ITTO20100847A1 - Ruota a diametro variabile. - Google Patents

Description

TITOLO: RUOTA A DIAMETRO VARIABILE

La presente invenzione si riferisce ad una ruota comprendente un meccanismo passivo di variazione del suo diametro esterno, in funzione della coppia di trazione applicata su tale ruota.

La presente invenzione à ̈ applicabile in particolare su veicoli o in generale meccanismi basati su rotismi.

È noto che i veicoli, dotati di ruote gommate, studiati per percorsi fuoristrada o accidentati possono incontrare difficoltà nel superamento di ostacoli e/o asperità.

Normalmente tali veicoli sono dotati di trazione integrale, ma per veicoli con un numero di ruote elevato, oppure qualora non sia possibile installare una trazione integrale anche in presenza di un numero ridotto di ruote, tale soluzione diviene improponibile in termini di costi e complicata tecnicamente.

È noto che per tali veicoli dotati di ruote, se l’altezza dell’ostacolo supera l’altezza dell’asse della ruota tale ostacolo diviene insuperabile, poiché la ruota si impunta contro l’ostacolo.

Per tali veicoli sarebbe quindi opportuno adottare ruote con diametro elevato, in modo da poter superare la maggior parte degli ostacoli quali rocce o gradini.

È inoltre noto che le ruote di diametro medio - grande, come ad esempio quelle di mezzi blindati e/o anfibi, hanno notevoli problemi di ingombro, ad esempio in caso di stivaggio, e di maneggevolezza, ad esempio in caso di sostituzione, causando problemi sia di tipo logistico che operativo.

È noto inoltre che nel campo dei veicoli robotizzati,sono noti veicoli atti alla rilevazione, disinnesco e deflagrazione, di ordigni esplosivi, adottati per le missioni normalmente identificate con l’acronimo inglese di EOD, IEDD e NBC.

In tali tipologie di missioni à ̈ necessario avere un veicolo con il minimo ingombro e massima maneggevolezza, per raggiungere luoghi angusti e impervi e inoltre per poter osservare sotto altri veicoli allo scopo di scovare materiali pericolosi quali materiali esplosivi.

Tali mezzi robotizzati nella maggior parte delle missioni in cui vengono utilizzati sono costretti a muoversi spostandosi in ambienti non strutturati e spesso accidentati in cui sono presenti molti ostacoli.

Tali ostacoli risultano spesso insuperabili, poiché le ruote utilizzate in tali veicoli sono di diametro ridotto e tendono facilmente ad impuntarsi bloccando il veicolo.

La presente invenzione si propone di ovviare ai suddetti problemi tecnici realizzando una ruota comprendente un meccanismo preferibilmente automatizzato per la variazione del diametro esterno di tale ruota, preferibilmente ruote di trazione, di veicoli o meccanismi basati su rotismi.

Tale meccanismo consente a tali veicoli il superamento di ostacoli con altezza superiore all’altezza del’asse in configurazione di riposo della ruota.

Tale meccanismo inoltre può essere utilizzato qualora sia necessario variare il diametro di tale ruota in funzione della coppia applicata.

Un aspetto della presente invenzione riguarda una ruota a diametro esterno variabile avente le caratteristiche dell’allegata rivendicazione 1.

Le caratteristiche e i vantaggi di tale ruota saranno meglio chiari ed evidenti dalla descrizione seguente di una forma di realizzazione con riferimento alle figure allegate, le quali illustrano specificatamente:

• la figura 1 mostra, in una visione prospettica, una sezione della ruota, secondo la presente invenzione;

• la figura 2 illustra una vista frontale della sezione della ruota di figura 1 in configurazione attiva;

• la figura 3 illustra una vista frontale della sezione della struttura della ruota, secondo la presente invenzione, in configurazione a riposo;

• le figure 4A, 4B e 4C illustrano il comportamento di tale ruota nel caso in cui nel percorso si incontra un ostacolo con altezza superiore all’altezza dell’asse della ruota.

Con riferimento alle citate figure la ruota di diametro esterno variabile 1 comprende almeno un cerchio o mozzo 11, con diametro prestabilito, a cui à ̈ connesso almeno un asse di trazione 14 della ruota 1; almeno una superficie esterna al mozzo 11, con un diametro maggiore rispetto al diametro di tale mozzo 11.

Tale ruota 1 comprende almeno un meccanismo di variazione diametro 3, fissato a tale asse 14, atto a variare il diametro effettivo di tale ruota 1 in funzione della coppia applicata sull’asse di trazione 14 da parte di almeno un sistema propulsivo.

Tale meccanismo variazione diametro 3 assume almeno due configurazioni operative:

• riposo, in cui il meccanismo 3 à ̈ sostanzialmente inglobato, all’interno del diametro esterno della superficie esterna della ruota 1.

• attiva, in cui il meccanismo 3 aumenta il diametro effettivo della ruota 1 portando almeno una porzione dello stesso meccanismo 3 oltre il diametro esterno della superficie della ruota 1.

Ai fini della presente invenzione per sostanzialmente inglobato si intende che non ci sono parti del meccanismo che debordano oltre il diametro esterno della ruota, in modo da influenzarne il comportamento durante la sua rotazione.

In una forma di realizzazione tale ruota 1 Ã ̈ applicata ad un veicolo in cui il diametro esterno della superficie esterna di tale ruota 1 Ã ̈ definito da almeno un battistrada 12 di almeno un pneumatico 10 montato sul mozzo 11.

In tale forma di realizzazione la variazione di coppia applicata sull’asse 14 della ruota 1 causata, ad esempio dall’ostruzione o impuntamento della ruota 1 in un ostacolo “O†, porta il meccanismo variazione diametro 3 nella configurazione operativa attiva.

Tale meccanismo di variazione diametro 3 comprende:

• una o più porzioni di contatto 31, atte ad entrare in contatto con il suolo, dove à ̈ posizionato il veicolo, fuoriuscendo dal diametro del battistrada 12 del pneumatico 10, quando il meccanismo 3 passa alla configurazione operativa attiva;

• una o più aste scorrevoli 32, preferibilmente a sezione circolare, scorrevoli in senso radiale dalla ruota 1, connesse ad altrettante porzioni di contatto 31.

• almeno un dispositivo di attivazione 33, preferibilmente compreso nel mozzo 11 e connesso ad un asse 14 della ruota 1; tale dispositivo 33 à ̈ atto a far scorrere tali aste 32 agendo su uno o più dispositivi cinematici 22 connessi ognuno ad almeno un’asta 32;

• almeno un elemento di controllo atto a controllare l’attivazione di tale meccanismo di variazione diametro 3 consentendo il passaggio del meccanismo 3 nella configurazione attiva qualora la coppia motrice erogata sull’asse 14 ad opera del sistema propulsivo superi una soglia limite “T1†predefinita; tale soglia “T1†à ̈ preferibilmente prestabilita durante la regolazione del meccanismo 3 e in funzione della potenza del sistema propulsivo.

Il cerchio 11 comprende una struttura cava 110 al cui interno à ̈ compreso sostanzialmente il meccanismo di variazione 3. In tale cava 110 à ̈ compreso almeno un innesto di guida 21, comprendente almeno una prima porzione filettata 211, à ̈ atto a guidare il dispositivo di attivazione 33 durante il passaggio fra le varie configurazioni operative del meccanismo 3.

Le porzioni di contatto 31 come sopracitato nella configurazione di riposo sono, almeno in parte, inglobate all’interno del pneumatico 10, in particolare nel battistrada 12.

Tali porzioni di contatto 31 hanno preferibilmente una forma rettangolare e di larghezza al massimo uguale alla larghezza del battistrada 12.

Tali porzioni di contatto, inoltre, presentano un’inclinazione tale da generare un gradino con una porzione di contatto 31’ successiva. Tale gradino à ̈ visibile in una visione laterale della ruota, come mostrato in figura 4B e 4C, quando il meccanismo 3 si trova in configurazione attiva.

Il numero di porzioni esterne 31, e di conseguenza di aste 32, deve essere tale che, in una visione laterale della ruota, si abbia un inviluppo delle porzioni di contatto 31n pseudo - cilindrico.

Il numero di tali porzioni esterne 31 Ã ̈ preferibilmente almeno 8.

Ogni asta 32 scorre in modo radiale, attraversando sia il mozzo 11 sia il pneumatico 10, sfruttando l’azione centrifuga o centripeta causata dal cambio di stato operativo del meccanismo variazione diametro 3.

Per consentire la fuoriuscita delle aste 32 il mozzo 11 comprende, per ciascun’asta 32, un’apertura 321.

Ogni asta 32 à ̈ contrastata nel movimento centrifugo da almeno un mezzo elastico (non mostrato) il quale impedisce lo scorrimento di tali aste 32 durante la normale rotazione della ruota 1, qualora il meccanismo variazione diametro 3 non sia attivato; inoltre, tale mezzo elastico à ̈ tale da riportare le aste di scorrimento 32 nella posizione corretta quando il meccanismo 3 si porta nella configurazione di riposo.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 1, 2 e 3, descrittive e non limitative, la ruota 1 comprende un pneumatico 10, pieno in cui à ̈ assente la camera d’aria, comprendente uno strato, più o meno spesso, di battistrada 12.

In forme alternative di realizzazione à ̈ possibile implementare una ruota 1 comprendente almeno un pneumatico 10 con camera d’aria oppure tubeless comunque adatti all’applicazione.

La prima porzione filettata 211, con filettatura concorde con il senso principale di rotazione dell’asse 14, à ̈ accoppiabile ad una seconda porzione filettata 331, compresa nel dispositivo di attivazione 33, concorde con il senso di rotazione principale dell’asse 14.

Il dispositivo di attivazione 33 à ̈ fissato, preferibilmente tramite calettatura all’asse 14.

La porzione filettata 331 del dispositivo di attivazione 33 à ̈ sostanzialmente cilindrica con diametro pari alla struttura cava 110 comprendente l’inserto di guida 21.

L’elemento di attivazione 33 comprende inoltre almeno una porzione rastremata 332.

Tale porzione rastremata 332 à ̈ preferibilmente liscia e con un’inclinazione ad esempio lineare e costante.

Su tale porzione rastremata 332 agisce il dispositivo cinematico 22 il quale à ̈ preferibilmente una ruota di piccolo diametro, opportunamente connessa all’asta scorrevole 32, tramite ad esempio una forcella.

Tale dispositivo cinematico 22 Ã ̈ preferibilmente a diretto contatto con il dispositivo di attivazione 33.

Nella forma di realizzazione descritta finora e illustrata dalle figure il dispositivo di attivazione ha sostanzialmente la forma di un tronco di cono la cui base maggiore à ̈ fissata all’albero 14 mentre la base minore à ̈ rivolta verso l’interno della struttura cava 110.

Tale movimento del dispositivo 33 consente, nel dettaglio, al dispositivo cinematico 22 di muoversi lungo il piano inclinato della porzione rastremata 332 permettendo così lo scorrimento in modo radiale delle aste 32 e il sollevamento o l’abbassamento delle porzioni di contatto 31 rispetto al profilo del battistrada 12.

Il movimento delle parti sopracitate à ̈ in funzione della direzione dello spostamento assiale del dispositivo di attivazione 3 e dal senso dei filetti delle porzioni filettate (331 e 211).

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 1, 2 e 3 il sollevamento delle porzioni di contatto 31 corrisponde ad un avanzamento del dispositivo di attivazione 33 all’interno della porzione cava 110 con senso della filettatura concorde con il senso di rotazione principale dell’asse di trazione 14 della ruota 1.

L’attivazione del meccanismo 3 nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 1, 2 e 3 à ̈ controllata dall’elemento di controllo il quale à ̈ realizzato tramite un elemento elastico preferibilmente una molla elicoidale 341 disposta tra una porzione di fissaggio 333 compresa nel dispositivo di attivazione 33 ed un inserto reggispinta 13, il quale à ̈ compreso nel cerchio 11 e delimita, da un lato, la porzione cava 110.

Tale elemento elastico in funzione del movimento assiale del dispositivo di attivazione 33 si comprime o si distende.

Nella forma di realizzazione preferita tale elemento elastico possiede una costante elastica “k†tale da impedire lo scorrere assiale del dispositivo 33 sino a che la coppia motrice agente sull’asse 14 supera la soglia “T1†prestabilita.

Tale soglia “T1†corrisponde sostanzialmente al blocco per impuntamento della ruota 1 contro un ostacolo, il quale ha un’altezza superiore all’altezza dell’asse della ruota 1 dal suolo come à ̈ illustrato nella figura 4A.

La porzione cava 110 à ̈ delimitata, all’altro capo rispetto all’inserto reggispinta 13, da un inserto di chiusura 111 il quale comprende un foro passante 112.

Tale foro passante 112 consente all’asse 14 di entrare nel mozzo 110 per connettersi al dispositivo 33.

Tale foro 112 Ã ̈ tale da impedire a sostanze rischiose o contaminanti quali ad esempio polvere e/o acqua di entrare nella porzione cava 110 e danneggiare il meccanismo variazione diametro 3.

Tale inserto di chiusura 111, oltre alla protezione da agenti esterni aggressivi e/o contaminanti, svolge eventualmente una funzione di battuta o fine corsa per il movimento assiale del dispositivo di attivazione 33.

Il procedimento con cui tale ruota 1 aumenta il suo diametro à ̈ brevemente illustrato da un elenco di fasi operative sequenziali:

• rilevazione di un aumento della coppia di trazione, causata dall’impuntamento della ruota 1;

• conseguente avvitamento del dispositivo di attivazione 33 lungo la prima porzione filettata 211 tramite la seconda porzione filettata 331, compiendo un movimento assiale, all’interno della struttura cava 110;

• compressione dell’elemento elastico fra il dispositivo di attivazione 33 e l’inserto reggispinta 13;

• scorrimento lungo la porzione rastremata 332 del dispositivo cinematico 22 e sollevamento delle aste 32;

• fuoriuscita delle porzioni di contatto 31 dal profilo del battistrada e aumento del diametro effettivo di tale ruota 1;

• superamento dell’ostacolo “O†e conseguente diminuzione delle coppia di trazione agente sull’asse 14 e ritorno del meccanismo variazione diametro 3 alla configurazione operativa di riposo.

Superato l’ostacolo “O†la coppia motrice diminuisce e la spinta sull’elemento elastico fa sì che il dispositivo di attivazione 33 si sviti, consentendo al meccanismo variazione diametro 3 di tornare alla configurazione operativa di riposo.

Il movimento assiale del dispositivo di attivazione 33 nella struttura cava del mozzo o cerchio 11 ha direzione lungo un asse “X†concorde con la direzione dell’ asse di trazione 14.

Il meccanismo sin qui descritto e illustrato dalle figure à ̈ in grado di attivarsi in un solo verso di rotazione della coppia motrice; qualora sia necessaria la capacità in entrambe le direzioni si può dotare il veicolo di trazione variabile in cui le ruote 1 di trazione in un senso di marcia sono diverse dalle ruote 1 di trazione nel senso di marcia opposto ad esempio spostando la trazione dall’avantreno al retrotreno.

In alternativa alla soluzione proposta, à ̈ possibile dotare il veicolo di trazione integrale assemblando il meccanismo variazione diametro 3 con senso di attivazione opposto fra avantreno e retrotreno ad esempio cambiando la filettatura, una sinistrorsa e l’altra destrorsa o viceversa.

Tale meccanismo variazione diametro 3 Ã ̈ totalmente intercambiabile sia in caso di guasti sia in caso di usura delle parti.

In una forma alternativa di realizzazione, tale ruota a diametro variabile può avere applicazioni in campi della tecnica diversi da quello sin qui descritto, come ad esempio su dispositivi e sistemi i quali comprendono rotismi e che traggono beneficio dalla presenza di una ruota 1, ad esempio dentata oppure una carrucola, il cui diametro à ̈ variabile in funzione della coppia applicata a tale ruota 1.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Ruota di diametro variabile (1) comprendente: • almeno un cerchio o mozzo (11), con un diametro prestabilito, a cui à ̈ connesso almeno un asse di trazione (14) della ruota (1); • almeno una superficie esterna, esterna al mozzo (11), con un diametro maggiore rispetto al diametro di tale mozzo (11); caratterizzata dal comprendere almeno un meccanismo variazione diametro (3), fissato a tale asse (14), atto a variare il diametro effettivo di tale ruota (1) in funzione della coppia applicata sull’asse di trazione (14), da parte di almeno un sistema propulsivo.
2. 2. Ruota secondo la rivendicazione 1, in cui meccanismo variazione diametro (3) à ̈ passivo e assume almeno due configurazioni operative: • riposo, in cui tale meccanismo variazione diametro (3) à ̈ sostanzialmente inglobato all’interno del diametro esterno della superficie esterna della ruota 1; • attiva, in cui tale meccanismo (3) aumenta il diametro effettivo della ruota (1) portando almeno una porzione dello stesso meccanismo (3) oltre il diametro esterno della superficie esterna della ruota (1).
3. 3. Ruota secondo la rivendicazione 2, in cui tale ruota (1) à ̈ applicata ad un veicolo in cui il diametro esterno della superficie esterna di tale ruota à ̈ definito da almeno un battistrada (12) di almeno un pneumatico (10) montato su tale mozzo (11).
4. 4. Ruota secondo la rivendicazione 3, in cui la variazione di coppia applicata sull’asse (14) causata dall’ostruzione o impuntamento della ruota (1) in un ostacolo (O) porta il meccanismo variazione diametro (3) nella configurazione operativa attiva.
5. 5. Ruota secondo la rivendicazione 4, in cui tale meccanismo di variazione diametro (3) comprende: • una o più porzioni di contatto (31), atte ad entrare in contatto con il suolo, dove à ̈ posizionato il veicolo, fuoriuscendo dal diametro del battistrada (12) del pneumatico (10), quando il meccanismo variazione diametro (3) passa alla configurazione operativa attiva; • una o più aste scorrevoli (32) atte a scorrere in senso radiale dalla ruota (1), connesse ognuna ad almeno una porzioni di contatto (31). • almeno un dispositivo di attivazione (33), compreso nel mozzo (11), connesso all’ asse (14) della ruota (1), atto a far scorrere tali aste (32), agendo su uno o più dispositivi cinematici (22) connessi ognuno ad almeno un asta (32); • almeno un elemento di controllo atto a controllare l’attivazione di tale meccanismo di variazione diametro (3) consentendo il passaggio alla configurazione attiva qualora la coppia motrice erogata sull’asse (14) ad operi del sistema propulsivo supera una soglia limite (T1) predefinita.
6. 6. Ruota secondo la rivendicazione 5, in cui il cerchio (11) comprende almeno una struttura cava (110) al cui interno à ̈ sostanzialmente inglobato il meccanismo di variazione diametro (3).
7. 7. Ruota secondo la rivendicazione 6, in cui al cui interno di tale struttura cava à ̈ compreso almeno un inserto di guida (21), comprendente almeno una prima porzione filettata (211), atto a guidare il dispositivo di attivazione (33) durante il passaggio fra le varie configurazione operative del meccanismo variazione diametro (3).
8. 8. Ruota secondo la rivendicazione 5, in cui tali porzioni di contatto (31), almeno parzialmente inglobate nel battistrada (12) del pneumatico (10), hanno forma rettangolare di larghezza al massimo uguale alla larghezza del battistrada (12), con un’inclinazione tale da generare un gradino con una porzione di contatto (31’) successiva.
9. 9. Ruota secondo la rivendicazione 5, in cui: • il dispositivo cinematico (22) à ̈ una ruota di diametro molto piccolo connessa all’asta scorrevole (32); • ogni asta scorrevole (32), attraversante sia il mozzo (11) sia il pneumatico (10), à ̈ contrastata nel movimento centrifugo da almeno uno mezzo elastico il quale impedisce lo scorrimento di tali aste (32) durante la normale rotazione della ruota (1).
10. 10. Ruota secondo la rivendicazione 5, in cui tale dispositivo di attivazione (33) comprende: • una seconda porzione filettata (331) accoppiabile alla prima porzione filettata (211) con filettatura concorde con il senso di rotazione principale dell’asse di rotazione (14); • almeno una porzione rastremata (332), su cui agisce il dispositivo cinematico (22); • almeno una porzione di fissaggio (333) a cui viene connesso l’elemento di controllo .
11. 11. Ruota secondo la rivendicazione 10, in cui tale elemento di controllo à ̈ un elemento elastico con costante elastica stabilita in funzione della soglia (T1) e della potenza del sistema propulsivo.