Figura 4.18: Meccanismo del concept Window Lift, rappresentato nella configurazione di porta chiusa
Il secondo concept prevede un meccanismo ispirato a quello degli alzacristalli motorizzati (Figura 4.19). In tali meccanismi il vetro del finestrino è vincolato a un pattino, che viene trascinato lungo una guida da due cavi di acciaio (uno per ogni verso di traslazione) rivestiti dalla guaina Bowden, i quali, dopo il rinvio ad opera delle pulegge (fisse o rotanti), si avvolgono alle estremità opposte di un tamburo di avvolgimento. Il tamburo, attraverso gli organi di riduzione, è collegato al motore. Mettendo in rotazione il motore il filo si avvolge a una estremità del tamburo e si svolge dall’altra; se viene inverto il senso di rotazione accade il contrario.
Per questo concept, visibile in Figura 4.18, il principio è lo stesso (con il Door Check invece del finestrino trainato dal pattino), con la differenza che il meccanismo si deve sviluppare in orizzontale invece che in verticale all’interno della portiera, quindi incontra tutte le criticità del caso dovute all’esiguo spessore disponibile. Questo problema è stato risolto facendo incrociare il filo sopra la guida (Figura 4.20). Per mantenere un margine accettabile tra il filo in movimento e la guida (almeno 5 mm) uno dei due elementi di rinvio è in realtà un altro tamburo rotante (invece di una puleggia) con tre avvolgimenti, e il tamburo grande, di diametro 40 mm, ne ha sette pur dovendo accogliere al massimo un giro e mezzo di filo. L’altro elemento di rinvio è invece fisso. Per via degli elevati carichi (1150 N massimi) il filo è stato dimensionato di diametro 2.5 mm, invece degli 1.5 che comunemente si trovano negli alzacristalli, filo che risulta dimensionato per reggere carichi fino a 3 kN. Il sistema è stato disegnato in modo che, per tutte le posizioni del pattino sulla guida, le differenze tra gli angoli di uscita del filo dagli elementi di avvolgimento e gli angoli delle scanalature siano molto basse.
Figura 4.20: Vista dall’alto del meccanismo, con in evidenza il passaggio incrociato del filo A differenza del concept precedente, in questo caso si ha una guida dritta per il Door Check, che è incernierato a un perno facente parte del pattino all’estremità opposta a quella incernierata sul montante della porta. Anche questa cinematica è stata studiata con un modello Adams, per determinare l’angolo del quale inclinare la guida rispetto all’apertura sulla porta in modo che consentisse il passaggio del Door Check in tutte le posizioni angolari senza che fosse necessario allargarla. La corsa del pattino è risultata anche in questo caso 120 mm.
4.2.1
Dimensionamento
Per il dimensionamento si è fatto in modo da ricadere nello stesso campo di applicazione del motore visto nel concept precedente (τstall =375 Nm e ω0=6500 rpm). In particolare,
di 1:150, realizzabile mediante lo stesso riduttore epicicloidale con 2 stadi di rapporto 7 ciascuno e con una doppia coppia di ruote uguali a quelle del modello Rack-Pinion (m=2, zmotrice =22, zcondotta =40, r =1 : 1.8), si ottiene un valore di coppia di stallo richiesta di
360 Nm e una velocità a vuoto pari a 5244 rpm. Sono necessarie due coppie di ruote perché con una sola di rapporto di riduzione di 3.1 la ruota più grande (di diametro pari a almeno 67 mm) non sarebbe entrata nello spazio a disposizione.
Rispetto al caso precedente, questo motore è un pochino più veloce di quanto le specifiche richiedano: ciò significa che l’apertura avrà in generale una durata leggermente inferiore, oppure potrà essere utilizzato il freno per far adeguare la velocità a quella del profilo di progetto. Essendo composto da circa gli stessi elementi, anche per questo modello valgono le considerazioni viste in precedenza per quanto riguarda la reversibilità del meccanismo.
Per determinare la posizione del freno nella catena cinematica è stata svolta la stessa analisi del caso precedente (4.5). In questo caso, avendo gli stessi elementi e una coppia di ruote in più, le possibili combinazioni sono una più dell’altro concept.
Partial retrog. rate 3.1 Partial retrog. efficiency 0.8 Brake static torque (Nmm) 3520
(a) M - P - B - S - S
Partial retrog. rate 150 Partial retrog. efficiency 0.5 Brake static torque (Nmm) 44.9
(b) M - B - P - S - S
Partial retrog. rate 49 Partial retrog. efficiency 0.75 Brake static torque (Nmm) 206
(c) M - S - S - B - P
Partial retrog. rate 85.7 Partial retrog. efficiency 0.65 Brake static torque (Nmm) 102
(d) M - S - B - P - S
Tabella 4.5: Coppia di scorrimento minima richiesta per il freno nelle quattro disposizioni
BBrake, M Motor, P Planetary gear, S Spur gears
Come nel caso precedente, alcune soluzioni sono da scartare perché non esistono freni elettromagnetici di quella taglia (soluzioni (b) e (d)); la soluzione (c) invece richiederebbe un riduttore epicicloidale di taglia superiore, quindi viene scelta la soluzione (a) (freno tra il planetario e le coppie di ruote a denti dritti) per la quale può essere utilizzato lo stesso freno VBEH di Ogura del caso precedente (Vnom =24 V, τmax =7 Nm).
Si riporta quindi il CAD del sistema completo (4.21) e le viste in cui si può verificare l’osservanza dei limiti di ingombro (4.22).
Figura 4.21: Disegno 3D del concept Window Lift
Nella vista dal basso di figura 4.23 si possono notare l’incernieramento del Door Check sul pattino, la posizione dei tre alberi su cui sono calettate le ruote a denti dritti e la struttura per il riferimento del tamburo di rinvio (in arancione) rispetto alla guida.
4.2.2
Punti di forza e criticità
Questo sistema è piuttosto complesso, per via dell’elevato numero di componenti e della cinematica; inoltre presenta numerosi attriti interni e il filo potrebbe soffrire i carichi di tipo impulsivo. Il riduttore e il freno sono ingombranti e pesanti, e vincolare in un carter tutto il meccanismo potrebbe essere problematico. Rispetto al caso precedente, però, si tratta apparentemente di un’area sgombra da brevetti, quindi lo sviluppo di questa soluzione non dovrebbe trovare impedimenti di tipo legale.
(a) Vista dall’alto (b) Vista laterale
Figura 4.22: Dettagli dei limiti di spazio massimi per il sistema evidenziati con strisce bianco-rosse: (a) interno della lamiera, (b) finestrino e guida