Concept Progettazione concettuale di alcune idee

Idea #1: molla a balestra Non sviluppata

Una delle prime idee consisteva nel semplificare la proposta iniziale di F-lab, eliminando la molla che assicurava la chiusura della valvola e facendo mantenere la chiusura all'elemento principale, tramite una forza elastica generata da un precarico dovuto al montaggio.

L’elemento principale durante il suo funzionamento avrebbe dovuto passare attraverso due diversi stati di deformazione:

• il primo, nel quale il filo non avrebbe trasmesso alcuna forza all’elemento e il precarico avrebbe generato una forza verso il basso pari o superiore alla forza del fluido in pressione. Affinché l’elemento fosse rimasto deformato, sarebbe stata necessaria una forza esterna che avrebbe agito su di esso, cioè una forza di reazione al contatto applicata da una parte fissa in plastica.
• il secondo, nel quale sarebbe stata presente anche la forza orizzontale del filo, che avrebbe accentuato la deformazione già presente nel primo stato in modo da far inarcare di più l’elemento alzandone la parte centrale e consentendo l’apertura della valvola.

Idea #2: meccanismo con sfera Non sviluppata

In questa soluzione la valvola viene chiusa da una sfera collegata ad una molla a compressione che la spinge verso il basso. Sia la valvola che la molla si trovano in una guida obliqua collegata alla parte superiore del case della valvola, e la sfera è collegata all’attuatore SMA; in questo modo quando il filo si accorcia la sfera dovrà scorrere lungo la guida in verticale, aprendo la valvola. Quando il filo viene rilassato, l’azione della molla provvederà a far chiudere la valvola.

Idea #3: filo a 90º Non sviluppata

Quest'idea è abbastanza simile alla precedente: un cilindro in una guida verticale viene spinto da una molla a compressione verso il basso per chiudere la valvola. Tuttavia in questo caso il filo è appoggiato ad una trave che lo devia di 90º, in modo che la forza prodotta dal filo non sia orizzontale ma verticale, permettendo di sollevare il cilindro al quale è collegato e di conseguenza aprendo la valvola.

Idea #4: meccanismo a puntina Sviluppata

In questo caso abbiamo pensato ad un meccanismo nel quale un componente in plastica è incernierato alla parte inferiore della valvola, con l’estremità che preme sulla membrana grazie all’azione di una molla a compressione collegata alla parte superiore della valovla. Il filo di Nitinol dovrà sollevare la 'puntina' in modo da aprire la valvola: sarà quindi importante che il punto in cui il filo è attaccato al componente di plastica si trovi ad un’altezza maggiore rispetto alla cerniera, in modo da generare un momento opposto rispetto a quello della molla. E' anche necessario che a fronte di un accorciamento limitato del filo si possa garantire l'alzata richiesta.

Idea #5: meccanismo con camma Sviluppata

Un’altra possibile soluzione propone di aprire e chiudere la valvola con un meccanismo camma-cedente, nel quale però la camma non compie una rotazione completa ma tra due posizioni definite, che corrispondono agli stati di valvola completamente aperta e valvola completamente chiusa.

Il filo accorciandosi farà ruotare la camma in un senso, ma è necessaria una coppia di richiamo che consenta di tornare alla posizione iniziale. Abbiamo pensato che è possibile ottenere questa coppia in tre differenti modi:

• bloccando la camma con l’albero attorno al quale ruota, e sfruttando la rigidezza torsionale dell’albero stesso;
• con una molla torsionale;
• con una molla a trazione.

La prima idea è stata scartata in quanto le dimensioni dell’albero sono estremamente piccole e sono necessarie grandi deformazioni, che avrebbero portato quasi certamente a rottura. Abbiamo anche scartato l’idea di una molla torsionale a causa delle difficoltà del dimensionamento, amplificate anche in questo caso dalle piccole dimensioni. La terza scelta è stata quindi quella definitiva.