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Note di trazione elettrica. Brevetti per la trazione in serie

ATTUATORE PER FRENI

Brevetto US 1136712 del 20-IV-1915

Si tratta di freno comandato da aria compressa come il Westinghouse, nel quale la forza frenante non è ottenuta direttamente dall'aria in pressione, ma dal movimento di un assale della vettura; è in sostanza un servofreno meccanico con comando ad aria compressa per rotabile ferroviario.

Lo schema presenta i meccanismi di base di questo freno. I cilindri C, C' collegati dallo stelo s costituiscono un doppio cilindro ad azione differenziale, nel quale l'aria si immette dalla condotta f, che secondo l'inventore andrà collegata all'usuale condotta del freno automatico del treno. La presa di forza è sull'assale F del rotabile, sul quale è calettata la puleggia R' che attraverso la cinghia h trasmette il moto alla puleggia R, l'albero A della quale (albero centrale) non ha però una posizione fissa, ma può assumere tutte le posizioni angolari comprese tra due posizioni limite, ad es. tra a₀ e a* (l'angolo tra le due è stato esagerato nel disegno per maggior chiarezza) essendo guidato in w dallo stelo che collega i cilindri. Le cose sono disposte in modo che immettendo aria dalla condotta f, lo stelo si sposta verso destra raggiungendo per la pressione massima la posizione a*  nella quale la cinghia si allenta completamente e non si ha alcun trasferimento di moto da R' ad R.

Volendo azionare il freno, si scarica parzialmente la condotta f, col che l'albero della puleggia R retrocede dalla posizione a* verso la a₀; la cinghia w inizia ad entrare in tensione e, trascinando parzialmente la puleggia R, pone in rotazione l'albero centrale, imperniato nel giunto cardanico g, e la coppia di ingranaggi conici Z, Z'. Sull'albero t di Z' sono calettati due bracci rigidi m, n collegati a mezzo di catene u, v ai bracci m', n'. Con la rotazione del braccio collegato all'albero t, ogni coppia di catene tende ad avvolgersi su sè stessa, riducendosi in lunghezza; il braccio m' è ancorato al telaio del rotabile, mentre n' è collegato al bilancere b che aziona la timoneria del freno e di conseguenza lo stesso bilancere è sollecitato a ruotare in senso antiorario vincendo l'azione antagonista della molla y. Lo spostamento del bilancere aziona la timoneria del freno, iniziando la frenatura del rotabile.

La massima azione frenante si ha scaricando completamente la condotta f; lo stelo dei cilindri si sposta completamente a sinistra, l'albero centrale assume la posizione a₀ e la tensione della cinghia è tale da far arrivare a fine corsa il meccanismo composto dei bracci, dalle catene e dal bilancere; in queste condizioni la coppia resistente al moto di R raggiunge un valore tale da portare all'arresto la puleggia con il totale slittamento della cinghia.

L'accoppiamento a frizione nella trasmissione del moto ottenuto con lo spostamento angolare dell'albero centrale obbliga a dare alla fascia di rotolamento della puleggia R una notevole estensione nella direzione dell'asse; oltre a ciò, il cuscinetto di guida w dell'albero centrale nello stelo, per poter permettere diversi orientamenti dell'albero, dovrebbe essere a sua volta orientabile, ma l'inventore se la cava proponendo per lo stesso una specie di foro oblungo, come mostra la fig. 4 del brevetto; una soluzione un po' semplicistica.

Osservazione. - Non si può proprio dire che il ritrovato costituisca un esempio di buona meccanica. La cinghia, che viene a costituire un elemento di accoppiamento a frizione, si trova a dover slittare completamente proprio nel momento di trasmissione del massimo sforzo ed è evidente che la sua durata sarà limitatissima. Del tutto primordiale è il sistema per azionare il bilanciere di comando della timoneria, a mezzo dell'attorcigliamento su sè stesse di due catene, delle quali è facile prevedere una rapida usura. Sarebbe stato anche più semplice utilizzare per l'albero della ruota conica una doppia vite differenziale e sostituire le catene con aste rigide.

Forse conscio delle limitazioni insite nei particolari citati, l'inventore propone anche una soluzione diversa, mostrata nella fig. 2 del brevetto: l'albero centrale ha posizione fissa e la tensione della cinghia è variata a mezzo di tre rullini di guida, uno dei quali è mobile, azionato dallo stelo dei cilindri; in fig. 3 sembra invece si ritorni allo spostamento angolare dell'albero centrale, con l'aggiunta di due rulli di guida probabilmente per aumentare l'angolo di avvolgimento della cinghia.

L'immagine sottostante mostra la disposizione del doppio cilindro differenziale: si nota che lo stelo 4 che connette gli stantuffi dei due cilindri è internamente forato per immettere aria nella camera 8 attraverso la valvola di non ritorno 7.

L'aria compressa è immessa dalla tubazione nella camera 1 e, passando all'interno dello stelo, apre la valvola 7 riempiendo il cilindro 8 che a destra si espande a formare un piccolo serbatoio ausiliario; nelle camere 1 e 8 regna quindi la stessa pressione. Analogamente la stessa pressione regna nelle camere posteriori 3 e 9, collegate dalla tubazione 5. In queste condizioni l'equilibrio del complessivo 2-4-6 dipende solo dalla differenza dei diametri degli stantuffi 2 e 6: essendo il diametro di 6 minore di quello di 2, si genera una forza che sposta il complessivo verso destra, comprimendo l'aria in 8. Scaricando aria da 1, prevale la pressione in 8 e il complessivo torna verso sinistra.

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Ultimo aggiornamento: lunedì 04 dicembre 2023