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.
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Antecedentes
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.
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.
Breve descripción de los dibujos
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;
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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.
Descripción detallada
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.
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Referencias citadas en la descripción
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.
Documentos de patente citados en la descripción
\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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