Idee

In questa pagina raccogliamo le idee che abbiamo avuto per la risoluzione del problema.
Alcune sono state portate avanti, altre solo abbozzate a livello di concept in base alla effettiva producibilità e adeguatezza per il caso in questione.

Descrizione idea 1

La valvola proposta è la soluzione ingegneristicamente più interessante, essa associa l'apertura della valvola ad un movimento rotatorio della ghiera girante attivato dal filo. I movimenti (rotatorio della girante e verticale del traslatore) interagiscono attraverso un accoppiamento filettato.

Questa soluzione garantisce delle forze in gioco molto più piccole rispetto alle altre proposte grazie a un differente concept cinematico.

Tuttavia, per assicurare un corretto funzionamento della valvola, è necessario un ottimo livello di finitura superficiale nell'accoppiamento filettato, altrimenti gli attriti diventano un fattore predominante, compromettendo il corretto funzionamento della valvola stessa.
Ciò non è compatibile con la produzione che F-Lab intende farne: larga scala (10000 pezzi/anno) ed "economicità" come fattore rilevante.
Inoltre il concept di tale valvola prevede un'unica apertura per lo sfiato manuale e quello automatico: questo limita l'apertura di emergenza alla corsa e alla portata dimensionati per l'apertura automatica.

Componenti dell’assieme (da sinistra a destra):

  • Filo manuale
  • Tappo
  • Molla
  • Attuatore traslante
  • Guarnizione in gomma (giallo)
  • Ghiera girante
  • Base forata
Vista esplosa
Descrizione idea 1

La base inferiore viene fissata al condotto in cui fluisce l’aria in pressione. Se aperto, il foro del diametro di 4 mm permette la fuoriuscita dell’aria. Il tappo inferiore dell’attuatore traslante tiene chiuso il foro grazie alla molla inserita all’interno della valvola, posizionata tra il tappo superiore e il traslante.

Il filetto sulla superficie laterale del traslante interagisce con i perni interni della ghiera girante permettendo la traslazione verticale della traslante e l'apertura del foro.

Il traslante è vincolato al solo moto vericale dalla tasca a sezione quadrata del tappo, in cui si inserisce la parte superiore del traslante. Tale inserimento vincola anche la corsa del traslante fino a un massimo di 1,5 mm, come da specifica.

Il cinematismo è attivato dal filo di metallo a memoria di forma (connesso alla scheda che contiene la batteria e il circuito elettronico): esso è avvolto attorno alla ghiera e quando si contrae la fa ruotare.

Sezione valvola
Ghiera e attuatore traslante

Pro:

  • Bassissimi giochi nel posizionamento. Il traslatore è vincolato a traslare solo verticalmente.
  • Presenza di una sola molla.
  • Pezzi relativamente grandi, quindi producibili (quasi tutti) con stampi e più resistenti (rispetto ai pezzi di piccole dimensioni delle altre idee)
  • Facilità e velocità di assemblaggio.

Contro:

  • I perni esterni della girante non possono essere stampati ma andrebbero applicati in secondo luogo (saldati). Sebbene la forza che deve esercitare il filo sia più bassa, a causa della cinematica e dell’area del tappo inferiore, la pressione agente sui perni è alta. Andrebbero inseriti perni di alluminio o acciaio.
  • La finitura superficiale del filetto e dei perni interni della girante deve essere ottima per ridurre al minimo gli attriti dati dal giunto. (costi di produzione elevati).
  • La scheda è posizionata sulla superficie laterale interna del tappo, gli spazi essendo ridotti complicano il passaggio del filo attorno alla girante (andrebbe ingrandito rispetto al modello iniziale).
  • Il sistema ha un’unica apertura sia per l’attivazione manuale che elettrica.

Componenti dell’assieme (da sinistra a destra):

  • Base
  • Pistone conico
  • Guarnizione in gomma (giallo)
  • Base interna
  • Scheda (arancione)
  • Molla
  • Tappo esterno
  • Filo per apertura manuale
Vista esplosa
Descrizione idea 2

La base inferiore è fissata sul condotto in cui fluisce l'aria in pressione. L'apertura manuale è controllata dalla molla agente tra tappo esterno e base interna. L'azionamento dell'apertura manuale libera un'area di passaggio circolare di diametro 22mm.
L'apertura automatica invece apre un passaggio di area equivalente a un foro da 4mm di diametro e viene attuata per mezzo del filo SMA.
Il filo è vicolato agli estremi alla scheda mentre nella parte centrale si inserisce nella cavità della boccola di acciaio che gli permette di interagire con il pistone.
Contraendosi, il filo SMA schiaccia il pistone aprendo una luce verso il lato in pressione della valvola.
La fuoriuscita dell’aria è resa possibile dal gioco tra il pistone e il foro nella base interna.
La geometria di base interna e pistone è tronco-conica (autocentrante), per permettere il giusto posizionamento del pistone.
La chiusura della valvola, quando l’attuatore si rilassa, è retta solamente dalla pressione.

Vista in sezione
Valvola completa (senza coperchio)

Pro:

  • La geometria tronco-conica è autocentrante.
  • Minori pezzi da produrre (base, tappo, cilindro, pistone).

Contro:

  • Quando la pressione è bassa la valvola rimane aperta (non ha una molla di richiamo).
  • Difficile l’introduzione di un sistema che permette di mantenere in posizione (valvola chiusa) il pistone quando il circuito non è in pressione o nel transitorio di pressurizzazione.

Componenti dell’assieme (da sinistra a destra):

  • Base
  • Base interna
  • Scheda (arancione)
  • Dado
  • Guarnizione in gomma (giallo)
  • Molla
  • Boccola (rosso)
  • Pistone forato
  • Guarnizione in gomma (giallo)
  • Tappo interno
  • Molla
  • Tappo esterno
  • Filo per apertura manuale
Vista esplosa
Descrizione idea 3

La base inferiore è fissata sul condotto in cui fluisce l'aria in pressione. L'apertura manuale è controllata dalla molla agente tra tappo esterno e base interna.
L'azionamento dell'apertura manuale libera un'area di passaggio circolare di diametro 22mm.
L'apertura automatica invece apre un passaggio di area equivalente a un foro da 4mm di diametro e viene attuata per mezzo del filo SMA.
Il filo è vicolato agli estremi alla scheda mentre nella parte centrale si inserisce nella cavità della boccola di acciaio che gli permette di interagire con il pistone.
Contraendosi, il filo SMA schiaccia il pistone aprendo una luce verso il lato in pressione della valvola.
Il gas fuoriesce attraverso la cavità del pistone e poi dai fori laterali della base interna.
La geometria è cilindrica: non è necessaria una geometria tronco conica perchè non ci sono giochi tra pistone e base interna, dunque non ci sono problemi di posizionamento.
A chiusura della valvola, quando l’attuatore si rilassa, è favorita dalla pressione.

Vista in sezione
Alcuni componenti della valvola

Pro:

  • La chiusura dalla valvola è agevolata dalla pressione (apertura in pressione) con conseguente carico inferiore sulla molla di richiamo.
  • Possibilità di utilizzare il filo da diametro 0.1 mm viste le minori forze in gioco.
  • Assenza di giochi nello scorrimento tra pistone e foro (il pistone rimane sempre centrato sull’asse giusto).

Contro:

  • Necessità di stampare tanti pezzi e doverne avvitare alcuni (es base interna-tappo interno, pistone forato-dado).
  • Non ci deve essere alcun trafilamento tra boccola e il foro in cui è inserita altrimenti l’aria esce (accoppiamento con interferenza).