ITTO20130808A1

ITTO20130808A1 - Cilindro elettrico provvisto di un dispositivo di rilevazione del carico

Info

Publication number: ITTO20130808A1
Application number: IT000808A
Authority: IT
Inventors: Piero Iemmolo
Original assignee: Eurosei S R L
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2015-04-05
Also published as: DE202014104735U1; ES1135381Y; FR3011607A3; FR3011607B3; ES1135381U

Description

"Cilindro elettrico provvisto di un dispositivo di rilevazione del carico"

DESCRIZIONE

Settore tecnico

La presente invenzione si riferisce ad un cilindro elettrico.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un cilindro elettrico provvisto di un dispositivo per la rilevazione ed il controllo del carico applicato a detto cilindro e/o della forza esercitata da detto cilindro.

Arte nota

In linea generale, i cilindri elettrici noti sono costituiti da un attuatore lineare assemblato con un motore elettrico montato direttamente sulla testata posteriore del cilindro, in linea con l’attuatore stesso oppure rinviato, cioè collegato all’attuatore mediante un giunto a 90° o a 180°.

Detti cilindri elettrici possono essere utilizzati in svariate applicazioni tecnologiche, in sostituzione dei cilindri pneumatici o idraulici.

Infatti, i cilindri elettrici, pur presentando la stessa struttura dei cilindri pneumatici, presentano il vantaggio di fornire la stessa forza sia in spinta, sia in trazione. Conseguentemente, i cilindri elettrici possono montare steli maggiorati e accettare viti con diametro maggiore, consentendo caratteristiche meccaniche superiori in termini di forza esercitata, velocità e carichi applicabili. Inoltre, l’impiego di cilindri elettrici in sostituzione di cilindri pneumatici risulta vantaggioso quando siano richiesti spostamenti con posizionamenti multipli, ripetitivi e di precisione.

Da quanto sopra illustrato, è evidente che i cilindri elettrici sono estremamente versatili ed adattabili ad una pluralità di applicazione diverse.

In particolare, essi possono essere utilizzati in applicazioni in cui è vantaggioso – se non necessario – avere una rilevazione precisa, e conseguentemente un controllo altrettanto preciso, del carico applicato.

Si possono citare a titolo di esempio:

- sistemi di piantaggio o posizionamento a pressione in cui debba essere certificato il carico minimo garantito;

- sistemi di sicurezza che assicurino di evitare che sforzi imprevisti e particolarmente intensi danneggino un componente durante il suo funzionamento;

- banchi di collaudo;

- sistemi di serraggio o bloccaggio a carico controllato.

Si è pertanto reso necessario prevedere di collegare o comunque associare un cilindro elettrico ad un dispositivo di rilevazione del carico applicato.

Tuttavia, le soluzioni finora proposte prevedono strutture di collegamento meccanico fra un cilindro elettrico ed il rispettivo dispositivo di determinazione del carico applicato che sono complesse ed ingombranti.

Si cita a titolo di esempio il documento JP 2005-313277, che descrive un sistema per montare un anello di arresto all’interno di un pistone in cui il supporto dell’anello di arresto è attuato da un cilindro elettrico, il quale è associato ad una cella di carico che – attraverso la rilevazione del carico – consente di determinare se l’anello è montato correttamente o meno. Nel sistema sopra descritto, il cilindro elettrico e la cella di carico sono collegati mediante una struttura di telaio estremamente ingombrante e complessa. La presenza di siffatte strutture di collegamento complesse pongono alcuni evidenti inconvenienti in termini sia di ingombro sia di peso. In primo luogo, esse limitano l’applicazione di cilindri elettrici in spazi ristretti. In secondo luogo, l’incremento di ingombro e di peso dovuto alla struttura di collegamento si traduce in una corrispondente limitazione alla taglia ed alla potenza del motore elettrico utilizzabile e, in ultima analisi, alle prestazioni del cilindro elettrico.

È inoltre che evidente che la complessità del sistema comprendente il cilindro elettrico ed il corrispondente dispositivo di rilevazione del carico comporta un aumento rilevante dei costi e dei tempi di produzione.

Scopo principale del presente trovato è quello di ovviare ai suddetti inconvenienti, fornendo un cilindro elettrico in cui la presenza di un dispositivo di rilevazione del carico comporti un incremento di ingombro e di peso trascurabili, in modo da ottenere un cilindro elettrico più versatile e dalle prestazioni migliorate rispetto ai cilindri noti, e con costi e tempi di produzione contenuti.

Questo ed altri scopi sono raggiunti mediante il cilindro elettrico come rivendicato nelle unite rivendicazioni.

Esposizione dell’invenzione

Secondo l’invenzione, il dispositivo di rilevazione del carico applicato al cilindro elettrico è integrato nel cilindro stesso, in corrispondenza del suo gruppo di testata posteriore, interposto tra l’attuatore del cilindro ed il motore elettrico ad esso associato.

Specificatamente, detto dispositivo di rilevazione del carico è collegato o comunque associato alla vite del sistema vite – chiocciola che agisce sullo stelo del cilindro elettrico in modo da poter rilevare il carico che agisce su detto stelo.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il cilindro elettrico comprende un gruppo di testata posteriore che definisce al suo interno una camera che è attraversata dalla vite del cilindro elettrico e all’interno della quale è montato un gruppo comprendente:

- un primo cuscinetto di supporto calettato su detta vite;

- un secondo cuscinetto di supporto calettato su detta vite; e

- un dispositivo di rilevazione del carico interposto fra detto primo cuscinetto e detto secondo cuscinetto ed associato a detta vite.

Grazie alla presenza del dispositivo di rilevazione del carico all’interno del gruppo di testata posteriore del cilindro, il valore del carico applicato al cilindro stesso e/o della forza di spinta esercitata dal cilindro stesso durante il suo movimento può essere accuratamente rilevato – e conseguentemente controllato – in tempo reale.

È peraltro evidente che la presenza di detto dispositivo di rilevazione del carico all’interno del gruppo di testata posteriore del cilindro comporta un incremento sostanzialmente trascurabile dell’ingombro e del peso complessivi del cilindro elettrico.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, detto dispositivo di rilevazione del carico comprende una cella di carico toroidale, calettata su detta vite fra detto primo cuscinetto e detto secondo cuscinetto.

Preferibilmente, anelli di compensazione sono interposti fra detta cella di carico e, rispettivamente, il primo ed il secondo cuscinetto.

Vantaggiosamente, mentre secondo la tecnica nota nelle applicazioni in cui è vantaggioso – se non necessario – avere una rilevazione precisa, e conseguentemente un controllo altrettanto preciso, del carico applicato quali quelle precedentemente elencate è necessario utilizzare motorizzazioni di tipo “brushless” o in corrente continua, grazie all’invenzione anche in queste applicazioni è possibile associare l’attuatore del cilindro elettrico ad un motore passo-passo, altrimenti non utilizzabile, il che comporta una notevole riduzione dei costi.

Breve descrizione dei disegni

Caratteristiche e vantaggi dell’invenzione saranno ulteriormente chiariti grazie alla descrizione dettagliata che segue di una forma di realizzazione preferita, fornita a titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la Figura 1a è una vista in prospettiva del cilindro elettrico secondo una forma preferita di realizzazione dell’invenzione;

- la Figura 1b è una vista in prospettiva esplosa del cilindro elettrico di Figura 1;

- la Figura 2 è una vista in prospettiva ingrandita di un particolare del cilindro elettrico di Figura 1 relativo al dispositivo di rilevazione del carico; e

- la Figura 3 è una vista in prospettiva ingrandita di un particolare del cilindro elettrico di Figura 1 relativo al dispositivo di rilevazione del carico secondo una variante realizzativa.

Descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita dell’invenzione

Con riferimento alle Figure 1a e 1b, è illustrato un cilindro elettrico 1 secondo l’invenzione.

In modo di per sé noto, detto cilindro elettrico 1 comprende un attuatore lineare 3 ed un motore elettrico per l’azionamento di detto attuatore. Per ragioni di semplicità e chiarezza il motore elettrico è omesso nelle Figure e in Figura 1a è illustrato unicamente un gruppo di montaggio 5 per il collegamento del motore elettrico all’attuatore 3 in una configurazione a motore rinviato.

Sarà evidente al tecnico del settore che il motore elettrico potrebbe anche essere montato in linea con l’attuatore lineare 3 o collegato ad esso mediante un gruppo di montaggio differentemente strutturato.

L’attuatore 3 comprende un involucro 7, di forma sostanzialmente parallelepipeda e realizzato preferibilmente in metallo (ad esempio alluminio), che comprende un gruppo di testata posteriore 7a più vicino al motore elettrico, un elemento intermedio o camicia 7b, ed un gruppo di testata anteriore 7c più lontano dal motore elettrico. Nell’esempio rappresentato nelle Figure 1a e 1b, in particolare, il gruppo di testata posteriore 7a è costituito da una testata posteriore 7a’ propriamente detta, collegata alla camicia 7b, e da una contro-testata posteriore 7a’’, provvista di mezzi per il collegamento al motore elettrico o al gruppo di montaggio del motore elettrico, dove previsto.

All’interno dell’involucro 7 è montato uno stelo 9 mobile in traslazione, la cui punta 9a, fuoriesce dall’involucro 7 in corrispondenza del gruppo di testata anteriore 7c di detto involucro.

Lo stelo 9 è movimentato dal motore elettrico associato all’attuatore 3: il moto rotativo del motore elettrico è trasformato in moto lineare per lo stelo 9 mediante l’interposizione di un sistema di conversione del moto vite – chiocciola comprendente una vite 11 ed una chiocciola 13 alloggiata in e portata da un apposito pistone 15. A titolo di esempio è possibile utilizzare una vite a ricircolo di sfere; tuttavia, sarà evidente all’esperto del settore che è anche possibile prevedere l’impiego di una vite di tipo diverso (vite trapezoidale, vite a ricircolo di rulli e così via).

Secondo l’invenzione, il gruppo di testata posteriore 7a - cioè l’accoppiamento della testata 7a’ e della contro-testata 7a’’ - definisce al suo interno una camera che è attraversata dalla vite 11 e all’interno della quale è alloggiato un dispositivo di rilevazione del carico 19, che è associato a detta vite 11 per rilevare il carico che agisce sullo stelo 9 ad essa collegato.

La presenza del dispositivo della rilevazione del carico 19 consente di determinare con accuratezza e in tempo reale il carico applicato allo stelo 9 del cilindro elettrico 1 e/o della forza esercitata dal cilindro 1 stesso.

Inoltre, il fatto che il dispositivo di rilevazione del carico 19 sia integrato nel cilindro elettrico, minimizza l’incremento di ingombro e di peso connesso all’introduzione di detto dispositivo.

Nella forma di realizzazione preferita illustrata, il dispositivo di rilevazione del carico comprende una cella di carico 19.

Come noto, una cella di carico è un trasduttore impiegato per misurare una forza - in particolare una forza di compressione o di trazione - applicata su un componente meccanico tramite la misura di un segnale elettrico che varia a causa della deformazione che tale forza produce sul componente stesso. Essa è generalmente costituita da un corpo metallico al quale vengono applicati uno o più estensimetri che leggono la deformazione meccanica del materiale (di compressione o di trazione) tramite la variazione di resistenza elettrica che tale deformazione causa sul loro circuito elettrico.

In particolare, nella forma di realizzazione preferita illustrata il dispositivo di rilevazione del carico comprende una cella di carico 19 toroidale calettata sulla vite 11.

Ancora più in particolare, secondo la forma di realizzazione preferita illustrata, il gruppo di testata posteriore 7a definisce al suo interno una camera che è attraversata dalla vite 11 e all’interno della quale sono alloggiati:

- un primo cuscinetto 21a, calettato sulla vite 11;

- un secondo cuscinetto 21b calettato sulla vite 11; e

- una cella di carico 19 toroidale calettata sulla vite 11, detta cella di carico essendo disposta fra detto primo cuscinetto 21a e detto secondo cuscinetto 21b.

Il primo ed il secondo cuscinetto 21a,21b possono essere cuscinetti combinati radiali ed assiali; in alternativa è anche possibile utilizzare una combinazione di cuscinetti puramente radiali e di cuscinetti puramente assiali opportunamente disposti. Detti cuscinetti possono essere costituiti da un anello interno ed un anello esterno fra i quali sono previsti una pluralità di elementi di rotolamento (ad esempio sfere o rulli).

Preferibilmente rispettivi anelli di compensazione 23a,23b sono interposti fra la cella di carico 19 e, rispettivamente, il primo cuscinetto 21a ed il secondo cuscinetto 21b.

Detti anelli di compensazione possono essere rigidi oppure flessibili, cioè ad esempio abbinati a corrispondenti molle a tazza (non illustrate).

Come meglio visibile in Figura 2, secondo questa forma preferita di realizzazione dell’invenzione, i due cuscinetti 21a,21b e la cella di carico 19 fra essi interposta formano una sorta di gruppo o pacco montato all’interno del gruppo di testata posteriore 7a dell’involucro 7, con la superficie interna, cioè l’anello interno, dei cuscinetti 21a, 21b vincolato alla cella di carico 19.

In particolare, nell’esempio illustrato in Figura 2, il gruppo o pacco formato dai cuscinetti 21a,21b e dalla cella di carico 19 è montato nello spazio all’interno del gruppo di testata posteriore 7a mediante O-ring 25a e 25b previsti sulla superficie esterna del primo e, rispettivamente, del secondo cuscinetto 21a e 21b, cioè sull’anello esterno di detti cuscinetti. Detti O-ring 25a e 25b cooperano con la parete interna della camera che alloggia il gruppo o pacco formato dai cuscinetti 21a,21b e dalla cella di carico 19 in modo da assicurare il blocco radiale – ma non rigido in senso assiale – di detto gruppo o pacco.

In Figura 3 è invece illustrata una variante realizzativa in cui il blocco e la tenuta del gruppo o pacco summenzionato sono assicurati mediante spine assiali cilindriche 27a e 27b previste in corrispondenza della superficie esterna dei cuscinetti 21a e 21b. In questo caso sarà prevista una corrispondente lavorazione meccanica della superficie esterna di detti cuscinetti 21a, 21b, cioè degli anelli esterni di detti cuscinetti.

Sempre con riferimento alle Figure 2 e 3, è anche visibile l’anello di adattamento 29 fra la vite 11 ed il secondo cuscinetto 21b.

Nelle Figure 2 e 3 è anche visibile il cavo di alimentazione 31 per l’alimentazione elettrica della cella di carico 19.

Da quanto sopra descritto, è evidente che l’invenzione raggiunge gli scopi prefissati, in quanto consente di dotare un cilindro elettrico di un dispositivo di rilevazione del carico senza incrementi rilevanti nell’ingombro e/o nel peso complessivi del cilindro stesso.

Inoltre, essa consente di evitare strutture complesse, evitando aumenti considerevoli nei costi e/o nei tempi di produzione.

È inoltre evidente che quanto sopra descritto in relazione alla forma di realizzazione preferita illustrata è da intendersi in senso esemplificativo e in alcun modo limitativo e che numerose modifiche e varianti sono possibili senza per questo uscire dall’ambito di protezione definito dalle allegate rivendicazioni.

In particolare, è inteso che l’invenzione può essere implementata in cilindri elettrici indipendentemente dal tipo di vite utilizzata nel sistema di conversione del moto vite – chiocciola.

Inoltre, essa può essere implementata in cilindri elettrici indipendentemente dal tipo di collegamento fra attuatore e motore elettrico utilizzato (in linea o rinviato).

Ancora, essa può essere implementata in cilindri elettrici indipendentemente dal tipo di motore elettrico utilizzato.

A tale proposito è importante notare che in sostituzione a cilindri elettrici con motorizzazione “brushless”, è possibile utilizzare un cilindro elettrico secondo l’invenzione con un motore passo-passo opportunamente controllato ove sia necessario mantenere una spinta prefissata a prescindere dalla posizione fisica del punto di applicazione o della quota teorica di spostamento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Cilindro elettrico (1) comprendente un attuatore lineare (3) ed un motore elettrico collegato a detto attuatore per l’azionamento di detto attuatore, in cui detto attuatore (3) comprende un involucro (7) all’interno del quale è montato uno stelo (9) mobile in traslazione, in cui detto involucro (7) comprende un gruppo di testata posteriore (7a), più vicino a detto motore elettrico e collegato ad esso, un elemento intermedio o camicia (7b) ed un gruppo di testata anteriore (7c), più lontano dal motore elettrico e dal quale la punta (9a) di detto stelo (9) fuoriesce da detto involucro (7), in cui un sistema di conversione del moto comprendente una vite (11) ed una chiocciola (13) è interposto fra detto motore elettrico e detto stelo (9), caratterizzato dal fatto che detto gruppo di testata posteriore (7a) definisce al suo interno una camera che è attraversata da detta vite (11) e all’interno della quale è alloggiato un dispositivo di rilevazione del carico (19) associato a detta vite (11) per rilevare il carico che agisce su detto stelo (9).
2. Cilindro elettrico (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto gruppo di testata posteriore (7a) è costituito dall’accoppiamento di una testata posteriore (7a’), collegata a detta camicia (7b), e da una contro-testata posteriore (7a’’), provvista di mezzi per il collegamento a detto motore elettrico, le quali cooperano per definire detta camera che alloggia detto dispositivo di rilevazione del carico (19).
3. Cilindro elettrico (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto dispositivo di rilevazione del carico comprende una cella di carico (19).
4. Cilindro elettrico (1) secondo la rivendicazione 3, in cui detto dispositivo di rilevazione del carico comprende una cella di carico (19) toroidale calettata su detta vite (11).
5. Cilindro elettrico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui in detta camera definita in detto gruppo di testata posteriore (7a) sono alloggiati un primo cuscinetto (21a), calettato su detta vite (11) ed un secondo cuscinetto (21b) calettato su detta vite (11), ed in cui detto dispositivo di rilevazione del carico (19) è disposto fra detto primo cuscinetto (21a) e detto secondo cuscinetto (21b).
6. Cilindro elettrico (1) secondo la rivendicazione 5 , in cui anelli di compensazione (23a, 23b) sono interposti fra detto dispositivo di rilevazione del carico (19) e, rispettivamente, detto primo cuscinetto (21a) e detto secondo cuscinetto (21b).
7. Cilindro elettrico (1) secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui la superficie interna di detti cuscinetti (21a, 21b) è vincolata a detto dispositivo di rilevazione del carico (19) ed in cui O-ring (25a, 25b) sono previsti sulla superficie esterna del primo e del secondo cuscinetto (21a, 21b), detti O-ring (25a, 25b) cooperando con la parete interna di detta camera definita all’interno di detto gruppo di testata posteriore (7a) in modo da assicurare il blocco di detti cuscinetti (21a, 21b) e di detto dispositivo di rilevazione del carico (19) fra essi interposto all’interno di detta camera.
8. Cilindro elettrico (1) secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui la superficie interna di detti cuscinetti (21a, 21b) è vincolata a detto dispositivo di rilevazione del carico (19) ed in cui spine assiali cilindriche (27a, 27b) sono previste sulla superficie esterna del primo e del secondo cuscinetto (21a, 21b), in modo da assicurare il blocco di detti cuscinetti (21a, 21b) e di detto dispositivo di rilevazione del carico (19) fra essi interposto all’interno di detta camera definita all’interno di detto gruppo di testata posteriore (7a).
9. Cilindro elettrico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto motore elettrico è un motore passo-passo.
10. Cilindro elettrico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto motore elettrico è collegato a detto attuatore (3) direttamente o indirettamente, mediante l’interposizione di un gruppo di montaggio (5).