ES2251299B1 - Sistema de valvuleria para amortiguadores hidraulicos. - Google Patents
Sistema de valvuleria para amortiguadores hidraulicos. Download PDFInfo
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Abstract
Sistema de valvulería para amortiguadores hidráulicos. El sistema está formado por una válvula de tracción (10) y una válvula de compresión (11), dispuestas en el interior de una camisa (9) que se une al correspondiente vástago (20) del amortiguador, incluyendo además un muelle (19). Entre la camisa y las citadas válvulas (10 y 11) se establecen cámaras intermedias de tracción (13) y de compresión (14), susceptibles de comunicarse con las cámaras de tracción (3) y de compresión (4) del propio amortiguador, en virtud de que las válvulas de tracción (10) y compresión (11) están afectadas de orificios (15-16 y 17-18), todo ello de manera tal que el conjunto ofrece una sección variable al paso del fluido en función de la diferencia de presión entre las cámaras, de la precarga y rigidez del muelle y de las dimensiones y geometría de las válvulas y sus orificios.
Description
Sistema de valvulería para amortiguadores
hidráulicos.
La presente invención, según se expresa en el
enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de
valvulería para amortiguadores hidráulicos, basado en un conjunto
de válvulas móviles de estrangulamiento dispuestas en el interior
de una camisa, en combinación con unos muelles helicoidales,
estando las válvulas provistas de orificios calibrados para
comunicar entre sí dos cámaras, una de tracción y otra de compresión
establecidas al efecto en el amortiguador.
El sistema valvular ofrece una sección variable
del paso del fluido en función de la diferencia de presión entre
las comentadas cámaras de tracción y de compresión, así como de la
precarga y la rigidez de los muelles, de las dimensiones y geometría
de las válvulas y sus orificios.
La invención encuentra especial aplicación en el
sector de los amortiguadores hidráulicos previstos para su
utilización, preferentemente, en vehículos automóviles,
proporcionando ventajas de simplicidad frente a los sistemas
valvulares convencionales de láminas, ofreciendo además la
posibilidad de obtener cualquier relación de proporcionalidad entre
la fuerza y la velocidad del amortiguador.
Los amortiguadores utilizados habitualmente en
vehículos automóviles están previstos para absorber las vibraciones
que se transmiten al habitáculo, a través del sistema de
suspensión, producidas por las irregularidades del terreno. Además
aseguran, junto con el resto de componentes de la suspensión, el
contacto entre el neumático y el suelo.
Pues bien, el movimiento relativo entre el
vástago (habitualmente unido al chasis) y el cuerpo (habitualmente
unido a la rueda) provoca el paso de fluido viscoso entre las
cámaras de trabajo del amortiguador, de manera que el principio
básico de funcionamiento de este tipo de amortiguadores consiste en
hacer circular dicho fluido viscoso entre dos cámaras de trabajo a
través de una serie de dispositivos de estrangulamiento, ya sean
orificios, válvulas o cualquier otro medio. Dichos dispositivos
provocan una caída de presión entre las cámaras de trabajo,
generando una fuerza resultante que se opone al movimiento relativo
entre el vástago y el cuerpo del amortiguador, reduciéndose de esta
manera las oscilaciones del
vehículo.
vehículo.
Una de las formas más habituales de
caracterización de un amortiguador corresponde a la fuerza de
amortiguación en función de la velocidad relativa entre el vástago
y el cuerpo.
Es sabido que los pequeños movimientos de
oscilación del chasis del vehículo y la rugosidad de calzadas en
buen estado, provocan velocidades de vibración en el amortiguador
de pequeña magnitud, mientras que calzadas en mal estado u
obstáculos de grandes dimensiones, así como maniobras bruscas del
vehículo, provocan velocidades de vibración de gran magnitud.
En tal sentido, el correcto diseño de un
amortiguador debe tener en consideración todos esos aspectos para
proporcionar en cada condición de uso la respuesta deseada, por lo
que la característica de amortiguación (diagrama
fuerza-velocidad) debe ser diferente en cada tramo
de velocidades de oscilación.
Los sistemas de estrangulamiento que constituyen
el principio de funcionamiento de los amortiguadores utilizados en
la actualidad, están constituidos por láminas de forma discoidal
que abren y cierran unos orificios situados en el pistón que
comunican las cámaras de trabajo.
Ahora bien, este tipo de sistemas presentan unas
limitaciones intrínsecas que reducen el potencial de obtención de
curvas de amortiguamiento (curva fuerza-velocidad)
optimizadas.
Si bien existen sistemas que ofrecen curvas de
amortiguamiento variables en función de una serie de parámetros
registrados en el vehículo (suspensiones
semi-activas o activas), resultan extremadamente
costosos y complejos, por lo que sigue siendo necesario el uso de
alternativas económicas y sencillas.
El sistema de valvulería para amortiguadores
hidráulicos objeto de la invención, está compuesto por una serie de
componentes que restringen el paso del fluido a su través,
provocando una diferencia de presión entre las cámaras que
delimitan, de manera que el sistema permite la obtención de
características de amortiguamiento con distintas funciones de
proporcionalidad, variable en todo el rango de velocidades, en
función de la geometría y características de sus componentes.
Los componentes básicos que constituyen el
sistema de valvulería de la invención, corresponden a una camisa
exterior, una válvula de tracción y una válvula de compresión
dispuestas concéntricamente entre sí en el interior de la camisa,
complementándose con un muelle que tiende a oponerse al movimiento
relativo y axial entre las dos válvulas referidas, todo ello de
manera tal que esos componentes básicos regulan la apertura de los
pasos entre las comentadas válvulas, y en función de las presiones
de las cámaras del amortiguador.
El funcionamiento es análogo para el movimiento
de tracción y de compresión del amortiguador, de manera que en
ambos casos el desplazamiento del pistón dentro del amortiguador
provoca un aumento de la presión en una de las cámaras, lo que
produce un flujo de fluido entre dichas cámaras.
El sistema de valvulería realiza un
estrangulamiento del flujo, originándose una caída de presión entre
las comentadas cámaras de tracción y de compresión, cuya diferencia
de presión es la que proporciona la fuerza de amortiguamiento.
Concretamente, el sistema de valvulería actúa de
manera tal que ante el aumento de la presión en una de las
cámaras, la válvula correspondiente se desplaza habilitando el paso
de fluido entre las cámaras y provocando la pérdida de presión
entre las mismas, de manera que al desplazamiento de la citada
válvula se opone la fuerza ejercida por el muelle, que puede estar
montado de tal forma que sea necesario superar un umbral de fuerza
para que comience el desplazamiento.
El sistema de valvulería formado por los
elementos anteriormente comentados, se vincula al correspondiente
vástago del amortiguador, con el complemento de un pistón de
deslizamiento, aunque el pistón puede estar materializado por una
banda de material de baja fricción situado sobre la superficie
lateral externa de la camisa, determinando en ambos casos, bien el
pistón o bien la banda en funciones de pistón, el medio separador
entre las cámaras de tracción y de compresión del amortiguador.
En una variante de realización, además del
muelle anteriormente referido, que tiende a oponerse al
desplazamiento relativo entre las dos válvulas, es decir la de
tracción y la de compresión, es susceptible de incluir un segundo
muelle dispuesto de tal manera que se oponga o bien al
desplazamiento de la válvula de tracción o bien al desplazamiento
de la válvula de compresión, de manera que el citado muelle irá
dispuesto de una u otra manera de acuerdo con la función que vaya a
realizar.
También se ha previsto que en amortiguadores de
tipo bitubo, el sistema de valvulería de la invención es
susceptible de utilizarse como conjunto de estrangulamiento entre
la cámara de compresión y la cámara de reserva de este tipo de
amortiguadores, permitiendo establecer una circulación estrangulada
de flujo entre la cámara de compresión correspondiente y dicha
cámara de reserva, durante la carrera de tracción o durante la
carrera de compresión.
Entre las principales ventajas que aporta el
sistema de valvulería descrito, además de las referidas, pueden
citarse las siguientes:
- -
- Flexibilidad en la obtención de curvas fuerza-velocidad, al no existir restricción en el diseño y en la geometría de los orificios de las válvulas.
- -
- Simplificación del conjunto debido a un menor número de piezas que en los sistemas valvulares tradicionales.
Para complementar la descripción que
seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor
comprensión de las características del invento, se acompaña a la
presente memoria descriptiva un juego de dibujos en base a los
cuales se comprenderán más fácilmente las innovaciones y ventajas
del sistema valvular objeto de la invención.
Figura 1.- Muestra una vista esquemática de un
amortiguador hidráulico monotubo de los utilizados habitualmente en
vehículos automóviles.
Figura 2.- Muestra otra vista también en
representación esquemática de un amortiguador de tipo bitubo,
utilizado habitualmente en vehículos automóviles.
Figura 3.- Muestra una vista detallada en
sección de los componentes del sistema de valvulería objeto de la
invención.
Figura 4.- Muestra el montaje del sistema
representado en la figura anterior sobre un vástago de
amortiguador.
Figura 5.- Muestra una vista también en sección
de una variante de realización del sistema de valvulería, en el que
la camisa exterior realiza la función de pistón, incorporando en
este caso un muelle adicional dispuesto entre la válvula de
tracción y la camisa, que permite desacoplar la proporcionalidad
entre el desplazamiento de la válvula de tracción y de la válvula
de compresión que forman parte del sistema de la invención.
Figura 6.- Muestra una variante de realización
de lo representado en la figura anterior, en donde el sistema
determina un diseño más compacto, permitiendo un desplazamiento
relativo mayor entre la válvula de tracción y la válvula de
compresión, y en el que el montaje de las válvulas de tracción y de
compresión se invierte de tal forma que la válvula de tracción se
desplaza durante la carrera de compresión y la válvula de
compresión se desplaza durante la carrera de tracción.
Figura 7.- Muestra el montaje del sistema de
valvulería de la invención en su aplicación sobre amortiguadores de
tipo bitubo, es decir, en su aplicación sobre un amortiguador de
tipo bitubo representado en la figura 2.
A la vista de las comentadas figuras, y en
relación concretamente con la figura 1, puede observarse un
amortiguador convencional con un cuerpo exterior o camisa 1 en cuyo
interior va dispuesto un pistón 2 que separa una cámara de
tracción 3 de una cámara de compresión 4, estando el pistón 2 unido
a un vástago 5. Por su parte, en la figura 2 se muestra un
amortiguador convencional del tipo bitubo, con la correspondiente
camisa 1, el pistón 2, las cámaras de tracción 3 y compresión 4,
así como el correspondiente vástago 5, de manera que en este
amortiguador se establece, según la invención, una cámara de
reserva 6 y un soporte de válvula 7, válvula que está constituida
por el cuerpo cilíndrico y concéntrico 8 que es el que delimita
junto con el pistón 2 y los extremos las cámaras de tracción 3 y
compresión 4.
Pues bien, pasando ya al sistema de valvulería
de la invención, en la figura 3 puede observarse como dicho
sistema comprende una camisa exterior 9 en cuyo interior van
montadas una válvula de tracción 10 y una válvula de compresión 11,
montadas ambas concéntricamente entre sí con facultad de
desplazamiento axial una respecto de la otra, estableciéndose entre
las válvulas y la camisa una cámara intermedia principal 12, una
cámara intermedia de tracción 13 y una cámara intermedia de
compresión 14, contando las válvulas de tracción 10 y de compresión
11 con orificios 15-16 y 17-18,
respectivamente, que permiten la comunicación o paso del fluido de
unas cámaras a otras, complementándose el sistema de valvulería con
un muelle 19 que tiende a oponerse al movimiento relativo entre
ambas válvulas 10 y 11.
El movimiento de la válvula de tracción 10 está
guiado por la camisa 9 y por la propia válvula de compresión 11,
mientras que el movimiento de ésta última está guiado por la válvula
de tracción 10.
La cámara intermedia y principal 12 está
determinada entre las comentadas válvulas de tracción 10 y de
compresión 11, mientras que la cámara intermedia de tracción 13 está
determinada entre la camisa 9 y la válvula de tracción 10, en tanto
que la cámara de compresión intermedia 14 está determinada entre la
camisa 9, la válvula de tracción 10 y la válvula de compresión
11.
En la figura 4 se muestra el montaje del
conjunto o sistema de valvulería, representado en la figura 3 y
descrito con anterioridad, sobre un vástago 20, pudiéndose ver un
pistón 21 que separa las cámaras de tracción 3 y de compresión 4
del amortiguador, de manera que el paso de fluido de la cámara de
tracción 3 a la cámara intermedia de tracción 13 se produce a
través de los orificios 22 del vástago 20 y orificios 23 de la
propia válvula de tracción 10. Por su parte, el paso de fluido de
la cámara de compresión 4 a la cámara intermedia de compresión 14,
se produce a través del orificio 24 de la válvula de compresión
11, mientras que el paso de las cámaras intermedias de tracción 13
y de compresión 14 a la cámara intermedia y principal 12, se
realiza a través de los orificios 15-17 y
16-18, respectivamente.
De acuerdo con lo hasta aquí expuesto, el
funcionamiento del sistema, durante la carrera de tracción, es como
sigue:
El vástago 20, el pistón 21 y el conjunto de
sistema valvular se desplazan provocando un flujo de fluido de la
cámara de tracción 3 a la cámara de compresión 4, de manera que las
restricciones al paso del fluido producidas en el propio sistema
valvular provocan una pérdida de presión en la cámara principal e
intermedia 12, la cámara intermedia de compresión 14 y la cámara de
compresión 4, respecto de la cámara de tracción 3 y la cámara
intermedia de tracción 13. La diferencia de presiones reinante
provoca una fuerza sobre la válvula de tracción 10, la cual se
desplaza hacia la parte inferior de la camisa 9, oponiéndose a
dicho movimiento la fuerza ejercida por el muelle
19.
19.
El montaje del sistema puede realizarse de tal
modo que el muelle 19 quede precomprimido para que se obtenga una
fuerza mínima necesaria en el inicio del movimiento de la válvula
de tracción 10.
El movimiento de tal válvula de tracción 10
respecto a la válvula de compresión 11, que se encuentra haciendo
tope en la zona inferior de la camisa 9 durante dicho movimiento,
habilita el paso del fluido a través de los orificios calibrados 15
y 17 de la cámara intermedia de tracción 13 a la cámara intermedia
y principal 12, y a su vez a la cámara intermedia de compresión 14
a través de los orificios 16 y 18.
En dicho sistema de valvulería, la sección de
paso depende de la diferencia de presión entre las cámaras de
tracción 3 y de compresión 4, de manera que la relación de
proporcionalidad que se establece entre la sección de paso y la
diferencia de presiones dependerá de la rigidez del muelle 19, así
como de la geometría de los componentes del sistema, tales como
geometría de los orificios, diámetro de las válvulas de tracción y
de compresión y de la propia camisa.
Como es sabido, la presión entre las cámaras y
en consecuencia la fuerza de amortiguamiento dependerá de la
sección de paso entre las cámaras y del caudal, de manera que con
el sistema de valvulería descrito pueden establecerse relaciones de
proporcionalidad entre caída de presión y sección de paso, que se
adecuen a la fuerza de amortiguamiento deseada en función de la
velocidad.
En relación con el funcionamiento para la
carrera de compresión, es análogo al funcionamiento descrito
anteriormente para la carrera de tracción.
En una variante de realización mostrada en la
figura 5, se incluye un segundo muelle 19' entre la camisa exterior
9 y la válvula de tracción 10, de forma que se puede regular la
dependencia entre la sección de paso y la diferencia de presiones
entre las cámaras de forma independiente para la carrera de tracción
y de compresión. En este caso, la evolución de la sección de paso
con la depresión entre las cámaras, en la carrera de tracción, es
función de las rigideces de los muelles 19 y 19', mientras que en
la carrera de compresión es función únicamente de la rigidez del
muelle 19. En esta variante de realización, la camisa exterior 9
presenta en su superficie lateral y externa una banda 20'
constituida en un material de baja fricción, que realiza la función
de pistón.
En la figura 6 se muestra una alternativa de
realización en la que se obtiene un diseño más compacto, con el
muelle 19 dispuesto de distinta manera a como está montado ese
mismo muelle en la figura 5, obteniéndose así un mayor
desplazamiento relativo posible entre la válvula de tracción 10 y
la válvula de compresión 11. En esta realización se han
intercambiado las posiciones de montaje de las válvulas de tracción
10 y de compresión 11, de forma que la válvula de tracción 10 se
desplaza durante la carrera de compresión y la válvula de
compresión 11 se desplaza durante la carrera de tracción,
invirtiéndose igualmente la posición del muelle 19'' de tal forma
que actúa durante la carrera de compresión.
En la figura 7, que corresponde a un detalle
ampliado de la realización correspondiente a la figura 2,
incorporando el sistema de valvulería de la invención en la
posición del soporte de válvula 7, se muestra la aplicación al tipo
de amortiguadores bitubo, en donde el fluido circula de la cámara
de tracción 3 y la cámara de reserva 6 a la cámara de compresión 4,
durante la carrera de tracción, y en sentido opuesto durante la
carrera de compresión, siendo el funcionamiento análogo al descrito
anteriormente salvo que en este caso el sistema constituye un
medio que estrangula el flujo del fluido viscoso entre la cámara de
compresión 4 y la cámara de reserva 6 de este tipo de
amortiguadores bitubo.
Claims (6)
1. Sistema de valvulería para amortiguadores
hidráulicos, que estando previsto para su aplicación en el tipo de
amortiguadores hidráulicos utilizados preferentemente en vehículos
automóviles, estableciéndose en dicho tipo de amortiguador una
cámara de tracción y una cámara de compresión separadas por un
pistón, vinculándose el conjunto valvular a un vástago que forma
parte del propio amortiguador, se caracteriza porque
comprende dos válvulas (10 y 11), la primera de tracción y la
segunda de compresión, montadas concéntricamente y con posibilidad
de desplazamiento axial una respecto de la otra, en el interior de
una camisa (9); habiéndose previsto un muelle (19) que se opone al
movimiento relativo entre dichas válvulas (10 y 11), estando éstas
afectadas de orificios radiales (15-16 y
17-18) a través de los cuales, en el movimiento
relativo entre ambas válvulas, se habilita el paso de fluido
restringido entre una cámara principal intermedia (12) establecida
entre ambas válvulas, una cámara intermedia de tracción (13) y una
cámara intermedia de compresión (14), provocando una caída de
presión entre las cámaras de tracción (3) y de compresión (4) del
propio amortiguador.
2. Sistema de valvulería para amortiguadores
hidráulicos, según reivindicación 1, caracterizado porque la
camisa (9) va acoplada al correspondiente vástago (20) del
amortiguador, con el complemento de un pistón (21) como medio
separador de las cámaras de tracción (3) y de compresión (4).
3. Sistema de valvulería para amortiguadores
hidráulicos, según reivindicación 1, caracterizado porque la
camisa (9) va acoplada al correspondiente vástago (20) del
amortiguador, con el complemento de una banda de material
anti-fricción (20') dispuesta sobre la superficie
lateral y externa de la propia camisa (9), como medio separador
entre las cámaras de tracción (3) y de compresión (4).
4. Sistema de valvulería para amortiguadores
hidráulicos, según reivindicación 1, caracterizado porque
incluye, adicionalmente, un muelle (19') dispuesto entre la válvula
de tracción (10) y la camisa (2), para oponerse al movimiento
relativo de la válvula de tracción (10).
5. Sistema de valvulería para amortiguadores
hidráulicos, según reivindicación 1, caracterizado porque
incluye, adicionalmente, un muelle (19'') dispuesto entre la
válvula de tracción (10) y camisa (2), que se opone al movimiento
relativo de la válvula de tracción (10) y de compresión (11), de
forma que la válvula de tracción (10) se desplaza durante la
carrera de compresión y la válvula de compresión (11) se desplaza
durante la carrera de tracción.
6. Sistema de valvulería para amortiguadores
hidráulicos, según reivindicación 1, caracterizado porque en
su aplicación en amortiguadores bitubo, el conjunto valvular
realiza funciones de estrangulación del flujo entre la cámara de
compresión (4) y la cámara de reserva (6) prevista en este tipo de
amortiguadores bitubo.
Priority Applications (2)
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Publications (2)
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