ITPC20080032A1 - Sistema di frenatura per trasmissioni di motori marini e trasmissione provvista di detto sistema di frenatura - Google Patents

Description

SISTEMA DI FRENATURA PER TRASMISSIONI DI MOTORI MARINI E TRASMISSIONE PROVVISTA DI DETTO SISTEMA DI FRENATURA

La presente invenzione propone un sistema di frenatura per trasmissioni di motori marini, utile ad esempio nel caso di inversione del moto, e adatto in particolare, ma non esclusivamente, a motori marini dotati di propulsione ausiliaria elettrica, in cui il sistema di trasmissione è costituito da un riduttore-invertitore comprendente un albero d’ingresso proveniente dal motore principale, due gruppi frizione controrotanti che azionati singolarmente portano il moto all’elica ciascuno in un senso di rotazione e un motore ausiliario, in particolare elettrico, collegato a uno dei due alberi di uscita dei due gruppi frizione.

Il sistema di frenatura si caratterizza per il fatto di prevedere il circuito idraulico di comando delle frizioni atto ad alimentare contemporaneamente le due frizioni controrotanti per frenare l’asse dell’elica quando è in funzione il motore elettrico ausiliario.

L’invenzione riguarda anche il metodo per la frenatura di trasmissioni di motori marini.

Nel seguito si farà riferimento al caso di un’imbarcazione con trasmissione a linea d’assi, ma la stessa soluzione potrà essere applicata anche alle trasmissioni del tipo a piede poppiero, in cui due frizioni controrotanti sono montate, affacciate, sull'albero dell'elica e sono provviste di pignoni che ingranano con un pignone montato sull'albero di ingresso, nonché a tutte le trasmissioni comprendenti un sistema di inversione del senso di rotazione con due frizioni distinte, una per ogni senso di marcia.

La propulsione ausiliaria al giorno d’oggi è già ampiamente utilizzata ma solo su imbarcazioni con eliche a pale orientabili, in cui l’inversione del senso di marcia della nave avviene cambiando l’orientamento delle pale dell’elica e non invertendo il senso di rotazione, ma recentemente si sta sviluppando anche su imbarcazioni da diporto di piccole e medie dimensioni.

Difatti le caratteristiche di un impianto di propulsione navale, costituito normalmente da motori diesel sovralimentati, da trasmissioni con riduttori di giri interposti fra motore e elica, sono necessariamente calcolate nel punto di massima velocità della nave.

Per questo motivo, questo tipo propulsione nella quale vengono fissate, in fase di progetto, le caratteristiche dell’elica (diametro, passo, area espansa) ed il rapporto di riduzione fra motore ed elica, male si adatta ad andature con velocità ridotte rispetto a quelle di progetto (il motore sovralimentato, lavorando a bassi regimi, ha maggiore usura, è più soggetto a rotture, intasamenti delle turbine che non girano più, e richiede maggiore manutenzione).

Gli armatori che apprezzano l’emozione delle alte velocità sul mare, si accorgono che queste si ottengono a scapito del comfort (rumorosità e vibrazioni) e con altissimi consumi.

Contemporaneamente si rendono conto che andando a bassa andatura spesso peggiorano le vibrazioni provenienti dai motori e mettono a repentaglio l’affidabilità del motore stesso. Le industrie del settore, perciò, tendono sempre più a sviluppare sistemi di propulsione che permettano ad un’imbarcazione di viaggiare ad una velocità inferiore a quella di crociera, senza il rischio di danneggiare il motore.

Per ottenere questo scopo, allo stato attuale della tecnica si ricorre a sistemi di propulsione alternativa costituiti da motori elettrici o idraulici, di potenza ridotta rispetto al propulsore diesel principale, che vengono collegati alternativamente alla stessa linea d’assi del motore diesel principale.

E’ possibile perciò decidere se utilizzare un’andatura con un motore diesel al 100% della potenza (motore principale) o in alternativa scegliere un motore ausiliario per un’andatura più “tranquilla”.

Nel caso in cui poi il motore alternativo è elettrico, vi è inoltre un’importantissima riduzione della rumorosità a bordo con notevole aumento del comfort, grazie al fatto che si possono utilizzare, per alimentare il motore elettrico, gruppi elettrogeni cabinati e isolati tramite supporti elastici.

Un altro vantaggio del motore elettrico è una grande manovrabilità dovuta alla possibilità di avere una regolazione precisa e continua del numero di giri dell’elica (con il motore diesel non è possibile scendere al di sotto di un certo numero di giri).

Un ulteriore considerevole vantaggio nell’utilizzo di queste propulsioni ausiliarie è il fatto di avere un consumo, e di conseguenza emissioni, molto minori di quelle del motore diesel principale che permettono di accedere a zone protette dove vigono norme restrittive sulle emissioni degli scarichi.

Come già accennato, attualmente esistono due principali tipologie di propulsioni ausiliarie, con motori idraulici o con motori elettrici.

Nel primo caso un motore endotermico di piccole dimensioni aziona una pompa idraulica, del tipo a pistoni assiali o radiali, che mette in pressione l’olio e lo invia verso il motore idraulico, anch’esso del tipo a pistoni assiali, radiali o simili, che trasforma l’energia di pressione in energia meccanica da trasferire all’elica.

Nel secondo caso invece viene utilizzato un motore elettrico, alimentato da un gruppo elettrogeno, che viene collegato sulla linea d’assi dell’elica o direttamente al riduttore della trasmissione principale.

Il secondo sistema, migliore dal punto di vista sia della rumorosità sia dell’inquinamento, in quanto i gruppi elettrogeni adottano speciali marmitte a basse emissioni di inquinanti, attualmente è previsto però solo per la marcia in avanti e non permette quindi una piena manovrabilità del mezzo. Difatti per effettuare la manovra di inversione del moto, l’elica e la linea d’assi devono essere decelerate e poi nuovamente accelerate nel senso di rotazione opposto.

Il problema che si pone in questi casi è che da una parte le notevoli masse in gioco di elica e linea d’assi durante la rotazione accumulano un’elevata energia cinetica che verrebbe scaricata sul motore elettrico durante la fase di decelerazione e, dall’altra, che le altrettanto grandi forze idrodinamiche sull’elica farebbero sì che venissero scaricate sul motore elettrico coppie molto elevate.

Così facendo il motore sarebbe sottoposto a picchi di coppia che metterebbero in crisi sia l’elettronica di comando (inverter e simili), sia la meccanica stessa del motore.

Per ovviare al problema sono stati fatti alcuni tentativi cercando di inserire un sistema di frenatura sulla linea d’assi in grado di decelerare velocemente l’elica prima dell’inversione del moto; la soluzione però, oltre ad aumentare considerevolmente i costi, risulterebbe troppo ingombrante se installata in sale macchine compatte dove gli spazi sono già ridotti al minimo.

Nel settore si inserisce ora la presente invenzione che propone un sistema di trasmissione per motori marini dotati di propulsione ausiliaria elettrica, caratterizzato dal fatto di prevedere un sistema di frenatura dell’elica, per l’inversione del moto, realizzato attivando contemporaneamente le due frizioni controrotanti che grazie alle forze di attrito che si sviluppano al loro interno riescono a dissipare l’energia cinetica accumulata dall’elica senza sovraccaricare il motore e l’elettronica di comando.

Essendo dimensionate per trasmettere la potenza massima del motore diesel, le frizioni sono in grado di sopportare senza danni i carichi che si sviluppano durante la frenatura.

La presente invenzione sarà ora descritta dettagliatamente, a titolo di esempio non limitativo, con riferimento alle figure allegate in cui:

• la figura 1 è una vista schematica di una trasmissione per motori<marini, provvista del sistema di frenatura secondo l’invenzione.>

• la figura 2 è una vista schematica dettagliata del riduttore-invertitore in una trasmissione per motori marini provvista del sistema di frenatura<secondo l’invenzione.>

• la figura 3 è uno schema dell’impianto idraulico di comando delle frizioni in una trasmissione per motori marini provvista del sistema di<frenatura secondo l’invenzione;>

• la figura 4 illustra schematicamente, in sezione, una trasmissione del tipo a piede poppiero anch’essa provvista del sistema di frenatura secondo l’invenzione.

La descrizione dettagliata che segue, fornita a titolo esemplificativo, è riferita al caso di un’imbarcazione con trasmissione a linea d’assi e motore elettrico ausiliario e alla soluzione dei problemi inerenti questo tipo di imbarcazioni, ma la stessa invenzione, come detto in precedenza, riguarda anche trasmissioni del tipo a piede poppiero e tutte le trasmissioni per imbarcazioni comprendenti un sistema di inversione del senso di rotazione con due frizioni distinte, una per ogni senso di marcia. Ad esempio, il sistema secondo l’invenzione potrà essere applicato anche ad imbarcazioni prive di motore ausiliario, per bloccare le eliche ad esempio in caso di traino dell’imbarcazione.

Con riferimento alla figura 1 il sistema di trasmissione per motori marini comprende un riduttore-invertitore indicato nel complesso con il numero 1, interposto fra il motore diesel principale 2 e l’elica indicata con 3.

Il riduttore-invertitore 1 (fig. 2) nel dettaglio comprende un albero principale 4 proveniente dal motore diesel 3 e collegato a una ruota dentata 5 che contiene un primo gruppo frizione 6 comandato da un circuito idraulico indicato nel complesso con 16. La ruota 5 a sua volta ingrana con una ruota 7 controrotante e contenente anch’essa un secondo gruppo frizione 8, sempre comandato dal circuito 16.

I gruppi frizione 6 e 8, quando azionati, hanno il compito di rendere solidali gli alberi di uscita 9 e 10 rispettivamente con le ruote dentate 5 e 7.

Entrambi gli alberi 9 e 10 portano il moto a due pignoni rispettivamente 11 e 12 che sono ingranati contemporaneamente con una ruota lenta 13 che aziona la linea d’assi 14 che porta il moto all’elica 3.

All’estremità dell’albero 10 è eventualmente anche collegato, tramite un innesto disinseribile, un motore ausiliario elettrico 15 alimentato da un gruppo elettrogeno non visibile in figura.

Quando l’imbarcazione viaggia a velocità di crociera col motore diesel principale, è innestato il gruppo frizione 6; in questo modo la potenza viene trasmessa dalla ruota 5 all’albero 9 e conseguentemente tramite il pignone 11 alla ruota lenta 13 che trascina l’elica per la marcia avanti dell’imbarcazione.

Il gruppo frizione 8 invece non è azionato quindi la ruota 7 gira folle sui suoi supporti trascinata dalla ruota 5, mentre anche l’albero 10 gira folle trascinato dal pignone 12 ingranato con la ruota lenta 13.

Quando invece l’imbarcazione viene mossa tramite la propulsione ausiliaria entrambi i gruppi frizione 6 e 8 sono disinnestati e la potenza entrante dal motore elettrico 15 viene trasmessa dall’albero 10 direttamente all’elica tramite la coppia dentata 12 e 13.

La ruota 13 trascina il pignone 11 e l’albero 9 che ruotano folli sui loro supporti; non essendo innestata, la frizione 6 non aziona il motore diesel che resta quindi scollegato dal sistema e le due ruote 5 e 7 sono ferme. Come già accennato per invertire il moto, e quindi il senso di rotazione dell’elica, è necessario rallentare la linea d’assi fino all’arresto per poi accelerarla nuovamente nel senso opposto tramite il motore elettrico.

Per fare ciò viene disinnestato il motore elettrico e, tramite il circuito idraulico di comando 16, vengono azionati contemporaneamente i due gruppi frizione 6 e 8 contenuti nelle due ruote 5 e 7 controrotanti.

La coppia d’inerzia proveniente dall’elica è quindi trasmessa dai pignoni 11 e 12 agli alberi 9 e 10 aventi senso di rotazione contrario e in questo momento entrambi solidali rispettivamente con le ruote 5 e 7.

Il risultato è che la forza uguale e contraria che si scambiano le due ruote 5 e 7 riesce a decelerare la linea d’assi dell’elica in un tempo molto breve. A questo punto i due gruppi frizione vengono disinnestati nuovamente e viene azionato il motore elettrico 15 nel senso di rotazione opposto.

Con riferimento alla figura 3, il circuito idraulico di comando 16 comprende una pompa 17 trascinata dal riduttore 1 che alimenta un’elettrovalvola a cassetto 18 che comanda l’innesto rispettivamente l’innesto della frizione 6 o della frizione 8 quando l’imbarcazione viaggia utilizzando la propulsione principale del motore diesel.

Quando invece l’imbarcazione viaggia con la propulsione ausiliaria la valvola a cassetto rimane in posizione neutrale e entrambi i gruppi frizione sono disinnestati.

Per effettuare l’inversione di moto viene azionata la valvola a cassetto 20 , alimentata da una seconda pompa 19 trascinata dal motore elettrico, che alimenta entrambi i gruppi frizione 6 e 8 come descritto sopra.

Con riferimento alla figura 4, con il numero 20 si indica nel suo complesso il gruppo di trasmissione secondo l'invenzione, che riceve il moto dell'albero 21 proveniente dal motore e lo trasmette ad un albero 22, disposto a 90 gradi rispetto al precedente, che costituisce l'albero di trasmissione di un piede poppiero diretto alle eliche. L'albero 21 è montato, per mezzo di cuscinetti 23, in una scatola 24 che presenta una struttura rigida e che contiene i cinematismi costituenti il gruppo di trasmissione. Sull'albero 21 sono montate, folli, una coppia di ruote dentate coniche 25 e 26, coassiali e contrapposte, che ingranano entrambe con una ruota dentata 27 calettata sull'albero 22.

All'interno di ciascuna delle ruote dentate 25 e 26, sono previste una coppia di frizioni a lamelle 33, in particolare frizioni a lamelle in bagno d'olio, azionate da pistoni 34 illustrati schematicamente nelle figure e che vengono alimentati da una pompa 35 tramite un circuito idraulico sul quale è presente un selettore, non illustrato in figura, che permette di alimentare l’olio in pressione all’una o all’altra delle due frizioni, o a entrambe contemporaneamente.

Innestando l’una o l’altra delle frizioni presenti all’interno delle ruote dentate 34 e 35, l’albero 30 trasmette il moto in un senso o nell’altro all’albero 31 collegato all’elica.

Per frenare l’asse dell’elica, l’invenzione prevede di azionare il selettore in modo da inviare olio in pressione ad entrambe le frizioni, bloccando così la rotazione dell’albero 30 e, con esso, l’albero 31 collegato all’elica.

Con la presente invenzione è quindi possibile realizzare un sistema di trasmissione con sistema di frenatura che permette di utilizzare un motore elettrico in entrambi i sensi di marcia con notevoli vantaggi dal punto di vista della manovrabilità, della silenziosità e del comfort.

La soluzione descritta inoltre risulta assolutamente conveniente dal punto di vista tecnico in quanto sono necessarie solo alcune piccole modifiche al riduttore originario senza la necessità di dover riprogettare i componenti; benefici che ovviamente si traducono in risparmio economico notevole. Un esperto del ramo potrà poi prevedere numerose modifiche e varianti, che dovranno però ritenersi tutte comprese nell’ambito del presente trovato.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Trasmissione per motori marini del tipo comprendente un riduttoreinvertitore (1) con un albero di ingresso (4) proveniente dal motore e una coppia di ruote dentate controrotanti (5, 7) provviste di altrettante frizioni (6, 8) collegate da una parte a detto albero di ingresso (1) e dall’altra all'albero dell'elica (14), frizioni che, azionate singolarmente, portano il moto all'elica ciascuna in un senso di rotazione, caratterizzata dal fatto di prevedere mezzi atti ad innestare contemporaneamente dette frizioni (6, 8) per frenare l'asse dell'elica.
2. 2) Trasmissione per motori marini con dispositivo di frenatura per l’inversione del moto secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto riduttore-invertitore (1) comprende un albero principale (4), proveniente dal motore (3), collegato a una ruota dentata (5) che contiene un primo gruppo frizione (6), che a sua volta ingrana con una ruota dentata (7) contenente un secondo gruppo frizione (8), dalle due frizioni uscendo alberi (9, 10) che portano il moto a due pignoni rispettivamente (11, 12) che ingranano contemporaneamente con una ruota lenta (13) che aziona la linea d’assi (14) che porta il moto all’elica (3).
3. 3) Trasmissione per motori marini con dispositivo di frenatura per l’inversione del moto, secondo la rivendicazione 2, in cui è previsto un motore ausiliario elettrico (15) collegato all’albero di uscita di uno dei due gruppi frizione (6, 8), caratterizzata dal fatto che i mezzi atti ad innestare contemporaneamente dette frizioni (6, 8) sono costituiti da un circuito idraulico di comando comprendente una pompa (17) trascinata dal riduttore-invertitore, che alimenta una valvola a cassetto (18) la quale aziona alternativamente una delle due frizioni (6, 8) e da una seconda pompa (19) trascinata dal motore elettrico che alimenta una seconda valvola a cassetto (20) che aziona contemporaneamente entrambe le frizioni (6, 8).
4. 4) Trasmissione per motori marini con dispositivo di frenatura per l’inversione del moto, secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il motore elettrico ausiliario (15) è collegato ad uno dei due alberi di uscita delle frizioni (6, 8) tramite un innesto disinseribile.
5. 5) Trasmissione per motori marini del tipo a piede poppiero secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che dette ruote dentate controrotanti provviste di altrettante frizioni frizioni sono ruote coniche montate, affacciate, sull'albero di ingresso e che ingranano con un pignone montato su un albero collegato all'elica.
6. 6) Metodo per la frenatura di trasmissioni di motori marini comprendenti un riduttore-invertitore con un albero d’ingresso proveniente dal motore, e due frizioni controrotanti che azionate singolarmente portano il moto all’elica ciascuna in un senso di rotazione, caratterizzato dal fatto di prevedere di innestare contemporaneamente le due frizioni controrotanti per frenare l’asse dell’elica.