Progettazione sistematica e ingegnerizzazione di un banco prova sperimentale per test di endurance su molle a compressione per dispositivi oleodinamici

Il presente lavoro di tesi, svolto presso il reparto Sala Prove di Bosch Rexroth Oil Control, nasce dall’esigenza industriale di ottimizzare i processi di validazione a fatica dei componenti elastici impiegati nelle valvole oleodinamiche. Attualmente, i protocolli di test prevedono verifiche di endurance sull’intero gruppo valvola, con cicli di lavoro limitati a frequenze inferiori a 1Hz a causa dei vincoli intrinseci dei circuiti idraulici di prova. Poiché una validazione standard può richiedere tra i 500000 e i 10 milioni di cicli, i tempi di occupazione dei banchi idraulici possono estendersi per mesi, rendendo inoltre onerosa l’esecuzione di controlli intermedi. Tale approccio rende complesso l’isolamento del comportamento della singola molla nei fenomeni di cedimento o deriva prestazionale. L’attività si è focalizzata sulla progettazione e realizzazione di un banco prova dedicato, concepito per operare a frequenze superiori agli standard attuali; la fase di testing ha raggiunto i 3Hz. Sebbene esistano soluzioni commerciali analoghe, il prototipo è stato ingegnerizzato seguendo i principi del Design for Cost, valorizzando componenti dismessi per fornire una verifica di fattibilità volta a giustificare futuri investimenti industriali. La progettazione ha seguito i principi della metodologia sistematica di Pahl e Beitz, integrando un’analisi statistica preliminare sulle caratteristiche delle molle aziendali per garantire il pieno soddisfacimento dei requisiti funzionali. Il sistema adotta un azionamento pneumatico basato su un cilindro a doppio effetto e una valvola 5/3 a centro chiuso. La gestione del banco è affidata a una logica di controllo su microcontrollore, sviluppata in ambiente Matlab/Simulink. L’apparato è in grado di esercitare una spinta di circa 5 kN e consente di testare simultaneamente fino a nove componenti, a seconda delle specifiche tecniche. La validazione finale ha previsto una campagna di prove comparative per verificare la coerenza tra i risultati ottenuti sul singolo componente e quelli derivanti dai test idraulici convenzionali. Le evidenze sperimentali dimostrano come l’isolamento della molla permetta una rilevazione più accurata della degradazione delle proprietà meccaniche grazie alla possibilità di effettuare monitoraggi intermedi. Lo strumento si configura quindi come una risorsa strategica per il reparto R&D, capace di accelerare le valutazioni sull’affidabilità dei componenti, risultando funzionale per le le attività operative di reparto.