di specie menzionato precedentemente, l’applicazione del giunto 1 per la giunzione di una porzione frontale della scocca dell’autoveicolo con le c.d. “candeliere†del telaio di meccanica (ossia organi di accoppiamento con estremità a boccola e tali da ricordare la forma di un candeliere) risulta essere particolarmente vantaggiosa.

Non vi à ̈ infatti la necessità di alcun cablaggio né di alcuna carica pirotecnica per determinare la separazione programmata del giunto, il quale, al contrario, à ̈ in grado di realizzare autonomamente la separazione del telaio di meccanica dalla scocca dell’autoveicolo in caso di urto.

Non à ̈ pertanto nemmeno necessario che un'unità elettronica di controllo sia preposta al controllo della separazione del giunto stesso.

Si sottolinea inoltre che mentre le forme di esecuzione qui presentate includono dadi 6, 6’ comprendenti tre segmenti circolari, à ̈ possibile prevedere un numero di segmenti anche superiore a tre, ad esempio per dadi di grandi dimensioni, ed à ̈ possibile prevedere geometrie diverse da quella esagonale o assialsimmetrica dei dadi 6, 6’.

Inoltre, la vite 2 qui illustrata ha un elevato sviluppo assiale in rapporto al diametro ma à ̈ naturalmente possibile realizzare il giunto 1 con viti di lunghezza assiale più contenuta. La vite 2 inoltre, a prescindere dalla sua lunghezza assiale può essere filettata sull'intera lunghezza dello stelo 10.

Naturalmente, i particolari di realizzazione e le forme di esecuzione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione, così come definito dalle rivendicazioni annesse.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Giunto filettato (1) a separazione programmata includente: - una vite (2), - un primo dado (4) avvitabile su uno stelo (10) di detta vite (2), il giunto filettato (1) essendo caratterizzato dal fatto che: - la vite (2) include una testa (11) di forma conica, - include un secondo dado (6; 6’) comprendente una pluralità di segmenti (601, 602, 603; 601’, 602’, 603’), aventi sviluppo sostanzialmente circonferenziale, accostabili per comporre il secondo dado (6; 6’) stesso e per definire una cavità (610; 610’) di forma conica e configurata per l’accoppiamento con detta testa (11) di forma conica, e - include un elemento di costrizione (8) cingente detta pluralità di segmenti (601, 602, 603; 601’, 602’, 603’) per mantenere i segmenti reciprocamente accostati a comporre detto secondo dado (6; 6’), in cui detto elemento di costrizione (8) à ̈ snervabile e/o frangibile al superamento di un carico assiale di soglia agente su detto giunto (1) in modo da consentire la separazione dei segmenti (601, 602, 603; 601’, 602’, 603’) del secondo dado (6; 6’) e consentire così il disimpegno della testa (11) di forma conica da esso.
2. 2. Giunto filettato (1) secondo la rivendicazione 1, in cui la cavità (610; 610’) di detto secondo dado (6; 6’) ha conicità identica a una conicità della testa (11) di detta vite (2).
3. 3. Giunto filettato (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto elemento di costrizione (8) Ã ̈ un anello aperto di materiale duttile, particolarmente acciaio.
4. 4. Giunto filettato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto secondo dado (6) Ã ̈ di tipo flangiato e a geometria esagonale.
5. 5. Giunto filettato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, in cui detto secondo dado (6’) à ̈ di tipo flangiato e a geometria assialsimmetrica.
6. 6. Giunto filettato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la cavità (610; 610’) di detto secondo dado (6; 6’) à ̈ priva di filettatura.
7. 7. Giunto filettato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i segmenti (601, 602, 603; 601’, 602’, 603’) di detto secondo dado (6; 6’) sono in numero di tre o più.
8. 8. Autoveicolo includente una scocca e un telaio ausiliario accoppiato a detta scocca mediante un giunto filettato a separazione programmata, l’autoveicolo essendo caratterizzato dal fatto che detto giunto filettato (1) à ̈ realizzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
9. 9. Autoveicolo secondo la rivendicazione 8, in cui detto giunto filettato (1) à ̈ configurato per realizzare una separazione di detto telaio ausiliario da detta scocca all’occorrenza di un urto dell’autoveicolo.
10. 10. Autoveicolo secondo la rivendicazione 9, in cui detto telaio ausiliario à ̈ un telaio di meccanica dell’autoveicolo.