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L’invenzione del tergicristallo – Una storia di brillante ingegneria
L’invenzione del tergicristallo – Una storia di brillante ingegneria
Sapevi che la moderna tecnologia dei tergi cristalli che oggi diamo per scontata è nata grazie a un lampo di genio uomo? Il professor Robert Kearns, inventore di questa efficiente tecnologia, si ispirò all'occhio umano.
Le tecnologie dei tergi cristalli precedenti alla sua erano piuttosto scadenti e ostacolavano la visuale del conducente. La tecnologia di Kearns era così originale e brillante che l'azienda Ford tentò di appropriarsene indebitamente. Scopriamo insieme i dettagli di questa geniale invenzione.
Per prima cosa dobbiamo comprendere gli errori commessi dagli ingegneri prima del professor Kearns nello sviluppo dei loro tergicristalli. Le spazzole terg cristallo hanno un movimento oscillatorio grazie a un meccanismo a quattro barre. Un motore in corrente continua DC aziona una vite senza fine. L'insieme vite senza fine in ingranaggio viene usato per moltiplicare la coppia.
Questo meccanismo fornisce un movimento continuo delle spazzole, ma i tergicristalli in movimento continuo possono ostacolare la vista. I tergicristalli in movimento continuo compromettono seriamente la visibilità anche in caso di pioggia leggera.
Ed è qui che emerge il genio del signor Robert Kearns, il quale introdusse l'idea della pulizia intermittente. Osservò che gli esseri umani sbattono le palpebre per pulire gli occhi, ma ciò non ostacola la loro visione. Il motivo per cui non siamo coscienti del nostro sbattere le palpebre è che si tratta di un movimento intermittente. Le palpebre riposano a lungo dopo ogni battito. Questo lungo intervallo di riposo agli estremi è il motivo per cui il battito delle palpebre non interrompe la visione.
Nel contesto della guida, se si ferma la spazzola del tergicristallo per un certo periodo dopo ogni ciclo di pulizia, si riduce l'interferenza con la visibilità del conducente. Questo momento Eureeka fu il lampo di genio del professor Kearns.
Possiamo ottenere questo design intermittente dei tergicristalli usando un meccanismo a camma, come mostrato. L'uscita del motore può essere collegata a una camma che muove il tergicristallo solo per un breve periodo e poi si ferma per un tempo di pausa, o "dwell", nella parte inferiore del parabrezza. Voilà, abbiamo ottenuto la pulizia intermittente. O forse no.
Riuscite a vedere il problema in questo design? Il fatto è che il tempo di pausa, o "dwell time", di un tergicristallo dovrebbe variare in base alla quantità di pioggia. In caso di pioggia leggera è necessario un tempo di pausa lungo. In caso di pioggia intensa, ovviamente, serve un tempo di pausa più breve.
Variare il dwell time usando unicamente un organo meccanico non è molto pratico. Infatti, il professor Kearns fu così intelligente da rendersi conto di questo limite e nemmeno tentò questa soluzione. Per ottenere un sistema con tempo di pausa variabile, la soluzione non può essere solo meccanica: deve includere anche l'elettronica.
Questa intuizione fu il secondo lampo di genio di Kearns. Egli sviluppò un circuito elettronico con tutte queste funzionalità incorporate. Per capire il circuito, rivediamo alcune informazioni di base sui transistor.
Il transistor si attiva quando la sua base è polarizzata direttamente e si disattiva quando è polarizzata inversamente. Introduciamo un interruttore a doppio scambio, double throw switch, per facilitare il passaggio tra stati di polarizzazione diretta e inversa.
Quando l'interruttore è in questa condizione, la base è polarizzata direttamente e il circuito è acceso. Quando l'interruttore è in posizione B, la base entra in condizione di polarizzazione inversa e il flusso di corrente si interrompe. Utilizziamo questo circuito a transistor per alimentare il motore del tergicristallo.
Qui il meccanismo del tergicristallo è collegato direttamente all'uscita del motore. Questo, ovviamente, genera una pulizia continua. È interessante notare che una camma collegata al motore può facilmente azionare l'interruttore spegnendo il circuito. Il tergicristallo entra così nella fase di pausa.
Le tecnologie dei tergi cristalli precedenti alla sua erano piuttosto scadenti e ostacolavano la visuale del conducente. La tecnologia di Kearns era così originale e brillante che l'azienda Ford tentò di appropriarsene indebitamente. Scopriamo insieme i dettagli di questa geniale invenzione.
Per prima cosa dobbiamo comprendere gli errori commessi dagli ingegneri prima del professor Kearns nello sviluppo dei loro tergicristalli. Le spazzole terg cristallo hanno un movimento oscillatorio grazie a un meccanismo a quattro barre. Un motore in corrente continua DC aziona una vite senza fine. L'insieme vite senza fine in ingranaggio viene usato per moltiplicare la coppia.
Questo meccanismo fornisce un movimento continuo delle spazzole, ma i tergicristalli in movimento continuo possono ostacolare la vista. I tergicristalli in movimento continuo compromettono seriamente la visibilità anche in caso di pioggia leggera.
Ed è qui che emerge il genio del signor Robert Kearns, il quale introdusse l'idea della pulizia intermittente. Osservò che gli esseri umani sbattono le palpebre per pulire gli occhi, ma ciò non ostacola la loro visione. Il motivo per cui non siamo coscienti del nostro sbattere le palpebre è che si tratta di un movimento intermittente. Le palpebre riposano a lungo dopo ogni battito. Questo lungo intervallo di riposo agli estremi è il motivo per cui il battito delle palpebre non interrompe la visione.
Nel contesto della guida, se si ferma la spazzola del tergicristallo per un certo periodo dopo ogni ciclo di pulizia, si riduce l'interferenza con la visibilità del conducente. Questo momento Eureeka fu il lampo di genio del professor Kearns.
Possiamo ottenere questo design intermittente dei tergicristalli usando un meccanismo a camma, come mostrato. L'uscita del motore può essere collegata a una camma che muove il tergicristallo solo per un breve periodo e poi si ferma per un tempo di pausa, o "dwell", nella parte inferiore del parabrezza. Voilà, abbiamo ottenuto la pulizia intermittente. O forse no.
Riuscite a vedere il problema in questo design? Il fatto è che il tempo di pausa, o "dwell time", di un tergicristallo dovrebbe variare in base alla quantità di pioggia. In caso di pioggia leggera è necessario un tempo di pausa lungo. In caso di pioggia intensa, ovviamente, serve un tempo di pausa più breve.
Variare il dwell time usando unicamente un organo meccanico non è molto pratico. Infatti, il professor Kearns fu così intelligente da rendersi conto di questo limite e nemmeno tentò questa soluzione. Per ottenere un sistema con tempo di pausa variabile, la soluzione non può essere solo meccanica: deve includere anche l'elettronica.
Questa intuizione fu il secondo lampo di genio di Kearns. Egli sviluppò un circuito elettronico con tutte queste funzionalità incorporate. Per capire il circuito, rivediamo alcune informazioni di base sui transistor.
Il transistor si attiva quando la sua base è polarizzata direttamente e si disattiva quando è polarizzata inversamente. Introduciamo un interruttore a doppio scambio, double throw switch, per facilitare il passaggio tra stati di polarizzazione diretta e inversa.
Quando l'interruttore è in questa condizione, la base è polarizzata direttamente e il circuito è acceso. Quando l'interruttore è in posizione B, la base entra in condizione di polarizzazione inversa e il flusso di corrente si interrompe. Utilizziamo questo circuito a transistor per alimentare il motore del tergicristallo.
Qui il meccanismo del tergicristallo è collegato direttamente all'uscita del motore. Questo, ovviamente, genera una pulizia continua. È interessante notare che una camma collegata al motore può facilmente azionare l'interruttore spegnendo il circuito. Il tergicristallo entra così nella fase di pausa.
Tuttavia, questo è un meccanismo con tempo di pausa infinito. Questo circuito non riuscirebbe a riattivare il motore. Torniamo ora alla fase attiva e cerchiamo di risolvere questo problema. Il circuito è ora nella fase attiva.
Fermiamo la scena e introduciamo una coppia condensatore–resistenza nel circuito. Come mostrato, la direzione del flusso di corrente attraverso la resistenza è indicata qui. A causa della resistenza ci sarà una differenza di potenziale tra i due terminali del condensatore, che si caricherà come indicato.
Quando la camma aziona l'interruttore, il circuito si disattiva come visto prima. Ora il condensatore carico entra in gioco. È pronto a scaricarsi. Il potenziale nel punto B è sempre fisso. Tuttavia, il potenziale nel punto A cambierà durante la scarica.
Supponiamo che, quando il condensatore è completamente carico, il potenziale in A sia maggiore rispetto a B. Il transistor è ovviamente polarizzato inversamente. Tuttavia, man mano che il condensatore si scarica, la tensione in A cala. A un certo punto, la tensione in A diventa inferiore a quella in B e il transistor si attiva.
L'intervallo di tempo tra la scarica del condensatore e l'attivazione della base è il tempo di pausa del tergicristallo. L'aspetto interessante è che possiamo regolare facilmente questo tempo variando il valore della resistenza. Maggiore la resistenza, maggiore sarà il tempo di pausa.
In questo modo, grazie all'elettronica, il professor Kearns realizzò un meccanismo a tempo di pausa variabile. Il cuore di questa invenzione è un brillante circuito elettronico, ma è comandato da un interruttore meccanico. Un genio assoluto, vero?
Tuttavia, durante una pioggia intensa abbiamo bisogno di un tempo di pausa quasi nullo. Non è pratico ottenere una resistenza nulla e quindi un tempo di pausa nullo. Durante una pioggia intensa, l'attrito tra il vetro e il tergicristallo è molto basso.
Vediamo come questo basso attrito influisce sul circuito durante la fase di pausa. Il circuito è disconnesso, ma i tergicristalli hanno ancora un buon slancio: proseguono nel movimento verso il basso grazie alla forza d'inerzia. Questo slancio genera una forza sufficiente per azionare il resto del meccanismo e far ruotare la camma.
Questo porta alla riattivazione del motore. In breve, l'inerzia delle spazzole aiuta a saltare la fase di pausa del meccanismo. Questo è ovviamente un metodo grezzo per ottenere una pulizia continua da un meccanismo intermittente.
Nel brevetto, il professor Kearns ha illustrato circuiti più sofisticati per ottenere la pulizia continua. I tergicristalli moderni utilizzano relè per azionare il motore. Il tempo di pausa può essere misurato e modificato con precisione utilizzando circuiti temporizzatori e microcontrollori.
Inoltre, questi microcontrollori ricevono input da sensori di umidità o sensori di pioggia presenti sul parabrezza per attivare automaticamente il tergicristallo quando è bagnato.
Dopo aver sviluppato un sistema di tergicristalli così brillante, ciò che accadde al professor Kearns fu tragico. Dovette trascorrere gran parte della sua vita in tribunale contro la Ford Motor Company per violazione del suo brevetto. Alla fine vinse la causa.
Speriamo che vi ispiri il fatto che semplici osservazioni possano portare a invenzioni straordinarie.
Alla prossima.
Fermiamo la scena e introduciamo una coppia condensatore–resistenza nel circuito. Come mostrato, la direzione del flusso di corrente attraverso la resistenza è indicata qui. A causa della resistenza ci sarà una differenza di potenziale tra i due terminali del condensatore, che si caricherà come indicato.
Quando la camma aziona l'interruttore, il circuito si disattiva come visto prima. Ora il condensatore carico entra in gioco. È pronto a scaricarsi. Il potenziale nel punto B è sempre fisso. Tuttavia, il potenziale nel punto A cambierà durante la scarica.
Supponiamo che, quando il condensatore è completamente carico, il potenziale in A sia maggiore rispetto a B. Il transistor è ovviamente polarizzato inversamente. Tuttavia, man mano che il condensatore si scarica, la tensione in A cala. A un certo punto, la tensione in A diventa inferiore a quella in B e il transistor si attiva.
L'intervallo di tempo tra la scarica del condensatore e l'attivazione della base è il tempo di pausa del tergicristallo. L'aspetto interessante è che possiamo regolare facilmente questo tempo variando il valore della resistenza. Maggiore la resistenza, maggiore sarà il tempo di pausa.
In questo modo, grazie all'elettronica, il professor Kearns realizzò un meccanismo a tempo di pausa variabile. Il cuore di questa invenzione è un brillante circuito elettronico, ma è comandato da un interruttore meccanico. Un genio assoluto, vero?
Tuttavia, durante una pioggia intensa abbiamo bisogno di un tempo di pausa quasi nullo. Non è pratico ottenere una resistenza nulla e quindi un tempo di pausa nullo. Durante una pioggia intensa, l'attrito tra il vetro e il tergicristallo è molto basso.
Vediamo come questo basso attrito influisce sul circuito durante la fase di pausa. Il circuito è disconnesso, ma i tergicristalli hanno ancora un buon slancio: proseguono nel movimento verso il basso grazie alla forza d'inerzia. Questo slancio genera una forza sufficiente per azionare il resto del meccanismo e far ruotare la camma.
Questo porta alla riattivazione del motore. In breve, l'inerzia delle spazzole aiuta a saltare la fase di pausa del meccanismo. Questo è ovviamente un metodo grezzo per ottenere una pulizia continua da un meccanismo intermittente.
Nel brevetto, il professor Kearns ha illustrato circuiti più sofisticati per ottenere la pulizia continua. I tergicristalli moderni utilizzano relè per azionare il motore. Il tempo di pausa può essere misurato e modificato con precisione utilizzando circuiti temporizzatori e microcontrollori.
Inoltre, questi microcontrollori ricevono input da sensori di umidità o sensori di pioggia presenti sul parabrezza per attivare automaticamente il tergicristallo quando è bagnato.
Dopo aver sviluppato un sistema di tergicristalli così brillante, ciò che accadde al professor Kearns fu tragico. Dovette trascorrere gran parte della sua vita in tribunale contro la Ford Motor Company per violazione del suo brevetto. Alla fine vinse la causa.
Speriamo che vi ispiri il fatto che semplici osservazioni possano portare a invenzioni straordinarie.
Alla prossima.