ITUA20164540A1 - CLOSING SYSTEM FOR SPHERICAL JOINTS FOR STEERING LINES AND INDUSTRIAL APPLICATIONS WITH MOBILE METAL CAP. - Google Patents
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Description
Descrizione dell’invenzione avente per titolo “ Sistema di chiusura di snodi sferici per tiranteria di sterzo e applicazioni industriali con tappo mobile in metallo” Description of the invention entitled "Ball joint locking system for steering linkage and industrial applications with movable metal cap"
Descrizione Description
Stato della tecnica State of the art
Per meglio capire il campo di applicazione di questa invenzione dobbiamo preliminarmente il lustrare come si compone uno snodo sferico, che è una speciale applicazione che consente la trasmissione di un moto da una parte all’altra consentendo movimenti rotativi garantiti dalla presenza dì un perno.. Un classico esempio di applicazione è l’assale sterzante di un trattore o di un mezzo movimento terra; in questa applicazione lo snodo rappresenta l’organo di collegamento tra il mozzo della ruota e la scatola idroguida e deve necessariamente compiere movimenti ripetitivi assicurati da un perno inserito all’interno dello snodo. Gli snodi sferici possono distinguersi a seconda della posizione del perno nei modo seguente: To better understand the field of application of this invention we must first illustrate how a spherical joint is composed, which is a special application that allows the transmission of a motion from one side to the other, allowing rotary movements guaranteed by the presence of a pin. A classic example of application is the steering axle of a tractor or an earth-moving vehicle; in this application, the joint represents the connecting element between the wheel hub and the power steering box and must necessarily perform repetitive movements ensured by a pin inserted inside the joint. Ball joints can be distinguished according to the position of the pin as follows:
- snodi sferici con perno a 90° chiamati comunemente teste di sterzo perché generalmente trovano applicazione nella componentistica di sterzo dei trattori, delle mietitrebbie, dei mezzi movimento terra e off-highway in generale - ball joints with 90 ° pivot commonly called steering heads because they generally find application in the steering components of tractors, combine harvesters, earth-moving vehicles and off-highway in general
- snodi sferici con perno dritto o assiali che possono trovare svariate applicazioni nel campo industriale oltre che su quello della tiranteria di sterzo in generale - spherical plain bearings with straight or axial pin that can find various applications in the industrial field as well as on that of the steering linkage in general
Ad oggi lo stato della tecnica non prevede la possibilità di poter aprire e chiudere lo snodo sferico ripetute volte in quanto tutti i produttori effettuano la chiusura del tappo con due diversi procedimenti che deformano in maniera definitiva il metallo sul tappo e quindi non consentono di riaprire lo snodo sferico una volta chiuso. To date, the state of the art does not provide for the possibility of being able to open and close the ball joint repeatedly as all manufacturers close the cap with two different procedures that definitively deform the metal on the cap and therefore do not allow the cap to be reopened. ball joint once closed.
Il primo procedimento dì chiusura chiamato “procedimento per rullatura”, consiste nel ribadire con rulli speciali il materiale dello snodo sulla sede del tappo, così da determinare una chiusura cosiddetta “ a pacco “ di tutti i componenti che si trovano airinterno dello snodo, ivi compreso il perno sferico che deve garantire le oscillazioni. The first closing procedure called "rolling procedure", consists in re-affixing the material of the joint on the seat of the cap with special rollers, so as to determine a so-called "pack" closure of all the components that are inside the joint, including the spherical pin which must guarantee the oscillations.
Il secondo procedimento di chiusura chiamato “procedimento per pressione” consiste nel pressare con una pressa oleodinamica lo snodo con speciali stampi di chiusura, così da determinare una deformazione meccanica dell’acciaio su cui insiste il tappo direttamente sui vari componenti dello snodo tra cui Π perno sferico che deve garantire le oscillazioni. The second closing procedure called "pressure procedure" consists in pressing the joint with a hydraulic press with special closing molds, so as to determine a mechanical deformation of the steel on which the cap insists directly on the various components of the joint including the pin spherical which must guarantee the oscillations.
Ovviamente la chiusura per rullatura e per pressione, se da un lato garantiscono una perfetta tenuta del tappo sul resto dei componenti e ne possono condizionare il gioco assiale, dall’altro non permettono di poter aprire lo snodo in maniera ripetuta per ispezionarlo ed eventualmente sostituire i componenti interni se non distruggendolo e quindi obbligando i’utilizzatore a sostituirlo con uno Identico. Il presente trovato, invece, consente di poter riaprire lo snodo sferico in maniera anche ripetuta senza la necessità di dover rottamare il pezzo, in quanto Π tappo mobile che chiude lo snodo può semplicemente essere svitato con un utensile in maniera semplice e riavvitato subito dopo le operazioni di manutenzione. La procedura di sostituzione generalmente richiede diverse ore di manutenzione che variano a seconda del mezzo su cui è montato lo snodo e quindi la rottura dello snodo determina un fermo macchina che in alcuni casi diventa particolarmente gravoso se il pezzo da rimontare non è disponibile sul mercato. Sulla base di questa constatazione i più grandi costruttori hanno avviato una politica dì riduzione dei tempi di manutenzione dei mezzi interessati che certamente si traduce in un vantaggio economico determinato da una diminuzione dei costi e questo ritrovato và nella direzione di migliorare i tempi d’intervento dei riparatori a costi nettamente più bassi, visto che l’intervento può essere realizzato direttamente sul posto anziché in officina. Attualmente la Fiorella Industrie srl è l'unico produttore che su una categoria di mezzi ha iniziato a montare snodi sferici e teste di sterzo con tappo mobile perché consente di poter intervenire sul mezzo in maniera rapida sostituendo i componenti interni senza la necessità di dover riportare il mezzo in officina. La caratteristica peculiare di questa invenzione è proprio la versatilità perché con i tradizionali snodi sferici, ì mezzi con problemi meccanici, spesso sono riportati in officina ; nel caso specifico di snodi sferici montati su assali sterzanti, una failure dello snodo sferico obbliga utii izzatore al rimorchio forzato del mezzo perché la componente sterzante non è più operativa e con immaginabili fermi macchina che hanno un costo molto elevato. Obviously the closure by rolling and by pressure, if on the one hand they guarantee a perfect seal of the cap on the rest of the components and can affect the axial play, on the other hand they do not allow to open the joint repeatedly to inspect it and possibly replace the internal components except by destroying it and therefore forcing the user to replace it with an identical one. The present invention, on the other hand, allows the ball joint to be reopened even repeatedly without the need to scrape the piece, since the movable cap that closes the joint can simply be unscrewed with a tool in a simple way and screwed back on immediately after the maintenance operations. The replacement procedure generally requires several hours of maintenance which vary depending on the vehicle on which the joint is mounted and therefore the breakage of the joint causes a machine stop which in some cases becomes particularly burdensome if the piece to be reassembled is not available on the market. On the basis of this finding, the largest manufacturers have launched a policy of reducing the maintenance times of the vehicles concerned which certainly translates into an economic advantage determined by a reduction in costs and this discovery goes in the direction of improving the intervention times of the vehicles. repairers at significantly lower costs, since the intervention can be carried out directly on site rather than in the workshop. Currently Fiorella Industrie srl is the only manufacturer that on a category of vehicles has begun to mount spherical joints and steering heads with movable cap because it allows you to intervene on the vehicle quickly by replacing the internal components without the need to return the half in the workshop. The peculiar characteristic of this invention is precisely its versatility because with traditional ball joints, means with mechanical problems are often brought back to the workshop; in the specific case of spherical joints mounted on steering axles, a failure of the spherical joint forces the user to forcefully tow the vehicle because the steering component is no longer operational and with imaginable machine downtime which has a very high cost.
Presentazione dell’invenzione Presentation of the invention
Fatta questa premessa introduttiva andiamo ora a spiegare in cosa consiste questa invenzione applicata alla tecnologia dello snodo sferico, in particolare si spiegherà t’utilizzo di questa nuova tecnologia allo snodo sferico a 90° più comunemente conosciuto con il nome di testa di sterzo che ovviamente può trovare applicazione sugli assali sterzanti, ma anche su mezzi autosnodati al centro e in altre applicazioni industriali dove sono presenti leve di rinvio meccanico. Having made this introductory premise, let's now go on to explain what this invention applied to the technology of the ball joint consists of, in particular we will explain the use of this new technology to the 90 ° ball joint more commonly known with the name of the steering head which obviously can find application on steering axles, but also on articulated vehicles in the center and in other industrial applications where mechanical transmission levers are present.
Ogni snodo sferico è formato da una parte esterna generalmente realizzata in metallo C45 ( pos. 1 ) con lavorazioni meccaniche che ne permettono il montaggio su qualsiasi tipo di applicazione. All’interno dello snodo sferico ci sono due cuscinetti, uno superiore ed uno inferiore, i cui materiali possono variare a seconda delle richieste del cliente ( pos. 3 e 4 ) e a seconda dell’applicazione dove andra’ montato io snodo sferico o testa di sterzo., un perno in materiale 41 CR04 temprato a induzione (pos. 2 }, una molla a tazza (pos. 5 ) che garantisce il gioco assiale dello snodo e un tappo mobile in acciaio lavorato e filettato ( pos. 6) che chiude tutto all’interno dello snodo sferico. Ogni volta che viene fuori la necessità di fare manutenzione allo snodo sferico è sufficiente procedere allentando con una chiave esagonale le due viti di bloccaggio con testa in ottone ( pos. 17 ) posizionati sui due lati dello snodo sferico ( dettaglio A) e che vanno a insistere sul filetto del tappo mobile filettato, in modo che quest’ultimo possa essere a sua volta svitato con l’ausilio di un’attrezzatura incassata sui tre fori realizzati sul tappo ( pos. 18 ). E’ importante che il gambo della viti finisca con una cartuccia in ottone che essendo un materiale morbido riesce ad adattarsi al filetto del tappo senza danneggiarlo e quindi consentendo questa operazione più volte nel corso della vita dello snodo sferico. A questo punto, una volta svitato il tappo (pos. 6) e svitato il dado sul perno ( pos. 7 ), è possibile sfilare tutti i componenti all’interno dello snodo, partendo in ordine dalla molla a tazza( pos. 5 ) dal cuscinetto superiore (pos. 3), dal perno ( pos.2) fino al cuscinetto inferiore ( pos. Each ball joint is made up of an external part generally made of C45 metal (pos. 1) with mechanical machining that allows it to be mounted on any type of application. Inside the ball joint there are two bearings, one upper and one lower, whose materials can vary according to the customer's requests (pos. 3 and 4) and depending on the application where the ball joint or head will be mounted. steering wheel., a pin made of induction hardened 41 CR04 material (pos. 2}, a cup spring (pos. 5) which guarantees the axial play of the joint and a movable cap in machined and threaded steel (pos. 6) which closes all inside the ball joint. Whenever the need for maintenance on the ball joint arises, simply loosen the two locking screws with brass head (pos. 17) positioned on the two sides of the ball joint with a hex wrench. (detail A) and which insist on the thread of the movable threaded cap, so that the latter can in turn be unscrewed with the aid of a tool recessed on the three holes made on the cap (pos. 18). It is important that the stem of the screws ends with a brass cartridge which, being a soft material, is able to adapt to the thread of the cap without damaging it and therefore allowing this operation several times during the life of the ball joint. At this point, once the cap (pos. 6) has been unscrewed and the nut on the pin (pos. 7) has been unscrewed, it is possible to remove all the components inside the joint, starting in order from the cup spring (pos. 5) from the upper bearing (pos. 3), from the pin (pos. 2) to the lower bearing (pos.
4 ), il tutto senza muovere il mezzo su cui lo snodo è montato e senza la necessità di ricorrere al trasferimento del mezzo stesso in officina. 4), all without moving the vehicle on which the joint is mounted and without the need to transfer the vehicle to the workshop.
Una volta ispezionato l’interno dello snodo e l’integrità dei componenti mediante controllo visivo e strumentale, è possibile rimontare gli stessi componenti o una parte di essi e alcuni nuovi, oppure tutti nuovi componenti avendo cura di rispettare l’ordine di montaggio definito in specifiche da noi fornite, infine intingere il filetto del tappo con liquido Autoblock, riavvitare e bloccare il tappo con le due viti con testa in ottone posizionate ai lati dello snodo. Once the inside of the joint and the integrity of the components have been inspected by means of a visual and instrumental check, it is possible to reassemble the same components or part of them and some new ones, or all new components, taking care to respect the assembly order defined in specifications supplied by us, finally dip the thread of the cap with Autoblock liquid, screw and lock the cap with the two brass head screws positioned on the sides of the joint.
T vantaggi derivanti dalPutilizzo di questa invenzione sono notevoli e diventano ancor più evidenti se paragonati con l’attuale stato della tecnica. The advantages deriving from the use of this invention are considerable and become even more evident when compared with the current state of the art.
Infatti, come detto in precedenza, tutti gli altri produttori utilizzano snodi sferici o teste di sterzo che una volta chiusi non possono essere riaperti in quanto il materiale viene ribadito per pressione o per rullatura direttamente sul tappo, quindi un eventuale difetto sul perno o semplicemente su un cuscinetto compromette la vita stessa dello snodo che in questo modo deve essere sostituito integralmente. Invece con la nostra invenzione del tappo mobile applicato agli snodi sferici o teste di sterzo è possibile svitare il tappo e sostituire i componenti interni danneggiati, quindi ì vantaggi possono essere così riassunti: In fact, as previously mentioned, all the other manufacturers use ball joints or steering heads that once closed cannot be reopened as the material is riveted by pressure or by rolling directly on the cap, therefore a possible defect on the pin or simply on a bearing compromises the life of the joint which in this way must be completely replaced. Instead, with our invention of the movable cap applied to ball joints or steering heads it is possible to unscrew the cap and replace the damaged internal components, so the advantages can be summarized as follows:
1) possibilità dì intervenire in tempi rapidi con una riparazione certamente più economica perché permette la sostituzione dei soli componenti interni anziché la sostituzione dell’intero snodo 1) possibility to intervene quickly with a repair that is certainly cheaper because it allows the replacement of only the internal components rather than the replacement of the entire joint
2) possibilità di effettuare la sostituzione dei componenti interni senza utilizzo di energia elettrica o di ponti di sollevamento idraulico, in particolare in quelle applicazioni dove la rottura determina una impossibilità dei mezzo a muoversi, come per esempio nelle macchine movimento terra che hanno gli snodi sferici al centro come elementi autosterzanti e autosnodati 2) possibility of replacing internal components without the use of electricity or hydraulic lifting bridges, in particular in those applications where the breakage determines the impossibility of moving the vehicle, such as for example in earth-moving machines that have spherical joints in the center as self-steering and articulated elements
3) possibilità di avere stock di magazzino con valore unitario nettamente più bassi rispetto agli snodi tradizionali montati 3) possibility of having warehouse stocks with unitary value significantly lower than traditional mounted joints
4 ) vita più longeva degli snodi avendo la possibilità di intervenire con una lubrificazione supplementare del pezzo, rimuovendo il grasso esausto all’ interno e rimettendo grasso nuovo. Quando lo snodo è chiuso è comunque possibile lubrificare l’interno dello snodo tramite un foro ingrassatore { dettaglio B ) posizionato sul lato superiore dello snodo. 4) longer life of the joints having the possibility of intervening with additional lubrication of the piece, removing the exhausted grease inside and putting new grease back. When the joint is closed it is still possible to lubricate the inside of the joint through a greasing hole (detail B) positioned on the upper side of the joint.
5) riduzione sensibile dei fermi macchina dei mezzi su cui gli snodi sono installati, ciò si traduce in una maggiore produttività del mezzo e in un vantaggio d’immagine notevole rispetto ai concorrenti 5) significant reduction of machine downtime of the vehicles on which the joints are installed, this translates into greater productivity of the vehicle and a significant image advantage over competitors
Descrizione dei disegni Description of the drawings
In allegato alla presente domanda c'è il disegno dello snodo sferico a 90° meglio conosciuto con il nome di testa di sterzo, ma lo stesso sistema di chiusura può essere applicato allo snodo sferico assiale, il principio cardine delia presente invenzione è che questi articoli possono essere aperti più volte mentre quelli tradizionali riconducibili allo stato attuale della tecnica, non possono essere aperti, ma soltanto rottamati in caso di failure. Attached to this application is the drawing of the 90 ° spherical joint better known by the name of the steering head, but the same locking system can be applied to the axial spherical joint, the cardinal principle of the present invention is that these articles they can be opened several times while the traditional ones attributable to the current state of the art cannot be opened, but only scrapped in case of failure.
Il disegno allegato presenta lo snodo sferico visto da tutte le angolazioni per consentire di capire al meglio le caratteristiche peculiari: tutti i componenti al l’interno e all’esterno dello snodo sono evidenziati con un numero in modo da permettere di seguire la spiegazione dell'invenzione nel paragrafo precedente. Alla disamina numerica sono abbinati due disegni dì dettaglio ( A e B ) che vanno ad evidenziare alcuni punti fondamentali per ben comprendere la presente invenzione, di fatto pongono la lente d'ingrandimento su due elementi specifici riconducibili a questa applicazione. The attached drawing presents the spherical joint seen from all angles to allow you to better understand the peculiar characteristics: all the components inside and outside the joint are highlighted with a number in order to allow you to follow the explanation of the invention in the previous paragraph. Two detailed drawings (A and B) are combined with the numerical examination, which highlight some fundamental points for a good understanding of the present invention, in fact they place the magnifying glass on two specific elements attributable to this application.
Infine, sempre sulla stessa tavola, ci sono due disegni bidimensionali che permettono di capire la conformazione geometrica del pezzo e la sua individuazione sull’applicazione su cui và montato. Finally, always on the same table, there are two two-dimensional drawings that allow you to understand the geometric shape of the piece and its identification on the application on which it is to be mounted.
Sulla tavola allegata sono riportate anche le misure dello snodo standard, ma è necessario sottolineare che questo prodotto può essere realizzato su misura per il cliente e quindi nei pieno rispetto degli ingombri e delle misure d’intercambiabilità; ovviamente la costante rimane sempre il sistema di chiusura con tappo mobile che al di là delle misure richieste, dispiega la sua funzionalità sempre allo stesso modo. The attached table also shows the measures of the standard joint, but it must be emphasized that this product can be made to measure for the customer and therefore in full compliance with the overall dimensions and interchangeability measures; obviously the constant always remains the closing system with movable cap which, beyond the required measurements, always unfolds its functionality in the same way.
Attuazione dell’invenzione Implementation of the invention
Come già anticipato in premessa, So snodo sferico a 90° trova applicazione su svariate tipologie di utilizzo, poiché in genere si applica dove c’è da trasferire un moto da una parte meccanica all’altra nel rispetto delle oscillazioni richieste. A titolo esemplificativo ma non esaustivo, forniamo alcune tipologie dì utilizzo sia nel settore agricolo che in quello dei mezzi off highway e industriale. As already mentioned in the introduction, the 90 ° spherical joint can be applied to various types of use, since it is generally applied where there is a motion to be transferred from one mechanical part to the other in compliance with the required oscillations. By way of example but not limited to, we provide some types of use both in the agricultural sector and in that of off-highway and industrial vehicles.
1) componente dell’assale sterzante: in genere rappresenta l’organo di collegamento tra il cilindro idroguida e il mozzo della ruota; questo snodo trova grande utilizzo nel settore agricolo e dei mezzi movimento terra, poiché posto sull’assale sterzante, garantisce grazie all’oscillazione del perno, svariati movimenti che favoriscono la sterzata del mezzo dove sono montati. In genere sull’assale sterzante lo snodo sferico o testa di sterzo a 90° lavora in congiunzione con uno snodo assiale che permette la regolazione del moto tra ì vari organi, in questo caso i due snodi cosi uniti prendono il nome di tirante di sterzo. Nel caso specifico del sistema di chiusura mobile del tappo oggetto dell’invenzione, possiamo affermare che trova la sua massima applicazione nei mezzi più pesanti che scaricano sull’assale sterzante forze meccaniche molto grandi, risultando praticamente scarsamente utilizzato negli snodi sferici di piccole dimensioni e applicati su trattori piccoli. Gli snodi sferici in questo caso lavorano per trasmettere il movimento di sterzata tra il cilindro idroguida del mezzo e il mozzo della ruota nel rispetto dell’angolo di oscillazione richiesto dalla casa madre. Lo snodo sferico può essere agganciato con filettatura maschio ( come nel disegno allegato ) o con filettatura femmina, se interviene un’ulteriore snodo assiale che congiunge la testa di sterzo con la scatola idroguida. 1) steering axle component: generally represents the connecting element between the power steering cylinder and the wheel hub; this joint is widely used in the agricultural sector and earth-moving vehicles, since placed on the steering axle, thanks to the oscillation of the pivot, it guarantees various movements that favor the steering of the vehicle where they are mounted. Generally on the steering axle the spherical joint or 90 ° steering head works in conjunction with an axial joint that allows the adjustment of the motion between the various organs, in this case the two joints thus joined are called the steering rod. In the specific case of the mobile closure system of the cap object of the invention, we can affirm that it finds its maximum application in heavier vehicles that discharge very large mechanical forces on the steering axle, resulting practically scarcely used in small and applied spherical joints. on small tractors. The spherical joints in this case work to transmit the steering movement between the power steering cylinder of the vehicle and the wheel hub in compliance with the oscillation angle required by the parent company. The ball joint can be hooked with a male thread (as in the attached drawing) or with a female thread, if an additional axial joint intervenes that connects the steering head with the power steering box.
2) componente nei mezzi snodati al centro: lo snodo sferico a 90° trova grande applicazione anche nella parte centrale del mezzo laddove è necessario permettere la sterzata del mezzo, visto che generalmente in questi casi l’assale sterzante è fìsso, ma la possibilità di sterzare viene garantita da una testa a 90° singola in abbinata a una doppia testa a 90° che invece caratterizza la stabilità del mezzo al centro. In questo caso la tecnologia interna dei componenti è fondamentale perché al centro del mezzo vengono scaricate tutte le forze che insistono sul mezzo e quindi solo l’utilizzo di materiali qualitativamente ottimi garantisce la funzionalità del pezzo. In questa applicazione risulta importantissima la possibilità di poter intervenire sul mezzo senza la necessità di rimuovere tutto lo snodo, ma semplicemente i suoi componenti, quindi il sistema di chiusura con tappo mobile in questo caso rappresenta una soluzione importante in termini di velocità d’intervento e costi. 1 vantaggi in questo tipo di applicazione sono molto più evidenti perché in genere la testa di sterzo singola viene saldata mediante apposita ghiera allo chassis della macchina e quindi sostituire un pezzo rotto comporta operazioni molto laboriose per rimuovere dapprima la saldatura e poi scoppiare il mezzo; invece se si riesce a intervenire solo sui componenti interni senza smontare il pezzo e quindi semplicemente svitando il tappo mobile, allora si capisce la grande novità di questa invenzione. 2) component in the means articulated in the center: the 90 ° ball joint finds great application also in the central part of the vehicle where it is necessary to allow the steering of the vehicle, since generally in these cases the steering axle is fixed, but the possibility of steering is guaranteed by a single 90 ° head combined with a double 90 ° head which instead characterizes the stability of the vehicle in the center. In this case, the internal technology of the components is essential because all the forces that insist on the vehicle are discharged at the center of the vehicle and therefore only the use of qualitatively excellent materials guarantees the functionality of the piece. In this application the possibility of being able to intervene on the vehicle without the need to remove the entire joint, but simply its components, is very important, therefore the closing system with movable cap in this case represents an important solution in terms of intervention speed and costs. The advantages in this type of application are much more evident because generally the single steering head is welded to the chassis of the machine by means of a special ring nut and therefore replacing a broken piece involves very laborious operations to first remove the welding and then burst the vehicle; on the other hand, if you can only intervene on the internal components without disassembling the piece and then simply unscrewing the movable cap, then you understand the great novelty of this invention.
3) componente nelle grosse applicazioni industriali : Γ invenzione trova applicazione anche in ambito industriale come leva di rinvio di un moto da una parte all’altra degli organi meccanici di una macchina; generalmente si usa questa applicazione quando c’è necessità di trasferire un movimento su una leva con grossi carichi di lavoro; in queste situazioni la possibilità di poter ispezionare lo snodo sferico ogni volta che si rende necessario costituisce un vantaggio competitivo e di produttività enorme. 3) component in large industrial applications: Γ invention also finds application in the industrial field as a lever for returning a motion from one side to the other of the mechanical parts of a machine; this application is generally used when there is a need to transfer a movement to a lever with large workloads; in these situations, the possibility of being able to inspect the ball joint whenever necessary constitutes an enormous competitive and productivity advantage.
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