ITMI20131134A1 - Freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante - Google Patents

Description

“FRENO ELETTROMAGNETICO DI EMERGENZA ANTIDEFLAGRANTE”

DESCRIZIONE

Campo di applicazione dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante.

Stato della tecnica

I freni di emergenza hanno una serie elevata di applicazioni legate alla sicurezza del funzionamento di apparecchiature dotate normalmente di alberi rotanti, il cui funzionamento deve essere messo in sicurezza da potenziali situazioni di rotazioni non volute e a velocità eccessive, ad esempio dovute a sganciamenti o rotture dei motori di azionamento.

Un esempio di applicazione è costituito dai cosiddetti carri-ponte, vale a dire apparecchiature atte al sollevamento e spostamento di carichi pesanti, ad esempio “containers”. Queste apparecchiature sono normalmente dotate di un albero a tamburo rotante, azionato da un motore e relativo cinematismo, eventualmente tramite riduttori/adattatori di velocità di rotazione. Sull’albero si avvolge/svolge una corda o fune in materiale resistente alla trazione, ad esempio fili di acciaio ritorto, o corde in materiale plastico. Alla fune è normalmente connesso un gancio a cui viene appeso un carico da sollevare/abbassare tramite avvolgimento/svolgimento della fune sull’albero.

In caso di guasto, si può verificare la situazione di pericolo in cui il meccanismo di rotazione viene reso libero dai vincoli di connessione al motore, per cui l’albero può ruotare determinando lo svolgimento rapido della fune, che può avvenire a velocità di rotazione elevata, determinando la caduta del carico.

Sono noti sistemi di sicurezza di tipo meccanico, atti ad evitare le suddette situazioni di pericolo bloccando la rotazione indebita dell’albero.

Ad esempio è noto un sistema di sicurezza meccanico, inserito all’interno del cinematismo di connessione dell’albero al motore: nel caso di rottura, l’aumento di velocità di rotazione dell’albero determina l’intervento di cricchetti che si incastrano dentro il sistema di rotazione bloccandolo.

Un sistema di sicurezza di questo tipo però è caratterizzato da evidenti criticità.

Innanzitutto l’albero deve raggiungere una velocità minima di rotazione per determinare l’apertura ed intervento dei cricchetti. Ad es. ponendo una velocità angolare normale dell’albero di 20 rpm, essi intervengono per una velocità di circa 300 rpm: quindi la fune inizia a svolgersi ed il carico scende per un certo numero di metri prima di fermarsi.

Inoltre non è determinabile l’affidabilità nel tempo del sistema di sicurezza, in quanto in condizioni normali esso non interviene, rimane quindi fermo e non operativo per un tempo molto lungo, per cui quando dovrebbe intervenire in un caso anomalo potrebbe anche non funzionare, ad es. perché bloccato. Inoltre esso non può essere soggetto a manutenzione e prova di funzionamento poiché la prova sarebbe distruttiva.

Nel caso di suo intervento, il carico viene bloccato ad una determinata altezza da terra, non sapendo bene come fare a far scendere il carico poiché l’albero è bloccato. Passa quindi molto tempo prima che il carico possa essere ricuperato, per cui si può anche determinare il deterioramento del carico: Ad esempio nel caso di utilizzo in fonderia per trasporto di tonnellate di ghisa fusa, se passa troppo tempo essa si solidifica, quindi col rischio di dover buttare tutto, contenitore e contenuto, con conseguente danno economico elevato.

Inoltre un bloccaggio rapido provoca stress sulla fune col rischio che si spezzi, provocando un disastro dovuto al crollo del carico, oppure addirittura il carro ponte può sobbalzare e ribaltare.

La necessità di garantire la caratteristica antideflagrante rende inoltre difficile la realizzazione del freno. Esso deve avere un involucro con caratteristiche meccaniche negli accoppiamenti tra le sue parti componenti soggette a tolleranze vincolanti e stringenti, e sottoposte ad enti di certificazione per verificare le caratteristiche di anti deflagrazione.

L'utilizzo in un ambiente potenzialmente esplosivo comporta il fatto che il freno deve essere costruito in modo tale da evitare il rischio di esplosione, che si potrebbe generare a causa di scintille o scariche elettriche provocate ad esempio dalla commutazione di interruttori elettrici.

Sommario dell’invenzione

Pertanto scopo della presente invenzione è quello di presentare un freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante atto a risolvere i problemi su esposti ed altri nel seguito descritti.

Un obiettivo dell’invenzione è realizzare un freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante efficiente, sicuro , economico, sempre in condizioni operative.

E’ oggetto della presente invenzione un freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante, in accordo con la rivendicazione 1, fissato a valle di un cinematismo di un’apparecchiatura da controllare, e comprendente:

- un magnete con una bobina percorsa da corrente per creare effetto elettromagnetico;

- un’ancora mobile atta ad essere attratta o respinta dal magnete;

- un’ancora fissa;

- una serie di dischi flottanti intervallati ad una serie di dischi di ferodo, posti tra dette ancore mobile e fissa e coassiali a queste, l’assenza di effetto elettromagnetico essendo tale da provocare un effetto frenante per spinta dell’ancora mobile verso l’ancora fissa, la presenza di effetto elettromagnetico essendo tale da attrarre l’ancora mobile verso il magnete;

- un albero rotante in posizione assiale del freno, ed inserito assialmente in detti magnete, ancora mobile, ancora fissa, dischi flottanti e dischi di ferodo, ed atto ad ospitare un albero della apparecchiatura a valle del cinematismo;

- un dispositivo di misura della velocità angolare dell’albero rotante, atto a fornire un segnale di intervento dell’effetto frenante in caso di velocità angolare maggiore di una soglia.

E’ particolare oggetto della presente invenzione un freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante, come meglio descritto nelle rivendicazioni, che formano parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

nella figura 1 è mostrata una vista in sezione laterale del freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante oggetto della presente invenzione;

nella figura 2 è mostrata una vista in sezione laterale del freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante oggetto della presente invenzione, e le corrispondenti viste frontali, lato collegamento a un’apparecchiatura da frenare, e lato esterno.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Descrizione di dettaglio

Con riferimento alle figure si descrivono qui di seguito gli elementi costitutivi del freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante oggetto dell’invenzione.

Il freno è racchiuso in una scatola di contenimento 1, ad esempio a forma cilindrica, terminante da un lato con un elemento di fissaggio a flangia 2, ed aperta dall’altro: nell’apertura è connesso, ad esempio tramite viti, un magnete 3. Il magnete presenta un incavo a corona circolare rivolto verso l’interno della scatola, in cui è inserita una bobina 4 (ad esempio a toroide), che alimentata a corrente permette al magnete di generare un campo magnetico. La flangia 2 ha la funzione di fissaggio del freno ad una corrispondente flangia dell’apparecchiatura da controllare. La scatola 1 ed il magnete 3 presentano un foro passante al centro, in cui è inserito un albero 5 rotante su cuscinetti 6, 7 preferibilmente inseriti in incavi ai due estremi del freno, uno verso la flangia 2 e l’altro dentro il magnete.

All’interno dell’incavo della scatola sono presenti vari elementi del sistema di frenatura.

Una prima ancora mobile 8, affacciata al lato interno del magnete, è atta ad essere attirata o respinta dall’effetto magnetico: in presenza di corrente nella bobina 4, l’ancora mobile 8 viene attratta contro il magnete, mentre in assenza di corrente nella bobina, l’ancora mobile viene respinta tramite molle 9 presenti in rispettivi incavi nella faccia interna del magnete.

Una seconda ancora fissa 10 è affacciata al lato interno della scatola opposto al magnete.

Tra le due ancore sono presenti serie alternate di dischi flottanti 11 e dischi di ferodo 12, i quali dischi, quando compressi tra le due ancore 8 e 10, determinano la frenatura dell’albero 5.

Una serie di colonnette 13 attraversano longitudinalmente l’interno della scatola e sono fissate ai due estremi tramite inserimento delle due estremità da un lato in fori 13a presenti nel magnete, dall’altro in fori 13b presenti nella scatola, lato flangia. In questo modo si evita la torsione delle colonnette durante una frenata.

Le due ancore 8 e 10 e i dischi flottanti 11 presentano fori attraversati dalle colonnette 13, che quindi ne impediscono la rotazione, mentre ne consentono la traslazione assiale. Invece i dischi di ferodo 12 presentano un diametro inferiore rispetto alla posizione trasversale delle colonnette, mentre possono ruotare solidalmente con la rotazione dell’albero 5. Quest’ultimo presenta, nella parte interna alla scatola in corrispondenza con le posizioni dei dischi, una sezione tale (ad esempio quadrata) da impedire la rotazione dei dischi di ferodo, mentre ne consente la traslazione assiale lungo l’albero stesso. Detti dischi di ferodo sono dotati di un foro centrale di forma corrispondente a quella dell’albero.

L’albero 5 presenta dal lato flangia un foro centrale 14 in cui è operativamente inserito e fissato un albero (non evidenziato in figura) dell’apparecchiatura da controllare (ad esempio un carro-ponte). Dall’altro lato l’albero 5 termina con un apparecchiatura misuratore di giri, preferibilmente un encoder 15 racchiuso in un proprio contenitore 16.

La scatola 1 presenta lateralmente una basetta 17 contenente una morsettiera 18 per i terminali dei cavi elettrici ed un circuito elettronico di controllo.

Alla morsettiera pervengono i cavi elettrici di alimentazione (non visualizzati) tramite un’altra apertura 21 della basetta.

All’interno della scatola 1 vi è un passaggio cavi 22 dalla morsettiera 18 verso la bobina 4 del magnete.

Il freno di emergenza è inserito in un punto a valle di tutto il cinematismo dell’apparecchiatura da controllare, vale a dire sulla punta dell’albero dell’apparecchiatura, ed è quindi in grado di intervenire per un guasto su uno qualsiasi degli elementi del cinematismo stesso.

Il freno di emergenza, nelle condizioni di funzionamento corrette del apparecchiatura, nelle quali viene applicata corrente alla bobina 4, presenta l’ancora mobile 8 attratta contro il magnete 3, quindi nella condizione di non frenatura. Invece l’interruzione della corrente nella bobina provoca il distacco dell’ancora mobile dal magnete e la conseguente frenatura.

L’encoder 15 è collegato elettricamente alla morsettiera 18 tramite un cavo elettrico (non evidenziato in figura) tra un’apertura 19 del contenitore 16 ed un’apertura 20 della basetta 17, ed invia le letture eseguite al circuito elettronico nella basetta.

L’encoder è in grado di operare con elevata rapidità nel rilevare le variazioni di velocità angolare dell’albero. Nelle indesiderate condizioni di pericolo, dovute a rotture, malfunzionamenti del cinematismo dell’apparecchiatura da controllare, si può verificare il caso di incremento repentino di velocità angolare dell’albero della apparecchiatura, e quindi dell’albero 5 del freno. L’encoder rileva l’incremento di velocità e dà un comando al circuito elettronico contenuto nella basetta 17 di interrompere la corrente nella bobina 4: le molle 9 spingono l’ancora mobile 8 contro i dischi 11, 12 e l’altra ancora 10, determinando la frenatura.

Il freno di emergenza sviluppa una coppia frenante elevatissima. Inoltre il ferodo dei dischi più si scalda, più frena, per cui si scalda poco per volta e sviluppa una frenata progressiva, ammortizzata, evitando pericolosi strappi dovuti a fermo repentino.

In una possibile forma di realizzazione, l’encoder 15 è in grado di rilevare otto letture ogni giro completo dell’albero. In una condizione di normale funzionamento, l’albero 5 gira ad esempio ad una velocità angolare massima di 20 rpm, allora l’encoder rileva una lettura ogni 20 centesimi di secondo o maggiore. Finché la distanza temporale tra due letture consecutive rimane al di sopra di 20 centesimi di secondo, questa condizione è considerata normale, ed il freno non interviene. Quando invece questa distanza temporale si porta al di sotto di quel valore, ciò significa avvertire un aumento indesiderato di velocità angolare dell’albero, quindi entro al massimo 20 centesimi di secondo il circuito elettronico nella basetta interviene togliendo corrente alla bobina 4 con conseguente frenatura. L’intervento del freno avviene perciò in meno di 1⁄2 giro dell’albero.

Il freno di emergenza è sempre operativo, si attiva con l’applicazione di corrente al apparecchiatura da controllare, quindi è automaticamente controllata la sua funzionalità, in caso di emergenza, ed è operativo sempre, frenando ogni volta che si toglie corrente, anche in condizioni normali.

In seguito ad un intervento di frenatura, il freno di emergenza può essere sbloccato in modo reversibile e non distruttivo. Con riferimento alla figura 2 (e riquadro di ingrandimento), si vede che sulla circonferenza esterna del freno, lato magnete, sono accessibili due viti 26 di copertura esterna, togliendo le quali si libera l’accesso a condotti passanti 27 che attraverso il magnete 3 arrivano fino all’ancora mobile 8 che in corrispondenza dei buchi ha delle sedi filettate. Si inseriscono viti a brugola nei fori passanti che vengono avvitate all’ancora mobile 8; agendo sulle viti è possibile attirare l’ancora mobile verso il magnete 3; in questo modo l’ancora mobile allenta la presa sui dischi che ruotano un po’ alla volta facendo ruotare l’albero lentamente, ad esempio facendo scendere lentamente un carico appeso all’albero dell’apparecchiatura da controllare.

E’ presente un ulteriore elemento di sicurezza, costituito da un micro-interruttore (non visualizzato in figura) posto tra l’ancora mobile 8 e il magnete 3, con collegamento elettrico al circuito elettronico nella basetta 17, attraverso fili elettrici passanti nel passaggio cavi 22. Il micro-interruttore in condizioni normali dà consenso al funzionamento dell’apparecchiatura da controllare, vale a dire si chiude quando l’ancora mobile è attratta regolarmente sul magnete. Se per qualche ragione l’ancora mobile non si attrae, pur dovendolo fare, quindi il freno rimane frenato anche se invece dovrebbe lasciare la presa, il micro-interruttore non si chiude e quindi non dà consenso al funzionamento del carro ponte. Infatti altrimenti l’albero potrebbe iniziare a girare in condizioni di frenatura. In questo modo si consente un continuo controllo del corretto funzionamento del freno.

La basetta 17 e la scatola 16 dell’encoder sono dotate di coperchio avvitato e sono fissate alla scatola 1 con viti. La scatola 1 del freno è in ghisa. I dischi flottanti 11 sono in acciaio, come l’albero 5.

Il corpo del freno di emergenza è chiuso ermeticamente con caratteristiche adattate per soddisfare ai requisiti di antideflagranza. I fori per passaggio cavi elettrici sono dotati di opportune sigillature ermetiche; i vari elementi che hanno almeno un lato esterno al freno sono fissati tra loro attraverso ferma avvitatura, con giunti filettati o con viti.

Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo.

Da quanto su descritto è evidente che ognuna delle caratteristiche dell’invenzione è sinergica con le altre al fine di ottenere il apparecchiatura di frenatura antideflagrante oggetto dell’invenzione. Le caratteristiche accessorie contribuiscono a migliorare la realizzazione del apparecchiatura.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione.

Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l’oggetto dell’invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante, adattato in modo da essere fissato a valle di un cinematismo di un’apparecchiatura da controllare, comprendente: - un magnete (3) comprendente materiale ferromagnetico ed una bobina (4) percorsa da corrente per creare effetto elettromagnetico; - un’ancora mobile (8) atta ad essere attratta o respinta dal magnete; - un’ancora fissa (10); - una serie di dischi flottanti (11) intervallati ad una serie di dischi di ferodo (12), detti dischi flottanti e di ferodo essendo posti tra dette ancore mobile e fissa e coassiali a queste, l’assenza di effetto elettromagnetico essendo tale da provocare un effetto frenante per spinta di detta ancora mobile verso detta ancora fissa, la presenza di effetto elettromagnetico essendo tale da attrarre detta ancora mobile verso detto magnete; - un albero rotante (5) in posizione assiale in detto freno, detto albero essendo adattato per essere inserito assialmente in detti magnete, ancora mobile, ancora fissa, dischi flottanti e dischi di ferodo, ed essendo inoltre adattato per ospitare in modo operativamente fisso un albero di detta apparecchiatura a valle di detto cinematismo; - un dispositivo di misura (15) della velocità angolare di detto albero rotante (5), atto a fornire un segnale di intervento di detto effetto frenante in caso di velocità angolare maggiore di una soglia.
2. 2. Freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante come nella rivendicazione 1, in cui detto dispositivo di misura (15) della velocità angolare è un encoder atto a determinare l’intervento di detto effetto frenante entro un tempo inferiore a quello in cui l’albero compie mezzo giro, determinando l’interruzione della corrente in detta bobina (4).
3. 3. Freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante come nella rivendicazione 2, in cui detto freno è racchiuso in una scatola di contenimento (1), detta scatola terminando da un lato con un elemento di fissaggio (2) del freno a valle di detto cinematismo, e dall’altro lato essendo chiusa da detto magnete, ed essendo attraversata da detto albero.
4. 4. Freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante come nella rivendicazione 3, comprendente: - una serie di colonnette (13) attraversanti longitudinalmente l’interno della scatola e fissate ai due estremi tramite inserimento delle due estremità da un lato in detto magnete, dall’altro in detta scatola; - dette ancore flottante (8) e fissa (10) e detti dischi flottanti (11) presentando fori attraversati da dette colonnette, che ne impediscono la rotazione, e ne consentono la traslazione assiale.
5. 5. Freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante come nella rivendicazione 4, in cui detti dischi di ferodo (12) presentano un diametro inferiore rispetto alla posizione trasversale delle colonnette, e sono conformati in modo tale da presentare un foro centrale di forma corrispondente a quella dell’albero e tale da ruotare solidalmente con la rotazione dell’albero (5) e da traslare assialmente lungo detto albero.
6. 6. Freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante come nella rivendicazione 3, comprendente: - una basetta (17) fissata lateralmente a detta scatola di contenimento (1), la basetta contenendo una morsettiera (18) per terminali di cavi elettrici ed un circuito elettronico di controllo, ed essendo dotata di aperture per ingresso di detti cavi elettrici; - un passaggio (22) per detti cavi elettrici attraverso detto fissaggio alla scatola, verso detta bobina (4); - un contenitore (16) per detto encoder, detto contenitore presentando un’apertura esterna al freno per collegamento elettrico alla morsettiera (18); - tutte dette aperture essendo schermate.
7. 7. Freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante come nella rivendicazione 1, in cui detto magnete è dotato di condotti(27) passanti per accesso a detta ancora mobile (8) dall’esterno, al fine di muovere l’ancora mobile verso il magnete in condizione di frenatura.
8. 8. Freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante come nella rivendicazione 1, comprendente almeno un microinterruttore, posto tra detta ancora mobile (8) e il magnete (3), che si chiude quando l’ancora mobile è attratta sul magnete fornendo un segnale di consenso al funzionamento del freno.
9. 9. Freno elettromagnetico di emergenza antideflagrante come nella rivendicazione 1, comprendente molle inserite in detto magnete, atte a determinare detta spinta di detta ancora mobile verso detta ancora fissa.