ITTO20130500A1 - Stabilizzatore giroscopico per imbarcazioni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: “Stabilizzatore giroscopico per imbarcazioniâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad uno stabilizzatore giroscopico anti rollio per imbarcazioni, del tipo definito nel preambolo della rivendicazione 1, comprendente un’intelaiatura fissa cui à ̈ collegato un telaio, girevole attorno ad un primo asse, a supporto di un volano, girevole attorno ad un secondo asse, perpendicolare al primo asse.

Uno stabilizzatore giroscopico anti rollio del tipo suddetto sfrutta l’effetto giroscopico per smorzare l’oscillazione di rollio dell’imbarcazione su cui lo stabilizzatore à ̈ montato.

L’effetto giroscopico si verifica allorquando una massa, posta in rotazione attorno ad un generico primo asse, a causa dell’intervento di una forza esterna subisce una rotazione attorno ad un secondo asse perpendicolare al primo asse, generando un movimento di precessione del primo asse verso una direzione perpendicolare al piano individuato da detti primo e secondo asse.

Lo stabilizzatore giroscopico esplica lo smorzamento di cui sopra opponendo al moto di rollio una reazione in controfase rispetto ad esso; ad esempio, se si suppone che il moto di rollio abbia una caratteristica sinusoidale (solitamente in fase con la forzante, ovvero con l’onda, nel caso di un’imbarcazione), la reazione ideale dello stabilizzatore avrebbe una caratteristica, anch’essa sinusoidale, fuori fase di 180° rispetto a quella di eccitazione.

Sussiste, inoltre, il problema di evitare che l’azione, esplicata dall’effetto giroscopico sugli elementi di supporto del volano, si concentri nell’arco di transitori temporali troppo brevi, ciò al fine di non sollecitare eccessivamente tali elementi di supporto. Lo stato della tecnica contempla, quale soluzione al suddetto problema, l’uso di dispositivi smorzanti la velocità di precessione, agenti su almeno uno dei perni di collegamento tra intelaiatura fissa, solidale all’imbarcazione, e telaio di supporto del volano. Generalmente, detto telaio à ̈ sospeso e oscillabile rispetto all’intelaiatura.

L’oscillazione del telaio va limitata non solo in velocità, ma anche in ampiezza angolare, perché non si infici il contributo dell’effetto giroscopico alla stabilizzazione del moto di rollio: infatti, all’aumentare dell’ampiezza di oscillazione, l’effetto giroscopico tenderà sempre più a diminuire la sua funzione di contrasto del rollio, contribuendo invece all’imbardata dell’imbarcazione. In forza di tale considerazione, si evince che il massimo contributo dell’effetto giroscopico alla stabilizzazione del rollio si ottiene per ampiezze del moto di precessione prossime a zero, rispetto alla direzione che l’asse di rotazione del volano assumerebbe, relativamente ad un riferimento fisso solidale all’intelaiatura esterna, nel caso in cui il sistema intelaiatura stazionaria-telaio oscillantevolano fosse in una condizione imperturbata da forze esterne.

Invece, gli elementi smorzanti delegati a limitare ampiezza e velocità di oscillazione del telaio non concorrono al ripristino della configurazione ottimale, ciò perché ostacolano (o, al limite, non agevolano) il ritorno dell’asse di rotazione del volano nella posizione che esso avrebbe assunto, relativamente ad un riferimento fisso soli dale all’intelaiatura esterna, nel caso in cui il sistema intelaiatura stazionaria-telaio oscillantevolano fosse stato in una condizione imperturbata.

Questa carenza funzionale comporta principalmente due problemi: di efficienza del dispositivo, in quanto ne viene ridotta la capacità di influire sulla stabilizzazione del moto di rollio, stante il fatto che non à ̈ prevista alcuna soluzione attiva di ripristino della configurazione ottimale delle posizioni relative tra intelaiatura, telaio e volano; di reattività del dispositivo, poiché esso tende a permanere per inerzia nella configurazione perturbata, ostacolando, ad esempio, un’eventuale manovra di contro-virata in cui, ad una prima virata verso un lato dello scafo, se ne faccia rapidamente seguire una seconda verso il lato opposto.

La presente invenzione ovvia a tutti i precedenti inconvenienti, associando ai mezzi smorzanti, sopra menzionati, dei mezzi elastici che, a seguito di una perturbazione indotta dall’esterno sul sistema intelaiatura stazionaria-telaio oscillantevolano, riportano lo stabilizzatore nella sua configurazione operativa ottimale.

Verranno ora descritte le caratteristiche strutturali e funzionali di una pluralità di forme di realizzazione preferite ma non limitative di uno stabilizzatore giroscopico anti rollio secondo l’invenzione; si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica che illustra uno stabilizzatore giroscopico anti rollio per imbarcazioni, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 2 Ã ̈ una vista laterale in sezione dello stabilizzatore in figura 1;

la figura 3 à ̈ una vista prospettica dello stabilizzatore secondo un’altra forma di realizzazione;

la figura 4 à ̈ una vista dall’alto dello stabilizzatore in figura 3;

la figura 5 Ã ̈ una vista in sezione secondo la traccia V-V dello stabilizzatore in figura 4;

Prima di spiegare nel dettaglio una pluralità di forme di realizzazione dell’invenzione, va chiarito che l’invenzione non à ̈ limitata nella sua applicazione ai dettagli costruttivi e alla configurazione dei componenti presentati nella seguente descrizione o illustrati nei disegni. L’invenzione à ̈ in grado di assumere altre forme di realizzazione e di essere attuata o realizzata praticamente in diversi modi. Si deve anche intendere che la fraseologia e la terminologia hanno scopo descrittivo e non dovrebbero essere intese come limitative. L’utilizzo di “includere†e “comprendere†e le loro variazioni sono da intendersi come ricomprendenti gli elementi enunciati a seguire e i loro equivalenti, così come anche elementi aggiuntivi e gli equivalenti di questi.

Facendo ora riferimento alle figure 1 e 2, uno stabilizzatore giroscopico 10 comprende un’intelaiatura stazionaria 12, solidale allo scafo di un’imbarcazione. L’intelaiatura stazionaria 12, tramite montanti 14, supporta un telaio oscillante 16 mediante mozzi 24. Il telaio 16 à ̈ oscillabile, rispetto all’intelaiatura stazionaria 12, attorno ad un asse A.

Al telaio oscillante 16 à ̈ collegato un volano 18, girevole attorno ad un asse V per mezzo di un motore 20. Una piastra sommitale 22 può essere posta a chiusura del telaio oscillante 16.

Il mozzo 24 comprende un perno 28, che si estende lungo l’asse A, e una flangia 26, che si estende trasversalmente all’asse A. La flangia 26 presenta sul profilo esterno una corona dentata 27. Alla flangia 26, tramite la corona dentata 27, sono collegati dispositivi elastico-smorzanti 30. I dispositivi 30 comprendono, nella forma di realizzazione qui illustrata, un elemento idraulico di smorzamento 34, di tipo di per sé noto, che espleta sostanzialmente la funzione di limitare la velocità massima di oscillazione del telaio oscillante 16. In via opzionale, gli elementi idraulici 34 sono provvisti di opportune valvole interne, con cui gli elementi idraulici 34 sono in grado non solo di limitare superiormente la velocità di oscillazione del telaio oscillante 16, ma anche di regolarla secondo una legge prestabilita.

In un’altra forma di realizzazione, l’elemento di smorzamento 34 à ̈ di tipo pneumatico, anziché idraulico.

Gli elementi idraulici 34 sono, nella forma di realizzazione illustrata, una coppia di ammortizzatori telescopici a semplice effetto, aventi pari capacità dei volumi interni, collegati idraulicamente l’un l’altro tramite condotti, non illustrati, sicché allo svuotamento di uno corrisponde il riempimento dell’altro. L’elemento idraulico 34 comprende una carcassa cilindrica esterna 35, fissata all’intelaiatura stazionaria 12 mediante elementi di fissaggio, non illustrati.

A ciascun elemento idraulico 34 à ̈ accoppiato, secondo una forma di realizzazione vantaggiosa, un elemento elastico 32, mediante uno stelo 36. L’elemento elastico 32 esercita una forza di richiamo sul telaio oscillante 16, affinché l’asse V di rotazione del volano 18 si disponga nella posizione che esso avrebbe assunto, relativamente all’intelaiatura stazionaria 12, nel caso in cui il sistema intelaiatura stazionaria-telaio oscillantevolano fosse stato in una configurazione imperturbata. In questo caso, la configurazione imperturbata, ovvero la posizione relativa di volano 18, telaio oscillante 16 e intelaiatura stazionaria 12 che garantisce il massimo contributo alla stabilizzazione del moto di rollio, si ottiene quando l’asse V del volano 18 ha direzione normale al piano di fissaggio dell’intelaiatura stazionaria 12, solidale allo scafo dell’imbarcazione.

L’azione di richiamo, esercitata dall’elemento elastico 32, si esplica mediante ingranamento della corona dentata 27, solidale alla flangia 26, con una cremagliera 40, resa solidale allo stelo 36 mediante un’asta di supporto 38.

L’elemento elastico 32 comprende una sede tubolare 44, fissata all’intelaiatura stazionaria 12 mediante elementi di fissaggio, non illustrati. Nella sede tubolare 44 à ̈ alloggiata una molla elicoidale 46, avente un’estremità distale 46a alla quale à ̈ collegata una vite di regolazione 50. Ad un’estremità prossimale 46b della molla 46 à ̈ collegato un tampone 48, solidale ad un’estremità prossimale 36a dello stelo 36. Le espressioni “distale†e “prossimale†vanno intese come riferentesi ad un riferimento centrato sul mozzo 24.

Una guida cilindrica cava 49, aggettante dal tampone 48, guida la molla 46 durante la sua deformazione, sino ad un’escursione massima che porti un fondo interno 49a della guida 49 in battuta su di un’estremità prossimale 50a della vite 50. Regolando la vite 50, viene modificata la posizione di fondo corsa nella quale il fondo interno 49a della guida 49 si attesta contro l’estremità prossimale 50a della vite 50, in una condizione di massima compressione della molla 46 e di massima inclinazione del telaio oscillante 16. Inoltre, in una vantaggiosa forma di realizzazione, la vite 50 viene impiegata per la regolazione non solo del fondo corsa, ma anche del precarico della molla 46; in questo modo, à ̈ possibile variare la caratteristica di risposta elastica della molla 46.

Pertanto, l’oscillazione del telaio 16 attorno all’asse A à ̈ smorzata in velocità per mezzo degli elementi idraulici 34, contrastata dall’azione dei mezzi elastici 32, e limitata in ampiezza dalla corsa massima degli stessi elementi elastici 32, stabilita dalla massima distanza tra il fondo interno 49a della guida 49 e l’estremità prossimale 50a della vite 50.

Onde evitare che gli steli 36 si flettano per via della duplice sollecitazione proveniente dagli elementi idraulici 34 e dagli elementi elastici 32, gli steli 36 sono preferibilmente guidati da strutture di sostegno 42, comprendenti una cassa di supporto 52, solidale all’intelaiatura stazionaria 12, e un rullo 54 girevole sullo stelo 36.

La forma di realizzazione illustrata nelle figure 1 e 2 prevede due ammortizzatori a semplice effetto e due molle elicoidali ad essi accoppiate tramite steli dotati di cremagliere; in un’altra forma di realizzazione, non illustrata, si ha un unico elemento smorzante 34 a doppio effetto (capace quindi di lavorare sia in trazione che in compressione), collegato alla corona dentata 27 mediante la cremagliera 40 di uno stelo 36 avente estremità prossimale 36a libera, ovvero non connessa all’elemento elastico 32. Per contro, l’elemento elastico 32 sarà invece montato, rispetto al mozzo 24, in posizione speculare e diametralmente opposta all’elemento idraulico 34. A sua volta, l’elemento elastico 32 sarà collegato alla corona dentata 27 mediante la cremagliera 40 di uno stelo 36 avente estremità prossimale 36a libera, ovvero non connessa all’elemento idraulico 34.

In un’altra forma di realizzazione, non illustrata, gli elementi elastici 32, anziché comprendere la molla elicoidale 46, sono molle ad aria; in questo caso, la corsa massima di compressione, invece di essere compresa tra l’estremità prossimale 50a della vite 50 e il fondo 49a della guida 49, sarà opzionalmente delimitata dalla distanza di due tamponi interni alle molle, solidali alle flange esterne cui sono fissate le membrane flessibili delle molle ad aria.

Facendo ora riferimento alle figure 3, 4, 5, si descriverà un’ulteriore forma di realizzazione di uno stabilizzatore giroscopico secondo l’invenzione.

Uno stabilizzatore giroscopico 59 comprende un volano 60, un telaio oscillante 62 e un’intelaiatura stazionaria esterna 64.

L’intelaiatura 64 à ̈ fissabile solidalmente allo scafo dell’imbarcazione. Il telaio oscillante 62 comprende in questo esempio una corona basale 62a, due montanti 62b verticali, che supportano il volano 60 mediante perni 61, ed un anello interno 62c. La corona basale 62a à ̈ girevole e accolta concentricamente nell’intelaiatura stazionaria 64.

Il volano 60 à ̈ girevole attorno ad un asse B: l’asse B risulta parallelo al piano di fissaggio dell’intelaiatura stazionaria 64 allo scafo dell’imbarcazione, e perpendicolare all’asse longitudinale dell’imbarcazione. Il telaio oscillante 62 à ̈ invece girevole attorno ad un asse C, il quale asse C ha direzione normale al piano di fissaggio dell’intelaiatura stazionaria 64.

Pertanto, un’oscillazione di rollio attorno ad un asse perpendicolare all’asse B di rotazione del volano 60 genera, per effetto giroscopico, una rotazione del telaio oscillante 62 attorno all’asse C, rispetto all’intelaiatura stazionaria 64.

L’intelaiatura stazionaria 64 comprende un anello esterno 64a, sovrapposto ad una piastra basale 64b di forma anulare; la corona basale 62a del telaio 62 oscilla concentricamente rispetto alla piastra basale 64b. Di preferenza, la corona basale 62a presenta, sulla corona esterna, una sede 87b che, accoppiata ad una complementare sede 87a ricavata nella piastra basale 64b, forma una sede 87 di alloggiamento di elementi di rotolamento 86. Nell’esempio illustrato, le sedi 87a e 87b hanno forma semi-toroidale, e pertanto il loro accoppiamento genera una sede toroidale 87 atta ad alloggiare delle sfere di rotolamento. Secondo un’altra forma di realizzazione, non illustrata, la sede 87, opportunamente sagomata, alloggia dei rulli di rotolamento, anziché delle sfere.

Gli elementi di rotolamento 86 agevolano la rotazione reciproca tra piastra basale 64b e corona basale 62a, consentendo al telaio oscillante 62 di essere girevole attorno all’asse C.

Tra anello esterno 64a e anello interno 62c sono ricavate due piste arcuate 66, ciascuna delle quali alloggia una molla 70. Ciascuna molla 70 si sviluppa tra una superficie 68b di uno spallamento fisso 68, solidale con l’intelaiatura fissa 64, e una staffa girevole 74, solidale al telaio oscillante 62. Le molle 70, in via opzionale, sono guidate internamente da un tondino arcuato 72, anch’esso assicurato ai suoi estremi nelle superfici 68b degli spallamenti 68. Nel settore arcuato 77, compreso tra le superfici 68a dei due spallamenti 68, à ̈ presente una cremagliera arcuata o circolare 76, su cui ingrana una macchina idraulica operatrice 78, mediante un pignone 82, il quale pignone 82 à ̈ girevole attorno ad un asse K. La macchina idraulica operatrice 78 à ̈ una pompa di tipo noto, contenuta in un involucro 79, solidale al telaio oscillante 62 mediante staffe 80.

La rotazione del telaio oscillante 62 attorno all’asse C, provocata dall’effetto giroscopico prodotto dal rollio del volano 60, à ̈ controbilanciata dall’effetto smorzante garantito dalla macchina idraulica operatrice 78, e dall’azione di richiamo dovuta alle molle 70, che sollecitano il riassetto del telaio oscillante 62 verso una posizione di massima efficacia (nella fattispecie, la posizione che garantisce la trasversalità dell’asse B di rotazione del volano 60, rispetto all’asse longitudinale dell’imbarcazione).

L’azione di richiamo del telaio oscillante 62 nella sua posizione di massima efficacia à ̈ espletata dalle molle 70, che vengono azionate dalla staffa girevole 74, solidale anch’essa al telaio oscillante 62. Sicché il telaio oscillante 62, ruotando attorno all’asse C, per tramite della staffa girevole 74 riceve la spinta di richiamo delle molle 70, ritornando nella sua posizione operativa di massima efficacia.

Il principale vantaggio di uno stabilizzatore realizzato secondo la presente invenzione, nella forma di realizzazione descritta dalle figure 3, 4 e 5, risiede nella possibilità di usufruire di una forza di richiamo, fornita dalle molle 70, che consente il ripristino della condizione operativa ottimale dello stabilizzatore.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Stabilizzatore giroscopico per imbarcazioni, comprendente: un’intelaiatura stazionaria (12, 64) fissabile allo scafo di un’imbarcazione; un telaio oscillante (16, 62) montato girevole sull’intelaiatura stazionaria (12, 64) attorno ad un primo asse (A, C); un gruppo rotore (18, 60) montato sul telaio oscillante (16, 62) in modo girevole attorno ad un secondo asse (V, B) perpendicolare al primo asse (A, C); almeno un elemento smorzante (34, 78), collegato meccanicamente al telaio oscillante (16, 62) per regolare la velocità angolare di oscillazione del telaio oscillante (16, 62) attorno al primo asse (A, C); caratterizzato dal fatto che comprende almeno un elemento elastico di richiamo (32, 70), associato operativamente all’elemento smorzante (34, 78) e al telaio oscillante (16, 62), il quale elemento elastico di richiamo (32, 70) sollecita elasticamente detto telaio oscillante (16, 62), in modo tale da orientare il secondo asse (V, B) verso una determinata posizione angolare rispetto al primo asse (A, C).
2. 2. Stabilizzatore giroscopico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il telaio oscillante (16) à ̈ supportato dall’intelaiatura stazionaria (12) per mezzo di almeno un mozzo (24), comprendente almeno un perno (28) e almeno una flangia (26), che si estende trasversalmente rispetto al perno, il quale mozzo (24) à ̈ operativamente connesso all’elemento smorzante (34) e all’elemento elastico di richiamo (32).
3. 3. Stabilizzatore giroscopico secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che l’elemento smorzante (34) e l’elemento elastico di richiamo (32) sono connessi mediante un elemento rigido rettilineo (36), il quale elemento rigido rettilineo (36) ha una prima estremità che impegna l’elemento smorzante (34) e una seconda estremità opposta che impegna l’elemento elastico di richiamo (32).
4. 4. Stabilizzatore giroscopico secondo le rivendicazioni 2 e 3, caratterizzato dal fatto che la flangia (26) à ̈ operativamente connessa all’elemento rigido rettilineo (36) mediante una corona dentata (27), che à ̈ solidale alla flangia (26), e che ingrana con una cremagliera (40), solidale all’elemento rigido rettilineo (36).
5. 5. Stabilizzatore giroscopico secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il telaio oscillante (16) à ̈ sollecitato elasticamente verso detta predeterminata posizione angolare per mezzo di almeno due elementi elastici di richiamo (32), agenti a coppie su almeno un mozzo (24) di collegamento del telaio oscillante (16) all’intelaiatura stazionaria (12).
6. 6. Stabilizzatore giroscopico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti elementi elastici di richiamo (32) agiscono sul mozzo (24) secondo versi opposti.
7. 7. Stabilizzatore giroscopico secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un mezzo di regolazione (50) à ̈ traslabile in una direzione parallela o coincidente ad una direzione sulla quale giace una retta d’azione della forza elastica esercitata dall’elemento elastico (32), detto mezzo di regolazione (50) presentando una superficie di attestamento (50a) che agisce contro una estremità dell’elemento elastico (32) determinando la massima corsa di compressione cui à ̈ assoggettabile l’elemento elastico (32).
8. 8. Stabilizzatore giroscopico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’elemento elastico di richiamo (70) agisce sul telaio oscillante (62) secondo una direzione circonferenziale rispetto al primo asse (C).
9. 9. Stabilizzatore giroscopico secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che l’elemento elastico di richiamo (70) à ̈ alloggiato lungo una pista arcuata (66), compresa tra il telaio oscillante (62) e l’intelaiatura stazionaria (64).
10. 10. Stabilizzatore giroscopico secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che l’elemento elastico di richiamo (70) presenta due estremità: una prima estremità atta ad impegnarsi contro uno spallamento (68) solidale all’intelaiatura stazionaria (64), e una seconda estremità atta ad impegnarsi su un elemento (74) rotazionalmente solidale al telaio oscillante (62).
11. 11. Stabilizzatore giroscopico secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che comprende due elementi elastici di richiamo (70), che sollecitano elasticamente il telaio oscillante (16) verso detta predeterminata posizione angolare, essendo detti elementi elastici di richiamo (70) agenti secondo due direzioni circonferenzialmente contrapposte attorno all’asse (C).