Markus Kossman

LA PROGETTAZIONE DELLA GRU MOBILE

novembre 01
2013


LA PROGETTAZIONE DELLA GRU MOBILE
Il Senior Designer LEGO®, Markus Kossmann, è un vero esperto nella progettazione di funzioni motorizzate con gli elementi LEGO Technic. Ecco perché, quando è giunto il momento di creare un nuovo ed enorme modello di gru mobile, ricco di funzioni, per il 2013, Mark è stato immediatamente chiamato nel team dei designer!

“Ogni anno, LEGO Technic produce un nuovo modello di punta, il più grande e impegnativo da costruire e sviluppare. Il modello di punta deve essere davvero speciale e quindi scegliere il modello giusto non è facile. Abbiamo realizzato altre gru mobili in passato, come la gru mobile del 2005, un fantastico modello, molto apprezzato dai fan. Il nuovo modello non poteva essere una semplice copia del design precedente; doveva essere migliore, più grande e dall'aspetto più moderno, con funzioni potenziate.”

- Senior Designer LEGO, Markus Kossmann



Nella prima fase abbiamo valutato le funzioni che una gru mobile deve possedere e come debbano essere progettate e controllate nel nuovo modello. Analizzando la versione del 2005, il team Technic ha subito individuato alcuni dettagli che potevano essere migliorati:

- Semplificare il meccanismo sterzante eliminando l'ingranaggio per i diversi angoli di rotazione dell'asse
- Creare supporti motorizzati e più realistici, con stabilizzatori estensibili
- Modificare il sistema pneumatico per il sollevamento del braccio della gru aggiungendo un attuatore lineare motorizzato
- Separare l'estensione del braccio e il funzionamento del verricello
- Introdurre un look più moderno utilizzando i più recenti elementi LEGO® Technic



La generazione delle idee per le nuove funzioni e la costruzione di un primo modello approssimativo richiedono circa due settimane per un progetto di queste dimensioni. Il team deve inoltre progettare i prototipi dei nuovi elementi necessari per azionare le funzioni. Gli elementi sono prodotti con una macchina di rapida prototipazione e possono essere integrati immediatamente nel modello provvisorio.

Il primo modello provvisorio ha fornito una buona indicazione delle dimensioni e delle proporzioni finali, del funzionamento delle parti e delle aree critiche. Rispetto alla gru del 2005, la nuova versione aveva un aspetto più moderno, in particolare la sua cabina e il grande braccio sulla parte superiore. Le nuove funzioni andavano bene, ma gli stabilizzatori di supporto sui lati dovevano essere motorizzati. Il team Technic desiderava inoltre aggiungere un quinto asse di fronte agli stabilizzatori anteriori per differenziare ulteriormente il modello dal suo predecessore.



Per semplificare il processo di progettazione, Mark ha suddiviso la costruzione in tre moduli principali: il telaio, con funzione di sterzatura integrata, motore a pistoni e stabilizzatori; l'alloggiamento della gru, con il motore, la scatola della trasmissione e il vano batteria come contrappeso; e il braccio, con un sistema di estensione a due stadi. Tutti e tre i moduli si sarebbero dovuti perfettamente integrare e funzionare nel modello finale e quindi era importante progettarli in modo che si interfacciassero a vicenda. Tutte le funzioni del modello sarebbero state azionate da un motore alimentato a batteria, suddiviso in quattro funzioni diverse e collocato nella scatola della trasmissione nell'alloggiamento della gru.

“In questa fase di sviluppo, è necessario realizzare tutte le funzioni e verificare che lavorino perfettamente e questo implica tante prove, ricostruzioni e ancora altre prove; bisogna essere molto critici con il proprio lavoro e ricercare l'input degli altri designer. Nel contempo, bisogna pensare anche al processo di costruzione, in modo che possa essere chiaramente riprodotto nelle istruzioni di montaggio.”

- Markus



Il telaio era molto lungo e sarebbe dovuto essere anche particolarmente solido e robusto in modo che la pesante gru potesse essere posizionata su di esso. Doveva essere sufficientemente resistente da non piegarsi o rompersi al sollevamento del modello. Diverse funzioni sono state integrate nel telaio, tra cui il sistema sterzante, il motore V8 a pistoni, gli stabilizzatori e la scatola della trasmissione per controllarle.

“Ho progettato una solida base con gli assi a cui ho potuto poi aggiungere gli stabilizzatori e la scatola della trasmissione sulla parte superiore. Tutti questi moduli sono stati poi assemblati insieme tramite un telaio superiore, per creare una struttura robusta. Sulla parte frontale del telaio si trovano la cabina del conduttore e il compartimento del motore. Queste parti dovevano avere un aspetto potente e moderno, con dettagli realistici, quali specchietti retrovisori e portiere apribili.”

- Markus



“La parte più impegnativa del telaio sono stati gli stabilizzatori, i quali si attivano simultaneamente in modo sincronizzato. Abbiamo modificato un ingranaggio Technic a 8 denti perché potesse scorrere su un asse trasversale e azionare gli attuatori lineari per abbassare gli stabilizzatori. È una funzione davvero fantastica. La parte più difficile è stata montare ogni cosa su un unico modulo e trovare il modo di sincronizzare tutti e quattro gli stabilizzatori motorizzati. Ci ho messo un bel po' a risolvere questo problema!”

- Markus



La funzione sterzante è stata meno impegnativa. Modificando la lunghezza dei braccetti dello sterzo, il team Technic è riuscito a dotare gli assi di diversi angoli di sterzata, consentendo alla gru di sterzare fluidamente. Se tutti gli assi avessero avuto un angolo di sterzata identico, il modello avrebbe generato vibrazioni eccessive in curva!



L'alloggiamento della gru è al cuore del modello; è qui che il motore aziona tutte le funzioni della gru. Ogni funzione viene selezionata tramite un interruttore sul lato dell'alloggiamento, una soluzione che semplifica il controllo della gru. Il motore può azionare gli stabilizzatori, alzare e abbassare il braccio o estendere il braccio e il verricello.

“Un piatto rotante nel telaio comanda il funzionamento degli stabilizzatori; la funzione è suddivisa in due tipi di azionamento: abbassamento e innalzamento degli stabilizzatori ed estensione e retrazione degli stessi. Un'altra opzione era costruire un'apposita scatola di ingranaggi per suddividere il movimento in cinque funzioni, assegnando entrambe le funzioni di azionamento degli stabilizzatori al piatto rotante. Ma ci siamo presto resi conto che non avrebbe funzionato, in quanto l'obiettivo era costruire il telaio e l'alloggiamento della gru come due moduli separati e quindi sarebbe stato impossibile unificarli.”

- Markus



La progettazione di una scatola di trasmissione che fosse realizzabile e stabile in tutte le condizioni di lavoro ha richiesto del tempo. Doveva essere inoltre incorporata in una struttura robusta, in quanto il braccio, fissato all'alloggiamento, genera forti sollecitazioni e può impattare negativamente sul funzionamento della scatola della trasmissione.

“Ho quindi costruito una struttura triangolare per rafforzare la parte anteriore, mentre un telaio Technic 5x7 su ciascun lato impedisce qualsiasi movimento parallelo laterale delle travi. Un altro telaio Technic 5x7 è collocato nella parte posteriore, in modo da prevenire eventuali torsioni. Sul retro, il vano della batteria funge da contrappeso, proprio come su una gru vera.”

- Markus



“Anche il braccio ha richiesto più lavoro del previsto. È stato progettato in modo che possa estendersi in due stadi; il principio di estensione è lo stesso di quello utilizzato sulla Gru Mobile del 2005. Facile, mi sono detto! Volevo che avesse un look più moderno, come in una gru vera, con la parte inferiore rotondeggiante. Ho provato a creare questo look utilizzando pannelli 3x2x11, ma ho presto capito che era impossibile creare una struttura solida. Ho dovuto quindi ottimizzare l'elemento! Il nuovo pannello ha più fori di fissaggio Technic per le travi, per creare una struttura più robusta.”

- Markus



L'obiettivo di Markus era costruire i due stadi di estensione della gru con una struttura leggera ma estremamente resistente, utilizzando travi Technic con un lungo raggio di estensione. Le prime strutture erano incoraggianti ma, quando abbiamo testato il meccanismo, abbiamo scoperto che non funzionava fluidamente a braccio completamente esteso e con il carico appeso al gancio.

“Con l'aiuto del mio collega Anders, che lavora nel nostro dipartimento dei test e che ha progettato l'escavatore telecomandato del 2010, sono riuscito a individuare la ragione. La forza del carico piegava le travi, pressandole l'una contro l'altra e creando attrito. Ho ridisegnato la struttura di queste parti, utilizzando mattoncini Technic per il secondo stadio del braccio e posizionandole su ruote. Ho anche lasciato spazio sufficiente intorno alle parti, perché potessero flettersi senza entrare in contatto. Tutti questi cambiamenti hanno risolto il problema, con il vantaggio aggiuntivo di una riduzione nel consumo elettrico del motore di un terzo!”

- Markus



“Il processo progettuale della gru è stato molto lungo ed è durato quasi un anno. Il modello finale è dotato di 2.600 elementi ed è il più grande modello Technic LEGO® mai prodotto. Mi sono tuttavia divertito un mondo a progettare la nuova 42009 Gru Mobile Mk. II ed essere riuscito a finirla è stato molto soddisfacente. Ne è valsa davvero la pena aggiungere nuove funzioni e rendere il modello idoneo e costruibile per i bambini di 11 anni. Mi auguro che vi divertirete a costruire e a giocare con la nuova gru!”

- Markus Kossmann, LEGO Senior Designer