ITTO20101048A1 - Martello elettrico. - Google Patents

Description

Martello elettrico.

La presente invenzione riguarda il campo dei martelli elettrici.

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.

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.

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%.

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.

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.

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.

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.

Scopo della presente invenzione à ̈ quindi quello di descrivere martello elettrico quale sia esente dagli inconvenienti sopra descritti.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un martello elettrico come rivendicato nella prima rivendicazione.

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- in figura 1 Ã ̈ rappresentata una macchina operatrice e il dispositivo in una sua forma realizzativa preferenziale;

- in figura 2 Ã ̈ rappresentata in dettaglio la sezione principale del dispositivo;

- in figura 3 Ã ̈ rappresentata una sezione della vista di figura.

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.

Il palo da infissione 4 può essere metallico o di calcestruzzo prefabbricato.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

La chiocciola 14 à ̈ in seguito collegata ad un elemento di prolunga 16 che a sua volta à ̈ collegato ad una massa battente 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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%.

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.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1) Martello elettrico (3), specificamente progettato per battere su un palo (4) da infiggere nel terreno; il detto martello elettrico (3) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere un motore elettrico a magneti permanenti avente un rotore (6) meccanicamente connesso con un dispositivo di trasformazione di moto (11) da un moto rotatorio a un moto assiale; il detto martello elettrico (3) comprendendo inoltre una massa battente (17); il dispositivo di trasformazione di moto (11) muovendo assialmente la detta massa battente (17) tra una prima ed una seconda quota; la detta massa battente (17) essendo suscettibile di colpire in uso il detto palo (4).
2. 2) Martello elettrico secondo la rivendicazione 1, in cui il detto dispositivo di trasformazione di moto (11) Ã ̈ una vite a ricircolo di sfere.
3. 3) Martello elettrico secondo la rivendicazione 2, comprendente inoltre una coppia di cuscinetti (12, 13); la detta coppia di cuscinetti (12, 13) sostenendo la detta vite a ricircolo di sfere.
4. 4) Martello elettrico secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre una chiocciola (14) assialmente mobile lungo una direzione di massima estensione del detto martello elettrico (3).
5. 5) Martello elettrico secondo la rivendicazione 4, comprendente inoltre un mezzo di prolunga (16) meccanicamente connettente la detta chiocciola (14) con la detta massa battente (17).
6. 6) Martello elettrico secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre una cuffia smorzante associata a detta massa battente (17).
7. 7) Martello elettrico secondo la rivendicazione 1, in cui il detto rotore (6) presenta un movimento rotatorio alternativamente in un senso orario e in un senso antiorario.
8. 8) Martello elettrico secondo la rivendicazione 1, in cui il detto motore elettrico à ̈ associato a detto dispositivo di trasformazione di moto (11) senza interposizione di mezzi riduttori.
9. 9) Martello elettrico secondo la rivendicazione 1, in cui i detti magneti permanenti sono posizionati tutto attorno al detto rotore (6) e sono comprendenti terre rare.
10. 10) Martello elettrico secondo la rivendicazione 1, in cui il detto motore elettrico comprende uno statore (5) vincolato ad una carcassa esterna (8) del detto motore elettrico, fissa e non rotante.
11. 11) Martello elettrico secondo la rivendicazione 10, in cui la detta carcassa (8) à ̈ vincolata ad un telaio (10) del detto martello elettrico (3); il detto telaio (10) essendo suscettibile di collegare in uso il detto martello elettrico (3) ad una antenna (2) di una macchina operatrice (1) lasciando al martello elettrico (3) la possibilità di traslare lungo l’antenna (2).
12. 12) Martello elettrico secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente inoltre dei mezzi sensori di posizione (18, 19); i detti mezzi sensori di posizione (18, 19) rivelando una prima ed una seconda posizione estrema di una corsa della detta massa battente (17).
13. 13) Martello elettrico secondo la rivendicazione 1, in cui la detta massa battente (17) si muove con una velocità e forza impresse almeno dal detto motore elettrico.
14. 14) Martello elettrico secondo la rivendicazione 13, in cui la detta massa battente (17), in uso, à ̈ suscettibile di battere su detto palo (4) con un’azione combinata di gravità e movimento indotto dal detto motore elettrico.
15. 15) Macchina operatrice (1) di infissione di pali 4, comprendente un martello elettrico (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-14.