ITBO20090662A1 - Gruppo di giunzione per corpi tubolari cilindrici in composito soggetti a coppia torsionale - Google Patents

Description

Descrizione di Brevetto di Invenzione Industriale avente per titolo:

"GRUPPO DI GIUNZIONE PER CORPI TUBOLARI CILINDRICI IN COMPOSITO SOGGETTI A COPPIA TORSIONALE".

CAMPO TECNICO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione riguarda un gruppo di giunzione per corpi tubolari cilindrici soggetti a coppia torsionale.

Più in particolare, l'invenzione riguarda un gruppo di giunzione per il fissaggio di corpi tubolari realizzati in materiale quale il composito in fibra di carbonio e simili.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

Alcuni noti macchinari industriali sono dotati, in alcuni dei loro gruppi meccanici, di alberi con corpi tubolari realizzati in acciaio oppure in materiali leggeri quali il composito in fibra di carbonio e simili, principalmente per agevolarne lo spostamento manuale da parte degli operatori.

Un tipico esempio, ovviamente non limitativo, di applicazione di siffatti alberi con corpi tubolari in composito è costituito dai gruppi svolgibobina per film di imballaggio. I film per imballaggio in ambito industriale, oppure la carta, il "tissue" e simili, sono infatti solitamente resi disponibili in forma di bobine, anche dì grandi dimensioni, avvolte su anime tubolari di cartone. Ciascuna di tali bobine, al fine di essere svolta in modo da fornire con continuità il film destinato agli imballaggi industriali, viene montata su un rispettivo portabobina avente un corpo tubolare che viene infilato nell'<’>anima di cartone, e che generalmente possiede mezzi di vincolo alla superficie interna di tale anima, così da trasmettere un momento torcente. Tale corpo tubolare è a sua volta collegato ad una frizione che tende il film per lo svolgimento della bobina alla velocità desiderata.

Tali corpi tubolari in fibra di carbonio, o in altri materiali di simili caratteristiche, sono fissati, in corrispondenza delle rispettive estremità terminali, a mozzi, ad esempio in acciaio, che li supportano girevolmente e che trasmettono la coppia motrice necessaria allo svolgimento o all'avvolgimento della bobina.

Grazie ai materiali leggeri impiegati, questi alberi sono di peso decisamente contenuto: questo consente agli operatori di spostare, montare e smontare tali alberi con una certa frequenza e senza affaticarsi eccessivamente, come imposto dalle normative relative alla sicurezza sul lavoro.

Secondo la tecnica nota,<'>tale corpo tubolare viene solitamente fissato ai mozzi in acciaio in corrispondenza delle proprie estremità tramite un certo numero di viti radiali che si impegnano in fori previsti nello spessore del corpo stesso, e che si invitano in rispettive madreviti presenti in ciascun mozzo .

Questa tecnica di fissaggio dei corpi tubolari - in fibra di carbonio o altri materiali di medesime caratteristiche - ai rispettivi mozzi terminali non è scevra da inconvenienti.

Infatti è noto ai tecnici del settore che, proprio in corrispondenza dei fori di passaggio delle viti di fissaggio ai mozzi terminali, tali corpi tubolari tendono a presentare, dopo un certo numero di cicli di funzionamento, delle cricche o delle vere e proprie rotture. Queste cricche o rotture sono dovute principalmente all'<'>elevata pressione specifica di contato che agisce sul corpo tubolare in corrispondenza dei fori di passaggio delle viti, pressione che è ovviamente conseguenza della trasmissione della coppia motrice dai mozzi al corpo tubolare stesso.

La fibra di carbonio, ed anche altri materiali da costruzione leggeri di equivalenti caratteristiche, non possiede infatti c_aratteristiche meccaniche di resistenza e durezza superficiale tali da consentire un accoppiamento con viti ai mozzi terminali sufficientemente affidabile e durevole: ne consegue quindi che questi danneggiamenti o rotture dei corpi tubolari ne compromettono la durata e costringono gli operatori ad effettuare frequenti sostituzioni, con costi di esercizio spesso troppo elevati.

Gli stessi inconvenienti sopra lamentati si osservano anche quando, il collegamento meccanico avviene non tra un corpo tubolare ed un mozzo, ma tra diversi spezzoni di corpi tubolari.

SCOPI DELL'INVENZIONE

Il compito tecnico della presente invenzione è migliorare lo stato della tecnica.

Nell'ambito di tale compito tecnico, costituisce uno scopo della presente invenzione mettere a punto un gruppo di giunzione per corpi tubolari cilindrici in composito soggetti a coppia torsionale che consenta di incrementare la resistenza meccanica del collegamento tra corpo tubolare e mozzi, oppure anche tra diversi spezzoni di corpi tubolari.

Ancora uno scopo della presente invenzione è quello di rendere disponibile un gruppo di giunzione per corpi tubolari cilindrici in composito soggetti a coppia torsionale che riduca i danneggiamenti e le rotture dei corpi tubolari in composito nél loro impiego su macchinari e dispositivi.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un gruppo di giunzione per corpi tubolari cilindrici in composito soggetti a coppia torsionale che permetta il rapido e frequente montaggio e smontaggio del corpo tubolare dai macchinari senza rischi di danneggiamenti o rotture.

Questi ed altri scopi sono tutti raggiunti dal gruppo di giunzione per corpi tubolari cilindrici in composito soggetti a coppia torsionale secondo una o più delle rivendicazioni allegate.

Un importante vantaggio conseguito dal gruppo di giunzione secondo la presente invenzione consiste nel fatto che il collegamento tra il corpo tubolare ed i mozzi, oppure tra diversi spezzoni di corpi tubolari, ha durata di vita maggiore, in quanto vengono ridotti i fenomeni di cricche e rotture del corpo tubolare nelle zone di accoppiamento.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI.

Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali:

la figura 1 è una vista in alzato laterale di dettaglio di un corpo tubolare in composito con gruppo di giunzione secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una sezione diametrale di dettaglio eseguita secondo il piano II - II di figura 1;

la figura 3 è una vista assonometrica in esploso e dì dettaglio di un corpo tubolare con il gruppo di giunzione secondo l'invenzione;

la figura 4 è una vista assonometrica del corpo cilindrico del gruppo di giunzione;

la figura 5 è una vista frontale del corpo cilindrico del gruppo di giunzione;

la figura 6 è una sezione del corpo cilindrico del gruppo di giunzione eseguita secondo il piano VI - VI di figura 5;

la figura 7 è una sezione diametrale di un'altra forma di attuazione del gruppo di giunzione secondo la presente invenzione.

FORME DI ATTUAZIONE DELL'INVENZIONE.

Con riferimento alla figura 1, è indicato complessivamente con 1 un gruppo di giunzione per corpi tubolari cilindrici in composito soggetti a coppia torsionale secondo l'invenzione.

Il gruppo di giunzione è particolarmente, ma non esclusivamente, destinato a realizzare il collegamento tra un'estremità di un corpo tubolare realizzato in un materiale quale il composito in fibra<:>di carbonio e simili, ed il rispettivo mozzo di montaggio su un macchinario, oppure tra diversi spezzoni di corpi tubolari in composito di fibra di carbonio. Ad esempio, a solo titolo illustrativo, il gruppo di giunzione può essere impiegato per il fissaggio, ai rispettivi mozzi, di un corpo tubolare di un albero portabobìna.

Un siffatto corpo tubolare ha ad esempio spessore solitamente non superiore ai 10-12 mm.

Il gruppo di giunzione 1 è atto al collegamento reciproco di un primo corpo tubolare 2 cilindrico in composito ad un secondo corpo cilindrico 3, come apparirà meglio nel prosieguo.

II secondo corpo cilindrico 3 è atto al collegamento ad altre parti meccaniche, ad esempio un mozzo: tali parti meccaniche non sono rappresentate nelle figure ma sono di tipo del tutto noto e tradizionale. Il secondo corpo cilindrico 3 comprende inoltre una porzione 4 di collegamento ad una estremità 5 del primo corpo tubolare 2.

Il gruppo di giunzione 1 comprende almeno un elemento di vincolo torsionale 6 del secondo corpo cilindrico 3 rispetto al primo corpo tubolare 2. Tale elemento di vincolo torsionale 6 è posto lungo una superficie di battuta 7 tra il primo corpo tubolare 2 ed il secondo corpo cilindrico 3.

Il secondo corpo cilindrico 3 è realizzato ad esempio in materiale metallico del tipo dell'acciaio, ma può anche essere realizzato in qualsiasi altro materiale di opportune caratteristiche meccaniche.

Come apparirà più chiaro nel prosieguo, l'elemento di vincolo torsionale 6 è impegnato in una rispettiva sede 8 che interessa sia il secondo corpo cilindrico 3 che il primo corpo tubolare 2, in modo da vincolare l'uno all'altra rigidamente per quanto riguarda la trasmissione di momento torcente. Tale sede 8, più in dettaglio, è realizzata lungo la superficie di battuta 7 tra il primo corpo tubolare 2 ed il secondo corpo cilindrico 3.

Il secondo corpo cilìndrico 3 ha il diametro di accoppiamento al primo corpo tubolare 2 maggiore di quello della porzione 4, che ha pure conformazione sostanzialmente cilindrica; tale diametro di accoppiamento è sostanzialmente uguale a quello del primo corpo tubolare 2.

Il secondo corpo cilindrico 3, inoltre, comprende una cavità cilindrica passante 9 di alleggerimento.

Come visibile ad esempio nella figura 2, la porzione 4 del secondo corpo cilindrico 3 è destinata ad inserirsi nell'estremità 5 del primo corpo tubolare 2, ed in particolarè al suo interno; qui essa può<1>essere bloccata con mezzi di collegamento permanente, quali ad esempio mezzi adesivi costituiti da un collante.

II secondo corpo cilindrico comprende un colletto 10 di riscontro della superfìcie di battuta 7 che è definita nell'estremità 5 del primo corpo tubolare 2.

Più in dettaglio, la sede 8 per l'elemento di vincolo torsionale 6 è realizzata lungo la superficie di congiunzione tra il colletto 10 e la superficie di base 7 dell'estremità 5 del primo corpo tubolare 2. Tale sede 8 comprende quindi, come visibile ad esempio nella figura 3, una prima porzione semicilindrica 11 aperta realizzata nel colletto 10, ed una seconda porzione semicilindrica 12 aperta realizzata nell'estremità 5 del primo corpo tubolare 2, che si congiungono appunto a formare un'unica sede cilindrica. La prima porzione semicilindrica 11, per agevolare l'inserimento dell'elemento di vincolo torsionale 6, è passante attraverso lo spessore del secondo corpo cilindrico 3. Il gruppo di giunzione 1 comprende, in particolare, tre sedi 8 per tre rispettivi elementi di vincolo torsionale 6, tra loro angolarmente equidìstanziate dì 120°, per meglio ripartire il momento torcente che si trasmette, in esercizio, dal secondo corpo cilindrico 3 al primo corpo tubolare 2.

Ciascun elemerito di vincolo torsionale 6 comprende', più in dettaglio, una spina. Tale spina 6 può essere, ad esempio, cilindrica oppure conica, oppure di geometria che è una combinazione varia delle precedenti.

Inoltre, almeno una porzione della spina 6 può essere filettata esternamente, e comprende una testa incassata 13; corrispondentemente, la sede 8 può essere filettata internamente, così da realizzare un collegamento più stabile e sicuro. La spina 6 è bloccata nella sede 8 tramite mezzi adesivi, quali ad esempio un collante per filetti: la presenza dei filetti aumenta l'apporto di collante e quindi la superficie di incollaggio.

Per realizzare il collegamento del secondo corpo cilindrico 3 del gruppo di giunzione 1 ad un rispettivo mozzo, non rappresentato nelle figure, tale secondo corpo cilindrico 3 comprende almeno foro radiale 14 passante per l'inserimento di una rispettiva vite di fissaggio al mozzo medesimo.

Più in dettaglio, il secondo corpo cilindrico 3 comprende tre di tali fori radiali 14 passanti, tra loro angolarmente equidistanziati di 120°, come visibile in figura 5.

In corrispondenza del colletto 10 del secondo corpo cilindrico 3 è prevista una gola di scarico 15, come visibile nella figura 6, nella quale vantaggiosamente può accumularsi collante per il fissaggio dell'estremità 5 del primo corpo tubolare 2.

Nel pratico impiego, il gruppo di giunzione 1 consente la trasmissione del momento torcente dal mozzo al primo corpo tubolare 2, oppure anche tra diversi spezzoni di corpi tubolari in composito, con pressioni superficiali di contatto di entità notevolmente ridotta rispetto ai mezzi di collegamento tradizionali; in particolare, la presenza degli elementi dì vincolo torsionale 6 determina l'instaurarsi di pressioni di contatto contenute e meglio distribuite in particolare sulla seconda porzione semicilindrica 12 della sede 8 presente nell'estremità 5 del primo corpo tubolare 2. Un'altra forma di attuazione del gruppo di giunzione secondo la presente invenzione è rappresentata nella figura 7.

In questa forma di attuazione, la porzione 4 del secondo corpo cilindrico 3 ha diametro di accoppiamento sostanzialmente uguale a quello del primo corpo tubolare 2; in questo caso, l'estremità 5 del primo corpo tubolare 2 ha diametro inferiore e si inserisce all'interno della porzione 4 del secondo corpo cilindrico 3.

Con questa soluzione tecnica vengono evidentemente conseguiti importanti vantaggi tecnici.

Un primo vantaggio<'>tecnico consiste nel fatto che la riduzione e la migliore distribuzione delle pressioni superficiali di contatto sulle superfici di accoppiamento del primo corpo tubolare 2 limitano notevolmente i fenomeni di cricche e rotture nei corpi tubolari in composito, aumentando quindi la durata di vita di questi ultimi. In altre parole, vengono sensibilmente ridotti i carichi concentrati in corrispondenza delle superfici di accoppiamento acciaio-carbonio .

Un ulteriore vantaggio tecnico consiste nel fatto che i corpi tubolari accoppiati a gruppi di giunzione secondo l'invenzione possono essere montati e rimontati sui macchinari anche molto frequentemente senza correre rischi di danneggiamenti o rotture delle parti di accoppiamento, in quanto il collegamento ai mozzi viene eseguito in corrispondenza di parti in acciaio, e non in fibra di carbonio come nelle soluzioni tradizionali. Si è così visto come l'invenzione raggiunge gli scopi proposti .

La presente invenzione è stata descritta secondo forme preferite di realizzazione, ma varianti equivalenti possono essere concepite senza uscire dall'ambito di protezione offerto dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo di giunzione per corpi tubolari cilindrici in composito soggetti a coppia torsionale, comprendente un primo corpo tubolare (2) in composito ed un secondo corpo cilindrico (3), caratterizzato dal fatto che comprende almeno un elemento di vincolo torsionale (6) posto lungo una superficie di battuta (7) tra detto primo corpo (2) e detto secondo corpo (3).
2. 2. Gruppo di giunzione secondo la rivendicazione 1, in cui detto elemento di vincolo torsionale (6) è impegnato in una rispettiva sede (8) che interessa detto secondo corpo cilindrico (3) e detto primo corpo tubolare (2) per tutto lo spessore di detto primo corpo tubolare (2).
3. 3. Gruppo di giunzione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto secondo corpo cilindrico (3) ha diametro di accoppiamento sostanzialmente uguale a quello di detto primo corpo tubolare (2}.
4. 4. Gruppo di giunzione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui una porzione (4) di detto secondo corpo cilindrico (3) è destinata ad inserirsi in detto primo corpo tubolare (2).
5. 5. Gruppo di giunzione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto secondo corpo cilindrico (3) comprende almeno un colletto (10) di riscontro di detta superficie di battuta (7).
6. 6. Gruppo di giunzione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto elemento di vincolo torsionale (6) comprende almeno una spina a corpo liscio, oppure parzialmente o completamente filettato .
7. 7 . Gruppo di giunzione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta sede (8) comprende una prima porzione semicilindrica (11) aperta realizzata in detto colletto (10), ed una seconda porzione semicilindrica (12) aperta realizzata in detta superficie di battuta (7) di detto primo corpo tubolare (2).
8. 8. Gruppo di giunzione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta spina (6) è bloccata in detta sede (8) tramite mezzi adesivi.
9. 9. Gruppo di giunzione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta porzione (4) di detto secondo corpo cilindrico (3) è fissata a detto primo corpo tubolare (2) tramite mezzi di collegamento rigido .