ITUD20090135A1 - "freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile" - Google Patents

Description

Descrizione del Brevetto d'Invenzione Industriale avente per titblo:

"FRENO ELETTROMECCANICO A COPPIA FRENANTE REGOLABILE"

Settore di applicazione

La presente invenzione riguarda un freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile, avente la caratteristica principale di poter eseguire frenate personalizzate ed adattabili alle condizioni di utilizzo delllapparato su cui è montato. Il trovato risulta particolarmente utile in diverse applicazioni, quali gru a bracci impennabili ed a bracci brandeggianti, carri ponti e simili, freni di sicurezza, freni elettromagnetici, freni elettromeccanici, freni per motori elettrici, e comunque in impieghi ove necessiti la parzializzazione della coppia frenante di lavoro sino al suo annullamento, ad azionamento manuale e10 automatico.

Lo stato della tecnica

Allo stato della tecnica, sono noti i freni elettromeccanici tradizionali: essi non permettono la parzializzazione della coppia frenante, che può variare solo in due valori, da zero (freno disinserito) al valore di targa del freno, esclusi quindi i vari valori intermedi.

Detti freni sono generalmente montati su motori elettrici che comandano i movimenti di bracci brandeggiabi e10 impennabili di gru o macchine operatrici e /o carri ponte ed applicazioni similari. Essi servono per frenare i movimenti delle parti in movimento e intervengono con l'unico valore di targa del dispositivo stesso e con valori intermedi, anche per situazioni di lavoro non al limite delle

previste, per cui si verificano frenature brusche anche per piccoli spostamenti degli organi in movimento nelle articolazioni meccaniche.

Le azioni di frenatura avvengono pertanto sempre in modo brusco, sollecitando tutti gli altri organi del sistema o degli apparati, deterrriinando diversi svantaggi, quali ad esempio le ripetute manutenzioni degli organi maggiormente sollecitati.

Per superare questi inconvenienti si è anche pensato di realizzare sistemi utilizzanti più freni elettromeccanici con diversi valori finali di frenata, montati in parallelo, utilizzati a comando di volta in volta a seconda del tipo di lavoro ed alla coppia di frenatura richiesta. Questa soluzione risulta assai costosa e complica la progettazione e la conseguente impiantistica.

Per venir incontro alle necessità operative delle macchine operatrici si è pensato di realizzare un solo freno elettromeccanico avente la caratteristica principale di avere la coppia frenante di tipo regolabile dall'operatore od in modo automatico, al fine di migliorare I'operatività e l'efficienza della macchina nelllaffrontare le singole fasi di lavoro. In questo modo si potranno utilizzare varie coppie di frenatura, più consone all'azione della macchina, sollecitando in modo ridotto e diverso gli organi meccanici aumentandone di converso la durata e la sicurezza, riducendo anche il numero degli interventi di manutenzione.

Scopo dell'invenzione

Si è pensato di superare gli inconvenienti riscontrati nel settore dei freni<elettromeccanici a unica taratura per motori elettrici, realizzando un nuovo>dispositivo o freno elettromeccanico avente le seguenti principali caratteristiche: - avere la possibilità di parzializzare la coppia frenante a seconda delle necessità d'impiego, intervenendo in modo manuale od in modo automatico sul dispositivo stesso;

- avere la possibilità di parzializzare la coppia frenante in una o più posizioni intermedie, dallo sblocco totale sino al valore massimo di frenata;

- essere di tipo compatto, di scarso ingombro similmente ad un normale freno elettromeccanico, però con le prestazioni tecniche insite di due o più freni tradizionali;

- essere dotato di una leva di comando manuale avente almeno tre posizioni: una di sblocco totale del freno, quindi con coppia 0; una posizione intermedia con freno parzializzato rispetto al massimo, con coppia di frenatura inferiore alla massima e regolabile, intervenendo sul dispositivo stesso su apposita vite di regolazione; ed una finale che è quella di massimo valore di coppia frenante prevista per detto dispositivo.

Essenza dell'invenzione

Gli obiettivi del trovato vengono raggiunti secondo le caratteristiche della rivendicazione principale e10 di qualsiasi altra rivendicazione riportata in questo testo brevettuale, mediante la realizzazione di un freno elettromeccanico per motori elettrici "a comando di riposo" con possibilità di parzializzazione della coppia frenante e di sblocco totale, di annullamento della coppia frenante, ad azionamento manuale o automatico.

Il freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile, oggetto del presente brevetto, è costruito per una prestazione massima o di targa, e prevede la possibilità dello sblocco totale ovvero di annullamento della coppia frenante. Inoltre, può avere una o più prestazioni diverse o di coppia frenante, con valori intermedi regolabili valore di sblocco, da O sino al valore massimo previsto del freno stesso.

Lo scopo principale del presente trovato è quello di fornire un dispositivo o freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile, in modo da rendere più versatile il dispositivo stesso, proprio per la possibilità di regolare una prestazione intermedia di frenatura adattandola di volta in volta al tipo di applicazione e di utilizzo.

Il freno elettromeccanico regolabile viene utilizzato su motori elettrici che azionano bracci brandeggiabili e10 impennabili, su gru o carroponte o macchine operatrici che abbiano la necessità di eseguire delle frenature diverse per movimenti differenti. Attualmente, i freni elettromeccanici conosciuti non hanno la possibilità della regolazione, ma hanno solo la possibilità dello sblocco totale della frenatura ossia a O Nm, e quella del titolo massimo di frenatura per cui sono costruiti.

Pertanto, per necessità diverse di impiego occorre dotarsi di più freni con caratteristiche diverse per soddisfare le esigenze di progettazione e di impiego delle macchine, complicando sia la progettazione sia la costruzione degli impianti di funzionamento. Attualmente, queste soluzioni tecniche comportano maggiori costi che incidono notevolmente sui costi finali delle macchine.

Perciò, col presente trovato, si è pensato di superare questi svantaggi, realizzando un freno elettromeccanico con coppia finale di frenatura di targa prestabilita, però con la possibilità di avere a disposizione un ulteriore valore intermedio, inferiore al massimo, mediante opportuna regolazione del freno stesso.

Il freno elettromeccanico secondo il presente trovato è costituito essenzialmente da due parti funzionalmente distinte: un freno a molle ad azionamento elettromagnetico ed uno sblocco a rotazione libera di tipo manuale automatico con funzione di parzializzazione della coppia frenante.

Infatti, il freno effettua l'azione frenante mediante l'impiego di molle premono un disco di attrito che si muove ortogonalmente rispetto al disco freno fisso sull'albero motore. L'azione inversa, ossia la disinserzione del freno, avviene per mezzo dell'eccitazione di una bobina elettromagnetica che attrae il disco di attrito od ancora mobile, assicurando il libero movimento dell'albero motore.

Pertanto, I'azione di frenata avviene mediante la spinta dovuta dalle molle metalliche elicoidali che agiscono sul disco mobile di frenatura contro la corrispondente superficie del freno solidale all'albero motore. In questa condizione il materiale di attrito garantisce la coppia frenante richiesta. Invece, la fase opposta di disinserzione in situazione di frenata, esiste una distanza - detta "traferro" - tra la bobina e il disco mobile di frenatura. Questa distanza libera permette l'allontanamento del disco frenante mobile da quello fisso, quando la bobina viene eccitata, generando un campo magnetico che attrae il disco mobile vincendo la forza meccanica delle molle, consentendo la libera rotazione del disco del freno fisso.

In assenza di alimentazione della bobina, il freno risulta inserito (freno a comando di riposo) e garantisce una coppia frenante statica massima pari al valore di targa.

Il freno, secondo il presente trovato, presenta una ghiera di regolazione che agisce direttamente sulle molle metalliche elicoidali, determinando valori diversi di compressione e quindi di forza esercitata sul disco frenante mobile. Ciò realizza la parzializzazione della coppia frenante, obiettivo principale del presente trovato che risulta così innovativo rispetto ai freni elettromeccanici conosciuti.

Ad allontanamento totale della ghiera di regolazione si determina il trascinamento del disco frenante mobile dal disco frenante fisso solidale all'albero motore, poiché le estremità delle molle sono solidali al detto disco mobile ed

ghiera di regolazione: ciò per determinare lo sblocco totale del gruppo freno.

Una seconda variante costruttiva del presente trovato consiste nelllimpiegare diverse molle elastiche oltre a quelle previste di compressione ed agenti direttamente al disco frenante mobile od ancora mobile. E' prevista una prima molla elastica di richiamo del disco frenante mobile posta in posizione coassiale e centrale sia al disco stesso che alla ghiera di regolazione. Altre molle elastiche, sempre ortogonali al disco frenante, sono poste perimetralmente con le estremità rispettivamente sul disco medesimo ed a contatto con il corpo del dispositivo.

Queste ultime hanno il compito di mantenere parallelo il disco frenante mobile rispetto al disco fisso di frenatura.

Il trovato risulta vantaggioso nella progettazione di automazioni o macchine operatrici in quanto si ha disposizione un dispositivo frenante con coppia frenante adattabile alle esigenze di calcolo e di impiego in opera, proprio per la possibilità di regolare la coppia frenante a uno o più valori inferiori rispetto al valore massimo del dispositivo stesso, in modo manuale od in modo automatico agendo semplicemente sulla ghiera di regolazione.

Gli obiettivi del presente trovato sono raggiunti realizzando un unico freno elettromeccanico assai versatile in quanto permette la regolazione della coppia : frenante da un valore di sblocco totale uguale a O Nm sino ad un valore massimo di I targa del dispositivo stesso.

Illustrazioni dei disegni

Due soluzioni realizzative secondo la presente invenzione, vengono rappresentate a titolo esemplificativo preferenziale, peraltro non limitative, nelle due tavole di disegno allegate, ove:

- la Fig. 1 mostra, in vista di fronte di sezione, il freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile in una prima soluzione costruttiva, mettendo in evidenza tutte gli elementi principali costituenti e le parti per la regolazione; - la Fig.2 mostra, lo schema elettrico di funzionamento;

- la Fig. 3 mostra, in vista di fronte di sezione, il freno elettromeccanico accessoriato con più elementi a molle elastiche di richiamo e di spinta del disco frenante mobile in una seconda soluzione costruttiva. In posizione "2" di sblocco totale ovvero con ghiera di regolazione in posizione allontanata dal corpo;

- la Fig. 4 mostra, in vista di fronte di sezione, il freno elettromeccanico della figura 3, in posizione "1" ovvero in una posizione intermedia tra lo sblocco ed il valore massimo di frenatura del dispositivo, mettendo in evidenza l'avvicinamento della ghiera di regolazione al corpo;

- la Fig. 5 mostra, in vista di fronte di sezione, il freiio delle due figure precedenti in posizione " 0 ossia in posizione di massima coppia frenante con ghiera di regolazione agente sulle molle di spinta agenti sul disco frenante mobile.

Come si rileva dalle figure allegate, il freno elettromeccaiiico a coppia frenante regolabile viene rappresentato in due possibili soluzioni costruttive. La prima con I'ausilio di sole molle metalliche elicoidali (8) le cui due estremità sono rispettivamente a contatto diretto con la ghiera di regolazione (4) e con il disco frenante mobile o ancora mobile (2), mentre la seconda soluzione prevede I1ausilio di più molle metalliche elicoidali (8) (8.1) e (8.2), anche per il richiamo del disco frenante mobile (2).

La prima soluzione costruttiva del freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile comprende un corpo di forma cilindrica, avente in una base il freno fisso disco fisso di frenatura (5) con sede assiale a femmina per collegamento ad un albero rotante, mentre all'altra base la ghiera di regolazione (4). Nella parte centrale del corpo, in forma toroidale è prevista la bobina (1) avente il compito, se eccitata, ad attirare il disco frenante mobile (2) allontanandolo dal disco fisso frenante (3). Con (6) è indicata una vite per il fissaggio del freno alla parte da automatizzare e con (7) è indicata una vite di regolazione della corsa del disco frenante mobile (2).

Il freno elettromeccanico risulta avere la possibilità di sblocco totale ossia senza azione frenante-O Nm-con eccitazione della bobina (1) che attrae il disco frenante mobile (2) allontanandolo da quello fisso (3); in tal modo I'azione elettromagnetica della bobina vince la forza di spinta delle molle (8). A bobina non eccitata le molle (8) spingono il disco frenante mobile (2) contro la superficie di attrito del disco frenante fisso (3) e il freno avrà la massima coppia frenante prevista.

Il vantaggio apportato dal presente trovato risulta essere la possibilità di regolare la coppia frenante a seconda delle necessità tra il valore di O Nm al valore massimo del dispositivo, mediante l'azione manuale o automatizzata della ghiera (4) che ne regola la compressione delle molle elastiche (8) e quindi anche la spinta complessiva agente sul disco frenante mobile (2). Questo vantaggio nel disporre di diverse coppie frenanti con un uiiico dispositivo risulta molto importante; infatti durante gli impieghi non sempre sono necessarie le stesse coppie frenanti, per cui se esiste la possibilità di intervenire facilmente sul freno a seconda delle utilizzazion si accresce la durata del freno medesimo e degli organi a cui esso sono collegati.

Gli stessi vantaggi e lo stesso funzionamento è previsto nella variante del presente trovato illustrato nelle Figure 3, 4 e 5. In questa costruttiva sono utilizzate altre molle elastiche metalliche elicoidali (8.1) e (8.2) oltre alle (8) già utilizzate nella prima soluzione. Le molle (8.1) poste perimetralmente disco frenante mobile, in posizione ortogonale, sono vincolate alllaltra estremità alllinterno del corpo, hanno il corripito di guidare e mantenere parallelo il disco frenante mobile (2) alla superficie di contatto del freno fisso (3), mentre la molla (8.2) posta centralmente e coassiale alla ghiera di regolazione (4) ha una funzione di richiamo del disco frenante mobile (2). 11 *freno elettromeccanico in posizione di sblocco totale (Fig.3), ossia senza azione frenante, la bobina (1) sarà eccitata per cui attira il disco frenante mobile (2), e sarà allontanato (13) dal disco frenante fisso (3), pertanto la ghiera di regolazione (4) sarà alla massima distanza (9) dal corpo, le molle perimetrali (8.1) saranno alla massima compressione mentre le (8) non sono compresse, altresì è compressa al massimo la molla di richiamo centrale (8.2). La posizione intermedia, tra il valore O della coppia e quella massima prevista dal dispositivo, di regolazione del freno (Fig.4) viene raggiunta agendo sulla ghiera di regolazione (4) avvicinandola al corpo a distanza (IO), mettendo in distensione le molle perimetrali (8.1 ) e a contatto la superficie di frenatura del disco frenante mobile (2) al disco frenate fisso (3).

Infine, la regolazione di massima coppia frenante del freno elettromeccanico viene raggiunta avvicinando al massimo (11 ) la ghiera di regolazione (4) al corpo del freno mettendo in compressione le molle (8) di spinta sul disco frenante mobile (2) e in distensione le inolle (8.1 ) e (8.2).

Naturalmente, l'invenzione non è limitata agli esempi di reazzazne sopraddescritti, a partire dai quali si potranno prevedere altre forme ed altri modi realizzazione, ed i particolari di esecuzione potranno comunque variare senza per questo uscire dall'essenza dell'invenzione così come enunciata e di seguito rivendicata.

Claims (1)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1^ Freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile, particolarmente adatto per organi meccanici in movimento, quali macchine con bracci impennabili e/o brandeggiabili, gru, carroponti e macchine sirriili, essendo detto freno idoneo ad esercitare un'azione frenante tramite un disco frenante mobile (2) che agisce su un disco frenante fisso (3) direttamente collegato all'albero o altro organo rotante da frenare, caratterizzato dal fatto che esso comprende un corpo fissabile all'organo da frenare, dotato di disco frenante fisso (3) la cui superficie frenante risulta essere analoga a quella del disco frenante mobile (2). Quest'ultimo risulta cooperante in coordinamento con le molle elastiche metalliche di spinta (8), collegate od azionate da una ghiera di regolazione (4) che determina le diverse spinte delle molle e quindi la coppia frenante del freno. La bobina elettromagnetica (1) contenuta nel corpo fisso, ha la funzione - se eccitata - di attrarre o di allontanare il disco frenante mobile (2) dal disco frenante fisso (3) e quindi di annullare la coppia frenante del freno. 2^ Freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile secondo la prima rivendicazione, caratterizzato dal fatto che la ghiera regolabile (4) - avvitata sul corpo - può essere regolata manualmente e10 automaticamente, ossia allontanata od avvicinata al corpo stesso, variando così la compressione delle molle elastiche (8) agenti sul disco frenate mobile (2). Freno elettromeccariico a coppia frenante regolabile secondo la prima rivendicazione, caratterizzato dal fatto che il disco frenante mobile (2) si muove coassialmente al disco frenante fisso (3) e viene spinto con molle elastiche metalliche (8) disposte in senso ortogonale alla superficie frenante. 4^ Freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile secondo la prima rivendicazione, caratterizzato dal fatto che il disco frenante mobile (2) si trova in mezzo fra la bobina elettromagnetica (1) ed il disco frenante fisso (3). Freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile secondo la pri rivendicazione, caratterizzato dal fatto che il disco frenante (2) può essere soggetto all'azione di altre molle elastiche metalliche aventi azione di spinta (8.1) e di guida, posizionate perimetralmente al disco e solidali al corpo del freno, o di richiamo (8.2) del disco medesimo, aiutando così l'azione della bobina (1 ). 6^ Freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile secondo la prima rivendicazione, caratterizzato dal fatto che lo sblocco totale del freno, ossia con coppia frenante uguale a O Nm, avviene quando si allontana il disco frenante mobile (2) dalla superficie di attrito del disco frenante fisso (3). Tale fase può avvenire con eccitazione della bobina (1) e conseguente attrazione del disco frenante mobile (2) e10 con allontanamento della ghiera di regolazione (4) dal corpo fisso, che trascina con sé il disco mobile stesso e comprime nel contempo la molla centrale (8.2). 7^ Freno elettromeccanico a coppia frenante regolabile secondo la prima rivendicazione, caratterizzato dal fatto che essendo esso costruito per una determinata coppia frenante di targa, può essere successivamente regolato, mediante azione sulla ghiera di regolazione (4), su un valore qualsiasi compreso tra il valore O Nm e quello di targa del dispositivo.