ITBS20100050A1

ITBS20100050A1 - OSCILLATING MULTIPLE PISTON ACTUATOR

Info

Publication number: ITBS20100050A1
Application number: IT000050A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Maffeis
Original assignee: Gimatic Spa
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2011-09-13

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: of the PATENT FOR INDUSTRIAL INVENTION entitled:

“ATTUATORE OSCILLANTE A PALETTE MULTIPLE” "MULTIPLE VANE OSCILLATING ACTUATOR"

Campo dell’Invenzione Field of the Invention

La presente invenzione riguarda in generale gli attuatori oscillanti/rotanti alimentati da un fluido pneumatico o idraulico sotto pressione ed utilizzabili, per esempio, per il comando di attrezzi o dispositivi, come pinze, valvole, ecc., il cui azionamento richiede la rotazione di un organo funzionale oppure come mezzo che consente, in combinazione con sistemi di presa, gli spostamenti di pezzi od oggetti tra due posizioni angolarmente distanziate. The present invention generally relates to oscillating / rotating actuators fed by a pneumatic or hydraulic fluid under pressure and usable, for example, for controlling tools or devices, such as pliers, valves, etc., whose operation requires the rotation of a functional organ or as a means that allows, in combination with gripping systems, the movement of pieces or objects between two angularly spaced positions.

Stato della Tecnica State of the art

Nel campo qui considerato, già sono noti degli attuatori rotanti/oscillanti del tipo cosiddetti a palmola, pneumatici o idraulici. In the field considered here, rotary / oscillating actuators of the so-called vane type, pneumatic or hydraulic are already known.

Essi comprendono essenzialmente un corpo o statore definente una camera alimentata da un fluido sotto pressione e un albero motore avente una palmola radiale, operante in detta camera e suscettibile di rotazioni angolari in risposta ad una mandata di un fluido sotto pressione su detta palmola. They essentially comprise a body or stator defining a chamber fed by a pressurized fluid and a drive shaft having a radial vane, operating in said chamber and susceptible of angular rotations in response to a delivery of a pressurized fluid onto said vane.

In questi attuatori rotanti/oscillanti la forza motrice viene trasmessa direttamente all’albero motore tramite la palmola. Tuttavia la coppia generata e trasmessa al dispositivo da comandare o al pezzo od oggetto da spostare dipende dalle dimensioni della palmola e dalla spinta operativa del fluido in pressione su di essa. Per poter disporre di coppie motrici elevate occorre aumentare le dimensioni della palmola e quindi gli ingombri dell’attuatore nel suo complesso. In these rotary / oscillating actuators, the driving force is transmitted directly to the crankshaft via the vane. However, the torque generated and transmitted to the device to be controlled or to the piece or object to be moved depends on the dimensions of the vane and on the operating thrust of the fluid under pressure thereon. In order to have high driving torques, it is necessary to increase the dimensions of the vane and therefore the overall dimensions of the actuator as a whole.

Scopi e Sommario dell’Invenzione Aims and Summary of the Invention

Uno scopo della presente invenzione è invece di proporre un attuatore rotante/oscillante pneumatico o idraulico di piccolo ingombro ma di grande potenza. An object of the present invention, on the other hand, is to propose a pneumatic or hydraulic rotary / oscillating actuator of small dimensions but of great power.

Un altro scopo dell’invenzione è di fornire un attuatore rotante/oscillante composto da elementi di semplice realizzazione e di facile assemblaggio senza dover ricorre a lavorazioni meccaniche importanti e che assicurano allo stesso tempo affidabilità di funzionamento e tenuta di fluido del dispositivo. Another purpose of the invention is to provide a rotary / oscillating actuator composed of elements of simple construction and easy assembly without having to resort to major mechanical processing and which at the same time ensure reliability of operation and fluid tightness of the device.

Tali scopi sono raggiunti secondo l’invenzione con un attuatore rotante/oscillante che comprende: These purposes are achieved according to the invention with a rotary / oscillating actuator which includes:

un corpo-statore definente due o più distinte camere sostanzialmente a spicchio separate da divisorie e ordinate circolarmente attorno a un asse, a stator body defining two or more distinct substantially segmented chambers separated by partitions and arranged circularly around an axis,

un rotore composto da un albero motore che si estende secondo detto asse e da due o più palette, poste radialmente all’albero motore ed operanti ciascuna in una di dette camere, e a rotor consisting of a drive shaft that extends along said axis and two or more vanes, placed radially to the drive shaft and each operating in one of said chambers, and

dei mezzi per alimentare un fluido sotto pressione ad ogni camera in detto corpo-statore per esercitare una spinta motrice su dette palette e causare rotazioni alternative dell’albero motore tra due posizioni angolari estreme e regolabili. means for feeding a fluid under pressure to each chamber in said body-stator to exert a driving thrust on said vanes and cause alternative rotations of the drive shaft between two extreme and adjustable angular positions.

Vantaggiosamente, il corpo-statore può essere ricavato da un profilo estruso con un grado di finitura tale da escludere poi lavorazioni meccaniche importanti e già con una configurazione idonea a definire le camere, di modo che queste devono poi solo essere chiuse alle loro estremità mediante flange fissate al corpo-statore. Advantageously, the body-stator can be obtained from an extruded profile with a degree of finish such as to exclude important mechanical processing and already with a configuration suitable for defining the chambers, so that these must then only be closed at their ends by means of flanges. fixed to the stator body.

Il rotore costituito dall’albero motore con palette può anch’esso essere ottenuto partendo da un profilo estruso e, vantaggiosamente, esso sarà poi rivestito con un materiale elastomero idoneo a realizzare una tenuta di fluido, sia statica, sia dinamica, tra le superfici a contatto tra loro del corpo-statore e del rotore. The rotor consisting of the motor shaft with vanes can also be obtained starting from an extruded profile and, advantageously, it will then be coated with an elastomer material suitable for creating a fluid seal, both static and dynamic, between the surfaces contact between the body-stator and the rotor.

Breve Descrizione dei Disegni Brief Description of the Drawings

Ulteriori dettagli dell’invenzione appariranno evidenti dal prosieguo della presente descrizione fatta con riferimento agli allegati disegni indicativi e non limitativi, nei quali: Further details of the invention will appear evident from the continuation of this description made with reference to the attached indicative and non-limiting drawings, in which:

la Fig.1 mostra una vista esplosa dei componenti dell’attuatore; la Fig.2 mostra il corpo-statore e il rotore dell’attuatore, separati; la Fig.3 mostra corpo-statore e rotore quando accoppiati; Fig.1 shows an exploded view of the actuator components; Fig.2 shows the body-stator and the rotor of the actuator, separated; Fig.3 shows body-stator and rotor when coupled;

le Figg. 4 e 5 mostrano, in prospettiva, l’attuatore assemblato visto da due diversi lati ed attrezzato per un suo possibile impiego; e le Figg. 6, 7 e 8 mostrano ognuna una sezione trasversale dell’attuatore, con il rotore ruotato in altrettante diverse posizioni. Figs. 4 and 5 show, in perspective, the assembled actuator seen from two different sides and equipped for its possible use; and Figs. 6, 7 and 8 each show a cross section of the actuator, with the rotor rotated in as many different positions.

Descrizione Dettagliata dell’Invenzione Detailed Description of the Invention

Come rappresentato, l’attuatore oscillante/rotante secondo l’invenzione, indicato globalmente con 10, comprende un corpo-statore 11 e un rotore 12 coassiali. As shown, the oscillating / rotating actuator according to the invention, globally indicated with 10, comprises a body-stator 11 and a coaxial rotor 12.

Il corpo-rotore 11 può essere realizzato partendo vantaggiosamente da un profilo estruso, di preferenza in metallo, e completato con susseguenti lavorazioni meccaniche di finitura. Esso ha un proprio asse longitudinale X ed è configurato per delimitare internamente due o più distinte camere 13 - nei disegni sono tre. Queste camere 13 sono sostanzialmente a guisa di spicchio, ordinate circolarmente attorno all’asse X, parallelamente a quest’ultimo, e ciascuna con un’ampiezza angolare dipendente dal loro numero e dal massimo angolo, o corsa, di oscillazione/rotazione da attribuire all’attuatore. The rotor body 11 can be made advantageously starting from an extruded profile, preferably made of metal, and completed with subsequent mechanical finishing processes. It has its own longitudinal axis X and is configured to internally delimit two or more distinct chambers 13 - in the drawings there are three. These chambers 13 are substantially wedge-shaped, arranged circularly around the X axis, parallel to the latter, and each with an angular amplitude depending on their number and on the maximum angle, or stroke, of oscillation / rotation to be attributed to the 'actuator.

Le camere 13 sono separate tra loro da altrettante divisorie 14 che sono a forma di cuspide terminanti ognuna con un labbro estremo 14’ rivolto verso l’asse X del corpo-statore. Inoltre, in direzione longitudinale dette camere 13 sono chiuse da flange 15 fissate alle estremità opposte del corpo-statore 11, mediante viti 16 e a tenuta di fluido e munite ognuna di una sede di centratura 17 coassiale all’asse X di detto corpo. Esternamente, ad un lato del corpo-rotore 11, può essere associata un’eventuale piastra 11a fissata alle flange di estremità 15 mediante viti 11b. The chambers 13 are separated from each other by as many dividers 14 which are in the shape of a cusp each ending with an extreme lip 14 'facing the X axis of the stator body. Furthermore, in the longitudinal direction said chambers 13 are closed by flanges 15 fixed to the opposite ends of the body-stator 11, by means of screws 16 and fluid-tight and each equipped with a centering seat 17 coaxial to the X axis of said body. Externally, to one side of the rotor body 11, a possible plate 11a can be associated, fixed to the end flanges 15 by means of screws 11b.

Il rotore 12 –Figg. 1 e 2- consiste in un albero motore 18 dotato di due o più alette radiali 19, quante sono le camere 13 nel corpo-rotore 11 e spaziate angolarmente come le camere stesse. Anche il rotore 12 può essere ottenuto da un profilo estruso e completato poi con lavorazioni meccaniche almeno per ricavare un collo di supporto 20 seguito da un terminale di collegamento 21 ad almeno una o ad entrambe le estremità apposte dell’albero motore 18. The rotor 12 - Fig. 1 and 2- consists of a drive shaft 18 equipped with two or more radial fins 19, as many chambers 13 are in the rotor body 11 and angularly spaced as the chambers themselves. The rotor 12 can also be obtained from an extruded profile and then completed with mechanical processing at least to obtain a support neck 20 followed by a connection terminal 21 to at least one or both ends of the motor shaft 18.

In particolare poi, albero 18 e palette 19 del rotore 12 sono ricoperti di uno strato di un materiale elastomero per guarnizioni 22, quale gomma o analoghi, così che nell’insieme l’albero 18 venga ad avere un diametro pari alla distanza radiale dei labbri 14’ delle divisorie a cuspide 14 dall’asse X e le palette 19 delle dimensioni pari a profondità e lunghezza, rispettivamente in direzione radiale ed assiale, delle camere 13 delimitate da tali divisorie nel corpo-statore 11 –Figg. 6 - 8. In particular, then, shaft 18 and vanes 19 of rotor 12 are covered with a layer of an elastomeric material for seals 22, such as rubber or the like, so that overall the shaft 18 has a diameter equal to the radial distance of the lips. 14 'of the cusp dividers 14 from the X axis and the vanes 19 having dimensions equal to depth and length, respectively in the radial and axial direction, of the chambers 13 delimited by these dividers in the stator body 11 - Fig. 6 - 8.

Il rotore 12 –Fig. 3- viene alloggiato coassialmente nel corpostatore 11, montato e trattenuto assialmente tra le flange di estremità. The rotor 12 - Fig. 3- is coaxially housed in the casing 11, mounted and held axially between the end flanges.

L’albero motore 18 si assesta tra le estremità delle divisorie a cuspide 14 ed ognuna delle palette radiali 19 alloggia in una rispettiva camera 13. I colli di supporto 20 dell’albero motore 18 sono allora alloggiati nelle sedi di centratura 17 delle flange di estremità 15 del corpo-statore 11 in forma girevole, di preferenza con l’interposizione di cuscinetti e/o elementi di tenuta 23, mentre i terminali di collegamento 21 di detto albero sporgono all’esterno di dette flange. The motor shaft 18 settles between the ends of the cusp dividers 14 and each of the radial vanes 19 is housed in a respective chamber 13. The supporting necks 20 of the motor shaft 18 are then housed in the centering seats 17 of the end flanges 15 of the stator body 11 in a rotatable form, preferably with the interposition of bearings and / or sealing elements 23, while the connection terminals 21 of said shaft protrude outside said flanges.

Quando corpo-statore 11 e rotore 12 sono assemblati, lo strato di rivestimento elastomero 22 sull’albero motore 18 risulta a contatto con i labbri estremi 14’ delle divisorie 14 realizzando con essi un’effettiva tenuta di fluido idonea a separare le camere 13 una dall’altra. D’altra parte, lo stesso strato di rivestimento elastomero sulle palette radiali 19 risulta a contatto con ed assicura una tenuta di fluido tra ogni paletta e la superfici interne della rispettiva camera 13 e delle flange di estremità 15. When body-stator 11 and rotor 12 are assembled, the elastomeric coating layer 22 on the motor shaft 18 is in contact with the extreme lips 14 'of the partitions 14, thereby providing an effective fluid seal suitable for separating the chambers 13. on the other. On the other hand, the same elastomer coating layer on the radial blades 19 is in contact with and ensures a fluid seal between each blade and the internal surfaces of the respective chamber 13 and the end flanges 15.

L’azionamento dell’attuatore si realizza con un’alimentazione di un fluido sotto pressione, pneumatico o idraulico, simultaneamente a tutte le camere 13, effettuata dall’esterno attraverso passaggi di mandata e ritorno -non rappresentati- coincidenti con canali di distribuzioni 24 che corrono lungo le divisorie 14 tra le camere 13. The actuation of the actuator is carried out with a supply of a fluid under pressure, pneumatic or hydraulic, simultaneously to all the chambers 13, carried out from the outside through delivery and return passages - not shown - coinciding with distribution channels 24 which run along the dividers 14 between the chambers 13.

L’attuatore può essere a doppio effetto quando una mandata del fluido in pressione nelle camere 13 da un lato di ogni paletta 19 determina l’oscillazione/rotazione del rotore 12 in un senso ed una mandata del fluido in pressione in dette camere dal lato opposto di ogni paletta causa un’oscillazione/rotazione del rotore in senso opposto. The actuator can be double-acting when a delivery of the pressurized fluid into the chambers 13 on one side of each vane 19 causes the oscillation / rotation of the rotor 12 in one direction and a delivery of the pressurized fluid into said chambers from the opposite side. of each blade causes an oscillation / rotation of the rotor in the opposite direction.

L’attuatore può anche essere a semplice effetto quando l’oscillazione/rotazione del rotore 12 in una senso è causata da una mandata di fluido in pressione nelle camere 13 da un lato di ogni sua paletta 19, mentre l’oscillazione/rotazione in senso opposto è causata da mezzi elastici, ovvero molle di richiamo. The actuator can also be single-acting when the oscillation / rotation of the rotor 12 in one direction is caused by a delivery of pressurized fluid into the chambers 13 on one side of each of its blades 19, while the oscillation / rotation in the direction opposite is caused by elastic means, ie return springs.

In ogni caso la forza motrice trasmessa all’albero motore 18 viene comunque ad essere pari alla spinta operativa esercitata dal fluido in pressione su ogni paletta moltiplicata per il numero di palette 19 del rotore 12. Così e vantaggiosamente a parità di pressione del fluido alimentato e a parità di dimensioni, quindi di ingombro, con gli usuali attuatori del tipo a palmola, l’attuatore della presente invenzione sviluppa una coppia motrice ben maggiore. In any case, the driving force transmitted to the drive shaft 18 is in any case equal to the operating thrust exerted by the fluid under pressure on each blade multiplied by the number of blades 19 of the rotor 12. Thus and advantageously with the same pressure of the fluid supplied and a equal in size, therefore in overall dimensions, with the usual actuators of the vane type, the actuator of the present invention develops a much greater drive torque.

Questa coppia motrice può essere utilizzata per comandare, per esempio, l’oscillazione/rotazione di un organo girevole di un qualsiasi attrezzo o dispositivo da azionare. Quest’organo -ancorché non rappresentato- può allora essere congiunto direttamente o indirettamente a un terminale di collegamento 21 dell’albero motore 18. This driving torque can be used to control, for example, the oscillation / rotation of a rotating member of any tool or device to be operated. This organ - even if not represented - can then be joined directly or indirectly to a connection terminal 21 of the crankshaft 18.

Oppure la coppia motrice può essere utilizzata per determinare l’oscillazione/rotazione, per esempio, di un elemento 25 di interfaccia dell’attuatore con un attrezzo o dispositivo prensile –non rappresentato- destinato ad afferrare pezzi od oggetti da spostare tra una prima e un seconda posizione distanziate angolarmente l’una dall’altra attorno all’asse X del corpo-statore 11. In tal caso l’elemento di interfaccia 25 può essere fissato mediante viti 27 a due bracci 26 ed attraverso questi vincolato ai terminali di collegamento 21 dell’albero motore 18, come mostrato indicativamente nelle Figg. 4 e 5. Or the driving torque can be used to determine the oscillation / rotation, for example, of an element 25 interfacing the actuator with a tool or gripping device - not shown - intended to grip pieces or objects to be moved between a first and a second position angularly spaced from each other around the X axis of the body-stator 11. In this case, the interface element 25 can be fixed by means of screws 27 to two arms 26 and through these constrained to the connection terminals 21 of the drive shaft 18, as shown indicatively in Figs. 4 and 5.

La corsa massima di oscillazione/rotazione del rotore 12 entro il corpo-statore 11 dipende dall’ampiezza angolare delle camere 13 in cui operano le palette 19 dell’albero motore 18, vale a dire dall’angolo compreso tra le divisorie definenti dette camere. Tale corsa, tuttavia, può anche essere variata e regolata secondo necessità dotando l’attuatore di limitatori o sensori di finecorsa 28 di qualsiasi genere, che trovino un loro riscontro in almeno un elemento di battuta 29 associato direttamente o indirettamente all’albero motore 18, o meglio ad almeno un terminale 21 di quest’ultimo. Anche l’elemento di interfaccia, quando presente può essere dotato di mezzi di fine corsa o ammortizzatori 30 destinati ad appoggiarsi al corpo alternativamente per definire le posizioni estreme di tale elemento. The maximum swing / rotation stroke of the rotor 12 within the stator body 11 depends on the angular amplitude of the chambers 13 in which the vanes 19 of the drive shaft 18 operate, ie the angle between the dividers defining said chambers. This stroke, however, can also be varied and adjusted according to need by equipping the actuator with limiters or limit switch sensors 28 of any kind, which find their abutment in at least one stop element 29 directly or indirectly associated with the motor shaft 18, or better to at least one terminal 21 of the latter. Even the interface element, when present, can be equipped with end-of-stroke means or shock absorbers 30 intended to lean against the body alternatively to define the extreme positions of this element.

Nelle Figg. 6-8, l’attuatore è rappresentato in sezione trasversale, dotato di elemento di interfaccia 25 e con il rotore 12 ruotato, rispettivamente, in una prima posizione estrema definita dall’appoggio delle palette 19 contro un lato delle divisorie 14, in una posizione intermedia nella quale le palette sono a distanza dalle divisorie 14 e in una seconda posizione estrema nella quale le palette appoggiano contro il lato opposto di dette divisorie. In Figs. 6-8, the actuator is shown in cross section, equipped with an interface element 25 and with the rotor 12 rotated, respectively, in a first extreme position defined by the resting of the blades 19 against one side of the dividers 14, in a position intermediate in which the vanes are at a distance from the dividers 14 and in a second extreme position in which the vanes rest against the opposite side of said dividers.

L’attuatore oscillante/rotante sopra descritto a titolo di esempio sarà comunque suscettibile di modifiche per quanto riguarda in numero delle camere nel corpo-statore e, corrispondentemente, il numero di palette del rotore, nonché il sistema di tenuta tra rotore e statore ed altri dettagli costruttivi, senza con ciò uscire dall’ambito dell’invenzione. The oscillating / rotary actuator described above by way of example will in any case be susceptible to modifications as regards the number of chambers in the body-stator and, correspondingly, the number of rotor blades, as well as the sealing system between rotor and stator and others. construction details, without thereby departing from the scope of the invention.

Claims

"MULTIPLE VANE OSCILLATING ACTUATOR" CLAIMS 1. Pneumatic or hydraulically operated oscillating / rotating actuator, comprising a coaxial body-stator and rotor, characterized in that - the stator body (11) internally defines two or more distinct chambers (13) substantially segmented, separated by partitions (14) and arranged circularly around an axis (X), - the rotor (12) is composed of a drive shaft (18) which extends along said axis (X) and of two or more vanes (19), angularly spaced around the drive shaft and each operating in one of said chambers ( 13), and - said chambers (13) in said body-stator (11) are fed with a fluid under pressure intended to exert a driving thrust on the vanes (19) so as to cause alternative rotations of the drive shaft between two extreme angular positions.

2. Oscillating / rotary actuator according to claim 1, in which said wedge chambers (13) are closed in a longitudinal direction by flanges (15) fixed to the opposite ends of the stator-body (11), and in which said dividers (14 ) are cusp-shaped, each ending with an extreme lip (14 ') facing the axis (X) of the stator body.

3. Oscillating / rotary actuator according to claims 1 and 2, wherein the motor shaft (18) has a support neck (20) at each of its ends and a connection terminal (21) continuously to at least one of said necks support, and in which the end flanges (15) of the rotor body (11) have centering seats (17) intended to receive the support necks (20) of the drive shaft (18) with the interposition of bearings and / or fluid-tight means (23), while the connection terminal or terminals protrude from said flanges to connect thereto a tool or device to be controlled.

4. Oscillating / rotary actuator according to the preceding claims, in which the motor shaft (18) and the vanes (19) making up the rotor (12) are covered with a layer of elastomer material (22) for a sealed coupling, both static, and dynamic, of the drive shaft (18) with the lips (14 ') of the cusp partitions (14), and of each vane (19) with the internal surfaces of the respective wedge chamber (13) and of the ends (15).

5. Oscillating / rotary actuator according to the preceding claims, in which the cusp dividers (14) are equipped with channels (24) for distributing the fluid under pressure in said chambers, said channels being connected to means for supplying said fluid from the outside of the body-stator.

6. Oscillating / rotary actuator according to any one of the preceding claims, further comprising limit switch means (28) associated at least with the motor shaft (18) to vary and adjust the degree of oscillation / rotation of the rotor (12) in the stator body (11) between the two extreme positions.

Oscillating / rotary actuator according to any one of the preceding claims, wherein at least the stator body (11) is formed by an extruded profile.

Oscillating / rotary actuator according to any one of the preceding claims, wherein the rotor (12) is formed by an extruded profile and covered with an elastomeric material, such as rubber or the like.

9. Oscillating / rotary actuator according to any of the preceding claims, in which the drive shaft (18) is connected to a tool or device to be operated directly or through an interface element (25).