ES2224802B1 - Soporte elastico hidraulicamente amortiguado. - Google Patents

Abstract

Soporte elástico hidráulicamente amortiguado.

Soporte elástico hidráulicamente amortiguado, que comprende un medio interior formado por un núcleo moldeado de material elastómero (5) y un medio exterior formado por una carcasa cilíndrica (4), los cuales se pueden mover con un cierto desplazamiento elástico relativo del uno respecto del otro, incluyendo unas cámaras (9 y 10) llenas de un liquido que puede pasar de manera forzada entre ellas por un conducto laberíntico exterior (12), en amortiguación de los movimientos axiales relativos entre ambos medios interior y exterior, con posibilidad de que las cámaras (9 y 10) queden directamente comunicadas entre sí cuando se produce un cierto desplazamiento radial relativo entre dichos medios interior y exterior.

Description

Soporte elástico hidráulicamente amortiguado.

La presente invención se refiere a un soporte elástico de tipo hidráulicamente amortiguado y destinado para el brazo de control de los vehículos automóviles, con capacidad de comportamiento elástico axial y radial, pero con la particularidad de que, debido a la disposición de sus componentes, a partir de una determinada deformación radial anula el amortiguamiento en dirección axial.

Los soportes elásticos hidráulicamente amortiguados en dirección axial son ya conocidos, existiendo realizaciones con paso interior de un fluido entre dos cámaras, como en las Patentes US 4877262, US 5005810 y EP 0386735, así como realizaciones con paso del fluido por un conducto exterior entre las cámaras del amortiguador como las Patentes US 4739979, EP 0754877, EP 0458008 y DE 4015523. Todas las soluciones conocidas de tales amortiguadores son sin embargo de compleja realización y montaje, además de resultar deficientes en algunos aspectos de la amortiguación.

Con el objeto de la invención se logra una solución más ventajosa, mediante un soporte elástico de geometría sencilla, apto para responder linealmente a solicitaciones tanto en dirección radial como axial, siendo hidráulicamente amortiguado en dirección axial y capaz de anular dicho amortiguamiento hidráulico a partir de determinada deformación en dirección radial, todo ello con una realización constructiva muy sencilla y de fácil montaje.

Dicho soporte objeto de la invención consta de un núcleo elástico moldeado en material elastómero, incluyendo asociados a dicho material dos insertos anulares de refuerzo y un casquillo cilíndrico central, incorporándose sobre dicho núcleo dos piezas semicilíndricas complementarias, entre las cuales y el núcleo quedan definidas dos cámaras anulares separadas por una valona del núcleo, mientras que sobre el conjunto de las piezas semicilíndricas se incorpora una carcasa cilíndrica exterior, entre la cual y al menos una de las piezas semicilíndricas queda definido un conducto laberíntico que comunica con las cámaras anulares antedichas, yendo la totalidad del volumen de las mencionadas cámaras anulares y el conducto laberíntico, lleno con un líquido amortiguante.

Se obtiene así un soporte elástico en el que la valona del núcleo queda radialmente en contacto con el interior de las piezas semicilíndricas, con una cierta presión y en apoyo deslizante sobre dichas piezas, con lo cual las dos cámaras separadas por la valona quedan aisladas entre sí, con comunicación entre ellas solo a través del conducto laberíntico exterior.

De esta forma, al desplazarse en dirección axial el casquillo interior del núcleo, con respecto a la carcasa exterior del conjunto, se genera un cambio de volumen de las cámaras separadas por la valona del núcleo, resultando bombeado el líquido interior de una cámara a la otra a través del canal laberíntico exterior, lo cual produce un amortiguamiento del esfuerzo ocasionante del desplazamiento relativo indicado.

La naturaleza del material elastómero componente del núcleo, hace que el conjunto ofrezca además una elasticidad en sentido radial, con la particularidad de que, dada la disposición del montaje, a partir de una determinada deformación en sentido radial, las dos cámaras contenedoras del líquido amortiguante quedan directamente comunicadas entre sí, merced a la separación de la valona respecto de las piezas semicilíndricas por la parte de donde procede el esfuerzo radial, anulándose así el amortiguamiento axial que producía el paso obligado del líquido entre las dos cámaras a través del conducto laberíntico exterior.

El montaje de los elementos componentes del soporte se realiza dentro de un líquido amortiguante, por ejemplo glicol, con lo cual todos los huecos interiores del conjunto montado quedan completamente llenos de dicho líquido y merced al montaje, con cierre hacia adentro de los extremos de la carcasa exterior, el líquido queda confinado dentro del soporte, sin escapes al exterior.

El conjunto del soporte montado se comporta como cualquier pieza de goma-metal, es decir elásticamente ante cualquier movimiento de la parte interior respecto de la parte exterior, en dirección radial, axial, torsional, cónica, o combinaciones de las mismas, gracias al elastómero existente el casquillo central del núcleo y los refuerzos anulares del mismo que quedan firmemente montados respecto de la carcasa exterior. Las propiedades elásticas del conjunto se pueden variar cambiando la geometría o las características del elastómero utilizado, o bien modificando la disposición y geometría de los elementos componentes asociados al elastómero.

Con todo ello, el soporte genera un gran amortiguamiento cuando se produce un desplazamiento en dirección axial de la parte interior respecto de la parte exterior, de modo que dicho movimiento se transmite a través de la valona que separa las cámaras contenedoras del líquido amortiguante, alterando el volumen de dichas cámaras, con bombeo del líquido amortiguante de una cámara a la otra a través del conducto laberíntico exterior, lo cual genera el amortiguamiento.

La valona del núcleo queda apoyada con una determinada presión contra la parte interna de las piezas semicilíndricas, con lo cual se consigue, por una parte, que las dos cámaras queden aisladas entre sí, sin impedir la deformación elástica de la valona y su deslizamiento sobre el interior de las mencionadas piezas semicilíndricas y, por otra parte, que ante una solicitación en dirección radial, la presión del apoyo de la valona sobre las piezas semicilíndricas aumente por un lado y disminuya por el lado contrario, de manera que a partir de un determinado desplazamiento en tal sentido, la valona pierda el contacto con las piezas semicilíndricas por una zona, poniendo en comunicación directa a las dos cámaras y anulando el efecto amortiguador axial del paso del líquido por el conducto laberíntico exterior. En función de la presión en el montaje, entre la valona del núcleo y las piezas semicilíndricas, el esfuerzo radial para anular el amortiguamiento axial, puede ser mayor o menor.

Las propiedades dinámicas del soporte se pueden ajustar modificando el diseño de las partes y elementos componentes, ya que tales propiedades dinámicas son función de las propiedades elásticas de las paredes de las cámaras contenedoras del líquido amortiguante, de la eficacia del bombeo de la valona entre las cámaras, de la presión de dicha valona contra el interior de las piezas semicilíndricas y de las propiedades reológicas del líquido amortiguante. Las propiedades elásticas de las paredes de las cámaras se ajustan variando su geometría, material y refuerzos internos. La eficacia del bombeo se modifica variando el diámetro de la valona del núcleo. La efectividad de la amortiguación se puede variar cambiando la sección y longitud del conducto laberíntico. La presión entre la valona y las piezas semicilíndricas se puede cambiar variando los diámetros relativos entre ellas. Y mediante el ajuste de los parámetros anteriores se consigue, para una cierta amplitud, hacer que el amortiguamiento sea máximo a una determinada frecuencia.

El soporte de la invención ofrece un comportamiento elástico casi lineal ante una solicitación externa en dirección radial, ya que el elastómero componente del núcleo permite una deformación elástica que hace que la relación entre el desplazamiento y la fuerza ejercida sea casi lineal en los primeros milímetros de la deformación, frente a otras realizaciones de soportes conocidos en las que dicha relación deja de ser lineal con muy poco desplazamiento.

En el extremo de sujeción para su aplicación, el soporte va provisto con una almena de material elastómero, adherida a uno de los refuerzos anulares del núcleo y enfrentada a un elemento exterior que se dispone unido al casquillo interior del núcleo, lo cual permite establecer un tope axial elástico ante una importante deformación axial, por ejemplo en una frenada intensa del vehículo de aplicación, evitando así el deterioro de las cámaras contenedoras del líquido amortiguante.

Dicho soporte de la invención resulta de una gran sencillez constructiva, ya que el núcleo es una pieza con simetría axial que se obtiene mediante un sencillo proceso de moldeado del material elastómero sobre los anillos de refuerzo y el casquillo cilíndrico interior, siendo tanto el casquillo cilíndrico como los refuerzos anulares, elementos de muy fácil obtención, así como la carcasa exterior del soporte, que es un sencillo tubo cilíndrico de poco espesor, mientras que las piezas semicilíndricas que se disponen sobre el núcleo son de una geometría sencilla, que permite la obtención por moldeo en cualquier material plástico o similar.

El montaje constructivo del soporte es a su vez muy sencillo, ya que el conjunto solo comprende cuatro piezas, que son el núcleo, las dos piezas semicilíndricas y la carcasa exterior, las cuales se incorporan en la disposición del montaje dentro del líquido amortiguante que ha de llenar las cámaras y el conducto laberíntico del soporte, de manera que cerrando los extremos de la carcasa sobre las partes extremas del núcleo todo el interior queda perfectamente lleno del líquido, pudiendo realizarse la incorporación de la carcasa y el cierre de sus extremos en una sola operación.

La sujeción práctica del soporte en el lugar de aplicación puede realizarse mediante un simple tornillo pasante a través del casquillo cilíndrico interior del núcleo, mientras que exteriormente el soporte tiene también una forma cilíndrica que permite su montaje fácilmente a presión en cualquier tipo de alojamiento circular, sin necesidad de tornillos u otros elementos de fijación, siendo de unas dimensiones muy reducidas que permiten la incorporación en lugares de muy poco espacio. Como además el soporte tiene simetría axial, se puede montar con sujeción externa en cualquier parte de su longitud.

Por todo ello, dicho soporte objeto de la invención resulta ciertamente de unas características muy ventajosas, que le confieren vida propia y carácter preferente respecto de los soportes elásticos del mismo tipo actualmente conocidos.

La figura 1 muestra una perspectiva en despiece explosionado del conjunto componente del soporte preconizado.

La figura 2 es una vista en sección longitudinal del conjunto del soporte montado, en posición de reposo.

La figura 3 es una vista de la sección longitudinal del soporte en una posición bajo efecto de un esfuerzo axial.

La figura 4 es una vista de la sección longitudinal del soporte en una posición bajo efecto de un esfuerzo radial.

La figura 5 es una gráfica que corresponde a un ensayo del comportamiento estático de la rigidez radial del soporte.

La figura 6 es una gráfica que corresponde a un ensayo del comportamiento estático de la rigidez axial del soporte.

La figura 7 es una gráfica que corresponde a un ensayo del comportamiento de la rigidez dinámica axial del soporte.

La figura 8 es una gráfica que corresponde a un ensayo del comportamiento dinámico del ángulo de pérdida del soporte.

El objeto de la invención es un soporte elástico hidráulicamente amortiguado, que consta, como representa la figura 1, de un núcleo (1), dos piezas semicilíndricas complementarias (2 y 3) y una carcasa cilíndrica (4), en cuyo interior se monta el núcleo (1) con las dos piezas semicilíndricas dispuestas sobre él.

El núcleo (1) se compone de un material elastómero (5), el cual va moldeado sobre un casquillo cilíndrico interior (6), incluyendo además dos refuerzos anulares (7 y 8) que quedan embebidos en el propio material elastómero (5) en las zonas extremas.

Ese conjunto del núcleo (1) determina dos hendiduras anulares (9 y 10), las cuales quedan definidas en la zona situada entre las posiciones de los dos refuerzos anulares (7 y 8), quedando separadas por una valona central (11) intermedia.

Las piezas semicilíndricas (2 y 3) se disponen formando un anillo alrededor del núcleo (1), entre los refuerzos anulares (7 y 8), de manera que quedan apoyadas sobre la valona (11), cerrando periféricamente a las hendiduras (9 y 10), las cuales forman así sendas cámaras anulares que quedan aisladas entre sí por la valona (11).

Las piezas semicilíndricas (2 y 3) determinan en la parte exterior, al menos una de ellas, un canal laberíntico (12), el cual comunica por sus extremos, a través de sendos pasos (13 y 14), con las respectivas cámaras (9 y 10), de manera que mediante la carcasa exterior (4) dicho canal (12) queda cubierto por la parte exterior, formando un conducto que comunica por el exterior de las piezas (2 y 3) a las cámaras (9 y 10).

El montaje del conjunto se realiza dentro de un líquido amortiguante, de manera que el interior de las cámaras (9 y 10) y del conducto laberíntico (12) queda completamente lleno de dicho líquido; rematándose el montaje con el cierre de los extremos de la carcasa exterior (4) hacia adentro, de forma que dichos extremos quedan apretados contra en núcleo (1), asegurando así la carcasa (4) el empaquetamiento del conjunto, al mismo tiempo que establece una estanqueidad que impide el escape del liquido encerrado dentro al exterior.

El conjunto montado queda como representa la figura 2, es decir comprendiendo en el interior el núcleo (1), con las piezas (2 y 3) incluidas entre él y la carcasa exterior (4), determinando las cámaras (9 y 10) separadas por la valona (11) y comunicadas por el exterior de las piezas (2 y 3) a través del conducto laberíntico (12), con el interior de las mencionadas cámaras (9 y 10) y el conducto (12) totalmente lleno de líquido amortiguante.

En esa disposición el material elastómero (5) del núcleo permite una deformación elástica entre el casquillo interior (6) y los refuerzos anulares (7 y 8) sobre los que por medio de una pequeña capa del material elastómero (5) apoya la carcasa exterior (4), con lo que el conjunto resulta de un comportamiento elástico casi lineal ante cualquier solicitación radial, axial, torsional o cónica, o combinación de ellas.

La valona (11) queda por su parte en contacto con una cierta presión contra la parte interior de las piezas (2 y 3), estableciendo un aislamiento estanco entre las cámaras (9 y 10), pero con libertad de deformación elástica y deslizamiento sobre dicho apoyo.

La sujeción del soporte para su aplicación práctica se realiza a través del casquillo interior (6) del núcleo y por medio de la carcasa exterior (4), mediante la inclusión de un tornillo de amarre por el hueco axial del casquillo (6) y encajando el conjunto dentro de un alojamiento cilíndrico en donde la carcasa (4) quede ajustada a presión.

En esa disposición el soporte es capaz de amortiguar eficazmente la componente axial de cualquier movimiento o vibración del casquillo interior (6) respecto de la carcasa exterior (4), ya que el movimiento del casquillo (6) se transmite a la valona (11), haciendo que las cámaras (9 y 10) varíen su volumen de acuerdo con el esfuerzo aplicado, aumentando el volumen de la una mientras disminuye el de la otra, tal como representa la figura 3.

La disminución del volumen en la cámara (10) que se reduce, ocasiona un aumento de la presión en dicha cámara (10), mientras que el aumento del volumen en la cámara (9) que se expansiona, ocasiona una disminución 5 de la presión en esta cámara (9), sumándose ambos efectos en una acción de bombeo del líquido contenido en dichas cámaras (9 y 10), desde la cámara {10) hacia la cámara (9), a través del conducto exterior (12), de forma que la sección reducida y geometría laberíntica de dicho conducto (12), ofrecen una resistencia al paso del líquido, lo que se traduce en una amortiguación del esfuerzo axial aplicado entre el casquillo (6) y la carcasa (4).

La valona (11) está diseñada de forma que en la disposición del montaje queda comprimida con un cierta presión entre las piezas (2 y 3), de manera que las cámaras (9 y 10) quedan aisladas entre sí, pero sin impedir la deformación elástica del cubrimiento elastómero de dicha valona (11) y su deslizamiento 5 sobre el interior de las piezas (2 y 3).

Por ello el soporte elástico puede ser sometido hasta cierto grado a solicitaciones de tipo radial, axial, torsional o cónica, sin que se produzca una comunicación directa entre ambas cámaras (9 y 10), en tanto que ante un desplazamiento del casquillo interior (6) respecto de la carcasa exterior (4), en dirección radial, el ajuste entre la valona (11) y las piezas (2 y 3) aumenta por un lado y disminuye por el lado contrario, de forma que mientras que dicho ajuste en el 5 contorno sea mayor que el desplazamiento radial del casquillo (6), la valona (11) mantiene el aislamiento de las cámaras (9 y 10), pero cuando el casquillo (6) llega a un cierto desplazamiento radial (15), como muestra la figura 4, el contorno de la valona (11) pierde en una zona el contacto con el interior de las piezas (2 y 3), produciéndose una comunicación directa entre las cámaras (9 y 10), con lo cual desaparece el efecto amortiguante que produce el paso del líquido por el conducto (12) en condiciones normales.

Al cesar el desplazamiento radial del casquillo (6) respecto de la carcasa (4), la valona (11) vuelve a contactar con el interior de las piezas (2 y 3) en todo el contorno, interrumpiendo la comunicación directa entre las cámaras (9 y 10) y dejándolas de nuevo comunicadas únicamente por el conducto exterior (12), con lo que se recupera el efecto amortiguante.

En un extremo el núcleo (1) incorpora una almena (16) de material elastómero, que puede ser continua en un contorno circular o con tramos prominentes separados por zonas de menor altura, yendo dispuesta dicha almena (16) sobre una ala (17) del correspondiente refuerzo anular (7) de dicho extremo, mientras que solidario respecto del casquillo interior (6) se incorpora en dicho extremo un elemento (18) en forma de disco, el cual queda separado a una cierta distancia de la almena (16).

Con ello, hasta un cierto desplazamiento axial del casquillo (6) respecto de la carcasa (4), el soporte se comporta de la forma anteriormente descrita, amortiguando el esfuerzo que da lugar a la deformación, pero cuando el casquillo (6) llega a un cierto desplazamiento axial respecto de la carcasa (4), el elemento (18) hace tope en la almena (16), con lo cual la rigidez axial aumenta notablemente, oponiendo mucha mayor resistencia a que continúe el desplazamiento axial del casquillo (6), evitando con ello el deterioro del material elastómero (5) que configura las cámaras (9 y 10).

Toda la funcionalidad descrita se logra con un soporte de muy sencilla realización, cuyo conjunto de montaje únicamente comprende el núcleo moldeado (1), las dos piezas semicilíndricas (2 y 3) y la carcasa exterior (4), componiendo un elemento de muy reducidas dimensiones, que resulta sumamente ventajoso para la instalación práctica en su aplicación, con el cual se obtiene un comportamiento estático y dinámico de unas características tales como las que muestran las figuras 5, 6, 7 y 8, las cuales no se consiguen en tales dimensiones con las realizaciones de los soportes elásticos conocidos de la misma aplicación.

Claims (5)

1. Soporte elástico hidráulicamente amortiguado, del tipo que comprende un medio interior y un medio exterior que se pueden mover en un cierto desplazamiento elástico relativo del uno respecto del otro, incluyendo unas cámaras llenas de un líquido que puede pasar de manera forzada entre ellas, caracterizado porque consta de un núcleo (1) formado por un material elastómero (5) moldeado sobre un casquillo cilíndrico interior (6) y sobre sendos refuerzos anulares (7 y 8) situados periféricamente en los extremos, determinando dicho núcleo (1) en la zona media situada entre los refuerzos (7 y 8) dos hendiduras anulares (9 y 10), sobre las cuales se disponen cerrando el contorno exterior de las mismas dos piezas semicilíndricas (2 y 3), una de las cuales al menos define por su parte exterior un canal laberíntico (12), cuyos extremos quedan comunicados por medio de respectivos pasos (13 y 14) con las cámaras que en la parte interior determinan las hendiduras (9 y 10), mientras que por el exterior se dispone una carcasa cilíndrica (4) que cierra periféricamente el conjunto asegurando el montaje y determinando en su disposición sobre el canal (12) un conducto de comunicación entre las cámaras (9 y 10) por el exterior de las piezas (2 y 3).

2. Soporte elástico hidráulicamente amortiguado, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la incorporación de las piezas (2 y 3) sobre el núcleo (1) y la inclusión de dicho conjunto en la carcasa (4), se realiza dentro de un líquido amortiguante, del cual queda completamente lleno el volumen de las cámaras (9 y 10) y el conducto (12) en el conjunto montado.

3. Soporte elástico hidráulicamente amortiguado, en todo de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque las cámaras (9 y 10) están separadas por una valona (11) intermedia cubierta por el material elastómero (5), la cual queda apoyada periféricamente con una cierta presión contra la parte interior de las piezas (2 y 3), estableciendo un aislamiento entre las dos cámaras (9 y 10), pero con posibilidad de deformación elástica y deslizamiento en el apoyo sobre el interior de las piezas (2 y 3).

4. Soporte elástico hidráulicamente amortiguado, en todo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la valona (11) permite un desplazamiento elástico del casquillo interior (6) respecto de la carcasa exterior (4), en dirección radial, manteniendo el aislamiento entre las cámaras (9 y 10) hasta un cierto desplazamiento radial (15) del casquillo (6), a partir del cual la valona (11) se separa en una zona del contorno respecto del interior de las piezas (2 y 3) dejando una comunicación directa) entre las cámaras (9 y 10).

5. Soporte elástico hidráulicamente amortiguado, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque en un extremo el núcleo (1) incluye una almena (16) de material elastómero incorporada sobre el respectivo refuerzo anular (7) de ese extremo, mientras que solidariamente sobre el extremo del casquillo interior (6) se incorpora un elemento (18) en forma de disco, el cual queda a una cierta distancia de la almena (16), para apoyar sobre ella cuando el desplazamiento axial relativo del casquillo (6) respecto de la carcasa exterior (4) supera esa distancia que separa a dicho elemento (18) de la almena (16).