L’oleodinamica sulle grandi barche a vela

Quando si parla di fornire equipaggiamenti per le grandi barche a vela da diporto o per le grandi competizioni internazionali, tra cui regate quali Coppa America e Volvo Ocean Race, un nome conosciuto in tutto il mondo è quello di Cariboni, azienda con sede a Ronco Briantino (MB) e attiva in una particolare nicchia di mercato che richiede prodotti di altissima tecnologia realizzati su richiesta per risolvere problemi specifici in azionamenti di bordo, oggi tutti comandati grazie all’oleodinamica.

Per seguire questo mercato sofisticato ed esigente Cariboni dispone oggi di due filiali negli Stati Uniti e in Nuova Zelanda e altri cinque distributori fra Italia, Regno Unito e Spagna. L’azienda ha 19 dipendenti e realizza un fatturato di ca. 2,7 milioni di euro, di cui oltre l’85% all’estero.

Fig. 1 – La barca Ericsson4 impegnata nella Volvo Ocean Race. Sott’acqua è visibile la chiglia basculante alzata, comandata dal sistema Cariboni.

Per comprendere l’importanza di questa azienda nel settore della nautica da competizione basti pensare che nella prossima edizione di Coppa America (dal 7 al 22 settembre la 34esima edizione si terrà a San Francisco) ci saranno quattro team in gara, con catamarani da 72 piedi, e ben tre saranno equipaggiati da Cariboni: Luna Rossa, Team New Zealand e Artemis. In questa edizione il regolamento non prevede nessun motore (quindi le pompe saranno solo manuali) ed è consentito l’utilizzo limitato di batterie solamente per l’azionamento di elettrovalvole direzionali. Anche per questa specifica necessità in Cariboni sono in corso test su soluzioni con magneti a bassissimo consumo energetico, gli unici possibili perché anche in questo campo si deve risparmiare energia (le batterie pesano).

Inoltre nella edizione di quest’anno della Volvo Ocean Race, ben quattro barche sulle sei in gara sono equipaggiate da Cariboni.

Una produzione molto particolare

Onnicomprensiva la gamma delle apparecchiature Cariboni. Si parte dai distributori manuali ai cilindri idraulici, dagli avvolgifiocco con incorporati cilindro idraulico di regolazione dello strallo e tamburo per l’avvolgimento ordinato della cima fino a centraline e gruppi idraulici completi sviluppati su richiesta. Tra le applicazioni più significative risolte brillantemente ricordiamo il thruster del gruppo propulsione, chiglia e bulbo retrattile, la chiglia basculante e il completo sistema idraulico per il suo azionamento (fig.1).

Ma le applicazioni non finiscono mai per un’azienda da sempre impegnata in una continua innovazione. Infatti, nonostante questo ricco catalogo, la caratteristica tipica della produzione Cariboni è la personalizzazione della produzione con equipaggiamenti fatti su specifica richiesta per una certa barca e prodotti in poche unità. Si tratta di apparecchiature disegnate su misura che richiedono una grande attenzione nella fase di progettazione, accurate messe a punto, collaudi e test di fatica prolungati per garantire durata e affidabilità ai più alti livelli, come fossero dei consolidati prodotti industriali. Questo è quanto richiede questo mercato e il successo degli equipaggiamenti Cariboni è assicurato da un ufficio tecnico professionale e flessibile per realizzare il prodotto e garantirne l’affidabilità.

Tra le molte pompe a mano prodotte in questa azienda ricordiamo la IPR che incorpora due valvole di messa a scarico a taratura fissa, lavora fino a 300 giri/min e permette tre diverse portate (fig.2).

Fig. 2 – La pompa a pistoni Cariboni ad azionamento manuale serie IPR. Tre diverse portate a esclusione progressiva in automatico. Pressione max. 700 bar.

Alla partenza lavorano tutte e tre le cilindrate (in totale 20,86 cm3/giro) e in sequenza, al salire della pressione, si stacca dapprima il primo stadio e successivamente il secondo senza alcun intervento dell’operatore, fino alla cilindrata più piccola (4,52 cm3/giro) che arriva a 700 bar. Nell’ultima versione è stata aggiunta anche una quarta portata, che si ottiene invertendo il senso di rotazione della pompa.

Al termine della visita dello stabilimento abbiamo posto della domande al titolare Gianni Cariboni.

Come si è evoluto negli anni il settore delle grandi regate?

Il mercato delle grandi regate si è indubbiamente ristretto negli ultimi anni, anche per una effettiva riduzione dei budget disponibili. Anche ulteriori sviluppi di equipaggiamenti già fatti sono stati fermati per ragioni di disponibilità finanziarie. Si prospetta invece un incremento di eventi legati alla nautica nei paesi emergenti dove si riscontra una crescita del prodotto interno elevata, come ad esempio in Cina.

Quale sviluppo tecnologico vi aspettate dalle applicazioni che voi eseguite in prima istanza?

Per l’impiego su imbarcazioni che devono essere leggere noi siamo obbligati a inseguire tutte le soluzioni che ci consentono di ridurre il peso. Nell’ambito dei cilindri penso che siamo comunque precursori di una tendenza verso equipaggiamenti più leggeri che coinvolgerà in un prossimo futuro anche l’industria delle macchine mobili. Nell’arco di vita di una macchina mobile quanti risparmi apporterà avere un mezzo più leggero, in termini di risparmio energetico?

Verso quale direzione si orienteranno le applicazioni oleodinamiche di bordo?

Oltre alla leggerezza i prodotti devono avere anche dimensioni più contenute. Sulle barche da competizione l’alta pressione, fino a 700 bar, è necessaria per la riduzione dei volumi e il suo impiego è supportato dalla presenza a bordo di un team sempre altamente professionale. Sulle barche da diporto in genere la pressione non supera i 500 bar.

Qual è l’importanza di costruire in proprio le apparecchiature oleodinamiche?

Tutto nasce dal fatto che sul mercato non esistono prodotti in grado di soddisfare completamente le nostre esigenze. Anche per le pompe manuali, quelle che si trovano devono girare a una certa velocità minima, che sulle barche da regata non raggiungiamo. Nelle nostre pompe invece ogni pistoncino ha la sua guarnizione e questo ci permette di avere portata e alta pressione anche a numeri di giri bassi. Il prossimo sviluppo sarà una pompa manuale a pistoni a potenza costante, progetto su cui stiamo lavorando.

Magic Double: da quale esigenza è nato

Magic Trim (brevetto Cariboni) è nato nel 1998 da necessità tipiche delle imbarcazioni a vela. Crescendo le dimensioni delle barche e delle superfici veliche, i carichi necessari per la loro regolazione diventavano sempre maggiori e più difficoltosi. Tipicamente il tiro della scotta della randa è stato il primo impiego per questo prodotto: prima del Magic Trim si impiegava un cilindro che lavorava in tiro in abbinata a un paranco con una o più pulegge mobili per moltiplicare lo spostamento. I limiti erano dovuti al fatto che per il tiro lavorava solo la sezione anulare del cilindro e per il rilascio della scotta occorreva una elevata portata sul lato testa. Inoltre il carico sul cilindro e sul suo ancoraggio era quello moltiplicato (anche quattro volte) e necessitava di robusti ancoraggi su una barca che viceversa doveva essere la più leggera possibile.

Fig. 3 – Il montaggio in abbinata di un cilindro Magic Trim (a sinistra) e Magic Double. L’impiego congiunto dei due cilindri permette di aumentare la lunghezza del tiro e di avere velocità prima rapida poi lenta durante la corsa.

La risposta di Cariboni è stata Magic Trim, in pratica un paranco rovesciato: lavora sulla sezione lato culatta e scarica su di sé il rapporto moltiplicativo del tiro (fig.3). Questo cilindro viene fissato quindi più facilmente sulla struttura della barca, che deve reggere solamente l’effettivo carico della scotta. Inoltre nella fase di rilascio (quando si lasca la vela), che può essere anche molto veloce, il cilindro rientra e la portata lavora su una sezione che in genere è 1/5 di quella lato testa, quindi poca portata dà grande velocità.

Fig. 4 – Cilindri Magic Trim installati sotto coperta

L’impiego attuale è tipicamente sulle grandi barche a vela per il tiro di ogni tipo di scotta (già fatte applicazioni fino a 20 m di tiro), con possibilità di montaggio del cilindro anche sotto coperta per un assetto più pulito del ponte (figg. 4 e 5).

Fig. 5 – Wally 130 in navigazione. Con l’installazione sottocoperta dei cilindri Magic Trim il ponte si presenta completamente pulito senza cime in vista.

In considerazione delle caratteristiche del tiro delle scotte, dove si ha la necessità di una corsa iniziale lunga e con basso carico, che via via cresce progressivamente fino al massimo carico, si è sviluppato il Magic Double, ovvero l’abbinamento di due cilindri contrapposti indipendenti (fig.3 e 6).

Fig. 6 – Sezione del manifold centrale del cilindro Magic Double. Su un unico blocco in lega d’alluminio ci sono l’adduzione olio, le valvole di sicurezza e le valvole a sfera di comando di entrambi i cilindri.

Nella prima fase del tiro lavora solo il cilindro con rapporto di moltiplicazione di 4:1 (doppia puleggia mobile, carico inferiore e maggiore velocità), arrivato alla fine della sua corsa la camera è bloccata da una elettrovalvola a tenuta e si avvia la corsa del secondo cilindro (dalla parte opposta). Questo cilindro, pur avendo lo stesso diametro del primo, ha un rapporto di moltiplicazione di 2:1 (singola puleggia mobile) e quindi permette di ottenere un carico massimo doppio rispetto al primo cilindro. La tipica pressione di lavoro è di 250 bar ma bisogna considerare che nella culatta del primo cilindro la pressione raddoppia nella fase di estensione del secondo cilindro quando la camera viene compressa.

Il manifold centrale, realizzato in lega d’alluminio 7075, è un’altra esemplare invenzione di Cariboni. Ha un’unica adduzione di olio e contiene la culatta di entrambi i cilindri e il sistema di controllo, distribuzione e tenuta dell’olio necessario al loro movimento (fig. 6). Su di esso sono montate due valvole di sicurezza a cartuccia (Hawe MVE6B) e tre elettrovalvole direzionali a tre vie a tenuta ermetica (Hawe BVE3-R), oltre a due attacchi rapidi per presa di pressione. Una valvola a sfera comanda il cilindro con rapporto 2:1 mentre per il cilindro con rapporto 4:1 sono necessarie due valvole per avere i passaggi sufficienti al ritorno del cilindro quando si deve rilasciare velocemente la cima. Sono presenti anche due uscite del segnale dei due trasduttori lineari di posizione, indispensabili in quanto tutto il sistema idraulico è governato da un Plc, che indicano il raggiungimento di fine corsa del primo cilindro e permettono la regolazione della velocità dei cilindri, realizzando una frenatura controllata mediante riduzione della portata. Inoltre grazie al Plc il trasduttore lineare permette il controllo e una facile gestione del movimento dei due cilindri in ogni condizione di lavoro e per ogni successiva modifica operativa si rendesse necessaria.

Fig. 7 – Particolare dello stelo in fibra di carbonio. Prima realizzazione di un cilindro industriale con lo stelo in questo materiale.

Le canne dei due cilindri sono realizzate in titanio e i due steli in fibra di carbonio (fig. 7). Le guarnizioni sullo stelo sono in poliuretano, più adatte a resistere alle maggiori abrasioni provocate dalla fibra di carbonio rispetto al metallo. Prima di realizzare il prodotto finale l’applicazione con stelo in carbonio è stata testata per oltre un anno con prove di tutti i tipi che hanno permesso di affinare il prototipo fino ad arrivare a un prodotto industriale della massima affidabilità.

«Noi stiamo lavorando su applicazioni con fibra di carbonio da molti anni e abbiamo eseguito tantissimi test per verificarne le prestazioni e l’affidabilità – afferma Gianni Cariboni – in questo caso abbiamo sfruttato la struttura del composito sullo stelo per alleggerire il peso complessivo. Nella nostra applicazione l’olio è a contatto della fibra di carbonio solo nella fase di rientro dello stelo, quando la pressione stessa non è superiore a 20 bar. Quindi non abbiamo i problemi di infiltrazione di olio nella fibra che potrebbe verificarsi alle alte pressioni, problemi che ancora ostacolano una soluzione definitiva per l’impiego del composito nella realizzazione delle camicie dei cilindri”.

Smart Magic Double è già stato realizzato in diametri che vanno dai 60 ai 140 mm e corsa fino a 2300 mm per il lato in rapporto 4:1 (tiro fino a 9200 mm) e fino a 1000 mm per il lato in rapporto 2:1 (tiro fino a 2000 mm). Entrambe le camere sopportano pressioni fino a 500 bar, quella che viene indotta nel primo cilindro quando il secondo arriva alla massima pressione di 250 bar (tiro in rapporto 2:1).

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