IT201800004711A1 - Telaio per autoveicoli e modulo per detto telaio - Google Patents
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Description
Descrizione dell’Invenzione Industriale avente per titolo:
“Telaio per autoveicoli e modulo per detto telaio”
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un telaio per autoveicoli e ad un modulo per detto telaio.
In particolare l'invenzione si riferisce a moduli per un telaio o per una porzione di telaio per autoveicoli realizzati mediante stampaggio 3D. Nel seguito con il termine telaio verrà indicato sia il telaio completo che la porzione di telaio, ad esempio atta ad essere fissata ad un telaio in fibra di carbonio.
Sono noti telai per autoveicoli realizzati mediante componenti in metallo (principalmente acciaio e/o alluminio) prima stampati e poi elettrosaldati.
Questi primi telai noti però presentano il problema che gli elevati livelli di sicurezza (crash test) da essi raggiunti, difficilmente sono migliorabili in modo significativo senza penalizzare la massa del veicolo.
Detto problema è risolto da telai per autoveicoli in materiali compositi, come le scocche denominate CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer), o in misura minore da telai realizzati con un mix di materiali comprendenti leghe di acciaio e alluminio, come le scocche denominate “space frame”, che garantiscono elevate prestazioni in termini di rigidità torsionale e di resistenza agli urti frontali e laterali pur avendo un peso ridotto.
Questi altri telai noti, principalmente quelli CFRP, presentano però il problema di un alto costo di realizzazione, per cui al momento sono utilizzati solo per impieghi particolari (autoveicoli di gamma altissima e Motorsport).
La necessità di realizzare telai per autoveicoli che siano leggeri è dettata soprattutto dal fatto che negli autoveicoli elettrici che, insieme a quelli ibridi, rappresentano in prospettiva una porzione sempre più importante nel parco circolante mondiale, il peso delle batterie impone un incremento certo e poco contenibile della massa, salvo accettare livelli di autonomia molto bassi. Pertanto, a parità di carico utile trasportato e di prestazioni dinamiche, si paga un plus pari a circa il 25/35% di peso incrementale rispetto ai veicoli dotati di motori endotermici.
Scopo della presente invenzione è quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore, fornendo un telaio per autoveicoli e modulo per detto telaio che garantiscano:
- costi di realizzazione competitivi rispetto alle tecnologie attualmente utilizzate nella media/larga serie;
- flessibilità, con la possibilità di modificare le dimensioni/caratteristiche dei veicoli senza dover affrontare gli investimenti significativi richiesti dalla necessità di nuovi stampi e con la potenzialità di inseguire l’evoluzione tecnologica di batterie dagli ingombri sempre più contenuti, a favore dell’incremento dei volumi di carico;
- tempi di prototipazione e di industrializzazione significativamente abbreviati rispetto a quelli dei processi di produzione attualmente adottati dalla maggioranza dei produttori di scocche, pertanto rapidità dal punto di vista del Time to Market.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un telaio per autoveicoli e un modulo per detto telaio come quelli descritti nelle rivendicazioni indipendenti. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Resta inteso che le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.
Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, materiali, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.
La presente invenzione verrà meglio descritta da una forma preferita di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la Figura 1 rappresenta una vista in prospettiva di un telaio secondo la presente invenzione;
- la Figura 2 rappresenta una vista in prospettiva con evidenziati i moduli di un telaio secondo la presente invenzione;
- la Figura 3 rappresenta una vista frontale di un telaio secondo la presente invenzione;
- la Figura 4 rappresenta una vista in prospettiva di due moduli di un telaio secondo la presente invenzione;
- la Figura 5.1 rappresenta una vista in prospettiva ed una vista laterale di una forma di realizzazione di due moduli di un telaio secondo la presente invenzione;
- la Figura 5.2 rappresenta una vista in prospettiva ed una vista laterale di una forma di realizzazione di due moduli di un telaio secondo la presente invenzione;
- la Figura 5.3 rappresenta una vista in prospettiva ed una vista laterale di una forma di realizzazione di due moduli di un telaio secondo la presente invenzione;
- la Figura 5.4 rappresenta una vista in prospettiva ed una vista laterale di una forma di realizzazione di due moduli di un telaio secondo la presente invenzione; e
- la Figura 6 rappresenta una vista in prospettiva di una vasca per l’assemblaggio di un telaio secondo la presente invenzione.
Facendo riferimento alle Figure, il telaio 10 per autoveicoli secondo l’invenzione comprende almeno un primo modulo 11 ed almeno un secondo modulo 12, detto primo modulo 11 avente una faccia con almeno una prima superficie 15 complementare con una seconda superficie 16 di una faccia del secondo modulo 12, dette prima e seconda superficie comprendendo rispettivamente primi 25 e secondi 26 elementi ad incastro, atti ad essere incastrati fra loro per fissare il primo modulo 11 ed il secondo modulo 12, con la prima superficie 15 e la seconda superficie 16 appoggiate fra loro.
In modo preferito la prima superficie 15 e la seconda superficie 16 hanno la stessa forma e sono combacianti fra loro, almeno parzialmente, quando il primo modulo 11 è fissato al secondo modulo 12, con i primi 25 ed i secondi 26 elementi ad incastro incastrati fra loro.
Preferibilmente il telaio 10 per autoveicoli secondo l’invenzione comprende una pluralità di detti primi moduli 11, ed una pluralità di detti secondi moduli 12, ognuno di detti primi moduli 11 avendo una faccia con una prima superficie 15 complementare con una seconda superficie 16 di una faccia di almeno uno di detti secondi moduli 12, dette prima e seconda superficie comprendendo rispettivamente i primi 25 ed i secondi 26 elementi ad incastro, atti ad essere incastrati fra loro per fissare il primo modulo 11 ed il secondo modulo 12, con la prima superficie 15 e la seconda superficie 16 appoggiate fra loro, in modo preferito almeno parzialmente combacianti.
In una prima forma di realizzazione dei moduli 11, 12 per il telaio 10 per autoveicoli secondo l’invenzione mostrata in Fig. 5.1, i primi 25 ed i secondi 26 elementi ad incastro sono realizzati con elementi in rilievo ed incavi corrispondenti realizzati rispettivamente sulla prima superficie 15 e sulla seconda superficie 16 dei moduli 11 e 12, detti elementi in rilievo ed incavi aventi ad esempio un profilo circolare o poligonale. Ad esempio i primi elementi 25 hanno superfici leggermente convesse per ottenere un incastro forzato con i secondi elementi 26; preferibilmente detti secondi elementi 26 hanno superfici leggermente convesse, per aumentare l’interferenza tra i primi 25 ed i secondi 26 elementi.
In una seconda forma di realizzazione dei moduli 11, 12 per il telaio 10 per autoveicoli secondo l’invenzione mostrata in Fig. 5.2, i primi 25 ed i secondi 26 elementi ad incastro sono realizzati con elementi in rilievo ed incavi corrispondenti realizzati rispettivamente sulla prima superficie 15 e sulla seconda superficie 16 dei moduli 11 e 12, detti elementi in rilievo ed incavi aventi un profilo a dente di sega.
In una terza forma di realizzazione dei moduli 11, 12 per il telaio 10 per autoveicoli secondo l’invenzione mostrata in Fig. 5.3, i primi 25 ed i secondi 26 elementi ad incastro sono realizzati con elementi in rilievo ed incavi corrispondenti realizzati rispettivamente sulla prima superficie 15 e sulla seconda superficie 16 dei moduli 11 e 12, detti elementi in rilievo essendo costituiti da un bordo in rilievo e gli incavi corrispondenti essendo costituiti da una parte centrale scavata.
In una quarta forma di realizzazione dei moduli 11, 12 per il telaio 10 per autoveicoli secondo l’invenzione mostrata in Fig. 5.4, i primi 25 ed i secondi 26 elementi ad incastro sono realizzati con elementi in rilievo ed incavi corrispondenti realizzati rispettivamente sulla prima superficie 15 e sulla seconda superficie 16 dei moduli 11 e 12, detti elementi in rilievo ed incavi aventi ad esempio un profilo a nido d’ape, ad esempio esagonale.
Naturalmente sono possibili altre forme di realizzazione con elementi ad incastro 25, 26 di tipo noto, ad esempio elementi noti costituiti da peduncoli superficiali realizzati sulla superficie dei moduli 11, 12 ed atti ad essere interconnessi fra loro.
Preferibilmente i moduli 11, 12 del telaio 10 per autoveicoli sono realizzati utilizzando una combinazione di coppie di primi 25 e secondi 26 elementi ad incastro di tipo diverso.
In modo preferito i primi 25 ed i secondi 26 elementi ad incastro sono realizzati su una superficie laterale longitudinale del modulo 11, 12 per il telaio 10 per autoveicoli.
Per ottenere una struttura finale del telaio 10 monolitica ed estremamente rigida (torsionalmente e flessionalmente) è infine necessario incollare i primi 25 ed i secondi 26 elementi ad incastro e/o la prima superficie 15 e sulla seconda superficie 16 dei moduli 11 e 12, mediante spalmatura con sostanze incollanti di tipo noto, disposte sulle superfici da unire subito prima dell’assemblaggio dei moduli 11 e 12.
Preferibilmente il collante tra i moduli 11 e 12 è consolidato/reticolato mediante un’operazione di riscaldamento della struttura con apposito sistema di riscaldamento di tipo noto.
I moduli 11, 12 sono atti ad essere montati in una vasca 40 di assemblaggio, che verrà spiegata in seguito più dettagliatamente, e sono realizzati mediante stampaggio 3D, preferibilmente mediante una batteria di stampanti 3D, ciascuna delle quali può lavorare se necessario con un materiale diverso dall’altra; ad esempio i moduli 11, 12 sono realizzati in polvere o filamenti di nylon, CF, titanio, fiberglass, Kevlar, poliuretano, ABS rinforzato con CF (chopped carbon), scalmalloy, e in generale materiali di tipo noto per la stampa 3D.
Ad esempio per un autoveicolo di medie dimensioni (4,2-4,6 m di lunghezza; 1,7-1,9 m di larghezza; 1,5-1,7 m di altezza) e di media cilindrata (1,6 – 2,2 litri) si possono ipotizzare telai 10 costituiti da 40-80 moduli 11, 12.
Poiché la maggioranza degli autoveicoli presenta un piano di simmetria longitudinale (per quanto riguarda la struttura del telaio del veicolo) si può pensare che il numero di moduli 11, 12 realmente ed opportunamente differenti (in termini di materiali e di morfologia costituenti) si ridurranno a circa la metà rispetto al numero sopraindicato.
L’impianto di produzione del telaio 10 per autoveicoli secondo l’invenzione comprende in modo preferito:
- almeno una stampante 3D per la stampa dei moduli 11, 12 del telaio per autoveicoli;
- la vasca 40 per l’assemblaggio/contenimento dei moduli 11, 12 da fissare, avente una superficie 46 interna atta ad accoppiarsi con la superficie dei moduli 11, 12 quando sono fissati, incastrati fra loro per realizzare il telaio 10; la vasca 40 costituirà una sorta di culla/sede all’interno della quale il telaio 10 verrà assemblato in modo preferibilmente automatico. La vasca potrà a sua volta essere realizzata preferibilmente in materiale plastico mediante moduli 41, 42 stampati 3D e poi assemblati, con una loro suddivisione completamente diversa da quella del telaio 10: qui si seguirà più una logica di economicità realizzativa, anziché di resistenza strutturale.
In modo preferito sono previsti “n” esemplari di vasche 40 per ogni tipologia di telaio 10 da produrre in serie, in funzione della parallelizzazione dei flussi produttivi e quindi in relazione ai volumi di produzione che si dovranno sostenere per quello specifico telaio.
La vasca comprende (sempre realizzati in stampa 3D) sistemi di aggancio 45 per garantire che almeno il primo modulo 11, 12 disposto in ogni lato della vasca 40 (e quindi del telaio 10 in fase di costruzione) possa essere fissato alla vasca 40. Per altri moduli 11, 12 del telaio 10 non saranno presumibilmente necessari agganci con la vasca 40, perché saranno gli incastri con i moduli 11, 12 limitrofi già inseriti (e agganciati alla vasca 40) a garantire il mantenimento di ciascun modulo 11, 12 nella corretta posizione. Gli agganci 45 dovranno poi, alla conclusione della fase di assemblaggio, permettere comunque il disimpegno del telaio 10 finito dalla vasca 40 di preparazione (opzionalmente il telaio 10 presenterà a sua volta dei ganci incorporati ad esempio nei quattro angoli alle estremità in modo da poter essere imbragabile da un sistema di presa e sollevamento realizzato ad hoc; preferibilmente la vasca 40 comprende un sistema di cinturamento e bloccaggio dei moduli 41, 42 costituenti la vasca 40, per evitare che si allontanino nella fase di pressatura del telaio descritta in seguito più nel dettaglio.
- almeno una prima sottostazione automatica comprendente mezzi di preparazione/dosaggio e distribuzione di una sostanza incollante, per la distribuzione di un quantitativo predosato della sostanza incollante sugli elementi ad incastro 25, 26 e/o sulle superfici 15, 16 dei moduli 11, 12 da fissare; preferibilmente la sottostazione automatica comprende un sistema di preriscaldamento della sostanza incollante, ad esempio mediante raggi UV.
- un sistema automatico comprendente mezzi di pressione, atto a tenere premute le superfici 15, 16 dei moduli 11, 12 da fissare;
- una seconda sottostazione comprendente mezzi di riscaldamento di tipo noto, per il riscaldamento/reticolazione della sostanza incollante;
- mezzi di movimentazione dei moduli 11, 12, ad esempio un robot dotato di pinza;
- mezzi di movimentazione della vasca 40 di assemblaggio, ad esempio sistemi noti di tipo AGV; - mezzi di movimentazione del telaio, ad esempio un paranco/manipolatore.
Il procedimento per la produzione del telaio 10 per autoveicoli secondo l’invenzione comprende preferibilmente le seguenti fasi:
- una prima fase di stampaggio in 3D dei moduli 11, 12 del telaio per autoveicoli, mediante almeno una stampante in 3D, preferibilmente con una batteria di stampanti in 3D;
- una seconda fase di pulitura e rifinitura superficiale dei moduli 11, 12, per eliminare bave e residui dai pezzi stampati;
- una terza fase opzionale di posizionamento, mediante un sistema automatizzato, dei moduli 11, 12 del telaio in corrispondenti vassoi di stoccaggio, in modo che detti moduli 11, 12 siano opportunamente orientati per una fase successiva di presa mediante mezzi di movimentazione dei moduli 11, 12;
- una quarta fase di prelevamento, preferibilmente dal vassoio di stoccaggio dei moduli 11, 12 e di trasferimento di detti moduli 11, 12 presso la sottostazione di preparazione/dosaggio e distribuzione della sostanza incollante, mediante mezzi di movimentazione dei moduli 11, 12, ad esempio robot dotati di pinze;
- una quinta fase di distribuzione del quantitativo predosato della sostanza incollante sugli elementi ad incastro 25, 26 e/o sulle superfici 15, 16 dei moduli 11, 12 da fissare, mediante mezzi di preparazione/dosaggio e distribuzione di detta sostanza incollante;
- una sesta fase di riconoscimento e di trasferimento dei moduli 11, 12 nella rispettiva posizione all’interno della vasca 40 di assemblaggio, mediante mezzi di riconoscimento e mezzi di movimentazione dei moduli 11, 12, ad esempio robot;
- una settima fase di fissaggio di alcuni moduli 11, 12 alla vasca 40 di assemblaggio, per mezzo di un sistema di aggancio semplificato integrato nella vasca 40;
- una ottava fase di pressatura/consolidamento dei moduli 11, 12 da fissare, mediante il sistema automatico comprendente mezzi di pressione atti a tenere premute le superfici 15, 16 dei moduli 11, 12 da fissare, in modo che i rispettivi elementi ad incastro 25, 26 e/o superfici 15, 16 aderiscano tra loro, ad esempio per un tempo di circa 10 s e con una pressione adeguata, incollandosi in modo stabile;
- una nona fase opzionale di movimentazione della vasca 40 di assemblaggio con il telaio per veicoli completo di ogni sua sottoparte verso la stazione di riscaldamento/reticolazione della sostanza incollante, mediante i mezzi di movimentazione della vasca 40 di assemblaggio, ad esempio mediante sistemi noti di tipo AGV;
- una decima fase di riscaldamento del telaio per autoveicoli, ad esempio per un tempo da 10’ a 30’ e ad una temperatura compresa tra 70° e 130°C;
- una undicesima fase di aggancio dei punti di aggancio dei quattro moduli angolari del telaio per autoveicoli mediante mezzi di movimentazione del telaio, ad esempio un paranco/manipolatore, in modo da staccare il telaio per autoveicoli dalla vasca 40 di assemblaggio;
- una dodicesima fase di posizionamento del telaio su un carrello/vassoio, mediante detti mezzi di movimentazione del telaio, ad esempio un paranco/manipolatore;
- una tredicesima fase di riposizionamento della vasca 40 di assemblaggio, mediante mezzi di movimentazione della vasca 40, ad esempio mediante sistemi noti di tipo AGV.
Vantaggiosamente, il procedimento per la produzione del telaio 10 per autoveicoli secondo l’invenzione consente di avere un WIP (Work In Progress) di questa lavorazione ridotto al minimo, e consente di avere una produzione JIT (Just In Time) di quello che serve, quando serve, in modo snello ed integrato.
Grazie all’adozione delle tecnologie di stampa 3D (insieme alla robotizzazione delle altre operazioni) sarà conseguibile un livello di flessibilità molto elevato delle linee di produzione degli autoveicoli, tale da rendere possibile e producibile a costi competitivi un veicolo davvero customizzato, al limite fatto su misura per le esigenze dello specifico cliente finale, cosa oggigiorno possibile solo per prototipi o veicoli dal costo elevatissimo.
Si sono descritte forme preferite di attuazione dell’invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell’ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate nelle quali, eventuali segni di riferimento posti tra parentesi non possono essere interpretati nel senso di limitare le rivendicazioni stesse. Inoltre, la parola "comprendente" non esclude la presenza di elementi e/o fasi diversi da quelli elencati nelle rivendicazioni. L’articolo “un”, “uno” o “una” precedente un elemento non esclude la presenza di una pluralità di tali elementi. Il semplice fatto che alcune caratteristiche siano citate in rivendicazioni dipendenti diverse tra loro non indica che una combinazione di queste caratteristiche non possa essere vantaggiosamente utilizzata.
Claims (11)
- RIVENDICAZIONI 1. Telaio (10) per autoveicoli comprendente almeno un primo modulo (11) ed almeno un secondo modulo (12), detto primo modulo (11) avente una faccia con almeno una prima superficie (15) complementare con una seconda superficie (16) di una faccia del secondo modulo (12), dette prima e seconda superficie (15, 16) comprendendo rispettivamente primi (25) e secondi (26) elementi ad incastro, atti ad essere incastrati fra loro per fissare il primo modulo (11) ed il secondo modulo (12), con la prima superficie (15) e la seconda superficie (16) appoggiate fra loro.
- 2. Telaio (10) per autoveicoli secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la prima superficie (15) e la seconda superficie (16) hanno la stessa forma e sono combacianti fra loro, almeno parzialmente, quando il primo modulo (11) è fissato al secondo modulo (12) con i primi (25) ed i secondi (26) elementi ad incastro incastrati fra loro.
- 3. Telaio (10) per autoveicoli secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di detti primi moduli (11) ed una pluralità di detti secondi moduli (12), ognuno di detti primi moduli (11) avendo una faccia con una prima superficie (15) complementare con una seconda superficie (16) di una faccia di almeno uno di detti secondi moduli (12), dette prima e seconda superficie (15, 16) comprendendo rispettivamente i primi (25) ed i secondi (26) elementi ad incastro, atti ad essere incastrati fra loro per fissare il primo modulo (11) ed il secondo modulo (12) con la prima superficie (15) e la seconda superficie (16) appoggiate fra loro.
- 4. Telaio (10) per autoveicoli secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la prima superficie (15) e la seconda superficie (16) appoggiate fra loro sono almeno parzialmente combacianti.
- 5. Telaio (10) per autoveicoli secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i primi (25) ed i secondi (26) elementi ad incastro sono realizzati con elementi in rilievo ed incavi corrispondenti, realizzati rispettivamente sulla prima superficie (15) e sulla seconda superficie (16) dei moduli (11, 12).
- 6. Telaio (10) per autoveicoli secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti elementi in rilievo ed incavi hanno un profilo a dente di sega.
- 7. Telaio (10) per autoveicoli secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti elementi in rilievo sono costituiti da un bordo in rilievo e gli incavi corrispondenti sono costituiti da una parte centrale scavata.
- 8. Telaio (10) per autoveicoli secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti elementi in rilievo ed incavi hanno un profilo a nido d’ape.
- 9. Telaio (10) per autoveicoli secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i primi (25) ed i secondi (26) elementi ad incastro sono realizzati su una superficie laterale longitudinale del modulo (11, 12).
- 10. Telaio (10) per autoveicoli secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i primi (25) ed i secondi (26) elementi ad incastro e/o la prima superficie (15) e la seconda superficie (16) dei moduli (11 e 12) sono incollati fra loro mediante sostanze incollanti disposte sulle superfici da unire subito prima dell’assemblaggio dei moduli (11, 12), e caratterizzato dal fatto che i moduli (11, 12) sono atti ad essere montati in una vasca (40) di assemblaggio e sono realizzati mediante stampaggio 3D.
- 11. Modulo (11, 12) per telaio (10) per autoveicoli secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una faccia con almeno una prima superficie (15) complementare con una seconda superficie (16) di una faccia di un secondo modulo (12), dette prima e seconda superficie (15, 16) comprendendo rispettivamente primi (25) e secondi (26) elementi ad incastro, atti ad essere incastrati fra loro per fissare il primo modulo (11) ed il secondo modulo (12), con la prima superficie (15) e la seconda superficie (16) appoggiate fra loro.
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- 2018-04-19 IT IT102018000004711A patent/IT201800004711A1/it unknown
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