ES2228337T3 - Resorte neumatico mejorado. - Google Patents
Resorte neumatico mejorado.Info
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Abstract
Resorte neumático, en particular del tipo que se utiliza en prensas de conformar metales, que comprende: - una cubierta hueca (1) que tiene dos bases paralelas opuestas, en donde una pared adecuada (11) cierra completamente la primera de estas bases y una segunda pared (12) cierra la otra base, estando la segunda pared provista de una abertura central (13), - un pistón (2) adaptado para desplazarse dentro de dicha cubierta hueca con el fin de definir una cámara (14) orientada hacia dicha primera base, y adaptado también para actuar sobre el gas que se encuentra dentro de dicha cámara, constituyendo dicha segunda pared (12) un elemento de tope para evitar que dicho pistón se salga de dicha cubierta hueca, - un vástago (3) conectado por un extremo del mismo a una parte central de dicho pistón y que atraviesa dicha abertura central de dicha segunda pared (12) para que una parte de dicho vástago sobresalga desde dicha cubierta, - un medio adaptado para asegurar la estanqueidad del cierre de almenos una parte del volumen interno de dicha cámara (14) hacia el exterior, caracterizado porque: - dicho vástago (3) está provisto de una parte (31) sustancialmente plana y perpendicular al eje de dicho pistón y que se extiende externamente desde dicha cubierta hueca; - dicho medio consiste en un elemento contenedor preferiblemente cilíndrico que tiene su superficie lateral provista de una pluralidad de pliegues elásticos (4) que están o bien dispuestos en planos perpendiculares a la dirección de movimiento del pistón o bien enrollados en un elemento de tipo bobina, - dicho elemento contenedor ondulado tiene un borde que está herméticamente cerrado contra dicha parte sustancialmente plana (31), mientras que el borde opuesto del mismo está herméticamente cerrado contra dicha primera pared (11) o una proyección externa de la misma.
Description
Resorte neumático mejorado.
La presente invención se refiere a un resorte
neumático, diseñado en particular para usar en prensas de conformar
metales o similares, adecuado para separar superficies que son
accionadas mediante alta presión de contacto, estando provisto dicho
resorte neumático de unas características particulares que son
eficaces para mejorar su funcionamiento comparado con los resortes
de gas existentes.
Se sabe que un resorte neumático está
sustancialmente formado por una o más cámaras herméticas en las que
el aire, u otro gas, sufre una compresión al aplicarse una
carga.
También se sabe que los resortes neumáticos son
muy eficaces ya que no tienen partes basculantes o deslizantes y no
existen rozamientos o deformaciones de material en general.
Estos resortes tienen diferentes aplicaciones, en
particular en suspensiones de vehículos y como aislante mecánico
para partes de una maquinaria.
Se sabe que en el estado de la técnica existen
resortes neumáticos con diferentes configuraciones y
características:
- Los resortes conocidos en el estado de la
técnica como "resortes de gas" están sustancialmente formados
por un cilindro externo provisto de una cavidad coaxial que se
extiende por su interior, un pistón interno para deslizarse por el
interior de dicha cavidad para comprimir el gas que se encuentra
dentro y una selladura de tipo anilla de estanqueidad adaptada para
cerrar herméticamente la junta entre la superficie interna del
cilindro y la superficie lateral del pistón.
Estos resortes satisfacen realmente una gran
variedad de requerimientos y se fabrican usando técnicas muy
conocidas y a las que se puede acceder fácilmente, pero sin embargo
tienen dos inconvenientes importantes que hacen que su uso sea
crítico en aplicaciones que implican situaciones particularmente
difíciles. Así, por ejemplo, un primer problema está asociado a la
presencia de la propia junta de estanqueidad. Tal junta se ve
sometida en realidad al desgaste que se produce debido al curso
natural de las cosas, en particular cuando funciona en atmósferas
más o menos corrosivas, lo que, naturalmente, produce una cierta
depreciación de todo el funcionamiento del conjunto.
Además, la misma geometría del conjunto del
resorte, es decir la disposición axial del eje del pistón con
respecto a su dirección de movimiento dentro del cilindro, implica
que la fuerza externa sobre el vástago del pistón debe aplicarse
según el mismo eje, de otro modo se tendría siempre que aceptar una
depreciación más rápida del resorte. Esta restricción añade más
limitaciones cuando se usan resortes de gas de este tipo.
- Los resortes de gas que se usan en la industria
del automóvil o similar, están adaptados para realizar dos
funciones distintas, a saber, para la tarea de asegurar un efecto
de amortiguación elástico para contrarrestar las oscilaciones y
esfuerzos vibratorios de baja frecuencia y gran amplitud y para
asegurar al mismo tiempo un efecto amortiguador de las vibraciones
de gran amplitud y baja frecuencia.
Esta doble función se realiza frecuentemente
usando elementos obturadores o amortiguadores o incluso válvulas
adecuadas que están a menudo asociadas con líquidos de amortiguación
de vibraciones, tales como los que se describen, por ejemplo, en las
US-A-5 518 225,
US-A-4 697 797 y
US-A-5 669 597, y en los estados de
la técnica citados en estas patentes.
Sin duda alguna, se ha comprobado la eficacia de
estos dispositivos, aunque se asocian a una clara complejidad de
construcción y a una delicada fabricación y, naturalmente, a unos
costes resultantes demasiados altos.
- También se conocen resortes de gas que dependen
del uso de elementos de tipo fuelle que separan cámaras que
contienen diferentes fluidos, normalmente gases y líquidos, llevando
a cabo diferentes tareas de amortiguación y absorción de esfuerzos
vibratorios de gran amplitud. Sin embargo, estos resortes aún
presentan problemas asociados a la presencia de juntas de
estanqueidad y a un gran recorrido con coeficientes bajos de
resistencia elástica, y que simplemente no se pueden eliminar con el
uso de precargas o deformaciones, precomprimiendo el gas que se
usa.
Además, los tipos de resortes descritos están
diseñados y provistos en particular para funcionar con valores de
presión de gas del orden de magnitud comprendido entre 10 y 15
bares, y por tanto no son adecuados para usar como resortes de
amortiguación en prensas de conformar metales, en las que las
presiones de trabajo pueden alcanzar e incluso sobrepasar los 200
bares.
Por la DE 705036 se conoce un resorte de gas en
el que el cierre entre el pistón (b) y el cilindro (a) se
proporciona mediante un receptáculo cerrado y elástico (g) colocado
dentro de la cámara neumática. Sin embargo, las paredes laterales de
dicho receptáculo elástico y cerrado (g) se estiran directamente
durante cualquier operación en dicho resorte, cambiando sus
longitudes durante el recorrido del resorte. Esta circunstancia
produce rápidamente el desgaste de dicho receptáculo, por lo que el
resorte pierde su capacidad de oclusión y sufre un deterioro de
funcionamiento.
Es por tanto un propósito principal de la
presente invención proporcionar una solución para aplicar resortes
neumáticos que no contengan juntas de estanqueidad de gas ni de
líquido, que puedan aceptar también y hacer frente a las cargas que
no estén alineadas con el eje del resorte y, que, aunque dentro de
ciertos límites, se transmitan desde direcciones variables y
diferentes, que sean bastante compactos tanto desde el punto de
vista de la anchura como de la altura y en los que la presión del
gas se pueda precargar con unos valores muy altos.
Estos resortes tienen que poder fabricarse con
materiales y técnicas simples disponibles fácilmente en el
mercado.
La presente invención describe un tipo de
resortes que tienen las características que se describen
sustancialmente con particular referencia a las reivindicaciones en
anexo.
En cualquier caso, las características y ventajas
de la presente invención se pueden entender más fácilmente y con más
claridad en la descripción que se da a continuación, a modo de
ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos que se
acompañan, en los que:
La figura 1 es una vista longitudinal en sección
vertical esquemática de un resorte no comprimido según una primera
realización de la presente invención.
La figura 2 es una vista en sección vertical del
resorte que se muestra en la figura 1, aunque en un estado
completamente comprimido.
La figura 2B es una vista de una variante de
realización del resorte que se muestra en la figura 2.
La figura 3 es una vista de una variante de
realización del resorte que se muestra en la figura 1.
La figura 4 es una vista el resorte que se
muestra en la figura 3, aunque en un estado completamente
comprimido.
La figura 5 es una vista longitudinal en sección
vertical esquemática de un resorte no comprimido según una segunda
realización de la presente invención.
La figura 6 es una vista en sección vertical del
resorte que se muestra en la figura 5, aunque en un estado
completamente comprimido.
La figura 7 es una vista de una variante de
realización del resorte que se muestra en la figura 5.
La figura 8 es una vista del resorte que se
muestra en la figura 7, aunque en un estado completamente
comprimido.
Con referencia a las figuras 1, 2, 3 y 4, se
puede apreciar que un resorte de gas según la presente invención
comprende básicamente; una cubierta cilíndrica hueca 1, un pistón
interno 2, un vástago 3 adaptado para accionar dicho pistón y un
elemento obturador elástico de tipo fuelle.
Una pared circular 11 cierra completamente una
base de dicha cubierta cilíndrica, mientras que una pared circular
asociada 12 cierra sólo parcialmente la otra base debido a que está
provista de una abertura central 13. El pistón 2 está adaptado para
desplazarse dentro de dicha cubierta cilíndrica con el fin de
definir una cámara con volumen variable 14, pudiéndose incluso
reducir dicho volumen hasta cero manteniendo el pistón completamente
presionado contra la pared circular 11.
El vástago 3, que está conectado al pistón por un
extremo, forma el elemento impulsor de dicho pistón y está adaptado
para desplazarse a través de la abertura central 13. El guiamiento
del conjunto vástago-pistón se produce acoplando la
pared del pistón con la superficie interna de la cubierta 1. Una
parte 31 de dicho vástago sobresale radialmente desde el cuerpo de
la cubierta cilíndrica, colocándose dicha parte 31 de un modo
continuo y plano sobrepasando el borde externo de dicha cubierta
hueca, perpendicularmente al eje común "A" del pistón, el
vástago y la cubierta cilíndrica.
En cualquier caso, hasta este punto, se ha
descrito un resorte de gas de tipo tradicional y que se conoce
normalmente.
La característica determinante de la presente
invención está formada por dos factores básicos, a saber:
A) - El primero de dichos factores viene dado por
la presencia de un elemento de contención cilíndrico que tiene su
superficie lateral provista de una pluralidad de pliegues 4 que son
preferiblemente coaxiales a dicho eje común del pistón y dispuestos
en planos correspondientes perpendiculares a dicho eje común
"A".
En otras palabras, lo que se describe y utiliza
es un elemento de tipo fuelle elástico en el que uno de sus bordes
circulares 15 se acopla herméticamente en la pared circular 11,
mientras que el borde opuesto 16 se acopla herméticamente, usando
medios que se conocen normalmente en el estado de la técnica, en
dicha parte externa 31 del vástago 3, como puede verse en las
figuras 1 y 2.
Por tanto, este factor se proporciona para
asegurar que se mantenga siempre una cantidad determinada de gas
dentro del receptáculo (fuelle), independientemente de la presión a
la que se someta el gas.
B) - El segundo factor se refiere al cierre
hermético que normalmente se requiere entre el conjunto
vástago-pistón y la cubierta cilíndrica. En
realidad, en la presente invención no se necesita un cierre
hermético: más bien al contrario, para que la invención pueda
funcionar, se necesita un paso de gas relativamente libre entre el
espacio hueco o intersticio 17, provisto entre el elemento de tipo
fuelle y la superficie lateral de dicha cubierta, y la cámara
14.
Tal paso de gas puede realizarse por los
intersticios no herméticos que hay entre el conjunto
vástago-pistón y la cubierta cilíndrica, aunque
preferiblemente a través de uno o más conductos 19 situados en la
pared de la cubierta cilíndrica 1. De un modo preferido, estos
conductos se proporcionan en la zona de la pared de dicha cubierta
contigua a dicha primera pared circular, para permitir así que la
cámara se vacíe completamente cuando se presiona completamente el
pistón.
Se puede apreciar con claridad que tal segundo
requisito se opone absolutamente, es decir es diametralmente
opuesto, a la práctica del estado de la técnica en general; que en
realidad necesita el mayor efecto de obturación posible o, en otras
palabras, una pérdida o escape mínimo entre la pared del pistón y el
cilindro correspondiente.
En este punto, la manera y modo de funcionamiento
de la invención puede deducirse fácilmente: cuando se presiona el
vástago con una fuerza que es más o menos paralela al eje "A",
el pistón se mueve hasta la cubierta cilíndrica, reduciéndose así o
posiblemente incluso anulándose el volumen interno de la cámara 14,
mientras que el gas que se encuentra dentro es expulsado y
trasladado hasta el espacio hueco 17 donde permanece a presión y
puede emplear su acción de fuerza elástica actuando tanto
directamente sobre el lado interno 32 de dicha parte plana 31 como
sobre el pliegue correspondiente del elemento de fuelle en contacto
con el mismo lado interno 32.
Se puede apreciar por tanto que, en oposición a
lo que normalmente ocurre en los resortes de gas tradicionales, el
gas que está en la cubierta y que es comprimido por el pistón en
dicha cámara 14 forma y distribuye únicamente una parte de toda la
fuerza elástica que genera el resorte descrito.
Las ventajas de la presente invención pueden por
tanto deducirse fácilmente. En realidad, no se necesita ningún
cierre hermético, es decir, ninguna junta de estanqueidad, las
superficies de contacto entre el pistón y el cilindro están selladas
herméticamente, con lo cual se evita prácticamente cualquier riesgo
de contaminación del exterior, y, además, estos resortes se pueden
precargar incluso con presiones muy altas sin que exista el riesgo
de que se libere gradualmente la carga, reduciéndose así y/o incluso
anulándose la función del resorte.
Finalmente, debido a dicha ausencia de junta de
estanqueidad, es posible someter al resorte a presiones o fuerzas
que pueden transmitirse no sólo desde una dirección axial sino
incluso desde direcciones ligeramente inclinadas, ya que la ausencia
de juntas de estanqueidad herméticas no demanda una dirección de las
fuerzas estrictamente axial. En realidad, la característica básica
de la presente invención se basa en el hecho de que, mientras que en
el estado de la técnica el pistón realiza una función doble, a
saber:
- reducir el volumen del gas, y
- asegurar, con la junta de estanqueidad, la
hermeticidad de la cámara a presión,
según la presente invención, estas
dos funciones están asociadas entre sí y se aseguran gracias a dos
partes componentes diferentes que no están relacionadas entre sí, a
saber:
- el pistón, cuya función es la de guía al
descender, lo que produce una reducción de volumen del gas y, por
tanto, un aumento correspondiente de presión del mismo (cuando se
mira la figura 1, se puede apreciar en realidad que el volumen del
gas no sólo se reduce debido al volumen de la cámara 14, sino
también debido al volumen de la cámara 44 que puede definirse como
el volumen que se encuentra entre los pliegues 4, el vástago 3 en la
parte del mismo que sobresale desde la cubierta 1 y el lado interno
32 de dicha parte plana 31);
- el elemento en forma de fuelle que está
herméticamente cerrado y que contiene la parte de volumen variable
de las cámara 14 y 44.
Con referencia a las figuras 3 y 4, se ilustra y
describe una variante de la presente invención, que se diferencia de
lo anteriormente descrito en que el elemento en forma de fuelle está
formado por un pliegue simple 18 y el pistón está provisto de una
cavidad 20 que se abre hacia la cámara 14 y que está también en
parte provista dentro de dicho vástago 3.
Tal configuración tiene la ventaja de ofrecer una
mayor simplicidad y unos costes más bajos tanto en lo que se refiere
a la estructura como a la fabricación. Además, la cavidad 20 permite
que se puedan definir las características del resorte de gas dentro
de unos márgenes más amplios, sin que ello implique ningún aumento
apreciable o excesivo de las dimensiones externas del pliegue
simple.
También en este caso, la cámara 44, definida como
el volumen que está comprendido entre el elemento en forma de fuelle
18 que tiene un solo pliegue, el vástago 3 que está en la parte del
mismo que sobresale de la cubierta 1 y el lado interno 32 de dicha
parte plana 31, se anula casi completamente, al mismo tiempo que se
reduce a cero el volumen de la cámara 14 debido a que el pistón
desciende casi completamente, como puede apreciarse fácilmente si se
comparan entre si las figuras 3 y 4.
Se puede conseguir una mejora beneficiosa
teniendo en cuenta el hecho de que si se aplica una presión alta
dentro del elemento en forma de fuelle, ello puede hacer que se
deforme fácilmente hacia fuera debido a su elasticidad. Esta
posibilidad hace que aumente el riesgo de que se produzca una rotura
y, en cualquier caso, hace que aumenten las dimensiones
externas.
Para eliminar tales inconvenientes, se puede
evitar dicha deformación hacia fuera cerrando las zonas ventrales de
los pliegues con una pluralidad de anillas no elásticas 22 que son
eficaces para evitar que el elemento en forma de fuelle se hinche,
conservando así sustancialmente su anchura inicial, como se muestra
en las figuras 1 y 2.
Una variante de la solución anterior se puede ver
ilustrada en la figura 2B que muestra un elemento cilíndrico rígido
23 sustancialmente acoplado en la parte externa del elemento en
forma de fuelle, con lo cual se evita que los bordes externos de los
pliegues correspondientes se extiendan. Por tanto, se obtienen los
mismos resultados que en el caso descrito antes en el que, por el
contrario se utilizan las anillas 22 para tal fin.
Con referencia a las figuras 5, 6, 7 y 8, se
puede apreciar que la invención se aplica según diferentes
realizaciones; en este caso el pistón está provisto internamente de
una cavidad 25 que se abre hacia dicha cámara y se extiende más
hasta dicho vástago 3.
El medio que se proporciona para asegurar un
cierre hermético, es decir la estanqueidad hacia el exterior de la
cámara de compresión o una parte de la misma, consiste en un
elemento contenedor elástico sustancialmente cilíndrico dispuesto
completamente dentro de dicha cámara y dicha cavidad 25 que está
dentro de dicho vástago y pistón asociado. Dicho elemento
contenedor, tiene su superficie lateral provista de una pluralidad
de pliegues elásticos 26 que son perpendiculares a la dirección de
movimiento del pistón y un borde que está herméticamente cerrado
contra la superficie interna 28 de dicho vástago 3, mientras que su
borde opuesto está herméticamente cerrado contra dicha primera pared
circular 11.
Por razones de una claridad aún mayor, y con
particular referencia a las figuras 5 y 7, dicha cavidad 25 se
define como la cavidad completa dispuesta dentro de dicho vástago y
dicho pistón, y comprende:
- la parte 25A, comprendida entre dichos pliegues
26 y dicho elemento contenedor elástico y la pared externa del
vástago 3 y el pistón asociado, que se representa en las figuras 5 y
7 como un área marcada con pequeñas cruces,
- y la parte 25B dentro de dichos pliegues 26 y
representada como un área con puntos gruesos en las mismas
figuras.
A diferencia de la realización que se ha descrito
antes, esta realización tiene la ventaja de que no es necesario
proporcionar elementos para evitar que se hinchen los pliegues hacia
fuera, y además tiene una gran compacidad.
Incluso en este caso, es posible utilizar un
elemento en forma de fuelle interno con un único pliegue 29, como se
ilustra en las figuras 7 y 8, y como puede entender fácilmente
cualquiera versado en la materia, por lo cual ya no es necesario dar
ninguna explicación más.
Claims (9)
1. Resorte neumático, en particular del tipo que
se utiliza en prensas de conformar metales, que comprende:
- una cubierta hueca (1) que tiene dos bases
paralelas opuestas, en donde una pared adecuada (11) cierra
completamente la primera de estas bases y una segunda pared (12)
cierra la otra base, estando la segunda pared provista de una
abertura central (13),
- un pistón (2) adaptado para desplazarse dentro
de dicha cubierta hueca con el fin de definir una cámara (14)
orientada hacia dicha primera base, y adaptado también para actuar
sobre el gas que se encuentra dentro de dicha cámara, constituyendo
dicha segunda pared (12) un elemento de tope para evitar que dicho
pistón se salga de dicha cubierta hueca,
- un vástago (3) conectado por un extremo del
mismo a una parte central de dicho pistón y que atraviesa dicha
abertura central de dicha segunda pared (12) para que una parte de
dicho vástago sobresalga desde dicha cubierta,
- un medio adaptado para asegurar la estanqueidad
del cierre de al menos una parte del volumen interno de dicha cámara
(14) hacia el exterior,
caracterizado
porque:
- dicho vástago (3) está provisto de una parte
(31) sustancialmente plana y perpendicular al eje de dicho pistón y
que se extiende externamente desde dicha cubierta hueca;
- dicho medio consiste en un elemento contenedor
preferiblemente cilíndrico que tiene su superficie lateral provista
de una pluralidad de pliegues elásticos (4) que están o bien
dispuestos en planos perpendiculares a la dirección de movimiento
del pistón o bien enrollados en un elemento de tipo bobina,
- dicho elemento contenedor ondulado tiene un
borde que está herméticamente cerrado contra dicha parte
sustancialmente plana (31), mientras que el borde opuesto del mismo
está herméticamente cerrado contra dicha primera pared (11) o una
proyección externa de la misma.
2. Resorte neumático según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho elemento contenedor está formado
por un único pliegue (18).
3. Resorte neumático según la reivindicación 2,
caracterizado porque se proporciona un medio en la parte
externa del elemento contenedor, adaptado para contener la
deformación hacia el exterior de dicho elemento contenedor.
4. Resorte neumático según la reivindicación 3,
caracterizado porque dicho medio externo está formado por una
pluralidad de anillas (22) dispuestas en unas ranuras
correspondientes situadas entre pares de pliegues contiguos.
5. Resorte neumático según la reivindicación 4,
caracterizado porque dicho medio externo está formado por un
elemento lateralmente cerrado cuya superficie lateral (23) está en
contacto con los bordes externos de una pluralidad de dichos
pliegues.
6. Resorte neumático según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la pared
de dicha cubierta hueca cilíndrica se proporciona al menos un
conducto (19) que permite que dicha cámara se comunique con el
espacio hueco (17) delimitado externamente por dicho elemento
contenedor e internamente por la propia cubierta hueca.
7. Resorte neumático según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores o una combinación de las mismas,
caracterizado porque dicho pistón está provisto internamente
de una cavidad (20) que se abre hacia dicha cámara (14), pudiéndose
extender dicha cavidad hasta dicho vástago (3).
8. Resorte neumático según la reivindicación 1,
caracterizado porque
- dicho vástago y dicho pistón están provistos
internamente de una cavidad (25A, 25B) que se abre hacia dicha
cámara (14) y se extiende hasta dicho vástago (3);
- dicho medio consiste en un elemento contenedor
elástico preferiblemente cilíndrico que tiene su superficie lateral
provista de una pluralidad de pliegues elásticos (26), teniendo
dicho elemento contenedor ondulado un borde que está herméticamente
cerrado contra la superficie interna (28) de dicho vástago (3),
mientras que el borde opuesto del mismo está herméticamente cerrado
contra dicha primera pared circular (11).
9. Resorte neumático según la reivindicación 8,
caracterizado porque dicho elemento contenedor comprende un
único pliegue (29).
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