ITRM20060124A1 - Perfezionamento di visiera per casco - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dellinvenzione industriale dal titolo:

“Perfezionamento di visiera per casco”

La presente invenzione si riferisce ad una visiera per caschi per attività sportive, in particolare motociclismo.

Come noto, i caschi motociclistici utilizzano una visiera per proteggere gli occhi dell’ utilizzatore sia dal flusso d’aria che investe il casco durante il moto sia da eventuali piccoli oggetti, ad esempio sabbia o insetti, che possono colpire il casco durante la marcia.

La realizzazione di tali visiere avviene generalmente tramite l’utilizzo di fogli di materiale plastico trasparente (classicamente policarbonato) variamente tagliati e conformati. In alternativa, la produzione delle visiere può avvenire stampaggio ad iniezione.

La conformazione delle visiere, è sostanzialmente analoga per tutti i tipi di caschi esistenti e, in particolare, è realizzata inizialmente tramite il taglio di una lastra a misura (per cui la curvatura della visiera appare presente secondo un solo raggio) e la cui curvatura viene successivamente variata. Tali curvature, che presentano un raggio che può raggiungere i 4 cm, creano una particolare geometria che permette alla visiera di essere parte integrante delle geometria del casco stesso, in maniera da limitare gli effetti aerodinamici che crea.

Sono inoltre diffusi i caschi di tipo “jet”, nei quali la mentoniera non è presente, dove la lunghezza della visiera è in maniera tale da coprire, almeno parzialmente, anche il mento.

In questi caschi, pur non avendo funzioni strutturali, le visiere sono realizzate in maniera tale da limitare gli indesiderati effetti aerodinamici di ricircolo del flusso dell’imbottitura e della visiera stessa.

Per questo motivo alcuni dei caschi realizzati secondo tecnica nota presentano un elevato allungamento verso il basso che permette di limitare, per quanto possibile, l’entità del flusso che lambisce il viso dell’utilizzatore. Allo stesso modo, anche nei caschi di tipo “integrali”, nei quali la calotta comprende anche ima mentoniera a protezione del mento, la visiera è un componente che formalmente non ha funzioni strutturali e viene montata in maniera tale da potersi aprire in caso di necessità, in genere tramite la rotazione attorno ad un asse.

Come facilmente immaginabile, la realizzazione appena descritta permette una semplice produzione con elevate caratteristiche di economia di scala e semplicità di produzione, oltre che una facile implementazione di sistemi di protezione a strappo (tear off), che permettono di realizzare facilmente un sistema di pulizia su caschi da competizione.

Le visiere realizzate secondo tecnica nota presentano tuttavia lo svantaggio di avere scarse caratteristiche aerodinamiche, con conseguente diminuzione generale nelle prestazioni e nel confort dell’utilizzatore.

Più precisamente, a causa della geometria utilizzata, e per motivi prettamente aerodinamici, la sollecitazione a cui è sottoposta la visiera si traduce sostanzialmente in una pressione statica che agisce in un punto, definito punto di arresto, collocato approssimativamente nella zona centrale della visiera stessa.

Tale azione genera un gradiente di pressione e velocità tale per cui sul flusso d’aria che investe il casco si manifesta il cosiddetto fenomeno di distacco della vena, spesso seguito da riattacco. Questo fenomeno comporta la presenza di aree in cui vi sono bolle di ricircolo del flusso di dimensioni variabili, che creano globalmente le condizioni utili alla generazione di un flusso oscillante.

Questa condizione crea una serie di problematiche che limitano il comfort interno a causa dell’ incremento della resistenza aerodinamica globale del casco, della variabilità del campo di pressioni, e dell’instabilità del flusso interno ed esterno.

Pertanto, il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è quello di fornire un casco con visiera che consenta di ovviare agli svantaggi sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota.

Tale problema viene risolto da una visiera secondo la rivendicazione 1 e dal casco comprendente la stessa secondo la rivendicazione 5.

La presente invenzione fornisce alcuni rilevanti vantaggi. Il vantaggio principale consiste nel fatto che la visiera secondo la presente invenzione consente di creare un campo di pressione, particolarmente regolare, garantendo così un elevato comfort per l’utilizzatore.

Inoltre, contrariamente alla tecnica nota, la visiera secondo la presente invenzione modifica il comportamento aerodinamico globale del casco, introducendo dei flussi indotti che possono essere vantaggiosamente sfruttati.

Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità d'impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: la figura 1 è una vista laterale in esploso di un casco comprendente ima visiera realizzata secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista laterale, parzialmente in sezione, di un casco con visiera realizzato secondo tecnica nota;

la figura 3 è una vista laterale, parzialmente in sezione, del casco con visiera di figura 1 ;

la figura 4 è una vista parziale dall’alto, in sezione, che illustra un dettaglio il casco e della visiera di figura 3;

la figura 5 è una vista dall’alto del casco con visiera di figura 3;

la figura 6 è una vista parziale frontale, in sezione, che mostra un dettaglio del casco e della visiera di figura 5;

le figure 7A e 7B sono illustrazioni schematiche che rappresentano la distribuzione di pressione sulla superficie di un casco comprendente rispettivamente una visiera realizzata secondo tecnica nota ed una secondo la presente invenzione;

le figure 8A e 8B sono illustrazioni schematiche che rappresentano la distribuzione della velocità del flusso sulla superficie di un casco comprendente rispettivamente una visiera realizzata secondo tecnica nota ed una secondo la presente invenzione; e

la figura 9 è una grafico che illustra l’andamento del carico resistente in funzione della velocità del flusso in caschi comprendenti rispettivamente una visiera realizzata secondo tecnica nota ed una secondo la presente invenzione.

Con riferimento inizialmente alla figura 1 , una visiera 1 secondo la presente invenzione è fissata, analogamente alle visiere note, ad una calotta 102 di casco 100, in maniera da fornire protezione in corrispondenza di un’apertura 103 che tipicamente la calotta 102 presenta. Nel presente esempio di realizzazione il casco è di tipo integrale, in altre parole la calotta comprende anche una mentoniera, tuttavia, come sarà evidente nel seguito, medesime considerazioni saranno valide per altri tipi di caschi.

Con riferimento quindi alla figura 3, la visiera secondo la presente invenzione, si caratterizza per il fatto di presentare almeno una porzione 10 concava rispetto ad una superficie 101, definita dallo sviluppo del casco 100. Si può quindi notare che la visiera, non segue la forma di tale superficie 101 in corrispondenza dell’apertura 103 suddetta.

In particolare, la visiera ha una curvatura rivolta verso l’intemo del casco, contrariamente ai caschi realizzati secondo tecnica nota nei quali, come illustrato nella figura 2, la visiera segue sostanzialmente l’andamento della calotta del casco.

Con riferimento alle figure 1 e 3, la visiera 1 si estende sostanzialmente lungo un contorno 105 che delimita l’apertura 103, in maniera tale da evitare l’ingresso di aria nel casco. Per migliorare la chiusura offerta, sono anche utilizzati di elementi di tenuta 104, fissati sulla calotta, o in alterativa sulla visiera stessa.

La visiera 10 può perciò essere disposta sostanzialmente secondo una configurazione chiusa che, come appena descritto, ripara il volto dell’ utilizzatore durante l’uso del casco, oppure può essere sollevata, permettendo l’accesso al volto, attraverso l’apertura 103. Tale configurazione sollevata non è descritta in figura, in quanto ben nota ad un esperto del settore.

Tuttavia, per poter collocare la visiera nelle due configurazioni precedentemente descritte, quest’ ultima è fissata alla calotta 102 tramite appositi mezzi di collegamento 2, che consentono un movimento combinato di rotazione e traslazione della visiera. La forma della visiera è infatti tale per cui la semplice rotazione verrebbe ostacolata dal contorno 105.

I mezzi di collegamento 2 possono, ad esempio, essere formati dalla combinazione di una guida ed una cerniera, non illustrate in figura, in quanto tale soluzione costruttiva è nota ad un esperto del settore e, di conseguenza, non sarà descritta con maggiore dettaglio.

Con riferimento nuovamente alla figura 3, la visiera presenta un’estensione sostanzialmente definita dalla regione delimitata dal contorno 105 e si sviluppa secondo una superficie curva il cui centro di curvatura 11 è collocato al di fuori del volume circoscritto dal casco. Nei caschi realizzati secondo tecnica nota, il centro della curvatura della visiera coincide sostanzialmente con il centro di curvatura 106 della superficie 101 e quindi è disposto all’interno del volume suddetto, come mostrato in figura 2.

Con riferimento quindi alle figure 4 e 5, si noti anche che la curvatura appena descritta non è costante lungo l’estensione della visiera 1, ma, all’ approssimarsi dei mezzi di collegamento 2, la concavità è meno accentuata.

In generale, deve essere infatti inteso che il raggio di curvatura della superficie di sviluppo della visiera non è costante e, di conseguenza, anche la posizione del centro di curvatura 11 varia in funzione della forma della visiera. Tuttavia, in corrispondenza della porzione 10 concava, il centro di curvatura 11 si presenta comunque, come spiegato in precedenza, al di fuori del volume circoscritto dal casco.

In corrispondenza poi dei mezzi di collegamento 2, la forma della visiera corrisponde sostanzialmente a quella definita dalla calotta 102.

D’altra parte, è evidente che la porzione 10, in corrispondenza della quale la visiera 1 ha forma concava, può non estendersi fino ai mezzi di collegamento 2, ma essere di dimensioni inferiori rispetto allo sviluppo complessivo della visiera.

Si noti anche che la realizzazione della visiera secondo la presente invenzione prevede sostanzialmente di invertire la direzione della curvatura rispetto a quanto realizzato secondo tecnica nota.

Tale caratteristica offre un’efficace canalizzazione del flusso d’aria che investe la visiera, realizzando sostanzialmente dei condotti, definiti dallo sviluppo della stessa, che permettono di garantire al flusso un’efficiente accelerazione in direzione orizzontale, secondo un piano sostanzialmente perpendicolare a quello che, in gergo aerodinamico viene chiamato “punto di arresto”, identificabile con buona approssimazione sul baricentro della stessa visiera.

Questo comportamento fluidodinamico, legato alla geometria appena descritta, comporta sostanziali vantaggi in termini di sensibilità alla scia turbolenta.

Prove sperimentali effettuate dalla richiedente hanno evidenziato che tale sensibilità viene limitata di circa il 17% in termini di energia cinetica turbolenta (TKE), generando apprezzabili vantaggi sia in termini di rumorosità, essendo questa direttamente dipendente dall’energia cinetica turbolenta, di frequenze di buffeting (instabilità dovuta, ancora, ad effetti legati alla scia turbolenta) ed anche di resistenza, in quanto la presente soluzione ne diminuisce in maniera sostanziale la parte indotta benché si noti un leggero aumento della resistenza detta “di forma”.

Peraltro, le analisi hanno evidenziato che la diminuzione della resistenza indotta risulta ben maggiore rispetto all’incremento di quella di forma, per cui in ultima analisi il bilancio finale risulta in ogni caso positivo.

L’effetto di canalizzazione del flusso risulta inoltre particolarmente vantaggioso in quanto può essere sfruttato per migliorare le prestazioni di appositi mezzi di ventilazione dinamica e/o di estrazione e/o a ventilazione forzata, non illustrati in figura, e collocati in una zona 12 immediatamente adiacente ai mezzi di collegamento 2 della visiera 1, illustrata nella figura 1, o, alternativamente, direttamente sulla calotta. I mezzi di ventilazione possono comprendere, ad esempio, una serie di prese d’aria dinamiche sia di ingresso sia di uscita.

Infatti, in questa zona si realizzando dei flussi canalizzati che, grazie alla presenza di un gradiente negativo di pressione, accelerano fortemente il flusso, senza però diffondersi sull’intera calotta del casco.

La loro portata specifica è quindi estremamente elevata e, di conseguenza, secondo la relazione definita dal teorema di Bemoulli, tale zona sarà caratterizzata da bassa pressione statica.

Pertanto, la pressione dinamica è ben sfruttabile da una presa d’aria dinamica, oppure da ima presa d’aria in estrazione, che, grazie all’elevata differenza di pressione che si viene a creare fra l’interno e l’esterno della visiera, garantisce un’eccellente portata in estrazione.

Tale caratteristica si rivela molto vantaggiosa in quanto consente sostanzialmente di annullare qualsiasi problema di appannamento sulla visiera.

Il movimento relativo fra casco e fluido (generalmente aria) che avviene durante la pratica motociclistica, e in generale in ogni attività sportiva che richiede l’uso di un casco, crea un flusso che parte con caratterizzazione laminare nelle immediate vicinanze del punto di arresto mentre, all’ allontanarsi da questo punto, è caratterizzato da un aumento dello spessore dello strato limite, cioè del profilo di velocità immediatamente vicino alla superficie del casco, fino ad arrivare alla transizione turbolenta. La richiedente ha sperimentalmente osservato che il fenomeno della transizione in regime turbolento avviene a distanze lineari sulla superficie del casco inferiori ai 100 mm, già a velocità superiori ai 10 m/s.

Successivamente, a causa degli sforzi tangenziali interni allo strato limite, sopravviene il distacco della vena fluida che alimenta, a sua volta, la scia turbolenta posteriore al casco.

Si noti inoltre che la geometria della visiera finora descritta consente di sfruttare un effetto di accumulazione dei filetti fluidi generati, in quanto i questi tendono a rimanere interni alla zona corrispondente alla visiera, senza andare a perturbare il flusso esterno.

Con riferimento a quest’ultima caratteristica, nella figura 7A è rappresentata la distribuzione di pressione su un casco comprendente una visiera secondo la presente invenzione, confrontata nella figura 7B con quella ottenuta in un casco secondo tecnica nota.

Dal confronto tra le due figure si può notare che nei caschi con visiera tradizionale c’è una maggiore presenza di zone a bassa pressione, la cui presenza è indicata da un colore più chiaro, nelle quali c’è una conseguente maggiore possibilità di distacco.

Peraltro, a livello locale ed esternamente alla zona visiera, si vengono a creare una serie di gradienti di pressione organizzati in maniera tale da risultare positivi rispetto ai valori interni alla visiera che, essendo di fatto canalizzati, tendono ad avere localmente una pressione inferiore a quella esterna.

Questa caratteristica permette, differentemente da quanto accade con una visiera bombata, cioè di forma tradizionale, di ottenere un elevato addensamento dei filetti fluidi in maniera, che ne assicurare un’elevata energizazione internamente allo strato limite.

Di conseguenza, il flusso transita in maniera ritardata, come si può osservare nelle figure 8A e 8B, dove vengono comparate le zone di transizione del flusso con la visiera secondo la presente invenzione o con visiera tradizionale.

Infine, nella figura 9 è presentato il risultato di una simulazione aerodinamica della presente invenzione che illustra l’andamento del carico resistente sul casco in funzione della velocità del flusso, nel quale si nota che, a parità di carico resistente, la visiera secondo la presente invenzione consente di avere una velocità del flusso inferiore rispetto alle visiere tradizionali.

Per inciso, tali aspetti sono stati anche osservati dalla richiedente in test svolti nelle gallerie del vento che hanno dimostrano che la visiera secondo la presente invenzione garantisce una corretta transizione da regime laminare a turbolento e mantiene il flusso in accelerazione in zone limitate senza che si crei una diffusione del flusso stesso. Tali caratteristiche in definitiva consentono di mantenere un corretto campo di moto, con ampi miglioramenti sia sotto il punto di vista del comportamento aerodinamico sia di quello fonometrico.

Si noti, infine, che la curvatura della visiera sarà scelta e dimensionata in funzione della geometria del casco e delle caratteristiche fluidodinamiche che si desidera maggiormente esaltare.

Tali scelte progettuali sono comunque alla portata di un tecnico del settore e, ad esempio, ottenibili tramite simulazioni numeriche, quindi non verranno discusse nel seguito con maggiore dettaglio.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell'ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito esposte.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Visiera (1) per casco (100) caratterizzata dal fatto di presentare almeno una porzione (10) concava rispetto ad una superficie (101) definita dallo sviluppo di detto casco (100).
2. 2. Visiera (1) per casco (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui detta porzione concava (10) è atta a definire dei condotti atti a realizzare un’accelerazione di un fluido che investe detto casco (100) in ima direzione orizzontale, secondo un piano sostanzialmente perpendicolare al punto di arresto di detto flusso.
3. 3. Visiera (1) per casco (100) secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detta porzione concava (10) ha uno sviluppo secondo una superficie che presenta rispettivi centri di curvatura (11) posizionati esternamente al volume definito da detto casco (100).
4. 4. Visiera (1) secondo una delle precedenti rivendicazioni, comprendente mezzi di ventilazione dinamica e/o di estrazione e/o a ventilazione forzata disposti in prossimità di una porzione laterale (12) di detta visiera.
5. 5. Casco (100) in particolare per attività sportive, caratterizzato dal fatto di comprendere una visiera (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4.
6. 6. Casco (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui detta visiera (1) si estende sostanzialmente in corrispondenza di una superficie la cui estensione è definita da un contorno (105) che delimita un’apertura (103) realizzata su detto casco (100).
7. 7. Casco (100) secondo una delle rivendicazione precedenti, in cui detta visiera (1) è connessa a detto casco (100) tramite appositi mezzi di collegamento (2) atti a realizzare un movimento combinato di rotazione e traslazione di detta visiera ( 100) .