ITTO20121004A1 - Giunto di sicurezza per trasmissioni meccaniche di potenza. - Google Patents

Description

"Giunto di sicurezza per trasmissioni meccaniche di potenza"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un giunto di sicurezza configurato per accoppiare a rotazione l'uno con l'altro un primo e un secondo organo di trasmissione girevoli intorno a un medesimo asse di rotazione, il giunto essendo in grado di disaccoppiare i due organi di trasmissione quando la coppia trasmessa supera una data soglia massima di coppia.

Giunti di sicurezza del tipo sopra specificato sono comunemente utilizzati in ambito industriale per la trasmissione meccanica di potenza da una sorgente di potenza, quale ad esempio un motore, avente un organo di trasmissione di uscita girevole (realizzato tipicamente come albero rotante), a una macchina avente un organo di trasmissione d'ingresso girevole (anch'esso realizzato tipicamente come albero rotante). Il giunto di sicurezza à ̈ interposto fra i due organi di trasmissione ed à ̈ normalmente mantenuto in una prima condizione di funzionamento (condizione chiusa), in cui accoppia a rotazione tali organi. Il giunto di sicurezza à ̈ predisposto per passare automaticamente, in presenza di carichi eccessivi o di blocchi accidentali della macchina cui viene trasmessa la potenza, a una seconda condizione di funzionamento (condizione aperta), in cui disaccoppia i due organi di trasmissione al fine di evitare malfunzionamenti o danni all'intera catena cinematica.

Un giunto di sicurezza avente le caratteristiche specificate nel preambolo della rivendicazione indipendente 1 à ̈ noto dalla domanda di brevetto internazionale WO2009/144686. Secondo tale soluzione nota, il giunto di sicurezza comprende una prima parte di giunto e una seconda parte di giunto, rispettivamente conduttrice e condotta, che sono disposte coassialmente l'una all'altra per ruotare intorno a un medesimo asse di rotazione e sono provviste di rispettive dentature frontali normalmente ingrananti ciascuna con una rispettiva dentatura frontale di un pistone disposto coassialmente alle due parti di giunto e montato scorrevole all'interno di una camera di pressione prevista in una delle due parti di giunto. La camera di pressione à ̈ riempita di fluido incomprimibile, la cui pressione di carica esercita sul pistone una forza assiale tendente a mantenere le dentature frontali del pistone stesso ingranate con le rispettive dentature frontali delle due parti di giunto per garantire la trasmissione della coppia fra le due parti di giunto. La coppia trasmessa fra le due parti di giunto produce, per effetto delle forze scambiate fra le dentature frontali delle due parti di giunto e le dentature frontali del pistone, una pressione del fluido nella camera di pressione il cui valore à ̈ proporzionale alla coppia trasmessa. Il giunto di sicurezza comprende inoltre un sistema di sgancio sensibile alla coppia predisposto per disingranare le dentature frontali delle due parti di giunto dalle rispettive dentature frontali del pistone, interrompendo così la trasmissione della coppia, quando la coppia trasmessa fra le due parti di giunto supera un dato valore massimo. Il sistema di sgancio comprende una disposizione valvolare configurata per provocare lo scarico del fluido dalla camera di pressione al superamento di un dato valore massimo di pressione del fluido nella camera di pressione. Scegliendo opportunamente tale valore massimo di pressione si può quindi impostare il valore di coppia di sgancio, cioà ̈ il valore massimo di coppia cui avviene l'apertura del giunto.

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un giunto di sicurezza per trasmissioni meccaniche di potenza che abbia una struttura più semplice e compatta rispetto al giunto di sicurezza noto dal documento anteriore sopra discusso.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo la presente invenzione grazie a un giunto di sicurezza avente le caratteristiche specificate nella parte caratterizzante dell'annessa rivendicazione indipendente 1.

Forme di realizzazione vantaggiose del giunto di sicurezza secondo l'invenzione formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto à ̈ da intendersi come parte integrale e integrante della descrizione che segue.

In sintesi, l'invenzione si fonda sull'idea di realizzare un giunto di sicurezza del tipo citato all'inizio, in cui il pistone presenta una dentatura frontale che nella condizione chiusa del giunto ingrana con una corrispondente dentatura frontale di una delle due parti di giunto ed à ̈ inoltre permanentemente collegato a rotazione con l'altra parte di giunto mediante accoppiamento a profilo scanalato, in maniera tale per cui nella condizione chiusa del giunto la trasmissione della coppia fra le due parti di giunto avviene attraverso le dentature frontali della prima parte di giunto e del pistone ingrananti l'una con l'altra e attraverso l'accoppiamento a profilo scanalato fra il pistone e la seconda parte di giunto.

Grazie al fatto che il collegamento a rotazione fra le due parti di giunto à ̈ ottenuto tramite ingranamento fra una coppia di dentature frontali, rispettivamente previste su una delle due parti di giunto e sul pistone, e tramite accoppiamento a profilo scanalato fra l'altra parte di giunto e il pistone, anziché fra una prima coppia di dentature frontali, rispettivamente previste su una delle due parti di giunto e sul pistone, e fra una seconda coppia di dentature frontali, rispettivamente previste sull'altra parte di giunto e sul pistone, come invece si ha nella tecnica nota sopra discussa, il giunto secondo la presente invenzione presenta un numero inferiore di componenti e un ingombro radiale più contenuto rispetto alla tecnica nota sopra discussa.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista in sezione assiale parziale di un giunto di sicurezza per trasmissioni meccaniche di potenza secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, nella condizione chiusa (condizione di normale di funzionamento); la figura 2 Ã ̈ uno schema che mostra la scomposizione delle forze scambiate fra le dentature frontali rispettivamente previste su una delle due parti di giunto e sul pistone del giunto di sicurezza di figura 1; e

la figura 3 Ã ̈ una vista in sezione assiale, secondo un piano di sezione diverso da quello di figura 1, del giunto di sicurezza di figura 1 nella condizione aperta conseguente al superamento del valore massimo ammissibile di coppia trasmessa (coppia di sgancio).

Nella descrizione e nelle rivendicazioni che seguono, termini quali "assiale" e "longitudinale" sono riferiti alla direzione dell'asse del giunto di sicurezza, vale a dire dell'asse di rotazione delle due parti di giunto (parte conduttrice e parte condotta), mentre termini quali "trasversale" e "radiale" sono riferiti a direzioni perpendicolari all'asse del giunto di sicurezza.

Con riferimento alle figure 1 e 3, un giunto di sicurezza per trasmissioni meccaniche di potenza secondo una forma di realizzazione della presente invenzione à ̈ complessivamente indicato con 10 e include fondamentalmente una prima parte di giunto 12 e una seconda parte di giunto 14. Secondo una forma di realizzazione, la prima parte di giunto 12 funge da parte conduttrice del giunto di sicurezza 10 ed à ̈ quindi destinata a essere collegata in modo solidale a rotazione con una parte conduttrice di una trasmissione, quale un albero di trasmissione collegato all'uscita di un motore, mentre la seconda parte di giunto 14 funge da parte condotta del giunto di sicurezza 10 ed à ̈ quindi destinata a essere collegata in modo solidale a rotazione con una parte condotta della trasmissione, quale un albero di trasmissione collegato all'ingresso di un macchinario industriale. La funzione delle due parti di giunto 12 e 14 potrebbe comunque essere invertita, nel senso che la prima parte di giunto 12 e la seconda parte di giunto 14 potrebbero funzionare rispettivamente come parte condotta e come parte conduttrice. Le due parti di giunto 12 e 14 sono disposte coassiali l'una all'altra per ruotare intorno a un medesimo asse di rotazione x.

La prima parte di giunto 12 comprende un primo elemento 16 e un secondo elemento 18 rigidamente collegati a rotazione l'uno con l'altro mediante accoppiamento a profilo scanalato. Il primo elemento 16 presenta, alla sua estremità assialmente rivolta verso l'interno del giunto di sicurezza 10, una dentatura frontale 20. Il secondo elemento 18 comprende una porzione tubolare 22, che si estende coassialmente al primo elemento 16 all'interno di questo, e una porzione a flangia 24 (preferibilmente formata in un solo pezzo con la porzione tubolare 22) che si estende perpendicolarmente alla porzione tubolare 22 e presenta una pluralità di fori 26 per l'inserimento di organi di collegamento a vite (non mostrati) per il collegamento rigido a rotazione della prima parte di giunto 12 alla parte di monte (parte conduttrice) della trasmissione. L'accoppiamento a profilo scanalato fra i due elementi 16 e 18 della prima parte di giunto 12 à ̈ ottenuto mediante ingranamento fra una dentatura radiale esterna 28 prevista sulla superficie cilindrica esterna della porzione tubolare 22 del secondo elemento 18 e una dentatura radiale interna 30 prevista sulla superficie cilindrica interna del primo elemento 16. I due elementi 16 e 18 della prima parte di giunto 12 sono inoltre assialmente bloccati l'uno rispetto all'altro mediante un manicotto 32 che à ̈ montato intorno al secondo elemento 18 ed à ̈ premuto contro il primo elemento 16 per mantenere tale elemento assialmente in battuta contro la porzione a flangia 24 del secondo elemento 18.

La seconda parte di giunto 14 comprende una porzione tubolare 34, che si estende coassialmente al primo elemento 16 della prima parte di giunto 12 e alla porzione tubolare 22 del secondo elemento 18 della prima parte di giunto 12 e radialmente all'esterno sia rispetto al primo elemento 16 sia rispetto alla porzione tubolare 22, e una porzione a flangia 36 (preferibilmente formata in un solo pezzo con la porzione tubolare 34), che si estende perpendicolarmente alla porzione tubolare 34 e presenta una pluralità di fori 38 per l'inserimento di organi di collegamento a vite (non mostrati) per il collegamento rigido a rotazione della seconda parte di giunto 14 alla parte di valle (parte condotta) della trasmissione.

Le due parti di giunto 12 e 14 sono supportate a rotazione l'una rispetto all'altra intorno all'asse di rotazione x mediante cuscinetti a rotolamento interposti fra tali parti. Nella forma di realizzazione illustrata, sono ad esempio previsti un primo cuscinetto a sfera 40 radialmente interposto fra il primo elemento 16 della prima parte di giunto 12 e la porzione tubolare 34 della seconda parte di giunto 14 e un secondo cuscinetto a sfera 42 radialmente interposto fra la porzione tubolare 22 del secondo elemento 18 della prima parte di giunto 12 e la porzione tubolare 34 della seconda parte di giunto 14.

Fra la prima parte di giunto 12 e la seconda parte di giunto 14 à ̈ interposto un pistone 44 che, come risulterà più chiaramente dalla descrizione che segue, à ̈ assialmente mobile fra una prima posizione (figura 1), corrispondente alla condizione chiusa di normale funzionamento del giunto di sicurezza 10, in cui garantisce l'accoppiamento a rotazione fra le due parti di giunto 12 e 14 e quindi la trasmissione della coppia fra le due parti conduttrice e condotta della trasmissione, e una seconda posizione (figura 3), corrispondente alla condizione aperta del giunto di sicurezza 10, in cui disaccoppia le due parti di giunto 12 e 14 impedendo così la trasmissione della coppia fra le due parti conduttrice e condotta della trasmissione. Il pistone 44 comprende, dal lato rivolto verso valle, cioà ̈ verso la parte condotta della trasmissione, una porzione di stelo 46 che à ̈ realizzata come porzione anulare ed à ̈ assialmente guidata in una cavità cilindrica 48 prevista nella porzione tubolare 34 della seconda parte di giunto 14. Il pistone 44 comprende inoltre, dal lato rivolto verso monte, cioà ̈ verso la parte conduttrice della trasmissione, una porzione di testa 50 realizzata come porzione anulare. Il pistone 44 comprende inoltre, fra la porzione di stelo 46 e la porzione di testa 50, una porzione intermedia 52 che à ̈ realizzata come porzione anulare ed à ̈ assialmente guidata in una cavità cilindrica 54, di diametro maggiore di quello della cavità cilindrica 48, prevista nella porzione tubolare 34 della seconda parte di giunto 14. La porzione di stelo 46, la porzione di testa 50 e la porzione intermedia 52 del pistone 44 sono preferibilmente realizzate in un solo pezzo. Il pistone 44 à ̈ rigidamente collegato a rotazione con la seconda parte di giunto 14 mediante accoppiamento a profilo scanalato, ottenuto mediante ingranamento fra una dentatura radiale esterna 56 prevista sulla superficie cilindrica esterna della porzione di testa 50 del pistone 44 e una dentatura radiale interna 58 prevista sulla superficie interna di una cavità cilindrica 60, di diametro maggiore di quello della cavità cilindrica 54, della porzione tubolare 34 della seconda parte di giunto 14. La porzione di testa 50 del pistone 44 presenta, sulla sua faccia frontale assialmente rivolta verso il primo elemento 16 della prima parte di giunto 12, una dentatura frontale 62 che nella condizione chiusa del giunto di sicurezza (figura 1) ingrana con la dentatura frontale 20 del primo elemento 16 della prima parte di giunto 12. In tale condizione, quindi, la coppia viene trasmessa dalla prima parte di giunto 12 al pistone 44 tramite ingranamento fra le dentature frontali 20 e 62 e dal pistone 44 alla seconda parte di giunto 14 tramite l'accoppiamento a profilo scanalato formato dalle dentature radiali 56 e 58.

Come mostrato nelle figura 1, una camera 64 radialmente compresa fra la porzione di stelo 46 del pistone 44 e la superficie interna della cavità cilindrica 54 e assialmente compresa fra la porzione intermedia 52 e la porzione tubolare 34 della seconda parte di giunto 14 à ̈ riempita con fluido incomprimibile per funzionare da camera di pressione. Una guarnizione 66 radialmente interposta fra la porzione intermedia 52 del pistone 44 e la superficie interna della cavità cilindrica 54 e una guarnizione 68 radialmente interposta fra la porzione di stelo 46 del pistone 44 e la superficie interna della cavità cilindrica 48 garantiscono la tenuta ermetica della camera di pressione 64. Nella condizione di nomale funzionamento del giunto di sicurezza 10 (condizione chiusa), mostrata nelle figure 1 e 2, la pressione del fluido nella camera di pressione 64 spinge il pistone 44 assialmente verso il primo elemento 16 della prima parte di giunto 12, garantendo così l'ingranamento fra la dentatura frontale 62 del pistone 44 e la dentatura frontale 20 del primo elemento 16. In tale condizione, quindi, la coppia può essere trasmessa dalla prima parte di giunto 12 (parte conduttrice) alla seconda parte di giunto 14 (parte condotta) passando nell'ordine attraverso il secondo elemento 18 della prima parte di giunto 12, attraverso il primo elemento 16 della prima parte di giunto 12, attraverso il pistone 44 e attraverso la seconda parte di giunto 14. La figura 2 mostra, in scala ingrandita, la dentatura frontale 20 del primo elemento 16 della prima parte di giunto 12 e la dentatura frontale 62 del pistone 44, le dentature frontali 20 e 62 ingranando l'una con l'altra nella condizione chiusa del giunto di sicurezza 10. Le dentature frontali 20 e 62 sono spinte assialmente l'una contro l'altra da una forza assiale originata dalla pressione di carica del fluido presente nella camera di pressione 64. Fino a che non vi à ̈ moto relativo fra le dentature frontali 20 e 62, cioà ̈ le dentature frontali 20 e 62 sono in una condizione di staticità l'una rispetto all'altra, la pressione nella camera di pressione 64 si mantiene costante al valore della pressione di carica anche in presenza di un incremento di coppia a livello della prima parte di giunto 12 (parte conduttrice). Quando tuttavia l'incremento di coppia a livello della prima parte di giunto 12 à ̈ tale da vincere la resistenza di attrito fra i fianchi delle dentature frontali 20 e 62, la dentatura frontale 20 scarica sulla dentatura frontale 62 la componente assiale Fadella forza tangenziale Ftgenerata dalla coppia trasmessa. La componente assiale Faproduce una diminuzione del volume della camera di pressione 64, e quindi un incremento della pressione in tale camera che à ̈ proporzionale alla coppia trasmessa.

Con riferimento in particolare alla figura 3, il giunto di sicurezza 10 comprende inoltre mezzi valvolari predisposti per comandare automaticamente la messa in scarico della camera di pressione 64, e dunque il disaccoppiamento fra le dentature frontali 20 e 62 del primo elemento 16 della prima parte di giunto 12 e rispettivamente del pistone 44, con conseguente apertura del giunto, quando la pressione nella camera di pressione 64 raggiunge un dato valore massimo di pressione corrispondente a un dato valore massimo di coppia trasmessa che può essere regolato dall'utente. Tali mezzi valvolari comprendono una valvola di scarico 70 e una valvola pilota 72, che nell'esempio di realizzazione illustrato sono accolte in rispettive sedi previste entrambe nella porzione tubolare 34 della seconda parte di giunto 14. La valvola di scarico 70 controlla l'apertura di un condotto di scarico 74 che mette in comunicazione la camera di pressione 64 con l'ambiente esterno. In condizioni normali di funzionamento, la valvola di scarico 70 mantiene chiuso il condotto di scarico 74 (giunto di sicurezza 10 in condizione chiusa). Quando la valvola di scarico 70 apre il condotto di scarico 74, il fluido in pressione contenuto nella camera di pressione 64 viene scaricato all'esterno, con conseguente disimpegno fra le dentature frontali 20 e 62, cioà ̈ con conseguente apertura del giunto di sicurezza 10. La valvola pilota 72 à ̈ in comunicazione di fluido con la camera di pressione 64 in modo da sentire la pressione presente in tale camera ed à ̈ tarata su una data pressione di taratura in modo da comandare l'apertura della valvola di scarico 70, consentendo così lo scarico del fluido dalla camera di pressione 64, quando la pressione in tale camera supera la pressione di taratura e dunque quando la coppia trasmessa dal giunto di sicurezza 10 supera un dato valore massimo.

Pertanto, quando la coppia trasmessa dal giunto di sicurezza 10 Ã ̈ tale per cui la pressione del fluido nella camera di pressione 64 Ã ̈ maggiore della pressione di taratura della valvola pilota 72, la valvola di scarico 70 passa dalla condizione di chiusura del condotto di scarico 74 alla condizione di apertura, consentendo in tal modo lo scarico del fluido contenuto nella camera di pressione 64 e dunque il disimpegno fra le dentature frontali 20 e 62.

La pressione del fluido nella camera di pressione 64 varia al variare della temperatura cui si trova il giunto di sicurezza 10. Definito l'intervallo termico di esercizio del giunto e definito l'intervallo della pressione di carica del fluido nella camera di pressione 64, il valore massimo di coppia trasmessa cui avviene l'apertura del giunto à ̈ vantaggiosamente regolato su un valore di pressione nettamente superiore a quello corrispondente alla massima temperatura di esercizio. In questo modo, le variazioni di pressione conseguenti alle variazioni di temperatura non influiscono sull'apertura del giunto, in quanto la pressione massima prodotta dalla temperatura di esercizio massima sarà sempre inferiore alla pressione cui corrisponde l'apertura del giunto.

Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, il giunto di sicurezza può essere provvisto di un dispositivo di rilevamento della coppia trasmessa includente un trasduttore di pressione atto a rilevare la pressione nella camera di pressione (che, come spiegato in precedenza, à ̈ proporzionale alla coppia trasmessa fra le due parti conduttrice e condotta del giunto) e un trasmettitore atto a inviare a un ricevitore fisso o mobile i segnali forniti dal trasduttore di pressione. L'utente può così verificare, istante per istante o su richiesta, il valore della coppia trasmessa dal giunto di sicurezza.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto à ̈ stato descritto e illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza con ciò fuoriuscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Giunto di sicurezza (10) per trasmissioni meccaniche di potenza comprendente una prima parte di giunto (12) e una seconda parte di giunto (14), che sono disposte coassialmente l'una all'altra per ruotare intorno a un medesimo asse di rotazione (x) e sono provviste di rispettive dentature frontali (20, 62) tramite le quali dette prima e seconda parte di giunto (12, 14) sono accoppiabili a rotazione l'una all'altra, e mezzi di apertura sensibili alla coppia (44, 64, 70, 72) predisposti per disaccoppiare dette prima e seconda parte di giunto (12, 14), interrompendo così la trasmissione della coppia, quando la coppia trasmessa fra dette prima e seconda parte di giunto (12, 14) supera un dato valore massimo, laddove detti mezzi di apertura sensibili alla coppia (44, 64, 70, 72) includono un pistone (44) scorrevole nella direzione dell'asse di rotazione (x) fra una posizione di normale funzionamento, in cui garantisce l'accoppiamento a rotazione di dette prima e seconda parte di giunto (12, 14), e una posizione di sicurezza, in cui disaccoppia dette prima e seconda parte di giunto (12, 14), una camera di pressione (64) riempita di fluido incomprimibile a una pressione di carica tale da esercitare sul pistone (44) una forza diretta lungo l'asse di rotazione (x) tendente a mantenere il pistone (44) nella posizione di normale funzionamento, la coppia trasmessa fra dette prima e seconda parte di giunto (12, 14) producendo un incremento della pressione del fluido nella camera di pressione (64) proporzionale alla coppia trasmessa, e mezzi valvolari (70, 72) atti a consentire lo scarico del fluido dalla camera di pressione (64), e quindi lo spostamento del pistone (44) dalla posizione di normale funzionamento alla posizione di sicurezza al superamento di un dato valore massimo di pressione del fluido nella camera di pressione (64), detto valore massimo di coppia essendo correlato a detto valore massimo di pressione, caratterizzato dal fatto che dette dentature frontali (20, 62) sono una prima dentatura frontale (20) prevista su detta prima parte di giunto (12) e una seconda dentatura frontale (62) prevista sul pistone (44) e ingranano direttamente l'una con l'altra quando il pistone (44) si trova nella posizione di normale funzionamento, e dal fatto che il pistone (44) à ̈ permanentemente collegato a rotazione con detta seconda parte di giunto (14).
2. 2. Giunto di sicurezza secondo la rivendicazione 1, in cui il pistone (44) Ã ̈ permanentemente collegato a rotazione con detta seconda parte di giunto (14) mediante accoppiamento a profilo scanalato (56, 58).
3. 3. Giunto di sicurezza secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui detta prima parte di giunto (12) comprende un primo elemento (16) e un secondo elemento (18) rigidamente collegati a rotazione l'uno con l'altro, e in cui detta prima dentatura frontale (20) Ã ̈ prevista su detto primo elemento (16).
4. 4. Giunto di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi valvolari (70, 72) includono una valvola di scarico (70) e una valvola pilota (72), la valvola di scarico (70) controllando l'apertura di un condotto di scarico (74) che mette in comunicazione la camera di pressione (64) con l'ambiente esterno, e la valvola pilota (72) essendo in comunicazione di fluido con la camera di pressione (64) in modo da sentire la pressione presente in tale camera ed essendo tarata su una data pressione di taratura in modo da comandare l'apertura della valvola di scarico (70), consentendo così lo scarico del fluido dalla camera di pressione (64), quando la pressione in tale camera supera la pressione di taratura e dunque quando la coppia trasmessa dal giunto di sicurezza (10) supera detto valore massimo.
5. 5. Giunto di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima parte di giunto (12) e detta seconda parte di giunto (14) sono rispettivamente la parte conduttrice e la parte condotta del giunto di sicurezza (10).