ES2299533T3 - Muelle de aire de volumen dual para suspensiones. - Google Patents
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Abstract
Muelle de aire de cámara dual (5) para su utilización en una suspensión de vehículos, teniendo el muelle de aire un pistón de base (13), una cámara de volumen fijo (7) y una cámara compresible de volumen variable (6) entre el pistón de base (13) y la cámara de volumen fijo (7), con una partición (11) separando dichas cámaras de volumen variable y de volumen fijo (6, 7) y teniendo por lo menos un orificio (12) en la misma opuesto al pistón de base (13) y que proporciona comunicación de flujos de gas entre las cámaras (6, 7), estando montando un cierre del orificio a modo de poste (20) sobre dicho pistón de base (13) en la cámara de volumen variable (6) opuesto al orificio (12) para cooperar con el orificio (12) cuando el volumen de la cámara de volumen variable (6) se reduce durante una sacudida de la suspensión en uso; en el que el cierre del orificio (20) tiene una porción flexible (22) que se puede acoplar con el orificio (12) correspondiente y una porción relativamente rígida (21), dispuesta de manera que durante una sacudida, la porción flexible (22) inicialmente se acopla y cierra el orificio (12) correspondiente para bloquear dichas comunicación de flujo de gas entre las cámaras (6, 7), mientras que bajo una compresión adicional de la cámara de volumen variable (6), la porción relativamente rígida (21) del cierre del orificio (20) entra en acoplamiento para resistir el movimiento adicional de la sacudida.
Description
Muelle de aire de volumen dual para
suspensiones.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Los muelles de aire se utilizan ampliamente en
sistemas de suspensión de vehículos, ya que generalmente producen
un índice elástico del sistema menor y una frecuencia natural del
vehículo menor que otros tipos disponibles de muelles. Un índice
elástico bajo y una baja frecuencia natural producen un aislamiento
superior de las molestias inducidas por la carretera y un contacto
mejorado entre las ruedas y la superficie de la carretera (en otras
palabras, una mejor conducción). Desafortunadamente, la disminución
del índice elástico también disminuye la estabilidad de la
rodadura
y aumenta el desplazamiento de la suspensión, pudiendo ser ambas características negativas en algunas aplicaciones.
y aumenta el desplazamiento de la suspensión, pudiendo ser ambas características negativas en algunas aplicaciones.
Se han utilizado una serie de métodos para
superar estas molestias. Muchas suspensiones utilizan un tope de
choque para limitar el recorrido del eje y la rodadura del cuerpo.
Sin embargo, cuando se contacta con un tope de choque se transmiten
cargas muy altas directamente al bastidor del vehículo, provocando
durezas no deseables. Otros diseños han utilizado válvulas o
unidades de control costosas para variar el índice elástico y la
frecuencia natural.
La presente invención proporciona una innovación
en los muelles de aire cuando se utilizan en suspensiones,
particularmente para camiones y remolques de carga pesada. Los
muelles de aire de la invención tienen volúmenes usuales, siendo uno
una cámara compresible variable y el otro una cámara de volumen
fijo. Los interiores de las dos cámaras están separadas mediante una
partición que tiene un orificio en la misma proporcionando una
comunicación de flujo de aire o gas entre las cámaras.
En la técnica anterior, el documento
DE-B- 1065669 describe un muelle de gas del tipo
general anterior, en el cual (en la figura 1) un elemento de muelle
troncocónico de caucho sólido está montado de manera centrada en el
interior de un alojamiento de extremo externo rígido, opuesto a la
partición con el orificio que está sobre el componente de pistón
interno que contiene la cámara de volumen fijo. Después de un grado
dado de desplazamiento, el elemento de partición se encuentra con
el extremo del muelle troncocónico, bloqueando el orificio de
manera que el volumen de gas que se comprime se divide para aumentar
el índice elástico. La compresión del propio muelle de caucho
también eleva el índice elástico. En la alternativa de la figura 2
del documento BE-B-1065669 un
manguito de muelle de caucho hueco está montado sobre la propia
partición, alrededor del orificio en la misma, y tiene su propia
abertura de extremo que después de un grado dado de desplazamiento
encuentra la oposición de la pared del alojamiento dirigida opuesta
para dividir el volumen de gas comprimido.
En el documento
FR-B-1315383 la cámara de volumen
fijo está otra vez en el pistón; la realización representada tiene
un tampón de caucho tubular sobre el pistón, que sobresale hacia
adelante desde alrededor del orificio en la pared del pistón y con
un anillo de caucho más blando en su extremo para hacer el sello
inicial contra la pared de la carcasa externa opuesta y dividir los
volúmenes de gas en una etapa intermedia de compresión. Una
construcción alternativa propuesta, no representada, tiene un tampón
y un sello flexible de este tipo sobre la carcasa opuesta en lugar
de la cara del pistón.
La presente invención proporciona un muelle de
aire de cámara dual para su utilización en una suspensión de
vehículos, teniendo el muelle de aire un pistón de base, una cámara
de volumen fijo y una cámara de volumen variable compresible entre
el pistón de base y la cámara de volumen fijo, con una partición
que separa dichas cámaras de volumen variable y volumen fijo, y que
tiene por lo menos un orificio en la misma opuesto al pistón de base
y que proporciona una comunicación de flujos de gas entre las
cámaras, estando montado un cierre del orificio a modo de poste
sobre el pistón de base en la cámara de volumen variable opuesto al
orificio para cooperar con el orificio cuando el volumen de la
cámara de volumen variable se reduce durante la sacudida de la
suspensión en uso;
en el que el orificio más próximo tiene una
porción flexible que se puede acoplar con el orificio
correspondiente y una porción relativamente rígida, dispuesta de
manera que durante la sacudida la porción flexible se acopla
inicialmente y cierra el orificio correspondiente para bloquear
dicha comunicación de flujo de gas entre las cámaras, mientras que
al comprimir más la cámara de volumen variable, la porción
relativamente rígida del cierre del orificio entra en acoplamiento
para resistir el movimiento adicional de la sacudida.
El cierre a modo de poste tiene una porción
deformable o elástica que tiene un bajo índice elástico y una
porción relativamente rígida que tiene un alto índice elástico.
Durante una sacudida que la suspensión asociada de una severidad
suficiente, la porción deformable del cierre del orificio modo de
poste se acopla y cierra el orificio, aislando así la cámara de
volumen fijo de la cámara de volumen variable. En el caso de una
sacudida suficientemente severa, la porción rígida del cierre a
modo de poste entra en juego y detiene el movimiento adicional de
la sacudida.
Para un entendimiento completo de la naturaleza
y el alcance de la invención se proporciona ahora una descripción
de una realización referida con referencia a los dibujos adjuntos,
en los cuales:
La figura 1 es una vista en sección semivertical
y en alzado lateral de un muelle de aire de cámara dual que forma
una realización actualmente preferido de la invención;
\global\parskip1.000000\baselineskip
La figura 2 es una vista en sección vertical del
muelle de aire de la figura 1 en una condición comprimida con su
cierre del orificio a modo de poste en contacto y cerrando el
orificio en la partición entre las cámaras;
La figura 3 es una vista en planta superior del
muelle de aire de la figura 1;
La figura 4 es una vista en planta inferior del
muelle de aire de la figura 1; y
La figura 5 es una vista en perspectiva del
cierre del orificio a modo de poste incorporado en el muelle de
aire de la figura 1.
Con referencia a los dibujos, en las figuras 1 a
4 un muelle de aire de volumen dual se indica en general con la
referencia numérica 5, que es una realización de la invención y que
comprende una cámara compresible de volumen variable indicada en
general con la referencia numérica 6 y una cámara rígida de volumen
fijo indicada en general con la referencia numérica 7. Los
interiores 8 y 10, respectivamente, de las cámaras 6 y 7 están
separados mediante una placa de partición rígida 11 prevista en el
centro con un orificio o abertura 12.
La cámara de volumen variable 6 tiene una
construcción que se corresponde en general con la de los muelles de
aire disponibles comercialmente conocidos para suspensiones de
camiones y remolques. Tiene un cuerpo compresible generalmente
cilíndrico formado de caucho, un material laminar a modo de caucho 9
cuyo extremo superior está cerrado mediante la placa rígida 11,
mientras que el extremo inferior está cerrado mediante una base 13
usualmente llamada como el "pistón" del muelle de aire.
La cámara superior rígida 7 tiene también una
forma generalmente cilíndrica y está formada a partir de un metal
laminar u otro material rígido o no expansible adecuado. La placa
rígida 11 cierra el extremo del fondo de la cámara 7 con la
periferia de la placa soltaba al interior de la cámara 7, tal como
se indica con la referencia numérica 14. El labio circunferencial 15
de la bolsa de aire 9 está herméticamente sellado o plegado entre
el lado inferior de la placa rígida 11 y el labio doblado hacia el
interior 16 de la cámara rígida 7.
El labio inferior 17 de la bolsa de aire 9 está
herméticamente sellado y fijado entre la periferia de una placa a
modo de arandela 18 y una superficie a modo de plato correspondiente
de la base 13. Así, la cámara compresible de volumen variable 6
está herméticamente sellada según la construcción conocida de los
muelles de aire disponibles comercialmente.
Un cierre del orificio modo de poste para el
orificio 12 está indicado en general con la referencia numérica 20,
formado mediante una base tronco cónica 21 que forma un tope
derecho que y formado de un material rígido, o semirrígido, y una
clavija compresible 22 formada de un material flexible. A partir de
la figura 2 se apreciará que cuando la cámara 6 está en su condición
comprimida durante una sacudida de la suspensión asociada, la
clavija o tope 22 se acopla con el lado inferior que el separador o
partición rígida 11 para cerrar el orificio 12. La clavija 20 tiene
un índice elástico relativamente bajo, hasta que se comprime
firmemente sobre el tope de choque 21, que tiene un índice elástico
alto. La porción de clavija o tope 22 puede estar formada de un
material de caucho o poliuretano con una pureza relativamente baja
de tipo comercial conocido. Sin embargo, el tope de choque 21 puede
estar formado de caucho natural de alta dureza, poliuretano de alta
dureza, Hytrel® (elastómero termoplástico de DuPont) o materiales
similares de tipo comercial conocido. La base del tope de choque 21
está provista de un taco 23 que sobresale a través de unas
aberturas en la arandela 18 y la base 13. Una tuerca 24 fija el
cierre del orificio a modo de poste en posición.
La parte superior de la cámara rígida 7 está
provista de un par de tacos 25 y 26, con lo cual el muelle de aire
5 puede montarse de una manera conocida sobre una suspensión y
fijarse en su extremo superior a una parte rígida de un chasis de
vehículo. El taco 26 tiene un pasaje 27 a través del cual se puede
introducir aire u otro gas al interior del muelle de aire 5 tal como
se requiera. Unos tacos de montaje inferiores 30-30
están implantados o ajustados a presión en el fondo de la base
13.
En funcionamiento, uno o más muelles de aire 5
se montarán de una manera conocida sobre cada lado opuesto de una
suspensión de vehículo para soportar un chasis de vehículo sobre un
eje y las ruedas del suelo asociadas. Dependiendo de la carrera
sobre el vehículo, la cámara variable 6 se comprimirá parcialmente
con la porción de la carrera sobre cada muelle de aire 5 que se
soporta mediante en la ley de obras bajo compresión en el volumen
formado por los volúmenes combinados de las cámaras 8 y 10, que
están en comunicación a través del orificio 12. Gracias a estos
volúmenes combinados, el muelle de aire 5 tendrá inicialmente un
índice elástico relativamente bajo según la siguiente ecuación:
K = [n\cdot
A^{2}\cdot(P +
P_{AT})]/V
Donde:
n = La constante de gas (\approx 1,4 para
aire)
A = Área efectiva
P = Presión del muelle de aire
P_{AT} = Presión atmosférica
V = Volumen del muelle de aire
Tal como puede apreciarse a partir de la
ecuación, el volumen es inversamente proporcional al índice
elástico. Para minimizar el índice elástico muchos diseños aumentan
el volumen de aire para que sea tan grande como práctico.
En funcionamiento, un muelle de aire 5 instalado
de una manera convencional en una suspensión de vehículo, tal como
un camión-tractor de carga pesada, reaccionará a las
irregularidades de la carretera de una manera de muelle de aire
convencional excepto cuando la conducción sea más suave, fácil que
la normal debido a los volúmenes combinados de las cámaras 8 y 10
que actúan en concierto. Sin embargo, cuando el vehículo encuentra
una irregularidad severa, la bolsa de aire compresible 9 se
comprimirá durante la sacudida en el punto que la clavija 22 cierra
el orificio 12, tal como se muestra e ilustra en la figura 2.
Inmediatamente, solamente el volumen de la cámara 8 será operativo
y según la ecuación anterior, el volumen V será menor que el
normal, y en consecuencia, el índice elástico será proporcionalmente
mayor que el normal.
En el caso de que se produzca una sacudida de
desplazamiento adicional, el muelle de aire 5 se vuelve
progresivamente más rígido cuando la clavija 22 se comprime
completamente y el tope de choque 20 empieza a proporcionar
resistencia al desplazamiento en la sacudida.
La acción del cierre del orificio a modo de
poste frente se puede variar de diferentes maneras, tal como
alterando su forma y seleccionando diferentes materiales para formar
la clavija 22 y la base 21. Además, se pueden utilizar más de dos
materiales diferentes para proporcionar una pluralidad de índices
elásticos que varían entre el índice elástico mayor y índice
elástico menor.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es solamente para conveniencia del lector. No forma
parte del documento de patente europea. Aunque se ha tomado el
máximo cuidado en la recopilación de las referencias, no se pueden
excluir errores u omisiones y la OEP se descarga de cualquier
responsabilidad en este aspecto.
\bullet DE1065669B [0004] [0004]
\bullet FR1315383B [0005]
Claims (7)
1. Muelle de aire de cámara dual (5) para su
utilización en una suspensión de vehículos, teniendo el muelle de
aire un pistón de base (13), una cámara de volumen fijo (7) y una
cámara compresible de volumen variable (6) entre el pistón de base
(13) y la cámara de volumen fijo (7), con una partición (11)
separando dichas cámaras de volumen variable y de volumen fijo (6,
7) y teniendo por lo menos un orificio (12) en la misma opuesto al
pistón de base (13) y que proporciona comunicación de flujos de gas
entre las cámaras (6, 7), estando montando un cierre del orificio a
modo de poste (20) sobre dicho pistón de base (13) en la cámara de
volumen variable (6) opuesto al orificio (12) para cooperar con el
orificio (12) cuando el volumen de la cámara de volumen variable
(6) se reduce durante una sacudida de la suspensión en uso;
en el que el cierre del orificio (20) tiene una
porción flexible (22) que se puede acoplar con el orificio (12)
correspondiente y una porción relativamente rígida (21), dispuesta
de manera que durante una sacudida, la porción flexible (22)
inicialmente se acopla y cierra el orificio (12) correspondiente
para bloquear dichas comunicación de flujo de gas entre las cámaras
(6, 7), mientras que bajo una compresión adicional de la cámara de
volumen variable (6), la porción relativamente rígida (21) del
cierre del orificio (20) entra en acoplamiento para resistir el
movimiento adicional de la sacudida.
2. Muelle de aire de cámara dual según la
reivindicación 1, que tiene una forma generalmente cilíndrica, y el
orificio (12) en la partición (11) y el cierre del orificio (20)
están dispuestos coaxialmente en el muelle (5).
3. Muelle de aire de cámara dual la
reivindicación 1 ó 2, en el que la porción flexible del cierre del
orificio (20) es una clavija compresible (22) conectada mediante un
vástago coaxial a dicha porción relativamente rígida (21) que es
troncocónica.
4. Muelle de aire de cámara dual según la
reivindicación 3, en el que la clavija compresible (22) es de caucho
o poliuretano y la porción relativamente rígida es de caucho
natural, poliuretano o elastómero termoplástico.
5. Muelle de aire de cámara dual según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cierre
del orificio (20) proporciona un índice elástico menor cuando el
orificio (12) esta inicialmente cerrado y un índice elástico
substancialmente mayor sobre un movimiento de sacudida
continuado.
6. Muelle de aire de cámara dual según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la porción
relativamente rígida (21) del cierre del orificio (20) proporciona
un tope de choque cuando la porción flexible (22) está totalmente
comprimida.
7. Suspensión de vehículo que tiene por lo menos
un muelle de aire de cámara dual (5) según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6.
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