ITUB20152626A1 - Ruota perfezionata per recupero energetico - Google Patents
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Description
RUOTA PERFEZIONATA PER RECUPERO ENERGETICO.
DESCRIZIONE
L’invenzione riguarda una ruota perfezionata per recupero energetico, particolarmente adatta ad essere impiegata per il recupero energetico in veicoli a propulsione elettrica.
Come è noto in molte tipologie di veicoli a propulsione elettrica oppure a propulsione ibrida, vengono installati dispositivi idonei a recuperare una parte dell’energia generata dal propulsore e che, inevitabilmente, viene dispersa per far funzionare il veicolo.
Ad esempio sono noti veicoli a propulsione elettrica provvisti di dispositivi che recuperano l’energia che si produce durante la frenata e la trasformano in energia elettrica che viene utilizzata per ricaricare le batterie che alimentano il propulsore elettrico del veicolo.
La presente invenzione intende realizzare una ruota perfezionata per veicoli che consenta il recupero di parte dell’energia che viene dispersa durante la marcia del veicolo sottoforma di deformazione elastica degli pneumatici.
E’ un altro scopo dell’invenzione realizzare un gruppo di generazione di corrente elettrica che utilizza l’energia recuperata da tale ruota perfezionata.
E’ non ultimo scopo dell’invenzione realizzare un veicolo ruotato a propulsione elettrica che utilizzi il suddetto gruppo di generazione di corrente elettrica.
Gli scopi detti sono raggiunti da una ruota perfezionata secondo la rivendicazione principale alla quale si farà riferimento.
Vantaggiosamente l’energia che viene recuperata può essere utilizzata per produrre energia elettrica utilizzabile nello stesso veicolo, ad esempio per la ricarica delle batterie che alimentano il propulsore elettrico oppure per l'alimentazione di altri dispositivi dello stesso veicolo.
Ancora vantaggiosamente tale recupero energetico comporta una riduzione dei consumi per la ricarica delle batterie che alimentano il propulsore elettrico del veicolo.
Inoltre, vantaggiosamente, tale recupero energetico può comportare, nei veicoli ibridi, un risparmio di consumo di carburante.
Infine, vantaggiosamente, tale recupero energetico consente anche l’aumento dell’autonomia di carica delle batterie che alimentano il propulsore elettrico e quindi una maggiore autonomia di marcia del veicolo.
Gli scopi ed i vantaggi elencati sono raggiunti da una ruota perfezionata la cui descrizione viene data qui di seguito a titolo indicativo e non limitativo facendo riferimento alle allegate tavole di disegno nelle quali:
- la fig. 1 rappresenta la ruota perfezionata dell’invenzione in vista frontale e parzialmente sezionata, durante il funzionamento;
- la fig. 2 rappresenta la sezione della ruota di fig. 1 realizzata secondo il piano di sezione X-X in una posizione di funzionamento; le figure da 2a a 2d rappresentano particolari ingranditi di fig. 2; - la fig. 3 rappresenta la sezione della ruota di fig. 1 realizzata secondo il piano di sezione Y-Y in un’altra posizione di funzionamento;
- le figure da 3a a 3d rappresentano particolari ingranditi di fig. 3; - la fig. 4 rappresenta la ruota dell’invenzione in vista esplosa;
- la fig. 5 rappresenta la ruota di fig. 4 parzialmente assemblata; - la fig. 6 rappresenta la ruota di fig. 5 completamente assemblata ed in posizione di riposo;
- la fig. 7 rappresenta un gruppo di generazione di corrente elettrica che utilizza la ruota dell’invenzione.
La ruota per veicoli oggetto dell’invenzione è rappresentata nelle figure da 1 a 7 ove è complessivamente indicata con 1.
Essa comprende un cerchione 2 provvisto di un mozzo 3 e di uno pneumatico 4 associato circonferenzialmente al cerchione 2.
Secondo l’invenzione la ruota 1 comprende una pluralità di attuatori idraulici 5 che sono disposti all’interno dello pneumatico 4 e sono compresi radialmente tra il cerchione 2 e lo pneumatico 4 ove ciascuno dei suddetti attuatori idraulici 5 comprende un cilindro 6 vincolato al cerchione 2 e nel quale è scorrevolmente accolto lo stantuffo 7 di uno stelo 8 sporgente dal cilindro 6 e vincolato allo pneumatico 4.
È evidente che in una differente forma esecutiva il cilindro 6 può essere vincolato allo pneumatico 4 mentre l’estremità dello stelo 8 può essere vincolata al cerchione 2.
Nel mozzo 3 sono presenti una via di mandata 11 ed una via di ritorno 12 che comunicano con i cilindri 6 tramite una pluralità di tubazioni 9, 10 e di valvole di controllo di flusso 13, 14 comunicanti con le suddette tubazioni 9, 10 e configurate per consentire la circolazione di olio idraulico tra i cilindri 6 e le vie di mandata 11 e di ritorno 12.
Inoltre si osserva che la via di mandata 11 comunica con un collettore rotante di mandata 15 ed analogamente la via di ritorno 12 comunica con un collettore rotante di ritorno 16 ove entrambi i suddetti collettori rotanti 15, 16 sono del tipo preferibilmente ma non necessariamente commerciale.
Per quanto concerne le tubazioni di mandata 9, 10 si osserva che esse comprendono:
una pluralità di tubazioni di mandata 9 ciascuna delle quali comunica con la via di mandata 11 ed è provvista di una valvola di controllo del flusso di mandata 13 dell’olio dai cilindri 6 verso la via di mandata 11 quando gli steli 8 degli stantuffi 7 si spostano verso l’interno dei cilindri 6;
una pluralità di tubazioni di ritorno 10 ciascuna delle quali comunica con la via di ritorno 12 ed è provvista di una valvola di controllo del flusso di ritorno 14 dell’olio dalla via di ritorno 12 verso i cilindri 6 quando gli steli 8 degli stantuffi 7 si spostano verso l’esterno dei suddetti cilindri 6.
Costruttivamente, con riferimento alle figure 2 e 3 le tubazioni di mandata 9 sono disposte tutte sulla destra del disegno mentre le tubazioni di ritorno 10 sono disposte tutte sulla sinistra e si sviluppano, con riferimento alla fig. 1 , radialmente alla ruota stessa tra ciascun cilindro 6 ed il mozzo 3.
In particolare, come si osserva nelle figure da 1 a 3 e come verrà più dettagliatamente spiegato in seguito, ciascun cilindro 6 comunica con una tubazione di mandata 9 e con una tubazione di ritorno 10 e questa configurazione garantisce la continuità del flusso dell’olio attraverso le vie di mandata 11 e di ritorno 12 durante la rotazione della ruota 1 nel passaggio degli attuatori idraulici 5 dalla condizione espansa alla condizione compressa e nuovamente alla condizione espansa.
Comunque sono possibili anche differenti forme esecutive, qui non rappresentate in cui una stessa tubazione di mandata ed una stessa tubazione di ritorno comunicano con più di un cilindro 6.
Per quanto concerne gli attuatori idraulici 5 ciascuno di essi è del tipo a semplice effetto con molla di ritorno 5a dello stelo 8 7 mentre per quanto concerne le valvole di controllo del flusso 13, 14 ciascuna di esse è una valvola unidirezionale a sfera del tipo normalmente chiuso.
Per quanto riguarda le valvole di controllo del flusso 13, 14 con riferimento alle figure di dettaglio da 2a a 2d e da 3a a 3d si osserva che esse comunicano con le rispettive tubazioni di mandata 9 e di ritorno 10 in modo che:
- ogni valvola di controllo del flusso di mandata 13, rappresentata in particolare nelle figure di dettaglio 2a, 2b e 3a, 3b, presenta il verso di apertura 13a concorde al flusso dell’olio rivolto verso la rispettiva tubazione di mandata 9 e quindi verso la rispettiva via di mandata 11 come si osserva in particolare nella fig. 2a;
- ogni valvola di controllo del flusso di ritorno 14 , rappresentata in particolare nelle figure di dettaglio 2c, 2d e 3c, 3d presenta il verso di apertura 14a concorde al flusso dell’olio rivolto verso il rispettivo cilindro 6 come si osserva in particolare nella fig. 3c.
In questo modo quando le molle di ritorno 5a degli attuatori 5”’ sono normalmente a riposo, non si registra alcuno spostamento degli steli 8 degli attuatori 5 e quindi le valvole di controllo del flusso di mandata 13 e di ritorno 14 risultano normalmente chiuse e di conseguenza non si registra alcun flusso d’olio attraverso le rispettive vie di mandata 11 e di ritorno 12 come si osserva in particolare nelle figure 2c, 2d e 2c, 3d.
Quando invece nei cilindri 6 degli attuatori 5’ l’olio viene compresso, le valvole di controllo del flusso di mandata 13, fig. 2a, si aprono per consentire il flusso dell’olio attraverso la via di mandata 11 mentre le valvole di controllo del flusso di ritorno 14, fig. 2c, vengono mantenute chiuse dalla stessa pressione dell’olio esistente all’interno del cilindro 6 che agisce su di esse nello stesso verso di spinta della molla che mantiene la valvola normalmente chiusa.
Infine quando nei cilindri 6 degli attuatori 5” l’olio viene aspirato, le valvole di controllo del flusso di mandata 13, fig. 3a, vengono mantenute chiuse dalla depressione generata dal rientro dello stantuffo 7 nel cilindro 6 mentre le valvole di controllo del flusso di ritorno 14, fig. 3d, vengono aperte dalla stessa depressione e consentono il flusso all’Interno del cilindro 6 dell’olio proveniente dalla via di ritorno 12.
Per quanto riguarda il cerchione 2 che compone la ruota 1, si osserva, in particolare nelle figure da 4 a 6, che esso comprende: - una struttura interna 20 che supporta gli attuatori idraulici 5, le tubazioni 9, 10 ed il mozzo 3
ed
- una struttura esterna 30 la quale è fissabile amovibilmente alla struttura interna 20 tramite mezzi di fissaggio 33 ed è configurata per definire una sede sagomata 34 atta ad accogliere lo pneumatico 4.
In particolare la struttura interna 20, come si osserva in particolare nelle figure 4 e 5, comprende una coppia di contro-flange 21, 22 associate radialmente al mozzo 3 e distanziate assialmente tra loro, tra le quali è compreso un supporto centrale 23 anch’esso associato al mozzo 3.
Inoltre è presente un corpo anulare 24 al quale sono associati i cilindri 6 degli attuatori 5, che è disposto coassiale esternamente al mozzo 3 ed è associato esternamente al supporto centrale 23.
Infine le tubazioni 9, 10 sono disposte in modo che, come già accennato in precedenza, ciascuna di esse collega una rispettiva via 11, 12 del mozzo 3 ad uno stesso cilindro 6 degli attuatori 5.
Per quanto concerne invece la struttura esterna 30 si osserva che essa comprende una coppia di flange sagomate 31, 32 ciascuna delle quali è configurata per essere amovibilmente collegata a ridosso della corrispondente contro flangia 21, 22 mediante mezzi amovibili di fissaggio 33 che preferibilmente ma non necessariamente sono costituiti da viti.
La ruota 1 dell’invenzione può vantaggiosamente essere applicata ad un veicolo ed operativamente, con particolare riferimento alle figure da 1 a 3, quando durante la rotazione della ruota 1 gli stantuffi 7 si spostano verso l'interno dei cilindri 6, l’olio viene messo in pressione e fluisce dai cilindri 6 verso la via di mandata 11 mentre quando gli stantuffi 7 si spostano verso l’esterno dei cilindri 6 l’olio fluisce dalla via di ritorno 12 verso i cilindri 6.
Sostanzialmente, con riferimento alla fig. 1 quando la ruota gira nel verso orario indicato dalla freccia in fig. 1 , gli attuatori idraulici 5’ che sono disposti in corrispondenza della prima zona A dello pneumatico 4 a contatto con il suolo S vengono progressivamente compressi per la deformazione che lo pneumatico 4 subisce per effetto del peso del veicolo al quale la ruota 1 è applicata.
Più in particolare la prima zona di contatto A è compresa tra il punto di primo contatto A1 ed un punto di massimo contatto A2 corrispondente al punto di intersezione con il suolo S della verticale passante per il centro C di detto mozzo 3.
I cilindri 6 degli attuatori 5 disposti in corrispondenza di detta prima zona di contatto A presentano dette valvole di controllo del flusso di ritorno 14 chiuse e le valvole di controllo del flusso di mandata 13 aperte per consentire, per compressione, il flusso di olio dai rispettivi cilindri 6 lungo le tubazioni di mandata 9 e verso detta via di mandata 11, durante lo spostamento degli stantuffi 7 verso l’interno di detti cilindri 6 e la compressione delle molle di ritorno 5a degli attuatori 5 per la deformazione progressiva dello pneumatico 4 a contatto del suolo S;
In altre parole gli stantuffi 7 rientrano nei rispettivi cilindri 6, mettono in pressione l’olio e lo pompano verso la via di mandata 11 attraverso le valvole di controllo del flusso di mandata 13 che, come precedentemente spiegato, si aprono come si osserva in fig. 2 e particolarmente in fig.2a.
Contemporaneamente, gli attuatori idraulici 5” compresi nella seconda zona di contatto B iniziano progressivamente la loro espansione per effetto del recupero elastico dello pneumatico 4 e delle molle di ritorno 5a le quali richiamano gli stantuffi 7 verso l’esterno dei rispettivi cilindri 6.
In particolare la seconda zona di contatto B è compresa tra il punto di massimo contatto A2 ed il punto di fine contatto B2 che corrisponde al punto di ritorno a riposo per recupero elastico dello pneumatico 4 e delle molle di ritorno 5a.
I cilindri 6 degli attuatori 5 disposti in corrispondenza della seconda zona di contatto B presentano le valvole di controllo del flusso di mandata 13 chiuse e le valvole di controllo del flusso di ritorno 14 aperte per consentire, per aspirazione, il flusso di olio dalle rispettive tubazioni di ritorno 10 verso i cilindri 6 durante lo spostamento di detti stantuffi 7 verso l’esterno di detti cilindri 6 per il recupero elastico dello pneumatico 4 e delle molle di ritorno 5a.
In questa situazione gli stantuffi 7 che fuoriescono dai rispettivi cilindri 6 generano l’aspirazione dell’olio che dalla via di aspirazione 12 fluisce verso l’interno dei cilindri 6 attraverso le valvole di controllo del flusso di ritorno 14 che, come precedentemente spiegato, si aprono come si osserva in fig. 3 e particolarmente in fig. 3c.
L’azione di richiamo delle molle di ritorno 5a continua fino alla fine della zona B ed in particolare in corrispondenza del punto B2 in cui le molle di ritorno 5a, avendo esaurito la loro spinta elastica ed essendo ritornate nella condizione di riposo e lo pneumatico 4 essendo ritornato nella condizione iniziale non deformata, terminano l’azione di richiamo degli stantuffi 7.
Nessuna circolazione di olio si manifesta quindi attraverso la via di mandata 11 e di ritorno 12 ad opera dei cilindri 6 degli attuatori 5’” al di fuori delle zone A e B quando le rispettive molle di ritorno 5a degli stantuffi 7 sono normalmente a riposo e lo pneumatico 4 non è deformato.
Sostanzialmente l’azione di pompaggio dell’olio attraverso le vie di mandata 11 e di ritorno 12 è prodotta soltanto dagli attuatori 5 compresi nel tratto A-B rappresentato in fig. 1 che corrisponde alla zona in cui le molle di ritorno 5a sono sollecitate e lo pneumatico 4 è deformato dal contatto con il suolo S durante la rotazione della ruota 1.
Quindi durante la rotazione della ruota 1 il susseguirsi continuo di stati di compressione e di aspirazione dell’olio genera un flusso continuo di olio in mandata e in ritorno può essere vantaggiosamente utilizzato in un gruppo di generazione di corrente elettrica che è visibile in fig. 7 ove è indicato complessivamente con 50.
Il suddetto gruppo 50 può essere applicato ad un veicolo a trazione elettrica oppure a trazione ibrida, non rappresentati, provvisto di ruote 1 dell’invenzione, ove il suddetto gruppo di generazione comprende un motore idraulico 51 avente l’albero motore 52 accoppiato ad un generatore di energia elettrica 53.
In ciascuna ruota 1 la via di mandata 11 viene collegata alla via di alimentazione 55 del motore idraulico 51 tramite un condotto di mandata 54 e ciascuna via di ritorno 12 viene collegata alla via di scarico 57 del motore idraulico 51 tramite in condotto di ritorno 56. Inoltre, preferibilmente ma non necessariamente, il gruppo di generazione 50 comprende anche un regolatore di pressione 58 ed un radiatore di raffreddamento 59 dell’olio.
In questo modo durante la rotazione delle ruote 1 si genera la circolazione continua di olio in pressione attraverso il motore idraulico 51 che a sua volta porta in rotazione il generatore 53; l’energia prodotta dal generatore 53 può essere utilizzare per ricaricare in modo continuo le batterie di alimentazione del propulsore elettrico oppure per alimentare altri dispositivi del veicolo.
In base a quanto descritto si comprende quindi che la ruota dell’invenzione raggiunge tutti gli scopi prefissati.
In particolare l’applicazione della ruota dell’invenzione ad un veicolo con propulsore elettrico consente di recuperare parte dell’energia di deformazione degli pneumatici che verrebbe altrimenti persa e di trasformarla in energia elettrica utilizzabile nello stesso veicolo.
In fase esecutiva alla ruota dell’invenzione potranno essere apportate modifiche e varianti non descritte e non rappresentate nelle figure che qualora dovessero rientrare nell’ambito delle rivendicazioni che seguono, si dovranno senz’altro ritenere tutte protette dal presente brevetto.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1) Ruota (1) per veicoli comprendente un cerchione (2) provvisto di un mozzo (3) che definisce l’asse di rotazione (C) di detta ruota (1) e di uno pneumatico (4) adatto ad entrare in contatto con il suolo (S) durante la rotazione di detta ruota (1) ed associato circonferenzialmente a detto cerchione (2), caratterizzata dal fatto di comprendere: una pluralità di attuatori idraulici (5, 5’, 5”, 5’”) disposti radialmente tra detto cerchione (2) e detto pneumatico (4), ciascuno di detti attuatori idraulici (5, 5’, 5”, 5’”) comprendendo un cilindro (6) vincolato a detto cerchione oppure a detto pneumatico, nel quale è scorrevolmente accolto lo stantuffo (7) di uno stelo (8) sporgente da detto cilindro (6) e vincolato a detto pneumatico oppure a detto cerchione; almeno una via di mandata (11) ed almeno una via di ritorno (12) realizzate in detto mozzo (3) e comunicanti con detti cilindri (6) tramite una pluralità di tubazioni (9, 10); valvole di controllo di flusso (13, 14) comunicanti con dette tubazioni (9, 10) e configurate per consentire la circolazione di olio idraulico da detti cilindri (6) verso detta via di mandata (11) quando detto stantuffo (7) si sposta verso l’interno di detto cilindro (6) e da detta via di ritorno (12) verso detti cilindri (6) quando detto stantuffo (7) si sposta verso l’esterno di detto cilindro (6).
- 2) Ruota (1) per veicoli secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che dette tubazioni (9, 10) comprendono: una pluralità di tubazioni di mandata (9) ciascuna comunicante con detta via di mandata (11) e provvista di una valvola di controllo del flusso di mandata (13) dell’olio da detti cilindri (6) verso detta via di mandata (11) quando detti stantuffi (7) di detti attuatori (5, 5’, 5”, 5”’) si spostano verso l’interno di detti cilindri (6) ed una pluralità di tubazioni di ritorno (10) ciascuna comunicante con detta via di ritorno (12) e provvista di una valvola di controllo del flusso di ritorno (14) dell’olio da detta via di ritorno (12) verso detti cilindri (6) quando detti stantuffi (7) si spostano verso l’esterno di detti cilindri (6).
- 3) Ruota secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascuno di detti attuatori (5, 5’, 5”, 5”’) è del tipo a semplice effetto con molla di ritorno (5a) e durante la rotazione di detta ruota (1) detto pneumatico (4) si deforma per contatto con il suolo (S) definendo: una prima zona di contatto (A) compresa tra il punto di primo contatto (A1) ed un punto di massimo contatto (A2) corrispondente al punto di intersezione con il suolo (S) della verticale passante per il centro (C) di detto mozzo (3), detti cilindri (6) di detti attuatori (5’) disposti in corrispondenza di detta prima zona di contatto (A) presentando dette valvole di controllo del flusso di ritorno (14) chiuse e dette valvole di controllo del flusso di mandata (13) aperte per consentire il flusso di olio dai rispettivi cilindri (6) lungo dette tubazioni di mandata (9) e verso detta via di mandata (11) per compressione dell’olio in seguito allo spostamento di detti stantuffi (7) verso l’interno di detti cilindri (6) causato della deformazione progressiva di detto pneumatico (4) a contatto del suolo (S); una seconda zona di contatto (B) compresa tra detto punto di massimo contatto (A2) ed il punto di fine contatto (B2) corrispondente al punto di ritorno a riposo di dette molle di ritorno (5a), detti cilindri (6) di detti attuatori (5”) disposti in corrispondenza di detta seconda zona di contatto (B) presentando dette valvole di controllo del flusso di mandata (13) chiuse e dette ritorno (14) aperte per consentire il flusso di olio dalle rispettive tubazioni di ritorno (10) verso detti cilindri (6) per aspirazione dell’olio in seguito allo spostamento di detti stantuffi (7) verso l’esterno di detti cilindri (6) causato dal ritorno elastico di detto pneumatico (4) e di dette molle di ritorno (5a).
- 4) Ruota (1 ) per veicoli secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che ciascuna di dette valvole di controllo del flusso (13, 14) è una valvola unidirezionale a sfera normalmente chiusa.
- 5) Ruota (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta via di mandata (11 ) comunica con un collettore rotante di mandata (15) e detta via di ritorno (12) comunica con un collettore rotante di ritorno (16).
- 6) Ruota (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto cerchione (2) comprende: una struttura interna (20) che supporta detti attuatori idraulici (5, 5’, 5”, 5”’), dette tubazioni (9, 10) e detto mozzo (3); una struttura esterna (30) associabile amovibilmente a detta struttura interna (20) tramite mezzi di fissaggio (33) e configurata per definire una sede sagomata (34) atta ad accogliere detto pneumatico (4).
- 7) Ruota (1) secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detta struttura interna (20) comprende: una coppia di controflange (21 , 22) associate radialmente a detto mozzo (3) e distanziate assialmente tra loro; un supporto centrale (23) associato a detto mozzo (3) e compreso tra dette controflange (21 , 22); un corpo anulare (24) al quale sono associati detti cilindri (6) di detti attuatori (5, 5’, 5”, 5”’), disposto coassiale esternamente a detto mozzo (3) ed associato esternamente a detto supporto centrale (23); dette tubazioni (9, 10) ciascuna delle quali collega una rispettiva di dette vie (11 , 12) di detto mozzo (3) ed un rispettivo cilindro (6) di detti attuatori (5, 5’, 5”, 5’”).
- 8) Ruota (1 ) secondo la rivendicazione 6 oppure 7, caratterizzata dal fatto che detta struttura esterna (30) comprende una coppia di flange sagomate (31 , 32) ciascuna configurata per essere amovibilmente collegata a ridosso di una corrispondente di dette controflange (21 , 22) mediante detti mezzi amovibili di fissaggio (33).
- 9) Gruppo di generazione di corrente elettrica (50) per un veicolo provvisto di ruote, detto gruppo (50) comprendendo un motore idraulico (51) avente l’albero motore (52) accoppiato ad un generatore di energia elettrica (53), caratterizzato dal fatto che una o più di dette ruote di detto veicolo è realizzata secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8 e detto gruppo (50) comprende almeno un condotto di mandata (53) che collega la via di mandata (11) di detta ruota (1) alla via di alimentazione (54) di detto motore idraulico (51 ) ed almeno un condotto di ritorno (55) che collega detta via di ritorno (12) di detta ruota (1) alla via di scarico (56) di detto motore idraulico (51).
- 10) Veicolo provvisto di ruote e comprendente un propulsore elettrico configurato per porre in rotazione dette ruote, caratterizzato dal fatto di comprendere un gruppo di generazione di corrente elettrica (50) secondo la rivendicazione 9. Per incarico.
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