IT201900018479A1 - Un volano con avviamento automatico e relativo metodo - Google Patents

Description

Un volano con avviamento automatico e relativo metodo

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

[0001] La presente invenzione riguarda un sistema automatico per facilitare l’avviamento di volani d’inerzia. Forme di realizzazione qui descritte riguardano in particolare perfezionamenti ai volani per impiego su trasmissioni meccaniche. L’invenzione riguarda anche sistemi impieganti tali volani.

ARTE ANTERIORE

[0002] I volani sono organi che hanno lo scopo di rendere più regolare il funzionamento di sistemi meccanici comprendenti una sorgente di potenza ed un organo condotto. Maggiore è l’inerzia del volano, minori sono le variazioni di velocità generate dal carico periodico e più regolare è il funzionamento della macchina condotta e della macchina motrice (sorgente di potenza). Tuttavia, aumentando l’inerzia del volano si rendono più difficoltose e più lunghe le fasi di avviamento e di arresto della macchina condotta.

[0003] L’avviamento è particolarmente critico se la sorgente di potenza è un motore endotermico, il quale a regimi di rotazione bassi tende a spegnersi o eroga coppie di spunto molto ridotte. In molte applicazioni si rende necessario utilizzare un motore endotermico sovradimensionato rispetto al carico a regime, al solo scopo di disporre di una coppia di spunto sufficiente.

[0004] Problemi di questo tipo si verificano tipicamente ad esempio nelle presse imballatrici prismatiche giganti (cosiddette “Large Square Balers”). Queste macchine sono caratterizzate da una camera di compressione del materiale da imballare, nella quale il materiale viene compresso tramite un pistone azionato da un sistema biellamanovella. Il pistone comprime il materiale per circa un 20% della sua corsa generando un carico periodico caratterizzato da picchi di spinta molto elevati seguiti da tratti a spinta praticamente nulla. A causa della tipologia di funzionamento, le presse imballatrici richiedono volani di grandi dimensioni.

[0005] La continua ricerca di prestazioni sempre più spinte, al fine di incrementare il numero di balle prodotte all’ora e la loro densità, ha portato a dotare queste macchine di volani di dimensioni sempre maggiori con l’obiettivo di aumentare l’inerzia e di avere a disposizione più energia utile per superare il picco di spinta e ridurre i carichi sulle trasmissioni meccaniche durante il lavoro. Questo però ha reso più difficoltose le fasi di avviamento anche per i trattori più potenti, per le ragioni sopra esposte.

[0006] Per superare questi inconvenienti è stato realizzato (EP3508052) un volano a doppia massa. Nella fase di avviamento una delle due masse del volano rimane folle rispetto all’albero di trasmissione, mentre l’altra viene trascinata in rotazione dal motore. Al raggiungimento di una determinata velocità di rotazione, anche la seconda massa viene collegata all’albero di trasmissione tramite un comando idraulico. Questo volano di nuova concezione è particolarmente efficiente e consente di superare gli inconvenienti dei volani dell’arte anteriore, in particolare nelle applicazioni a macchine agricole, quali le grandi presse imballatrici.

[0007] Peraltro, tale il volano a doppia massa ha una struttura complessa. Sarebbe pertanto utile realizzare un volano atto a migliorare la trasmissione di potenza da una sorgente di potenza ad un carico variabile, per superare gli inconvenienti sopra descritti dell’arte anteriore con sistema più semplice.

SOMMARIO

[0008] Secondo un primo aspetto, viene previsto un volano comprendente una massa volanica e un dispositivo di avviamento automatico della rotazione della massa volanica, coassiale alla massa volanica, girevole rispetto alla massa volanica e torsionalmente accoppiabile ad un ingresso del moto.

[0009] Il dispositivo di avviamento automatico comprende un organo di trasmissione di una coppia di trascinamento, atto ad applicare una coppia di trascinamento alla massa volanica e configurato per trasmettere una coppia crescente con la velocità angolare del dispositivo di avviamento automatico.

[0010] In pratica, il dispositivo di avviamento automatico è configurato in modo tale da generare una coppia di trascinamento per attrito sulla massa volanica. La coppia di attrito è funzione della forza centrifuga che, per effetto della rotazione di un albero di ingresso del moto, agisce su masse radialmente mobili. Queste ultime vengono spinte radialmente verso l’esterno per premere contro una superficie solidale alla massa volanica. in conseguenza della forza di attrito che si genera, alla massa volanica è trasmessa una coppia di accelerazione.

[0011] Poiché la coppia che fa accelerare angolarmente la massa volanica è trasmessa per attrito, e non con un accoppiamento meccanico positivo, la coppia resistente sull’albero motore generata dall’inerzia della massa volanica è limitata. In altri termini, la coppia trasmessa alla massa volanica è limitata alla massima coppia erogabile dalla sorgente di potenza. Se la coppia di spunto della sorgente di potenza, ad esempio un motore endotermico, non è sufficiente a portare in rotazione la massa volanica sin da subito alla velocità di rotazione dell’albero motore della sorgente di potenza, si avrà uno slittamento della massa volanica rispetto all’albero motore. Per una fase transitoria di accelerazione angolare, dunque, la massa volanica è soggetta ad una coppia di accelerazione, trasmessa per attrito, che tende a far accelerare gradualmente la massa volanica fino a raggiungere la velocità angolare dell’albero motore, senza sovraccarico della linea di trasmissione e senza rischio di spegnimento della sorgente di potenza.

[0012] In alcune forme di realizzazione la massa volanica è solidale ad un alloggiamento per cuscinetti di supporto su un albero di trasmissione del moto. I cuscinetti supportano la massa volanica folle rispetto all’albero di trasmissione. Quest’ultimo può così iniziare a ruotare senza trascinare la massa volanica in rotazione. Quest’ultima inizia ad accelerare angolarmente in maniera graduale per effetto della forza di attrito trasmessa dal dispositivo di avviamento automatico.

[0013] In forme di realizzazione qui descritte, il dispositivo di avviamento automatico comprende un mozzo coassiale alla massa volanica e una pluralità di masse mobili, disposte attorno all’asse di rotazione del volano, torsionalmente accoppiate al mozzo e suscettibili di movimenti radiali, rispetto ad esso. Il movimento radiale delle masse mobili può essere molto limitato e appena sufficiente a determinare una modulazione della forza di attrito tra le masse mobili e la massa volanica per effetto della forza centrifuga che si esercita sulle masse mobili in conseguenza del loro trascinamento in rotazione da parte del mozzo e in virtù della capacità di movimento radiale. In pratica, ciascuna massa mobile può essere trattenuta in una determinata posizione radiale dall’appoggio contro una superficie di contatto con la massa volanica, posta radialmente all’esterno delle masse mobili. Lo spazio disponibile per un movimento radiale tra le masse mobili e la massa volanica può essere trascurabile da un punto di vista cinematico, e dato in sostanza dal gioco tra massa mobile e massa volanica, il quale gioco viene azzerato per effetto della spinta centrifuga sulla massa mobile, che va in appoggio a pressione contro la massa volanica quando il mozzo (e le masse mobili ad esso vincolate torsionalmente) entrano in rotazione.

[0014] Il mozzo, cui sono vincolate le masse mobili, è collegabile torsionalmente ad un albero di trasmissione del moto.

[0015] Vantaggiosamente, per ridurre i costi del volano e semplificarne la struttura, le masse mobili possono essere solo due. Le masse mobili possono avere una forma ad arco di corona circolare e formare complessivamente un aggregato a sviluppo anulare, coassiale all’asse del mozzo e della massa volanica.

[0016] Le masse mobili possono vantaggiosamente presentare superficie perimetrali configurate per accoppiarsi ad attrito con la massa volanica, la quale presenta una superficie di contatto con le masse mobili. Il contatto può essere garantito da pattini di attrito perimetrali disposti lungo un bordo anulare esterno di ciascuna massa mobile e cooperanti con la superficie di contatto della massa volanica.

[0017] Per ottenere un vincolo efficace e semplice tra masse mobili e mozzo, ciascuna massa mobile può essere ancorata al mozzo tramite un perno alloggiato in una sede radiale della massa mobile e mobile rispetto ad essa. Il perno è accoppiato al mozzo in modo che il suo asse sia fisso rispetto al mozzo, e la sede radiale è rigidamente vincolata alla massa mobile, o viceversa. Con questa disposizione si ottiene la possibilità di un movimento radiale, anche minimo, della massa mobile rispetto al mozzo e un vincolo torsionale tra massa mobile e mozzo, nel senso che la massa mobile viene trascinata in rotazione con il mozzo.

[0018] Forma oggetto dell’invenzione anche un sistema di trasmissione di moto tra una sorgente di potenza e una macchina condotta, comprendente una linea di trasmissione del moto su cui è disposto un volano come sopra definito. La sorgente di potenza può essere un motore endotermico e la macchina condotta può essere una macchina agricola. In particolare, la macchina condotta può essere una macchina la cui coppia resistente fluttua ciclicamente in maniera sostanziale, così da richiedere un volano di grande massa per ottenere un funzionamento regolare. La macchina condotta può essere ad esempio una pressa imballatrice prismatica gigante.

[0019] Forma ulteriore oggetto dell’invenzione un metodo un metodo per avviare in rotazione una macchina condotta tramite una sorgente di potenza per mezzo di una linea di trasmissione del moto su cui è posto un volano. Il metodo prevede la fase di portare in rotazione la linea di trasmissione del moto e un dispositivo di avviamento automatico del volano. Il dispositivo di avviamento automatico comprende un organo di trasmissione di una coppia di trascinamento dal dispositivo di avviamento automatico ad una massa volanica del volano. Il dispositivo ruota solidalmente alla linea di trasmissione del moto. Il metodo prevede, inoltre, la fase di trasmettere per attrito generato da forza centrifuga una coppia dal dispositivo di avviamento automatico alla massa volanica, provocando una accelerazione graduale della massa volanica, fino al raggiungimento di una velocità di rotazione della linea di trasmissione del moto. Una volta che la massa volanica ha raggiunto la velocità di rotazione della linea di trasmissione, viene previsto di ruotare in modo sincrono, cioè alla stessa velocità angolare, la massa volanica e la linea di trasmissione del moto.

[0020] Ulteriori caratteristiche e forme di realizzazione sono descritte nel seguito e definite nelle allegate rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[0021] L’invenzione verrà meglio compresa seguendo la descrizione e gli allegati disegni, che illustrano una forma di realizzazione esemplificativa e non limitativa dell’invenzione. Più in particolare, nel disegno mostrano:

la Fig.1 uno schema di una sorgente di potenza e di una macchina condotta in cui può essere impiegato un volano secondo la presente invenzione;

la Fig.2 una sezione del volano montato sul rispettivo albero di trasmissione del moto, secondo un piano contenente l’asse di rotazione;

la Fig.3 una sezione secondo la linea III-III di Fig.2;

la Fig.4 una sezione secondo IV-IV di Fig.6 di una delle masse mobili del dispositivo di avviamento automatico;

la Fig.5 una sezione secondo V-V di Fig.4

la Fig.6 una sezione secondo VI-VI di Fig.4;

la Fig.7 una vista di un pattino formante la sede di alloggiamento dei perni di collegamento delle masse mobili al mozzo;

la Fig.8 una vista frontale del mozzo del dispositivo di avviamento automatico;

la Fig.9 una sezione del mozzo secondo la linea IX-IX di Fig.8;

la Fig.10 una vista secondo X-X di Fig.9; e

la Fig.11 un diagramma illustrativo di una fase di avviamento della rotazione del volano.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

[0022] La descrizione dettagliata che segue di forme di realizzazione esemplificative si riferisce ai disegni allegati. Gli stessi numeri di riferimento in disegni differenti identificano gli elementi uguali o simili. Inoltre i disegni non sono necessariamente in scala. La descrizione dettagliata che segue non limita l’invenzione. Piuttosto, l’ambito dell’invenzione è definito dalle rivendicazioni accluse.

[0023] Il riferimento nella descrizione a “una forma di realizzazione” o “la forma di realizzazione” o “alcune forme di realizzazione” significa che una particolare caratteristica, struttura o elemento descritto in relazione ad una forma di realizzazione è compreso in almeno una forma di realizzazione dell’oggetto descritto. Pertanto la frase “in una forma di realizzazione” o “nella forma di realizzazione” o “in alcune forme di realizzazione” usata nella descrizione non si riferisce necessariamente alla stessa o alle stesse forme di realizzazione. Inoltre, le particolari caratteristiche, strutture od elementi possono essere combinati in qualunque modo idoneo in una o più forme di realizzazione.

[0024] In sintesi, il volano comprende una massa volanica propriamente detta e un dispositivo di avviamento automatico e graduale, che accoppia la massa volanica all’albero di trasmissione del moto. La massa volanica è inizialmente folle rispetto all’albero di trasmissione, quando questo è fermo. Il dispositivo di avviamento automatico fa sì che all’aumentare della velocità di rotazione dell’albero di trasmissione aumenti la coppia trasmessa dall’albero alla massa volanica, fino a raggiungere una condizione di regime, dove la massa volanica ruota solidalmente all’albero. La coppia trasmessa aumenta con l’aumentare della forza centrifuga generata alla rotazione dell’albero di trasmissione.

[0025] Con questo volano innovativo è sufficiente disporre di una sorgente di potenza con coppia di spunto ridotta, in quanto all’avviamento la massa volanica non richiede di essere portata in rotazione solidalmente all’albero di trasmissione.

[0026] In Fig.1 è mostrata una disposizione comprendente una sorgente di potenza 1, che in campo agricolo può essere un trattore, o più esattamente il motore endotermico del trattore. La sorgente di potenza 1 è collegata, tramite una trasmissione cardanica 2, all’albero di ingresso di un carico 4. Sulla trasmissione è disposto un volano 3 secondo la presente invenzione. Il volano 3 è un volano ad avvio automatico, come descritto in dettaglio più avanti.

[0027] In via esemplificativa, nella forma di realizzazione di Fig.1, particolarmente vantaggiosa ma non limitativa, il carico 5 è una pressa imballatrice prismatica gigante. Come sopra osservato, queste macchine presentano una variazione ciclica molto forte della coppia resistente durante il funzionamento. La potenza erogata dalla sorgente di potenza 1 viene in questo caso utilizzata per azionare un pistone 4.1 tramite un albero a gomito 4.2 e una biella 4.3. Il pistone 4.1 si muove di moto alternato (doppia freccia f5) in una camera 4.4. L’albero a gomito 4.2 è alloggiato in una cassa o scatola 4.6, in cui entra un albero di trasmissione, descritto in seguito, cui è associato il volano 3.

[0028] La struttura del volano 3 è illustrata in dettaglio nelle Figg. 2 a 10 ed è descritta nel seguito.

[0029] Con specifico riferimento alla Fig.2, il volano 3 comprende una massa volanica 5, di cui con A-A è indicato l’asse di rotazione. Nella forma di realizzazione illustrata la massa volanica comprende un corpo anulare principale 5.1, che rappresenta la porzione radialmente più esterna della massa volanica 5 e che raccoglie la maggior parte della massa stessa. Con una parete 5.2 il corpo anulare principale 5.1 è collegato ad un manicotto 5.4 corredato di una flangia 5.3 di collegamento alla parete 5.2. Il manicotto 5.4 forma al proprio interno una sede per cuscinetti di supporto 6a, 6b, ad esempio cuscinetti a sfere, con cui la massa volanica 5 può essere supportata su un albero di trasmissione 8. Nella configurazione qui descritta, l’albero di trasmissione 8 è l’albero di uscita del moto dal volano 3, che costituisce al contempo albero di ingresso della macchina condotta o carico 4. Con 7 è indicato l’albero di ingresso al volano 3, azionato dalla sorgente di potenza 1 per mezzo della trasmissione cardanica 2. In pratica l’albero di ingresso 7 e l’albero di uscita 8 sono torsionalmente accoppiati e formano un albero di trasmissione che, insieme alla trasmissione cardanica 2, definisce la linea di trasmissione di potenza dalla sorgente di potenza 1 alla macchina condotta 4.

[0030] Il volano 3 comprende, oltre alla massa volanica 5, un dispositivo di avviamento automatico della rotazione della massa volanica 5. Il dispositivo di avviamento automatico è indicato complessivamente con 9 ed è configurato in modo tale da accoppiare torsionalmente in maniera graduale la massa volanica 5 agli alberi 7 e 8 durante la fase di accelerazione angolare all’avviamento della macchina condotta 4. In maniera analoga, il dispositivo di avviamento automatico consente, in fase di rallentamento, di svincolare torsionalmente la massa volanica 5 dagli alberi di ingresso e uscita del moto per facilitare la fase di rallentamento e arresto della macchina condotta 4.

[0031] Nella forma di realizzazione illustrata, il dispositivo di avviamento automatico 9 comprende un mozzo 12 coassiale alla massa volanica 5. Il mozzo 12 è illustrato isolatamente nelle Figg.9, 10 e 11. Il mozzo 12 comprende un foro centrale passante 12.1, attraverso cui si estende il manicotto 5.4 della massa volanica 5. Nel foro centrale 12.1 sono alloggiati cuscinetti di supporto 13a, 13b, ad esempio cuscinetti a sfere radiali, interposti tra il mozzo 12 e il manicotto 5.4 della massa volanica 5. I cuscinetti 13 consentono al mozzo 12 e al manicotto 5.4 (e quindi alla massa volanica 5) di ruotare l’uno rispetto all’altro attorno all’asse comune A-A.

[0032] Al mozzo 12 sono vincolate, nel modo appresso descritto, masse 14a e 14b. Tali masse sono torsionalmente vincolate al mozzo 12 ma radialmente mobili rispetto ad esso e per tale ragione nel seguito saranno indicate come masse mobili 14a, 14b.

[0033] Vantaggiosamente, come visibile in particolare in Figg.2 e 3, ciascuna massa mobile 14a, 14b è vincolata al mozzo 12 vantaggiosamente in una posizione centrale, in modo che essa, sotto l’effetto della forza centrifuga, tenda a traslare radialmente verso l’esterno rispetto al mozzo, come verrà illustrato in maggiore dettaglio nel seguito.

[0034] Le Figg.4, 5 e 6 mostrano una delle masse mobili 14 in diverse sezioni, separatamente dagli altri componenti del volano 3. La massa mobile rappresentata nelle Figg. 4, 5 e 6 è indicata semplicemente con 14, in quanto può rappresentare indifferentemente l’una o l’altra delle masse mobili 14a, 14b.

[0035] Come visibile in particolare in Fig.2, ciascuna massa mobile 14a, 14b presenta, in una sezione radiale, una forma a T. In pratica, nella forma di realizzazione illustrata ciascuna massa mobile 14a, 14b presenta una parete semi-anulare 14.1, il cui bordo semicircolare interno 14.4 è alloggiato in una sede anulare 12.1 del mozzo 12 (cfr. Fig.9), ed una espansione 14.2 estendentesi lungo il bordo semicircolare esterno della parete semi-anulare 14.1.

[0036] Ciascuna massa mobile 14a, 14b è vincolata al mozzo 12 in modo da ruotare solidalmente ad esso attorno all’asse A-A, rimanendo libera di muoversi radialmente quando sollecitata dalla forza centrifuga generata dal moto di rotazione del mozzo 12 e delle masse mobili 14a, 14b attorno all’asse A-A.

[0037] In alcune forme di realizzazione, ciascuna delle due masse mobili 14a, 14b è collegata al mozzo 12 per mezzo di un perno, indicato rispettivamente con 15a 15b. Ciascun perno 15a, 15b è ancorato al mozzo 12, ad esempio inserito in fori 12.2 del mozzo 12 (cfr. Figg.9, 10 e 11). Attorno a ciascun perno 15a, 15b può essere montato un cuscinetto di strisciamento 17a, 17b, rispettivamente. Ciascuna massa mobile 12a, 12b presenta una sede radiale di accoglimento del perno 15a, 15b con il rispettivo cuscinetto di strisciamento 17a, 17b. La sede radiale può essere ricavata direttamente nella parete semi-anulare 14.1 di ciascuna massa mobile 14a, 14b. Preferibilmente, tuttavia, al fine di ottenere un migliore funzionamento e minori usure, a ciascuna massa mobile 14a, 14b è solidale un pattino 18a, 18b, ad esempio in metallo indurito, che forma la sede per il rispettivo cuscinetto di strisciamento 17a, 17b. Uno dei pattini è rappresentato isolatamente in Fig.7 ed ivi indicato con 18.

[0038] Vantaggiosamente, come sopra accennato, il vincolo tra mozzo 12 e ciascuna massa mobile 14a, 14b è disposto in posizione circa centrale rispetto alla massa mobile. Ad esempio l’asse del perno 15a, 15b si trova circa sul piano radiale passante per la mezzeria della massa mobile 14a, 14b.

[0039] Come si osserva in particolare in Fig.7, il pattino 18 ha una superficie interna 18.1 di rotolamento del cuscinetto di strisciamento 17a, 17b. La superficie interna 18.1 si estende in direzione radiale in modo che il perno 15a, 15b con il rispettivo cuscinetto di strisciamento 17a, 17b possa muoversi in direzione radiale nella sede formata dalla superficie 18.1. In pratica, questo consente a ciascuna massa mobile 14a, 14b di muoversi leggermente in direzione radiale rispetto al mozzo 12 e quindi rispetto all’asse A-A di rotazione del volano 3. In Figg.2 e 3 la freccia f14 indica la direzione del moto delle masse 14a, 14b rispetto al mozzo 12.

[0040] Come visibile in particolare in Fig.4, ciascuna massa mobile 14a, 14b presenta un incavo 14.3 in cui è alloggiato il rispettivo pettine 18a, 18b. L’incavo è aperto lungo il bordo radialmente interno 14.4 (Fig.4) della rispettiva massa mobile 14a, 14b.

[0041] Nella forma di realizzazione illustrata, lungo il bordo radialmente più esterno, ciascuna massa mobile 14a, 14b è provvista di pattini di attrito perimetrali 16, che formano superfici di attrito atte a cooperare con una superficie di contatto 5.6 formata sulla massa volanica 5. Vantaggiosamente, uno dei pattini di attrito 16 è posto nella zona centrale del bordo semicircolare esterno della parete semi-anulare 14.1. Nell’esempio illustrato sono previsti ulteriori due pattini di attrito disposti simmetricamente a destra e a sinistra del pattino di attrito centrale. Nella forma di realizzazione illustrata, la superficie di contatto 5.6 è una superficie sostanzialmente cilindrica, come visibile in particolare in Fig.3. La superficie cilindrica 5.6 delimita perifericamente un volume di contenimento delle masse mobili 14a, 14b. Come sarà chiarito in maggiore dettaglio più avanti, quando il mozzo 12 viene posto in rotazione, le masse mobili 14a, 14b ruotano insieme al mozzo 12 per effetto del vincolo formato dai perni 15a, 15b. Per effetto della forza centrifuga agente sulle masse mobili 14a, 14b, queste vengono spinte radialmente verso l’esterno e premute con i pattini di attrito 16 contro la superficie di contatto 5.6, grazie al fatto che ciascuna massa mobile 14a, 14b è sufficientemente libera di muoversi in direzione radiale.

[0042] Nella forma di realizzazione illustrata in Fig.2, l’albero motore, o albero di ingresso 7, è accoppiato torsionalmente in maniera stabile al mozzo 12. L’accoppiamento può essere ottenuto tramite una pluralità di viti 21 avvitate in fori filettati 12.3 del mozzo 12 (cfr. Fig.8). Fra l’albero 7 e il mozzo 12 possono essere interposti uno o più organi di trasmissione. Nella forma di realizzazione illustrata in via esemplificativa, sono previsti un limitatore di coppia 23 e una frizione con ruota libera 25.

[0043] L’albero di ingresso 7 è torsionalmente accoppiato, ad esempio tramite un profilo scanalato, ad una estremità 8.1 dell’albero di uscita 8. Quest’ultimo può essere supportato, tramite cuscinetti 27, nella cassa o scatola 4.6 della macchina condotta 4 e sporge da essa per accoppiarsi al volano 3.

[0044] Come si comprende dalla Fig.2, quando l’albero di ingresso o 7 è portato in rotazione dalla sorgente di potenza 1, il moto di rotazione è trasmesso, attraverso la frizione con ruota libera 25 e il limitatore di coppia 23, all’albero 8 e quindi alla macchina condotta 4. Il mozzo 12 e le masse mobili 14a, 14b ruotano solidalmente agli alberi 7 e 8.

[0045] A bassa velocità di rotazione, a causa della bassa forza centrifuga che agisce sulle masse mobili 14a, 14b, la forza con cui i pattini di attrito 16 sono premuti contro la superficie di contatto 5.6 della massa volanica 5 non è sufficiente a trascinare quest’ultima in rotazione. Pertanto, la massa volanica 5 rimane sostanzialmente ferma, mentre il mozzo 12, l’albero 7, l’albero 8 e le masse mobili 14a, 14b ruotano alla stessa velocità di rotazione. Il manicotto 5.4 interposto tra albero 8 e mozzo 12 rimane sostanzialmente fermo, grazie ai cuscinetti 13a, 13b e 6a, 6b.

[0046] All’aumentare della velocità di rotazione dell’albero 7 e dell’albero 8 la forza centrifuga agente sulle masse mobili 14a, 14b aumenta. Le masse mobili 14a, 14b vengono spinte radialmente verso l’esterno, con conseguente aumento della forza di attrito tra i pattini di attrito 1 e la superficie di contatto 5.6 della massa volanica 5. Conseguentemente aumenta la coppia trasmessa alla massa volanica 5, che viene gradualmente accelerata in rotazione. Come sopra precisato, questo effetto di aumento della spinta radiale e conseguente aumento della forza di attrito è conseguenza del fatto che le masse mobili 14a, 14b non sono forzate contro la superficie di contatto 5.5 della massa volanica, bensì presentano un gioco e quindi una possibilità di movimento radiale, anche se minimo.

[0047] Come si comprende da quanto sopra descritto, il volano 3 con il dispositivo di avviamento automatico 9 consente di accelerare gradualmente e in maniera automatica la massa volanica 5 nella fase di avvio della macchina condotta 4.

[0048] Una migliore e più approfondita comprensione del funzionamento del dispositivo automatico 9 e del volano 3 che lo incorpora si può desumere dall’analisi del diagramma di Fig.11, che mostra l’andamento della velocità di rotazione degli alberi 7, 8 e della massa volanica 5, nonché l’andamento della coppia trasmessa dalle masse mobili 14a, 14b alla massa volanica 5 in funzione del tempo.

[0049] Più esattamente, in Fig.10 è mostrato un diagramma che riporta il tempo in ascisse, mentre sulle ordinate sono riportate le velocità di rotazione in giri/minuto e la coppia trasmessa dalle masse mobili 14a, 14b alla massa volanica 5, espressa in Nm. Nel diagramma sono riportate le seguenti curve:

C1: velocità di rotazione (in giri/min) dell’albero di ingresso 7, dell’albero di uscita 8, del mozzo 12 e delle masse mobili 14a, 14b;

C2: velocità di rotazione (in giri/min) della massa volanica 5;

C3: coppia trasmessa per attrito dalle masse mobili 14a, 14b alla massa volanica 5 (in Nm).

[0050] All’istante t=0 si ha l’avvio della macchina condotta 4. Osservando il diagramma di Fig.10 si possono distinguere tre fasi. All’inizio della prima fase, che si estende dall’istante 0 all’istante t1, la massa volanica 5 è praticamente folle, in quanto la coppia di attrito esercitata dai pattini di attrito 16 è praticamente nulla. La sorgente di potenza 1 può iniziare ad avviare la macchina condotta 4 senza risentire dell’inerzia della massa volanica 5. In questa fase si ha quindi un rapido avviamento in rotazione del sistema comprendente il mozzo 12 e le masse mobili 14a, 14b. La velocità angolare di questo sistema aumenta rapidamente (cuva C1) dall’istante 0 all’istante t1.

[0051] All’aumentare della velocità di rotazione (curva C1) fra 0 e t1, si ha un corrispondente aumento della forza di trascinamento (forza di attrito) esercitata dalle due masse mobili 14a e 14b sulla massa volanica 5, che quindi aumenta la propria velocità gradualmente secondo ala curva C2. La prima fase termina all’istante t1, quando si raggiunge una prima velocità angolare (nell’esempio cica 450 giri/min) dell’albero 7.

[0052] Nella seconda fase, che inizia all’istante t1 e termina all’istante t2, la coppia generata dalla forza di trascinamento esercitata dalle due masse mobili 14a e 14b eguaglia la coppia massima erogabile dalla sorgente di potenza 1, ad esempio il motore endotermico di un trattore.

[0053] Pertanto, in questa fase tutti gli organi compreso il motore endotermico e la macchina condotta 4 rimangono in una condizione di equilibrio a velocità pressoché costante, vedasi curva C1. Viceversa, a causa della coppia sostanzialmente costante applicata dalle masse mobili 14a, 14b tramite i pattini di attrito 16, la massa volanica 5 incrementa la propria velocità angolare in maniera lineare fino a raggiungere la velocità dell’albero di ingresso 7 e dell’albero di uscita 8, all’istante t2, dove termina la seconda fase e inizia la terza fase.

[0054] In sostanza durante la seconda fase t1-t2 la sorgente di potenza 1 continua ad erogare la sua massima coppia e il sistema praticamente limita la richiesta di coppia in funzione delle possibilità della sorgente di potenza. La massa volanica accelera angolarmente in maniera graduale senza necessità di disporre di una coppia di spunto particolarmente elevata. La durata della seconda fase è tanto maggiore quanto minore è la coppia disponibile dalla sorgente di potenza.

[0055] La seconda fase termina (istante t2) quando la velocità del dispositivo di avviamento (mozzo 12, masse mobili 14a, 14b) e della massa volanica 5 si eguagliano.

[0056] Nella terza fase (che inizia all’istante t2 e termina al raggiungimento delle condizioni di regime, la massa volanica 5 ruota in modo sincrono con le masse mobili 14a, 14b e con il mozzo 12, divenendo solidale con essi. In pratica, in questa fase massa volanica 5, il mozzo 12 e le masse mobili 14a, 14b ruotando alla stessa velocità “ricostruiscono” il volano d’inerzia vero e proprio. La velocità di rotazione è tale che forza di trascinamento esercitata dalle due masse mobili 14a, 14b (generata dalla forza centrifuga) è superiore alla coppia erogabile dalla sorgente di potenza 1. Di conseguenza, tutti i componenti del volano 3 (massa volanica 5 e dispositivo di avviamento automatico 9) vengono accelerati in modo uniforme fino a raggiungere la velocità di regime richiesta, ad esempio normalmente attorno a 1000 giri/minuto

[0057] Il dispositivo di avviamento 9 si definisce “automatico”, in quanto non necessita dell’intervento dell’operatore, poiché automaticamente il sistema gestisce e modula la fase di avviamento senza sovraccaricare la sorgente di potenza 1. In questo modo è possibile avviare una macchina condotta 4 provvista di un volano 3 di grande massa, sfruttando una sorgente di potenza 1 adeguata alle condizioni di lavoro a regime, e non sovradimensionata al solo fine di disporre di una sufficiente coppia spunto all’avviamento.

[0058] In pratica, la massa volanica 5 può rappresentare circa il 90% della massa totale del volano, che comprende (oltre alla massa volanica 5) anche le masse mobili 14a, 14b e il mozzo 12, nonché gli organi di connessione reciproca. All’avviamento, solo il 10% della massa del volano, costituita dal mozzo 12 e dalle masse mobili 14a, 14b, viene portata in rotazione, mentre la massa volanica 5, che rappresenta ad esempio il 90% del totale e che è principalmente distribuita a maggiore distanza dall’asse di rotazione, è sostanzialmente folle rispetto all’albero di trasmissione.

[0059] Appena le masse mobili 14a, 14b cominciano a essere sollecitate radialmente verso l’esterno dalla forza centrifuga, esse iniziano a trasmettere per attrito una coppia di trascinamento per mezzo dei pattini di attrito 16 sulla massa volanica 5. Quest’ultima è soggetta ad una coppia dapprima modesta e gradualmente crescente, che ne provoca l’accelerazione angolare. Quando la massa volanica 5 raggiunge la velocità angolare delle masse mobili 14a, 14b, questi tre componenti, unitamente al mozzo 12, si comportano come un volano unico.

[0060] La soluzione proposta è molto flessibile in quanto, una volta avviata la rotazione della macchina condotta 4, consente alle masse mobili 14a, 14b del dispositivo di avviamento 9, per forza centrifuga, di andare a contatto con massa volanica 5 avviandola dolcemente in rotazione e portandola gradualmente fino alla velocità di regime con sorgenti di potenza limitata.

[0061] Si comprende che il movimento radiale delle masse mobili 14a, 14b può essere minimo, tendente a zero. Ciò che conta è che la forza vincolare radiale che controbilancia la forza centrifuga sulle masse mobili 14a, 14b sia fornita, almeno in prevalenza, dalla forza di contatto tra le masse mobili 14a, 14b e la superficie di contatto 5.6 della massa volanica 5, affinché tra le masse mobili 14a, 14b e la massa volanica 5 si generi una forza di attrito crescente con la forza centrifuga, e quindi con la velocità di rotazione delle masse mobili 14a, 14b.

Claims (17)

1. Un volano con avviamento automatico e relativo metodo Rivendicazioni 1. Un volano (3) comprendente: − una massa volanica (5); − un dispositivo di avviamento automatico (9) della rotazione della massa volanica (5), coassiale alla massa volanica (5), girevole rispetto alla massa volanica e torsionalmente accoppiabile ad un ingresso del moto (7); in cui il dispositivo di avviamento automatico (9) comprende un organo di trasmissione di una coppia di trascinamento dal dispositivo di avviamento automatico (9) alla massa volanica (5), configurato per trasmettere una coppia crescente con la velocità angolare del dispositivo di avviamento automatico.
2. 2. Il volano (3) della rivendicazione 1, in cui la massa volanica (5) è solidale ad un alloggiamento per cuscinetti di supporto (6a, 6b) su un albero di trasmissione del moto (8).
3. 3. Il volano (3) della rivendicazione 1 o 2, in cui il dispositivo di avviamento automatico (9) comprende un mozzo (12) coassiale alla massa volanica (5) e una pluralità di masse mobili (14a, 14b), disposte attorno all’asse di rotazione (A-A) del volano (3), torsionalmente accoppiate al mozzo (12) e suscettibili di spostamenti radiali rispetto ad esso.
4. 4. Il volano (3) della rivendicazione 3, in cui le masse mobili (14a, 14b) presentano una superficie perimetrale configurata per accoppiarsi ad attrito con la massa volanica (5), la quale presenta una superficie di contatto (5.6) con le masse mobili (14a, 14b).
5. 5. Il volano (3) della rivendicazione 4, in cui le masse mobili (14a, 14b) presentano pattini di attrito perimetrali (16) cooperanti con la superficie di contatto (5.6) della massa volanica (5).
6. 6. Il volano (3) della rivendicazione 3, 4 o 5, in cui ciascuna massa mobile (14a, 14b) ha una forma di un arco di corona circolare.
7. 7. Il volano (3) della rivendicazione 6, in cui ciascuna massa mobile (14a, 14b) si estende per circa 180° attorno al mozzo e in particolare presenta una forma a semi-corona circolare.
8. 8. Il volano (3) di una o più delle rivendicazioni 3 a 7, in cui ciascuna massa mobile (14a, 14b) è ancorata al mozzo (12) tramite un perno (15a, 15b) alloggiato in una sede radiale; in cui il perno (15a, 15b) è fissato al mozzo (12) in una posizione radialmente fissa rispetto ad esso, e la sede radiale è rigidamente vincolata alla massa mobile (14a, 14b), o viceversa, così che la massa mobile (14a, 14b) ha una capacità di movimento radiale rispetto al mozzo (12).
9. 9. Il volano (3) di una o più delle rivendicazioni 3 a 8, in cui il mozzo (12) è supportato girevolmente su un manicotto (5.4) solidale alla massa volanica (5), in particolare con l’interposizione di supporti radiali (13a, 13b).
10. 10. Il volano (3) della rivendicazione 9, in cui il manicotto (5.4) forma un alloggiamento per cuscinetti di supporto (6a, 6b) della massa volanica (5) su un albero di trasmissione del moto (8).
11. 11. Il volano (3) di una o più delle rivendicazioni 3 a 10, in cui il mozzo (12) presenta organi di collegamento torsionale (12.3) ad un albero di trasmissione del moto (7).
12. 12. Un sistema di trasmissione di moto tra una sorgente di potenza (1) e una macchina condotta (4), comprendente una linea di trasmissione del moto (2, 7, 8) su cui è disposto un volano (3) come da una o più delle rivendicazioni precedenti.
13. 13. Il sistema della rivendicazione 12, in cui la linea di trasmissione del moto comprende un albero di ingresso del moto (7) torsionalmente accoppiato al mozzo (12) del dispositivo di avviamento automatico (9) del volano (3) e un albero di uscita del moto (8) che supporta girevolmente la massa volanica (5), o viceversa; ed in cui l’albero di ingresso e l’albero di uscita sono torsionalmente accoppiati per trasmettere una coppia dall’albero di ingresso all’albero di uscita.
14. 14. Il sistema della rivendicazione 13, in cui l’albero di ingresso (7) e l’albero di uscita (8) presentano un accoppiamento reciproco reversibile, per consentire l’accoppiamento e il disaccoppiamento tra detti albero di ingresso e albero di uscita, in particolare un accoppiamento scanalato.
15. 15. Il sistema di una o più delle rivendicazioni 12 a 14, in cui all’albero di ingresso è associato almeno uno di: un limitatore di coppia (23); una frizione con ruota libera (25).
16. 16. Un metodo per avviare in rotazione una macchina condotta (4) tramite una sorgente di potenza (1) per mezzo di una linea di trasmissione del moto (2, 7, 8) su cui è posto un volano (3), comprendente le fasi di: portare in rotazione la linea di trasmissione del moto (2, 7, 8) e un dispositivo di avviamento automatico (9) del volano, detto dispositivo di avviamento automatico ruotando solidalmente alla linea di trasmissione del moto (2, 7, 8) e comprendendo un organo di trasmissione (14a, 14b) di una coppia di trascinamento dal dispositivo di avviamento automatico (9) ad una massa volanica (5) del volano (3); trasmettere per attrito generato da forza centrifuga, una coppia dal dispositivo di avviamento automatico alla massa volanica (5), provocando una accelerazione graduale della massa volanica (5) fino al raggiungimento di una velocità di rotazione della linea di trasmissione del moto (2, 7, 8); successivamente, ruotare in modo sincrono la massa volanica (5) e la linea di trasmissione del moto (2, 7, 8).
17. 17. Il metodo della rivendicazione 16, in cui la fase di trasmettere per attrito la coppia dal dispositivo di avviamento automatico (9) alla massa volanica comprende la fase di sollecitare radialmente verso l’esterno, per forza centrifuga, masse (14a, 14b) del dispositivo di avviamento automatico (9), radialmente mobili e torsionalmente vincolate alla linea di trasmissione del moto, così da premere sotto la spinta della forza centrifuga dette masse mobili (14a, 14b) contro la massa volanica (5) e trasmettere una coppia di trascinamento a detta massa volanica.