Bypass intelligente

La start-up berlinese Mitte ha messo a punto una macchina capace di filtrare l’acqua corrente e arricchirla con dei minerali. Questa macchina è destinata principalmente ad applicazioni in cui l’acqua corrente non è interamente potabile. Per rendere ermetico il punto di ­giunzione tra la cartuccia gas e la valvola riduttrice di pressione sul lato del dispositivo è stato necessario bypassare range di tolleranza piuttosto insoliti, cosa non certo banale dal punto di vista tecnico. Del problema si sono occupati gli ­sviluppatori di Schwalmstadt che l’hanno risolto creando una soluzione di tenuta geniale.

Secondo gli ultimi studi, la qualità dell’acqua potabile è in continua diminuzione in ogni parte del mondo. Sempre più sostanze tossiche, in prevalenza le microplastiche, ma anche batteri, virus, legami organici e inorganici, antiparassitari, farmaci e ormoni stanno inquinando sempre più una delle nostre risorse vitali. La start-up berlinese Mitte ha preso a cuore il problema e ha sviluppato una macchina per uso domestico capace di filtrare l’acqua potabile e di arricchirla con minerali e oligoelementi. Questa macchina troverà impiego soprattutto laddove l’acqua corrente non è interamente potabile e per uso alimentare. L’introduzione del dispositivo sul mercato, però, è stata piuttosto travagliata. Un punto critico: si presentavano problemi nella tenuta ermetica della giunzione tra la valvola della cartuccia gas e la valvola riduttrice di pressione sul lato del dispositivo. Poiché l’altezza di raccordo delle valvole per cartucce gas non è standardizzata, bisognava bypassare range di tolleranza piuttosto insoliti.

All’inizio di aprile, il cliente si è rivolto a FST in cerca di aiuto contattandola con un modulo online. “Una richiesta di informazioni a cui non potevamo certamente rispondere nel solito modo”, così descrive il progetto Ulrich Wüstenhagen, sviluppo prodotti Pneumatica. “Non esistevano specifiche dettagliate. All’inizio siamo dovuti andare per tentativi, anche se il tempo stringeva”. Il problema da risolvere: una cartuccia gas di CO2 viene avvitata nel dispositivo mediante una filettatura trapezoidale presente sulla valvola in ottone già posizionata. Non appena la cartuccia gas si innesta, l’anidride carbonica viene costantemente insufflata a una pressione di 60 bar che preme sul lato interno della guarnizione. La quantità di CO2 che penetra nella guarnizione varia enormemente a seconda del materiale in uso. In caso di decompressione improvvisa ritornando alla pressione atmosferica, il gas fuoriesce nuovamente dal materiale di tenuta, talvolta danneggiando gravemente la guarnizione. In questi casi si parla di decompressione esplosiva.

Di conseguenza occorreva trovare un materiale adatto a questo intervallo di pressione e pure idoneo all’uso alimentare. Ci si è rivolti, quindi, agli specialisti di materiali in loco e a Weinheim per una consulenza. Poiché, per i materiali adatti, non esistevano risultati sperimentali relativi alla problematica descritta e trial lunghi e complessi non permettevano di rispettare le scadenze, restava solo un approccio empirico, ossia per tentativi ed errori sull’oggetto reale.

PROBLEM SOLVER POLIURETANO

Le prove sono state condotte direttamente presso il costruttore del dispositivo, con varianti di tenuta realizzate sul momento da Freudenberg Xpress®.

Alla fine, nella rosa dei candidati rimanevano solo due tipi di materiale: i materiali a base di EPDM in diversi gradi di durezza e un poliuretano relativamente duro. Nelle prime prove presso il cliente è stata testata per prima la costanza di tenuta stagna, ossia la resistenza alla CO2 e alla decompressione improvvisa. Allo stesso tempo occorreva permettere all’utilizzatore di sostituire la cartuccia avvitandola e svitandola con facilità senza che fuoriuscisse una quantità di gas significativa. Utilizzando campioni idoneamente modificati, si è notato che, per ridurre il momento di attrito e semplificare la manipolazione, poteva rivelarsi utile un rivestimento. Con il metodo degli elementi finiti, gli esperti di tecnologia applicata Patrick Kinsch e Mert van Dawen hanno analizzato le varianti di tenuta costruite dall’ingegnere per il design industriale Alexander May. Basandosi sui risultati ottenuti è stato possibile confrontare il comportamento di un determinato materiale in combinazione con la geometria della guarnizione a una determinata pressione, capire se le deformazioni e le sollecitazioni localizzate rientravano nei valori consentiti e quale momento di attrito si doveva più o meno prevedere.

Oggi esiste una geometria di guarnizione in poliuretano collaudata con successo, al cliente ne è già stata consegnata una preserie di circa mille pezzi prodotti da Freudenberg-Xpress®. Il passo successivo sarà realizzare e campionare lo stampo per iniezione, già commissionato dal cliente, che permetterà di produrre i pezzi in serie con convenienza. “Considerata la situazione di partenza piuttosto difficile, siamo giunti a una soluzione funzionante ad una velocità sorprendente, anche grazie alle idee e ai contributi pragmatici dei singoli membri del team”, conclude ­Ulrich Wüstenhagen.