Il convertitore di coppia idrodinamico è un dispositivo idraulico che trasmette potenza dal motore alla trasmissione attraverso la massa fluida in movimento, senza collegamento meccanico diretto. Utilizzato nelle macchine movimento terra dotate di trasmissioni automatiche, permette al motore di rimanere in moto quando la macchina si ferma ed elimina la necessità di una frizione azionata dall'operatore. La sua caratteristica distintiva è la capacità di moltiplicare la coppia: quando lo slittamento tra ingresso e uscita è elevato, la coppia sull'albero di uscita può superare quella applicata sull'albero di ingresso.

Come funziona il convertitore di coppia

Il convertitore di coppia è costituito da una camera di forma toroidale riempita con olio poco viscoso o un fluido idoneo. Al suo interno lavorano tre elementi principali:

ApprofondisciSistema di recupero energia in frenata: come funziona e quali vantaggi offre nelle macchine movimento terra

  • Pompa (o impulsore): una ruota centrifuga connessa all'albero motore, dotata di palette disposte radialmente che ruotando spingono il fluido verso l'esterno per effetto della forza centrifuga
  • Turbina: solidale alla parte condotta, raccoglie il flusso del fluido e ne riceve la spinta che trasmette al cambio attraverso pale curve affacciate alla pompa
  • Statore (o reattore): montato su una ruota libera che gli impedisce di ruotare in senso opposto a quello della pompa, modifica la direzione del flusso di fluido proveniente dalla turbina prima che esso ritorni nell'impulsore

Lo statore rappresenta la differenza fondamentale rispetto al semplice giunto idraulico. È questo terzo elemento che permette al convertitore di avere, allo spunto, una coppia di uscita alla turbina superiore alla coppia di entrata all'impulsore. Le tre parti sono tutte provviste di palettature curve affacciate tra loro ma non in contatto, garantendo trasmissione fluida senza usura meccanica.

La moltiplicazione della coppia nello slittamento

Il convertitore trasmette la coppia in misura direttamente proporzionale alla differenza tra la velocità di rotazione dell'albero di uscita rispetto a quello d'entrata — lo slittamento. Quando lo slittamento è molto pronunciato, la coppia sull'albero di uscita può essere anche superiore a quella applicata sull'albero di ingresso. La coppia trasferita tende poi a decrescere progressivamente a regimi di rotazione medio-alti, per ridursi a zero quando lo slittamento è nullo e la velocità di rotazione dell'albero di uscita eguaglia quella dell'albero di ingresso.

Questa caratteristica è particolarmente vantaggiosa per radlader, dumper e baggerlader che devono partire sotto carico: il convertitore fornisce automaticamente più coppia proprio quando la macchina ne ha più bisogno. Quando il motore è al minimo e il veicolo sta per fermarsi, il dispositivo non trasferisce quasi più coppia, realizzando in pratica la separazione tra le parti senza arrestare il motore.

Vantaggi operativi per le macchine movimento terra

Il convertitore di coppia è completamente automatico e non richiede intervento dell'operatore, a differenza della frizione nei cambi manuali. Questa automazione riduce la fatica dell'operatore e permette cicli di lavoro più fluidi in applicazioni cicliche come carico e scarico, dove il cambio powershift con convertitore offre vantaggi significativi rispetto ai sistemi manuali.

Il trasferimento di potenza attraverso fluido elimina i collegamenti meccanici tra motore e macchina condotta, permettendo un trasferimento di potenza morbido che riduce le sollecitazioni sulla trasmissione. Tuttavia, quel poco di coppia che il convertitore trasmette anche col motore al minimo fa sì che il veicolo tenda ad avere un po' di trascinamento in avanti o indietro. Per tenere ferma una macchina dotata di convertitore di coppia è sempre necessario tenere premuto il pedale del freno o inserire il cambio in folle.

Applicazioni industriali e marine

Il convertitore di coppia trova impiego non solo nelle macchine movimento terra ma anche in sistemi di propulsione marina, dove serve a unire la potenza di due o più motori sullo stesso asse. Nelle trasmissioni industriali power-shift multivelocità, il convertitore di coppia idrodinamico a singolo stadio viene collegato al motore per ottimizzare le prestazioni della macchina condotta, consentendo al motore di funzionare nella gamma di velocità più efficiente e producendo potenza nominale indipendentemente dalla richiesta di carico.

I costruttori specializzati offrono diverse configurazioni: convertitori monostadio a carter fisso o rotante, unità multistadio, e kit personalizzati per applicazioni OEM. Le frizioni idrauliche integrate nelle trasmissioni sono azionate da selettori elettroidraulici attraverso sistemi brevettati di cambio marcia morbido, garantendo rapide e fluide inversioni di direzione e selezione delle marce in movimento.

Differenza rispetto al giunto idraulico

Il giunto idraulico differisce dal convertitore di coppia solo per l'assenza dello statore. Senza questo terzo elemento, il giunto idraulico trasmette la coppia ma non la moltiplica: la coppia di uscita non può superare quella di ingresso. Il convertitore di coppia rappresenta quindi un'evoluzione del giunto idraulico, con capacità di moltiplicazione della coppia che lo rende particolarmente adatto alle applicazioni che richiedono elevata coppia allo spunto, tipiche delle macchine per erdbewegung e materialumschlag.