ITTO20101048A1 - ELECTRIC HAMMER. - Google Patents
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Description
Martello elettrico. Electric hammer.
La presente invenzione riguarda il campo dei martelli elettrici. The present invention relates to the field of electric hammers.
E’ noto che nel settore delle macchine operatrici battipalo il martello utilizzato per l’infissione dei pali à ̈ generalmente di tipo idraulico o di tipo a combustione interna. It is known that in the field of pile-driving machines the hammer used for driving the poles is generally of the hydraulic type or of the internal combustion type.
Nel primo tipo si sfrutta l’energia idraulica trasferita mediante olio e dispositivi quali pistoni per movimentare la massa battente la cui energia cinetica si trasforma in un impulso dopo l’impatto contro una cuffia montata sopra al palo da infiggere. In the first type, the hydraulic energy transferred by means of oil and devices such as pistons are used to move the striking mass whose kinetic energy is transformed into an impulse after impact against a cap mounted on the pole to be driven.
I principali svantaggi di questa soluzione sono il basso rendimento energetico che si aggira attorno al 70% e la presenza di olio idraulico con tutti i problemi di smaltimento e inquinamento legati allo stesso. Inoltre le velocità della massa battente può al limite essere di poco superiore a quella in caduta libera e quindi l’energia trasferibile con questi tipi di martelli à ̈ limitata e per pali di grandi dimensioni sono necessari martelli con masse battenti molto pesanti. L’efficacia si riduce ulteriormente in caso di lavorazioni inclinate poiché la forza di gravità non agisce nella stessa direzione in cui si muove la massa battente. L’efficienza dei comuni martelli idraulici si attesta circa al 70%. The main disadvantages of this solution are the low energy efficiency which is around 70% and the presence of hydraulic oil with all the disposal and pollution problems associated with it. Furthermore, the speed of the striking mass can at the limit be slightly higher than that in free fall and therefore the energy that can be transferred with these types of hammers is limited and for large poles hammers with very heavy impacting masses are required. The effectiveness is further reduced in the case of inclined machining as the force of gravity does not act in the same direction in which the impact mass moves. The efficiency of common hydraulic hammers is around 70%.
Nel secondo tipo, ovvero nel caso di martelli a combustione interna, la massa battente viene movimentata sfruttando l’esplosione in una camera di combustione. La massa battente funge da pistone e viene sollevata grazie all’esplosione in camera di combustione, poi per gravità ricade colpendo la cuffia sopra al palo da infiggere, contestualmente comprimendo la miscela di combustile causandone nuovamente l’esplosione. Si innesca così un ciclo Diesel. Questa à ̈ probabilmente la tecnologia più datata e diffusa ma gli svantaggi sono evidenti: forte rumorosità ed inquinamento dovuto ad emissioni in atmosfera di NOx, Monossido di carbonio (CO), Idrocarburi (HC), Anidride Carbonica (CO2) e particolato. E’ inoltre un sistema poco flessibile che non permette grandi variazioni nella frequenza degli impatti e quindi di aumentare la produttività . Questo perché il funzionamento à ̈ legato all’innesco del ciclo Diesel la cui velocità può essere variata solo variando la quantità di combustibile inserito ma solo all’interno di un ristretto intervallo di funzionamento. In the second type, or in the case of internal combustion hammers, the striking mass is moved by exploiting the explosion in a combustion chamber. The impacting mass acts as a piston and is raised thanks to the explosion in the combustion chamber, then by gravity it falls, hitting the cap on the pole to be driven, at the same time compressing the fuel mixture causing it to explode again. This triggers a Diesel cycle. This is probably the oldest and most widespread technology but the disadvantages are obvious: strong noise and pollution due to emissions into the atmosphere of NOx, carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), carbon dioxide (CO2) and particulate matter. It is also an inflexible system that does not allow large variations in the frequency of impacts and therefore to increase productivity. This is because operation is linked to the ignition of the Diesel cycle whose speed can only be varied by varying the quantity of fuel inserted but only within a restricted operating interval.
Inoltre, con alcuni martelli che sfruttano solamente la gravità per battere su un palo da infiggere nel terreno non à ̈ possibile lavorare con forti inclinazioni poiché la forza di gravità si scarica in gran parte sulle guide. Furthermore, with some hammers that only exploit gravity to hit a pole to be driven into the ground, it is not possible to work with strong inclinations as the force of gravity is largely discharged on the guides.
Da EP0265566B1 à ̈ noto un martello elettrico in cui una massa battente à ̈ collegata ad un elettromagnete che la movimenta; l’impatto della massa battente su un palo da infiggere nel terreno à ̈ determinato da caduta per gravità e quindi la forza dell’impatto à ̈ funzione dell’altezza dalla quale la massa battente parte per colpire il detto palo. From EP0265566B1 an electric hammer is known in which a striking mass is connected to an electromagnet that moves it; the impact of the striking mass on a pole to be driven into the ground is determined by a fall due to gravity and therefore the force of the impact is a function of the height from which the impacting mass starts to strike the said pole.
Da CN2594318Y à ̈ noto un martello elettrico in cui un motore elettrico à ̈ accoppiato ad una massa battente indirettamente, ovverosia per mezzo di un riduttore. Tale soluzione à ̈ inefficiente in quanto il riduttore non può sopportare i colpi inferti dalla massa battente sul palo; in caso contrario esso rischia di essere rotto in breve tempo. Il riduttore dev’essere vibrazionalmente isolato e, comunque, la sua presenza impone una complessità meccanica del martello ivi descritto. From CN2594318Y an electric hammer is known in which an electric motor is coupled to a striking mass indirectly, that is by means of a reducer. This solution is inefficient as the reducer cannot withstand the blows inflicted by the impacting mass on the pole; otherwise it risks being broken in a short time. The reducer must be vibrationally isolated and, in any case, its presence imposes a mechanical complexity of the hammer described therein.
Scopo della presente invenzione à ̈ quindi quello di descrivere martello elettrico quale sia esente dagli inconvenienti sopra descritti. The aim of the present invention is therefore to describe an electric hammer which is free from the drawbacks described above.
Secondo la presente invenzione viene realizzato un martello elettrico come rivendicato nella prima rivendicazione. According to the present invention, an electric hammer is produced as claimed in the first claim.
L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:
- in figura 1 Ã ̈ rappresentata una macchina operatrice e il dispositivo in una sua forma realizzativa preferenziale; - figure 1 shows an operating machine and the device in one of its preferred embodiments;
- in figura 2 Ã ̈ rappresentata in dettaglio la sezione principale del dispositivo; - Figure 2 shows the main section of the device in detail;
- in figura 3 Ã ̈ rappresentata una sezione della vista di figura. - Figure 3 shows a section of the view of the figure.
Facendo riferimento alla figura 1, con il numero di riferimento 1 à ̈ rappresentata una macchina operatrice 1, comprendente un’antenna 2 sulla quale à ̈ installato il martello elettrico 3 oggetto della presente invenzione. Al di sotto del martello elettrico 3 à ̈ presente un palo da infissione 4. With reference to Figure 1, the reference number 1 represents an operating machine 1, comprising an antenna 2 on which the electric hammer 3 object of the present invention is installed. Below the electric hammer 3 there is a driving pole 4.
Il palo da infissione 4 può essere metallico o di calcestruzzo prefabbricato. The driving post 4 can be metallic or precast concrete.
Scopo del martello elettrico 3 à ̈ quello di infiggere il palo 4 nel terreno. Il martello elettrico 3 ha la possibilità di traslare lungo l'antenna 2 ed à ̈ movimentato da una fune collegata ad un argano della macchina 1 non rappresentato. The purpose of the electric hammer 3 is to drive the pole 4 into the ground. The electric hammer 3 has the possibility of translating along the antenna 2 and is moved by a cable connected to a winch of the machine 1 not shown.
Con riferimento alla figura 2, nel martello elettrico 3 à ̈ rappresentato un elemento statorico, o statore 5 di un motore elettrico ad alta coppia specifica [Nm/A], che presenta avvolgimenti elettrici in grado di generare un opportuno campo magnetico. Il rotore 6, a forma cilindrica, à ̈ realizzato con magneti permanenti (ad esempio a terre rare), disposti in forma di placche tutto attorno alla struttura rotorica ed à ̈ privo di avvolgimenti; i magneti permanenti, opportunamente eccitati dal campo magnetico generato dallo statore 5 tendono a ruotare rispetto all'asse 7. La carcassa esterna 8, che à ̈ fissa e non rotante, vincola lo statore 5 dandogli la necessaria reazione e collegandosi prima ad un elemento intermedio 9 e in seguito ad un telaio 10 che presenta dei mezzi per vincolarsi all'antenna 2 lasciando libero il martello elettrico 3 di traslare lungo l’antenna 2. With reference to Figure 2, the electric hammer 3 shows a stator element, or stator 5, of an electric motor with a high specific torque [Nm / A], which has electric windings capable of generating a suitable magnetic field. The cylindrical rotor 6 is made with permanent magnets (for example with rare earths), arranged in the form of plates all around the rotor structure and is devoid of windings; the permanent magnets, suitably excited by the magnetic field generated by the stator 5, tend to rotate with respect to axis 7. The external casing 8, which is fixed and non-rotating, constrains the stator 5, giving it the necessary reaction and first connecting to an intermediate element 9 and subsequently to a frame 10 which has means for fastening itself to the antenna 2, leaving the electric hammer 3 free to translate along the antenna 2.
Il rotore 6 Ã ̈ collegato ad un dispositivo 11 in grado di trasformare il moto rotatorio in moto assiale. Nello specifico caso si tratta di una vite 11 a ricircolo di sfere; la vite 11 Ã ̈ soggetta a moto rotatorio e sostenuta da una coppia di cuscinetti 12, 13 in grado di reggere i carichi in gioco; alla vite 11 Ã ̈ associata una chiocciola 14 che presenta moto assiale quando la vite 11 Ã ̈ in rotazione. Il detto moto assiale della chiocciola 14 Ã ̈ orientato lungo un asse X di massima estensione del martello elettrico 3. The rotor 6 is connected to a device 11 capable of transforming the rotary motion into axial motion. In the specific case it is a ball screw 11; the screw 11 is subject to rotary motion and supported by a pair of bearings 12, 13 capable of withstanding the loads involved; a nut 14 is associated with the screw 11 which exhibits axial motion when the screw 11 is rotating. Said axial motion of the nut 14 is oriented along an X axis of maximum extension of the electric hammer 3.
La vite 11 e la chiocciola 14 presentano una scanalatura elicoidale all'interno della quale scorrono delle sfere (non rappresentate). Le viti 11 a ricircolo di sfere, dispositivi noti nel settore meccanico, presentano altissimi rendimenti, eccellenti comportamenti dinamici ed eccellente resistenza agli urti. Tali viti 11, infatti, presentano rendimenti al di sopra del 99%. E' possibile anche utilizzare altri dispositivi, come viti di manovra; tuttavia in questo caso si devono accettare dinamicità e rendimenti notevolmente più bassi. The screw 11 and the nut 14 have a helical groove inside which spheres (not shown) slide. The recirculating ball screws 11, known devices in the mechanical sector, have very high efficiency, excellent dynamic behavior and excellent resistance to impacts. These screws 11, in fact, have yields above 99%. It is also possible to use other devices, such as operating screws; however in this case dynamism and considerably lower returns must be accepted.
E’ necessario impedire la rotazione della chiocciola 14 tramite degli elementi di guida 15 vincolati al telaio 10. Gli elementi di guida forniscono pertanto una funzione di antirotazione per permettere il movimento lineare della chiocciola 14. It is necessary to prevent the rotation of the nut 14 by means of guiding elements 15 constrained to the frame 10. The guiding elements therefore provide an anti-rotation function to allow the linear movement of the nut 14.
Come illustrato in figura 3, gli elementi di guida 15 sono disposti in posizione opposta l’uno rispetto all’altro, radialmente disposti attorno alla circonferenza del martello elettrico 3, su due assi tra loro ortogonali. As illustrated in Figure 3, the guide elements 15 are arranged in an opposite position with respect to each other, radially arranged around the circumference of the electric hammer 3, on two mutually orthogonal axes.
La chiocciola 14 à ̈ in seguito collegata ad un elemento di prolunga 16 che a sua volta à ̈ collegato ad una massa battente 17. The nut 14 is then connected to an extension element 16 which in turn is connected to an impact mass 17.
Azionando il rotore 6 si ottiene quindi un movimento traslatorio della massa battente 17 che colpisce il palo 4. L'impatto conferisce al palo l'energia necessaria per essere infitto nel terreno. Sovente viene interposta una cuffia (non illustrata nelle figure annesse) tra la massa battente 17 e il palo 4, ed in particolare sull’estremità inferiore della massa battente 17 stessa; tale cuffia presenta una pluralità di elementi smorzanti necessaria per tenere nella posizione corretta il palo e ridurre l'energia che si scarica al telaio. By activating the rotor 6, a translational movement of the striking mass 17 is thus obtained which strikes the pole 4. The impact gives the pole the energy necessary to be driven into the ground. Often a hood (not shown in the attached figures) is interposed between the striking mass 17 and the pole 4, and in particular on the lower end of the striking mass 17 itself; this cap has a plurality of damping elements necessary to hold the pole in the correct position and reduce the energy that is discharged to the frame.
Mano a mano che il palo 4 entra nel terreno, il martello elettrico 3 ne segue il movimento continuando a generare impatti che ne provocano infine l'infissione completa. As the pole 4 enters the ground, the electric hammer 3 follows its movement, continuing to generate impacts which finally cause it to be completely driven.
Il rotore 6 à ̈ soggetto ad un movimento rotatorio alternato (ad esempio in senso orario prima e antiorario poi; o viceversa) e di conseguenza la massa battente 17 à ̈ soggetta ad un movimento traslatorio alternato, essendo diretta verso il basso (a colpire il palo 4) e poi di nuovo verso l’alto. La massa 17 può spostarsi da una posizione di massima quota ad una posizione di minima quota rispetto al terreno. Le due posizioni estreme rispettivamente di massima e minima quota sono rilevate da due sensori di posizione 18, 19. E’ presente inoltre un encoder 20 per rilevare la posizione angolare del rotore e di conseguenza sapere sempre dove si trova la massa battente. La massa battente genera l'impatto, sia per effetto della spinta dalla forza di gravità sia per effetto della spinta attivamente effettuata dalla chiocciola 14 della vite 11 a ricircolo azionata dal rotore 6. The rotor 6 is subject to an alternating rotational movement (for example clockwise first and then anticlockwise; or vice versa) and consequently the impacting mass 17 is subject to an alternating translatory movement, being directed downwards (to strike the pole 4) and then again upwards. The mass 17 can move from a position of maximum height to a position of minimum height with respect to the ground. The two extreme positions of maximum and minimum height respectively are detected by two position sensors 18, 19. There is also an encoder 20 to detect the angular position of the rotor and consequently always know where the impact mass is. The striking mass generates the impact, both as a result of the thrust of the force of gravity and the effect of the thrust actively carried out by the nut 14 of the recirculating screw 11 driven by the rotor 6.
Questo tipo di motori elettrici sono sovente chiamati “direct drive†in quanto presentano una architettura che permette di utilizzarli direttamente collegati al carico senza anteporre riduttori. Questo semplifica notevolmente la meccanica. Inoltre questi motori presentano altissime coppie e quindi abbinando la spinta generata da questo motore alla spinta dovuta alla forza di gravità che agisce sulla massa battente à ̈ possibile ottenere un trasferimento di alta energia specifica utilizzando masse battenti leggere. This type of electric motors are often called â € œdirect driveâ € as they have an architecture that allows them to be used directly connected to the load without prioritizing gearboxes. This greatly simplifies the mechanics. Furthermore, these motors have very high torques and therefore by combining the thrust generated by this engine with the thrust due to the force of gravity acting on the impact mass, it is possible to obtain a transfer of high specific energy using light impact masses.
I vantaggi del martello elettrico sono noti alla luce della descrizione che precede. In particolare, essendo un dispositivo completamente elettrico, non richiede olio idraulico e quindi risolve il problema dell'inquinamento ambientale legato alle emissioni dei magli diesel e allo smaltimento di olii idraulici nei magli idraulici. The advantages of the electric hammer are known in the light of the preceding description. In particular, being a completely electric device, it does not require hydraulic oil and therefore solves the problem of environmental pollution linked to the emissions of diesel hammers and the disposal of hydraulic oils in hydraulic hammers.
Inoltre, essendo un dispositivo elettrico, il martello elettrico oggetto della presente invenzione à ̈ idoneo e particolarmente adatto ad essere utilizzato su una macchina completamente elettrica e quindi a basso impatto ambientale. Questo lo rende adatto anche ad eventuali lavori in ambienti chiusi in cui non à ̈ possibile immettere direttamente nell'ambiente gas di scarico né à ̈ possibile utilizzare dispositivi eccessivamente rumorosi. Furthermore, being an electric device, the electric hammer object of the present invention is suitable and particularly suitable for use on a completely electric machine and therefore with a low environmental impact. This also makes it suitable for any work in closed environments where it is not possible to directly introduce exhaust gases into the environment nor to use excessively noisy devices.
L'utilizzo di motori elettrici direct drive intelligenti permette di controllare la dinamica degli urti adattandola al terreno per ricavare la maggior efficacia di infissione. E' possibile variare a piacere frequenza di urti ed energia di impatto, guadagnando un effetto sinergistico della componente gravitazionale, che comunque non sarebbe eludibile, con una forza impressa dalla rotazione del rotore 6, che à ̈ pertanto regolabile; in questo caso l’utente può vantaggiosamente operare il martello elettrico secondo la presente invenzione attraverso dei comandi elettricamente connessi con una unità di elaborazione dati. Attraverso l’encoder 20, elettricamente connesso con la unità di elaborazione dati à ̈ possibile monitorare e rilevare via software, di continuo, almeno la posizione della massa battente 17. The use of intelligent direct drive electric motors allows to control the dynamics of the impacts adapting it to the ground to obtain the greatest driving efficiency. It is possible to vary the frequency of shocks and impact energy at will, gaining a synergistic effect of the gravitational component, which in any case would not be eluding, with a force exerted by the rotation of the rotor 6, which is therefore adjustable; in this case the user can advantageously operate the electric hammer according to the present invention through commands electrically connected to a data processing unit. Through the encoder 20, electrically connected to the data processing unit, it is possible to continuously monitor and detect at least the position of the swing mass 17 via software.
E' possibile inoltre sfruttare le moderne tecniche software per il recupero energetico nelle fasi in cui la massa necessità di essere frenata. Infatti, alla fine di ogni urto la massa deve essere risollevata, frenata e ri-spinta in direzione del palo 4. Durante la fase di frenatura rotore 5 e statore 6 lavorano come un generatore di corrente alimentando ad esempio una batteria (non illustrata nelle figure annesse). It is also possible to exploit modern software techniques for energy recovery in the phases in which the mass needs to be braked. In fact, at the end of each impact the mass must be lifted, braked and pushed back towards the pole 4. During the braking phase, rotor 5 and stator 6 work as a current generator, feeding for example a battery (not shown in the figures annexes).
Abbinando alla forza di gravità la spinta del sistema motore direct drive e vite a ricircolo di sfere à ̈ possibile ottenere impatti non ottenibili con sistemi tradizionali, che richiederebbero grandi masse battenti e risulterebbero quindi molto lenti. A tutto questo si aggiunge il fatto che l’assenza di mezzi di riduzione, riduce la complessità meccanica del martello elettrico 3 rispetto all’arte nota, rendendolo quindi più economico da produrre e parimenti scevro da guasti dovuti a componenti meccanici complessi e delicati. By combining the force of gravity with the thrust of the direct drive motor system and ball screw, it is possible to obtain impacts that cannot be obtained with traditional systems, which would require large impact masses and would therefore be very slow. To all this is added the fact that the absence of reduction means reduces the mechanical complexity of the electric hammer 3 compared to the prior art, thus making it cheaper to produce and equally free from failures due to complex and delicate mechanical components. .
Infine, il martello elettrico 3 oggetto della presente invenzione può essere efficacemente operato anche in condizioni fortemente inclinate, potendo sfruttare non solo l'azione della forza gravitazionale ma anche quella attiva del motore 6 e della vite 11 a ricircolo. Finally, the electric hammer 3 object of the present invention can be effectively operated even in highly inclined conditions, being able to exploit not only the action of the gravitational force but also the active one of the motor 6 and of the recirculating screw 11.
Un ulteriore vantaggio del martello elettrico 3 oggetto della presente invenzione à ̈ che il rotore 6 non richiede cablaggi né potenza elettrica che sarebbe da trasmettere tramite complessi e delicati contatti striscianti. Infatti il campo magnetico necessario à ̈ generato direttamente da magneti permanenti. A further advantage of the electric hammer 3 object of the present invention is that the rotor 6 does not require wiring or electric power which would have to be transmitted through complex and delicate sliding contacts. In fact, the necessary magnetic field is generated directly by permanent magnets.
Meccanicamente, infine, il martello elettrico 3 oggetto della presente invenzione à ̈ molto semplice, con pochi componenti e quindi con una manutenzione minima, garantendo al contempo un altissimo rendimento globale, superiore al 90%. Finally, mechanically, the electric hammer 3 object of the present invention is very simple, with few components and therefore with minimal maintenance, while ensuring a very high overall efficiency, higher than 90%.
Al dispositivo fin qui descritto possono essere applicate alcune varianti, modifiche ed aggiunte ovvi per un tecnico del ramo senza per questo fuoriuscire dall’ambito di tutela fornito dalle rivendicazioni annesse. Some variants, modifications and additions that are obvious to a person skilled in the art can be applied to the device described up to now, without thereby departing from the scope of protection provided by the appended claims.
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| FR2581100A1 (en) * | 1985-04-29 | 1986-10-31 | Martelec | Electromagnetic driving ram |
| CN2594318Y (en) * | 2003-01-17 | 2003-12-24 | 丁焰 | Electric two-purpose machine for piling and punching |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1403420B1 (en) | 2013-10-17 |
| EP2468961B1 (en) | 2015-06-17 |
| EP2468961A1 (en) | 2012-06-27 |
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