ES2610705T3

ES2610705T3 - Dispositivo amortiguador

Info

Publication number: ES2610705T3
Application number: ES14777788.2T
Authority: ES
Inventors: Marco CITRO; Gaetano Cascini; Francesco Butera; Paolo BARBATELLI
Original assignee: GRUPPO ROLD SpA; SAES Getters SpA
Current assignee: GRUPPO ROLD SpA; SAES Getters SpA
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2017-05-03
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: WO2015011642A1; ITMI20131249A1; EP2992240A1; CN105518333A; EP2992240B1; US10458504B2; JP2019011863A; CN105518333B; JP2016527454A; KR20160037838A; US20160069410A1; KR102166884B1

Abstract

Dispositivo amortiguador (10; 20; 30; 300; 310; 40; 50; 60; 111) que comprende un primer elemento de soporte (11; 31; 41; 51; 61; 1111) y una serie de estructuras metálicas esbeltas (12, 12', 12", 12n; 32, 32', 32", 32n, 33; 42, 42', 42", 42n; 52, 52'; 1112, 1112', 1112n, 1113, 1113', 1113n) que tienen un primer extremo y un segundo extremo, teniendo respectivamente dichas estructuras metálicas esbeltas una proporción de esbeltez igual o mayor de 10, en el que las estructuras metálicas esbeltas están fijadas respectivamente en sus primeros extremos a dicho primer elemento de soporte, en el que las estructuras metálicas esbeltas están fijadas en diferentes puntos de dicho elemento de soporte, caracterizado porque: - la distancia mutua entre las estructuras metálicas esbeltas de, por lo menos, un par de estructuras metálicas esbeltas (12, 12'; 32, 33; 42, 42'; 52; 52', 62, 62'; 1112, 1113) es igual o menor que 0,75 veces su longitud -L-, estando dicha distancia medida con respecto a sus primeros extremos, - por lo menos el 90% de los planos perpendiculares a las estructuras esbeltas adyacentes son mutuamente paralelos o forman un ángulo igual o menor de 20º, - las estructuras metálicas esbeltas son elementos laminares planos o de chapa y/o elementos rectos filiformes o de alambre, y porque las estructuras metálicas esbeltas están dispuestas de modo que absorben energía de los impactos que actúan en una dirección perpendicular a los planos que a su vez son perpendiculares a las estructuras esbeltas.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo amortiguador

La presente invencion se refiere a dispositivos mejorados de amortiguacion y a sistemas y/o componentes que utilizan dichos dispositivos amortiguadores. El termino “dispositivo” debe ser interpretado en su significado mas amplio y abarca dispositivos finitos e independientes y sistemas de amortiguacion, asi como partes o subconjuntos incorporados en sistemas mas grandes o mas complejos.

En una diversidad de aplicaciones se requieren dispositivos de amortiguacion mejorados, refiriendose las mejoras a la capacidad de soportar una serie de impactos procedentes de fuentes externas, es decir la durabilidad, asi como un mecanismo mas eficiente de disipacion de la energia, es decir, una proteccion mejorada.

Los campos de aplicacion de los dispositivos de amortiguacion son muy diferentes y varian desde subconjuntos mecanicos tales como parachoques para las industrias del automovil (coches, camiones) y parachoques en los andenes de los trenes, a componentes previstos para ser incorporados en productos textiles para prendas de seguridad o en telas tales como las chaquetas para los motoristas. Incluso, aunque segun la aplicacion concreta o el campo de utilizacion tanto la duracion como la mejora de la proteccion pueden proporcionar una ventaja predominante, el dispositivo amortiguador segun la presente invencion se caracteriza tanto por su gran durabilidad como por una mejora de la proteccion.

En el campo de los sistemas de cierre ambas caracteristicas son simultaneamente importantes, por ejemplo, para la aplicacion a topes amortiguadores para puertas, ventanas y verjas.

La Patente DE 10 2012 204 059 B3 que se considera como la tecnica anterior mas cercana, da a conocer una estructura de amortiguacion con estructuras metalicas esbeltas.

Otro aspecto remarcable de la presente invencion es que sus caracteristicas estructurales pueden ser adaptadas facilmente a sistemas y componentes que tengan un tamano muy diferente, con lo que el dispositivo amortiguador puede ser integrado facilmente en los sistemas o componentes finales para las diferentes aplicaciones.

En un primer aspecto de la misma, la invencion se refiere a un dispositivo amortiguador que comprende un primer elemento de soporte, una serie de estructuras metalicas esbeltas que tienen una proporcion de esbeltez igual o mayor de 10, en la que la estructura metalica esbelta esta fijada respectivamente por un primer extremo de la misma a dicho primer elemento de soporte, caracterizado porque:

• las estructuras metalicas esbeltas estan fijadas respectivamente a diferentes puntos de dicho primer elemento de soporte;

• la distancia mutua entre las estructuras metalicas esbeltas de, por lo menos, un par de estructuras metalicas esbeltas es igual o menor que 0,75 veces su longitud -L-, es decir, 0,75 x L, estando medida dicha distancia con respecto a sus primeros extremos;

• por lo menos el 90% de los planos perpendiculares a los elementos esbeltos adyacentes son mutuamente paralelos o forman un angulo menor de 20°.

- las estructuras metalicas esbeltas son elementos laminares planos o de chapa, y/o elementos rectos filiformes o de alambre,

- las estructuras metalicas esbeltas estan dispuestas de tal modo que absorben la energia de los impactos que actuan en una direccion perpendicular a los planos que, a su vez, son perpendiculares a las estructuras esbeltas.

La invencion se mostrara ademas haciendo referencia a las siguientes figuras en las que:

- las figuras 1A y 1B muestran respectivamente, de forma esquematica, una vista superior y una vista frontal de un dispositivo amortiguador segun la presente invencion que comprende elementos esbeltos, laminares o de chapa,

- las figuras 2A y 2B muestran respectivamente, de forma esquematica, una vista superior y una vista frontal de una realizacion alternativa de un dispositivo amortiguador segun la presente invencion que comprende elementos laminares esbeltos,

- las figuras 3A a 3C muestran respectivamente, de forma esquematica, una vista superior y vistas frontales alternativas de un dispositivo amortiguador segun la presente invencion que comprende elementos filiformes esbeltos,

- las figuras 4, 4A y 5 muestran una realizacion alternativa de un dispositivo amortiguador segun la presente invencion que comprende elementos filiformes esbeltos,

- la figura 6 es una vista en seccion transversal que muestra una realizacion alternativa de un dispositivo amortiguador segun la presente invencion que tiene una forma geometrica esferica,

- la figura 7 es una vista parcialmente partida que muestra una parte de un dispositivo amortiguador segun la presente invencion,

- la figura 8 es una fotografia de unos dispositivos amortiguadores segun la presente invencion,

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- la figura 9 es una fotografia de un dispositivo amortiguador fabricado segun la tecnica anterior,

- la figura 10 es un grafico que muestra una comparacion entre el comportamiento de uno de los dispositivos mostrados en la figura 9 y el dispositivo de la figura 10,

- la figura 11 es un esquema operativo a modo de ejemplo de un sistema que comprende un dispositivo amortiguador segun la presente invencion.

Con el objeto de hacer que las figuras sean de mas facil comprension, las dimensiones y las proporciones dimensionales de los elementos han sido alteradas en algunos casos, con referencia particular pero no exclusiva a la altura y a la anchura de las estructuras metalicas esbeltas.

Las estructuras metalicas esbeltas aptas para ser utilizadas en el dispositivo amortiguador segun la presente invencion, tienen una proporcion de esbeltez, es decir, la proporcion entre su longitud -L- y la dimension transversal menor -w-, igual o mayor de 10. Tal como se muestra en los dibujos, las estructuras metalicas esbeltas de la invencion son elementos laminares planos o de chapa y/o elementos rectos filiformes o de alambre. Las realizaciones de la invencion mostradas en las figuras 1 a 8 comprenden tanto elementos laminares planos como de chapa, o elementos rectos filiformes o de alambre, tal como se describira con detalle a continuacion. Los dispositivos amortiguadores de la invencion pueden comprender asimismo combinaciones de elementos laminares planos o de chapa y elementos rectos filiformes o de alambre.

Para mayor claridad, las estructuras esbeltas segun la presente invencion son rectas o rectilineas (filiformes) o planas o rectilineas (laminares), es decir, al menos en el 90% de la longitud de sus lineas tangenciales forman un angulo menor de 5° con el eje (recto) o con el plano central (laminar) de la estructura esbelta. La condicion del 90% de la longitud tiene en cuenta que las estructuras esbeltas son elementos reales y no ideales, y asimismo que los extremos de las estructuras esbeltas pueden estar distorsionados o deformados como consecuencia de su colocacion en el dispositivo amortiguador de la presente invencion. De forma similar, la condicion de que el angulo entre las lineas tangentes y las estructuras esbeltas sea menor de 5° tiene en cuenta la desviacion respecto a la condicion ideal en la que estos elementos son perfectamente rectos o planos.

Asimismo, incluso aunque la solucion preferente preve elementos fabricados todos ellos por medio de estructuras esbeltas rectas, es posible que algunos de ellos (menos del 10%) tengan una forma no lineal segun la definicion anterior. Dicha fraccion es preferentemente menor del 5% o incluso mas preferentemente menor del 1%.

Estas consideraciones son debidas, y toman en cuenta, que el sistema de amortiguacion segun la presente invencion puede comprender en algunas realizaciones especificas, un elevado numero de estructuras esbeltas rectas o laminares, de modo que es posible que algunas de ellas se aparten de la condicion de linealidad ideal como consecuencia del montaje dentro del sistema, pero sin poner en peligro o afectar de forma significativa el comportamiento global del sistema.

Como una aclaracion a lo anterior, los elementos esbeltos en el sistema de amortiguacion de la presente invencion son elementos caracteristicos que consiguen de forma colaborativa el efecto tecnico de unas caracteristicas mejoradas de amortiguacion, de manera diferente al caso de los cables de multiples filamentos que sera comentado mas adelante al hacer referencia al estado de la tecnica.

La configuracion global de los dispositivos amortiguadores segun la presente invencion es tal que las estructuras esbeltas rectas y/o planas resisten cargas de compresion dirigidas a lo largo de sus ejes en el caso de elementos filiformes o de alambre, o paralelas a sus planos en el caso de elementos laminares o de chapa.

Por consiguiente, los dispositivos amortiguadores de la presente invencion aprovechan de manera efectiva el denominado “efecto de pandeo” de las estructuras esbeltas rectas o planas, es decir, su capacidad bajo una carga de compresion y de impactos, de tener una transicion desde una simple compresion a un doblado, con la gran deformacion consiguiente.

En la tecnica mecanica, el pandeo es un fenomeno debido a la falta de estabilidad, lo que conduce a un modo de fallo. El pandeo define un punto en el que una configuracion en equilibrio se convierte en inestable bajo un cambio parametrico de carga y se manifiesta en diversos fenomenos. Teoricamente, el pandeo se produce por una bifurcacion en la solucion a las ecuaciones de equilibrio estatico. En una cierta fase, bajo una carga creciente, una carga adicional puede ser mantenida en uno de dos estados de equilibrio. En el caso especifico de una estructura recta sometida a una carga de compresion, teoricamente el equilibrio podria hallarse en una simple compresion o en una situacion de deformacion lateral. En realidad, la segunda situacion es, con mucho, la mas probable e implica grandes deformaciones.

Si las estructuras esbeltas estan fabricadas de un material capaz de resistir grandes deformaciones, la energia absorbida aumenta radicalmente. La presente invencion se basa en un esquema original de estructuras esbeltas adecuadas para aprovechar este efecto fisico en su maximo grado, de modo que puedan ser utilizadas en conjuntos y dispositivos amortiguadores.

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En vista de la explicacion anterior y de las realizaciones representadas, es importante destacar asimismo que las estructuras esbeltas utilizadas en los dispositivos amortiguadores de la presente invencion son elementos filiformes rectos individuales y/o un elemento laminar plano que pueden ser adyacentes entre si, pero no estan entrelazados, ni unidos o trenzados entre si.

Por consiguiente, las estructuras esbeltas tales como cuerdas o cables de multiples filamentos estan explicitamente fuera del ambito de la presente invencion, debido a que no pueden soportar ninguna carga de compresion, ni pueden experimentar pandeo. Estos tipos de estructuras estan descritos en la publicacion de la Patente internacional WO 2013/042152 y en la Patente U.S.A. 3360225 y se basan en la especificidad y la resistencia de las estructuras de cable constituidas por una serie de filamentos o alambres utilizados como un elemento activo para la absorcion o la amortiguacion de choques. Se debe subrayar que en este caso la amortiguacion se consigue gracias a la friccion entre los alambres adyacentes y no mediante deformaciones resultantes de desplazamientos, tal como sucede segun la presente invencion.

Tal como ya se ha destacado, la presente invencion se basa en la utilizacion de estructuras rectas y/o planas que experimentan un pandeo durante su utilizacion. Los dispositivos amortiguadores de la tecnica anterior se basan, en cambio, en estructuras no rectas ni planas tales como las descritas en la solicitud de Patente europea 2639476, la solicitud de Patente U.S.A. 2009/0126288 y la solicitud de Patente U.S.A. 2011/0031665 que claramente no pueden experimentar deformaciones por pandeo.

Para apreciar adicionalmente la diferencia entre los dispositivos amortiguadores de la tecnica anterior y los de la presente invencion, se expone a continuacion un ejemplo comparativo en el que se ha utilizado un dispositivo amortiguador de la tecnica anterior (ver figura 9) que se parece al dispositivo amortiguador que se da a conocer en la solicitud de Patente europea 2639476.

En la presente invencion, las estructuras esbeltas rectas y/o planas estan dispuestas de tal modo que absorben la energia de los impactos que actuan en una direccion perpendicular a los planos que, a su vez, son perpendiculares a las estructuras esbeltas, por ejemplo, en el caso de estructuras esbeltas filiformes rectas, las fuerzas de impacto que estan dirigidas esencialmente a lo largo de sus ejes.

Las estructuras esbeltas en forma de elementos laminares planos o de chapa son preferentes cuando se necesita una direccion preferencial de aplastamiento, por ejemplo, en el caso de los reposacabezas en asientos de vehiculos, configurados pare impedir movimientos laterales y desplazamientos a consecuencia de un accidente.

Las estructuras esbeltas en forma de elementos filiformes rectos que tienen una proporcion igual o mayor de 10 entre -L- y cualquier dimension transversal son preferentes en caso de elementos de soporte blandos, por ejemplo en tejidos que incorporan alambres metalicos.

Los elementos filiformes pueden ser tubulares (es decir, su nucleo es hueco) o en forma de alambres.

Dispositivos amortiguadores que utilizan estructuras metalicas esbeltas se dan a conocer, por ejemplo, en la Patente U.S.A. 6530564 en la que unos elementos metalicos esbeltos filiformes en forma de alambres tienen puntos de contacto comunes con el elemento de soporte. Esta configuracion tiene como resultado unos sistemas de amortiguacion de un comportamiento peor comparado con los fabricados segun la presente invencion, dado que los primeros solamente se basan en la deformacion por plegado, en vez de por pandeo.

En la solicitud de Patente internacional WO 2010/053602 se describe un tipo diferente de estructura de absorcion para la amortiguacion de vibraciones, en la que se dan a conocer pilares separados de materiales superelasticos como dispositivos de absorcion de vibraciones para los MEMS (Microsistemas electromecanicos).

En la figura 1A se muestra una representacion esquematica de una vista superior de un dispositivo amortiguador -10- segun la presente invencion, mientras que en la figura 1B se muestra una vista frontal del mismo.

En esta realizacion, la estructuras esbeltas -12-, -12’-, -12”-, ..., -12n- son elementos laminares todos ellos paralelos entre si y fijados respectivamente en un primer extremo de los mismos a un primer elemento de soporte -11- que forma la base del dispositivo amortiguador -10-. Segun la invencion, la distancia mutua de los elementos esbeltos de, por lo menos, un par de elementos esbeltos, por ejemplo los elementos -12-, -12’-, es igual o menor que 0,75 x L, en donde -L- indica la longitud de los elementos metalicos esbeltos medida con respecto a sus primeros extremos.

El dispositivo amortiguador -10- puede comprender asimismo un segundo elemento de soporte conectado a las estructuras metalicas esbeltas en los segundos extremos del mismo, opuestos a sus primeros extremos. Las figuras 2A y 2B muestran respectivamente una vista superior y una vista frontal del dispositivo amortiguador -20- segun la invencion que, de manera similar al dispositivo amortiguador -10- de las figuras 1A y 1B, comprende un elemento base de soporte y una serie de estructuras metalicas esbeltas paralelas fijadas al mismo. El dispositivo amortiguador -20- comprende asimismo un segundo elemento de soporte -23- conectado a los segundos extremos de las estructuras metalicas esbeltas. Tal como se muestra en la figura 2A, el segundo elemento de soporte -23- puede

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estar fijado a las estructuras metalicas esbeltas solamente de manera parcial, aunque los dos elementos de soporte estan dimensionados preferentemente de modo que se solapan entre si.

Una configuracion alternativa interesante para ambas realizaciones preve la utilizacion de estructuras esbeltas paralelas y separadas casi por un igual, siempre que su distancia mutua sea igual o menor que 0,75 x L.

Es importante destacar que las estructuras mostradas esquematicamente en las figuras son estructuras teoricas. En un dispositivo amortiguador real, de hecho, las estructuras metalicas esbeltas pueden no ser perfectamente paralelas entre si. Segun la invencion, los planos perpendiculares a las estructuras metalicas esbeltas pueden formar asimismo un angulo igual o menor de 20° sin afectar al comportamiento del dispositivo amortiguador. Ademas, la condicion anterior debe cumplirse, al menos, para el 90% de las estructuras metalicas esbeltas, siendo aceptable que una pequena cantidad de las mismas no se ajuste a la situacion anterior.

En la vista superior de la figura 3A se muestra esquematicamente una realizacion diferente -30- de un dispositivo amortiguador segun la presente invencion, que utiliza estructuras metalicas esbeltas filiformes. Segun esta realizacion de la invencion, el dispositivo amortiguador comprende dos tipos diferentes de estructuras metalicas esbeltas filiformes. Las diferencias entre las estructuras metalicas esbeltas pueden afectar a su forma, por ejemplo, la seccion transversal, el diametro y similares, al material metalico o a ambas cosas. En este caso, sobre el primer elemento de soporte -31- estan fijadas una serie de estructuras metalicas esbeltas -32-, -32’-, 32”-, -32’’’-, ..., -32n- que tienen, por ejemplo, una seccion transversal circular, mientras que una estructura metalica esbelta -33- de un tipo diferente que tiene, por ejemplo una seccion transversal cuadrada, esta dispuesta en la parte central del dispositivo amortiguador -30-. La condicion segun la que, por lo menos, dos estructuras esbeltas estan dispuestas a una distancia mutua igual o menor que 0,75 x L, puede ser asegurada por cualquiera de los pares formados por la estructura metalica esbelta -33- y cualquiera de sus estructuras metalicas esbeltas adyacentes -32-, -32’-, -32”-, -32’’’-, ..., -32n-.

Una primera variante del dispositivo amortiguador -30- es un dispositivo amortiguador -300- cuya vista frontal se muestra en la figura 3B. El dispositivo amortiguador -300- comprende un segundo elemento de soporte -303- que actua como de elemento superior de soporte.

Otra variante del dispositivo amortiguador -30- es un dispositivo amortiguador -310- cuya vista frontal se muestra en la figura 3C. En este caso, las estructuras metalicas esbeltas tienen alturas diferentes, siendo las dispuestas en la parte central del dispositivo mas altas que las dispuestas progresivamente hacia la periferia. El dispositivo amortiguador -310- comprende ademas un segundo elemento de soporte -313- fijado en los extremos libres de las estructuras metalicas esbeltas y que tiene forma de cupula.

Asimismo, en este caso, la mayoria, en particular el 90% o mas de los elementos metalicos filiformes son sustancialmente paralelos entre si, es decir, son elementos filiformes en un espacio tridimensional, lo que significa que sus planos normales son paralelos o forman un angulo igual o menor de 20°.

Es importante destacar que las dimensiones y las proporciones dimensionales de los elementos y de las estructuras mostrados en las figuras 3B y 3C han sido alterados a efectos de mayor claridad, y que las estructuras metalicas esbeltas filiformes tienen una achura maxima que es 1/10 o menos de la altura de la estructura metalica filiforme.

Los dispositivos amortiguadores segun la presente invencion no requieren un elemento de soporte especifico en lo que se refiere a la forma o a la estructura. Por ejemplo, la figura 4 muestra de forma esquematica una vista superior de una parte de un dispositivo amortiguador -40- que comprende un elemento base de soporte en forma de una banda alargada -41- sobre la que estan fijadas y alineadas las estructuras metalicas esbeltas -42-, -42’-, -42”-, ... -42n- en una fila. En la realizacion concreta representada en la figura 4 todas las estructuras metalicas esbeltas son iguales entre si y separadas por un igual, pero tal como ya se ha descrito, esto no es un requisito para la invencion. La figura 4A muestra una vista frontal esquematica de una parte del dispositivo amortiguador -40-. El sistema -40- ha sido representado con solo una base o un elemento inferior de soporte -41-, pero puede comprender asimismo un elemento de soporte superior.

Dicho de otro modo, la funcion principal del elemento de soporte es precisamente fijar y sostener las estructuras metalicas esbeltas y asegurar que se satisfacen las condiciones geometricas en los planos perpendiculares a la estructura metalica esbelta.

Tal como se muestra en la vista frontal de la figura 5, el elemento de soporte -51- de un dispositivo amortiguador -50- segun la invencion puede incluso no ser plano. Ademas, tal como ya se ha indicado, es aceptable que un porcentaje menor del 10% de las estructuras metalicas esbeltas adyacentes no respeten la condicion geometrica de que sus planos normales sean mutuamente paralelos o formen un angulo igual o menor de 20°, tal como, por ejemplo, en el caso de las estructuras metalicas esbeltas adyacentes -52-, -52’- mostradas en la figura 5, debido a la forma no plana del elemento de soporte -51 -.

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La figura 6 muestra de forma esquematica una seccion transversal de otra realizacion de un dispositivo amortiguador -60- segun la presente invencion. En este caso, el dispositivo amortiguador tiene una forma geometrica esferica, en la que las estructuras metalicas esbeltas -62-, -62’-,..., -62n- estan fijadas en un elemento central de soporte -61-. El dispositivo amortiguador -60- mostrado en la figura 6 puede comprender asimismo un elemento exterior de soporte -63- conectado a los extremos opuestos de las estructuras metalicas esbeltas -62-, -62’-,..., -62n-. Debido a la forma geometrica esferica del dispositivo amortiguador -60-, los elementos metalicos esbeltos no pueden ser paralelos y en este caso, por lo menos el 90% de ellos satisfacen la condicion de que los planos perpendiculares a las estructuras metalicas esbeltas adyacentes forman angulos iguales o menores de 20°.

Un posible modo de fijar la estructura metalica esbelta al elemento de soporte se muestra en la figura 7, que representa una vista parcialmente partida de un dispositivo amortiguador -70- segun la presente invencion. Tal como se muestra en la figura, las estructuras metalicas esbeltas -72-, -72’- estan introducidas en un elemento de soporte -71- en una cierta parte de su longitud.

En este caso, estan previstas dos posibilidades principales para fijar las estructuras metalicas esbeltas. En un caso, el elemento de soporte -71- comprende cavidades que son mas grandes que las estructuras metalicas esbeltas introducidas en ellos. Un pegamento de relleno llena las cavidades consiguiendo de este modo una funcion de retencion. Esta solucion es preferente en el caso de elementos de soporte rigidos o duros, que actuan como bases o sustratos. En caso de materiales mas blandos, tales como por ejemplo tejidos, la esbeltez de las estructuras permite encajarlas en el elemento de soporte.

En ambos casos, la parte terminal de la estructura esbelta penetra en la estructura de soporte, por lo menos preferentemente hasta el 10% de dicha estructura metalica esbelta -L-.

Otra posibilidad de fijar las estructuras metalicas esbeltas en el elemento de soporte es por medio de estructuras esbeltas empotradas en un relleno adecuado que se adhiere al elemento de soporte y mantiene las estructuras metalicas esbeltas en posicion. En este caso, es preferente la disposicion de un par de elementos de soporte fijados a los extremos opuestos de las estructuras metalicas esbeltas, debido a que contribuyen a retener el relleno.

En el caso de elementos de soporte blandos, las estructuras metalicas esbeltas pueden estar empotradas en ellos, por ejemplo mediante cosido partiendo de un alambre metalico continuo, es decir, una estructura esbelta metalica filiforme, teniendo la operacion de cosido el resultado de unas estructuras metalicas esbeltas que satisfacen las restricciones geometricas y las condiciones de la presente invencion. Un ejemplo no limitativo de una aplicacion para este tipo de dispositivo amortiguador es en la fabricacion de cinturones de seguridad reforzados para automoviles.

Tal como se ha comentado anteriormente, todos los dispositivos amortiguadores segun la presente invencion se caracterizan porque la distancia mutua entre, por lo menos dos estructuras metalicas esbeltas, es igual o menor que 0,75 x L, en donde -L- es la longitud de la estructura metalica esbelta. Dicha distancia es preferentemente menor de 0,25 x L.

Otra definicion alternativa de una subclase preferente de dispositivos amortiguadores segun la presente invencion es mediante la densidad de estructuras metalicas esbeltas por unidad de superficie, definida como la proporcion entre la superficie ocupada por las estructuras metalicas esbeltas y el area superficial global del elemento de soporte del dispositivo amortiguador al que estan fijadas las estructuras metalicas esbeltas. Esta proporcion debe ser igual o mayor que 10-4, preferentemente igual o mayor que 10-3.

Los materiales adecuados para la fabricacion del elemento o elementos de soporte pueden ser metales, plastico, tejidos o materiales polimeros. El grosor del elemento o elementos de soporte es preferentemente igual o mayor que el diametro de las estructuras metalicas esbeltas cuando se utilizan estructuras filiformes, o su grosor cuando se utilizan estructuras laminares o de chapa, y mas preferentemente igual o mayor que cinco veces el diametro o el grosor. Como norma general, cuanto mas duro sea el material del que esta fabricado el elemento o elementos de soporte, menor sera su grosor. Se comprendera que los tejidos que incorporan las estructuras metalicas esbeltas no estan sujetos a estos criterios.

Los elementos de soporte del dispositivo amortiguador segun la invencion pueden estar fabricados de los mismos o de diferentes materiales y pueden tener las mismas formas geometricas, u otras formas geometricas diferentes.

Los materiales metalicos particularmente adecuados para ser utilizados en las estructuras metalicas esbeltas son aceros, preferentemente acero armonico, aluminio y sus aleaciones, cobre y sus aleaciones, titanio y sus aleaciones, magnesio y sus aleaciones, niquel y sus aleaciones.

Es particularmente util para la fabricacion de las estructuras metalicas esbeltas rectas y/o planas de los dispositivos amortiguadores de la presente invencion la utilizacion de metales inteligentes. Los metales inteligentes comprenden aleaciones superelasticas y metales con memoria de forma, siendo conocidos estos ultimos en la tecnica con el acronimo “SMA”. Estos materiales son ampliamente conocidos en la tecnica y estan descritos, por ejemplo en la Patente europea EP0226826 que se refiere a aleaciones superelasticas y con memoria de forma de Ni-Ti.

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Aunque se conocen diversas composiciones de metales inteligentes (SMA y superelasticos), los metales inteligentes mas utilizados en la tecnica son los basados en aleaciones de Ni-Ti, en las que el niquel y el titanio constituyen al menos el 70% de la aleacion. La aleacion mas corriente contiene del 54 al 55,5% en peso de niquel y el resto de titanio (son posibles trazas de otros componentes, siendo habitualmente su contenido menor del 1 % en peso).

Estas aleaciones se caracterizan plenamente totalmente de manera habitual no solo por su composicion, sino tambien por su comportamiento cuando son sometidas a un proceso de calentamiento (habitualmente suministrandoles una corriente controlada), que ocasiona su transicion entre las dos fases estables (Austenita, Martensita). En particular, -As- y -Af- son la temperatura inicial y final a la que se inicia la transformacion de la fase austenitica, y por el contrario -Ms- y -Mf- son las que caracterizan la fase martensitica; se pueden hallar mas detalles y mas informacion sobre el comportamiento de las aleaciones que experimentan transformaciones reversibles austenitica-martensitica tales como el Nitinol, en varias publicaciones, tales como por ejemplo en la Patente U.S.A. 4.067.752.

Asimismo otras aleaciones utiles preven la adicion de cantidades de uno o mas de otros elementos. A este respecto, otras aleaciones apreciadas en la tecnica son aleaciones de Ni-Ti-Cu, tales como las aleaciones descritas en la Patente U.S.A. 4144057, u otras aleaciones ternarias de Nitinol que contienen hasta un 10% de un elemento adicional, tales como las descritas en la solicitud de Patente internacional WO 2011/053737, a este respecto son particularmente preferentes las aleaciones de Ti-Ni-Co y de Ti-Ni-Cr. La util propiedad de los materiales sMa es que vuelven a su forma original cuando son sometidos a un tratamiento de calentamiento, de tal modo que en el dispositivo amortiguador segun la presente invencion pueden tener dos formas principales de utilizacion; pueden recuperar las propiedades del dispositivo amortiguador despues de que haya sido sometido a demasiados impactos o a una carga excesiva, o pueden ser utilizados como testimonio cuando son utilizados conjuntamente con otros materiales que presentan una elasticidad mas elevada, tales como los superelasticos.

A la vista de lo anterior, existen ciertas realizaciones preferentes para el dispositivo de amortiguador segun la presente invencion.

Una primera configuracion preferente preve la utilizacion de, por lo menos el 30%, y mas preferentemente al menos el 90% de las estructuras metalicas esbeltas fabricadas de un material metalico superelastico. Estos dispositivos amortiguadores son los que presentan la resistencia mas elevada.

Otra configuracion preferente de los dispositivos amortiguadores segun la presente invencion preve la presencia de por lo menos una estructura metalica esbelta con memoria de forma. Esto es particularmente ventajoso en el caso de dispositivos amortiguadores que comprenden un gran numero de estructuras esbeltas superelasticas, dado que el elemento de memoria de forma puede ser el unico testimonio de que el sistema ha sufrido un impacto. El calentamiento del dispositivo amortiguador puede recuperar la forma del filamento con memoria de forma, restableciendo de este modo su funcionalidad como sensor de impactos dentro del sistema.

Asimismo, son ventajosos los dispositivos amortiguadores que utilizan una mezcla de estructuras esbeltas rectas y/o planas fabricadas de diferentes materiales inteligentes, en particular dispositivos amortiguadores que comprenden al menos un 30% de estructuras esbeltas superelasticas y un 30% de estructuras esbeltas con memoria de forma, o dispositivos amortiguadores en los que la mayoria de las estructuras metalicas esbeltas estan fabricadas de materiales con memoria de forma.

La propiedad de restablecer la forma de la estructura metalica esbelta fabricada de metales con memoria de forma puede ser utilizada de dos maneras diferentes. Por una parte, se puede recuperar la funcionalidad de un dispositivo amortiguador por medio de un calentamiento controlado (por ejemplo proporcionando una corriente electrica a los elementos metalicos esbeltos) haciendo que de este modo un elemento con memoria de forma deformado vuelva a su forma original. Por otra parte, es posible afinar las propiedades del dispositivo amortiguador mediante el control de su temperatura, por ejemplo, escogiendo una estructura metalica esbelta que presente un comportamiento de memoria de forma en vez de un comportamiento superelastico segun las situaciones, usos o aplicaciones especificos.

Tal como ya se ha destacado, el modo preferente de controlar las propiedades de las estructuras esbeltas con memoria de forma es mediante calentamiento por medio del suministro de una corriente electrica. El suministro de corriente al dispositivo amortiguador puede estar dispuesto de manera ventajosa con un control de retroalimentacion, habitualmente en la resistencia del alambre de SMA.

El dispositivo amortiguador segun la presente invencion puede ser utilizado asimismo no solo para proteger los dispositivos en los que esta instalado, sino tambien los elementos que interactuan con el. Mas concretamente, puede formar parte de elementos urbanos tales como semaforos, perfiles de proteccion en autopistas, sistemas de seguridad en pistas de carreras, con el objeto de proporcionar unas condiciones de seguridad mejoradas en caso de accidentes.

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Un ejemplo de esta estructura y este concepto, utilizando un dispositivo amortiguador que comprende estructuras esbeltas controladas con memoria de forma, se muestra de forma esquematica en la vista superior de la figura 11. En este caso, un sistema -110- incluye un dispositivo amortiguador -111- que contiene un elemento de soporte -1111- que actua como base sobre la que estan fijadas sobre una serie de estructuras metalicas esbeltas. En el ejemplo concreto mostrado en la figura 11, el dispositivo amortiguador comprende dos tipos diferentes de estructuras metalicas esbeltas indicadas respectivamente mediante los numerales de referencia -1112-, -1112’-,..., -1112n- y -1113-, -1113’-, -1113n-. Las estructuras metalicas esbeltas -1113-, -1113’-, -1113n- estan fabricadas de un metal con memoria de forma. Se debe observar que la figura 11 es un esquema simplificado, y que dicho elemento -111- puede ser mas complejo, o ser la parte mas importante (para la finalidad de la presente invencion) de un dispositivo mas grande. El dispositivo amortiguador -111- esta conectado a un controlador -112- (no mostrado) que puede suministrar una corriente -I-. La intensidad de la corriente puede ser regulada en funcion de una o varias entradas exteriores que pueden ser de tipo y naturaleza diferente. En el ejemplo concreto mostrado en la figura 11, existen tres tipos diferentes de sensores, un escenario reconstructivo -113- (por ejemplo, una camara digital), un sensor -114- de presion/impacto, y una entrada -115- accionada manualmente. Pueden estar presentes mas o menos elementos y asimismo su naturaleza puede ser diferente, tal como se ha destacado ya en el esquema de la figura 11 que es solo un ejemplo de ellos.

Entre otras aplicaciones utiles, estan los extensores para personas con lesiones, prendas de seguridad, cinturones de seguridad, dispositivos amortiguadores para el hogar y la industria, accesorios para ciclistas, parachoques, amortiguadores de tope para sistemas de cierre, partes de envases de articulos o de equipos fragiles.

Los cinturones de seguridad no son la unica posible colocacion o utilizacion en el interior de vehiculos y de sistemas de transporte en los que los dispositivos amortiguadores segun la presente invencion proporcionan ventajas adicionales, por ejemplo pueden estar incorporados en elementos tales como puertas laterales, asientos, y similares con el fin de aumentar la seguridad en caso de accidentes.

Asimismo, el dispositivo amortiguador segun la presente invencion puede ser instalado en sistemas de soporte o en dispositivos tales como cojinetes.

Los dispositivos amortiguadores segun la presente invencion pueden formar parte de otro sistema y por lo tanto pueden tener elementos adicionales o capas en contacto con su elemento o elementos de soporte. Ademas, en los sistemas finales, pueden existir mas de un dispositivo amortiguador segun la presente invencion, por ejemplo, como una secuencia de sistemas superpuestos en los que la primera estructura de soporte de un sistema es la segunda estructura de soporte del siguiente sistema. En este caso, puede ser particularmente ventajoso acoplar sistemas con diferente resistencia al impacto, proporcionando un tipo de dispositivo compuesto de amortiguacion con proteccion incrementada por capas.

La invencion sera descrita adicionalmente por medio de los siguientes ejemplos no limitativos.

Ejemplo 1

Se han preparado una serie de dispositivos amortiguadores segun la presente invencion. Todos estos sistemas tienen caracteristicas geometricas comunes tal como se muestra en la figura 8. Dichos dispositivos estan fabricados con dos elementos metalicos de soporte paralelos en forma de placas de 70 x 18 mm de aluminio de un grosor de 10 mm, estando separadas estas placas por medio de 39 estructuras metalicas esbeltas dispuestas en tres filas paralelas. Estos elementos son esencialmente paralelos entre si y la distancia minima entre ellos es de 5 mm.

Las estructuras metalicas esbeltas tienen la forma de alambres circulares con un diametro de 0,5 mm y una longitud de 30 mm, siendo 5 mm la longitud de los elementos esbeltos que penetra en los elementos de soporte superior e inferior que, por consiguiente, estan separados de 20 mm. Los elementos de soporte tienen unos orificios de 0,6 mm de diametro para alojar las estructuras metalicas esbeltas; se utilizo un adhesivo de cianoacrilato para fijar y retener los alambres metalicos esbeltos en la estructura de soporte perforada.

Se fabricaron cuatro muestras diferentes de dispositivos amortiguadores utilizando un metal diferente para la estructura esbelta, en particular:

Muestra 1 (S1): alambres de acero galvanizado Muestra 2 (S2): alambres de acero armonico

Muestra 3 (S3): alambres de Nitinol con memoria de forma (para. 90°C)

Muestra 4 (S4): alambres de Nitinol superelasticos (para. -25°C)

Los dispositivos amortiguadores fueron ensayados en ensayos de impacto con un pendulo comprobar la energia absorbida en el impacto asi como la resistencia de los dispositivos muestras 1, 2, 4 fueron sometidas a multiples impactos con la misma energia (5 golpes) incremento la energia, partiendo de 0,325 J hasta 2,925 J en escalones de 0,325 J. Solamente la muestra 4, fue ensayada asimismo a 11,7 Joule.

Amsler, que permite amortiguadores. Las y a continuacion se

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La muestra 3 que comprendia alambres con memoria de forma experimento una suerte de ensayo acelerado y fue sometida a 2 impactos por cada nivel de energia, dado que despues de cada impacto en la maquina Amsler fue sometida a un tratamiento termico para recuperar la forma original del alambre y de las estructuras esbeltas.

Los ensayos para las diversas muestras se detuvieron cuando el dispositivo amortiguador perdio su integridad estructural, es decir, se produjo una variacion significativa en la distancia del elemento de soporte, y/o la mayoria de los alambres metalicos perdieron su configuracion recta; en el caso de la muestra 3, esto corresponde al hecho de que los alambres no recuperaron su forma, es decir, el dispositivo amortiguador quedo danado de manera irreversible.

Los resultados obtenidos estan resumidos en la tabla 1 expuesta a continuacion.

Tabla 1

Numero de la muestra: Numero de impactos Energia total (J) Energia maxima del impacto (J) Energia total absorbida (J) Energia absorbida (en %)

S1: 2 0,3 0,3 0,58 90

S2: 20 1,3 1,3 7,96 50 - 60

S3: 8 3,9 3,9 7,15 85 - 95

S4: 43 54,66 11,7 54,66 80 - 90

De este modo, cada una de las muestras fabricadas segun la presente invencion presenta caracteristicas ventajosas con respecto a los dispositivos estandar amortiguador, en particular la muestra 1 y, aunque no es capaz de resistir impactos mas elevados o prolongados, tiene una caracteristica de absorcion de energia muy favorable, situacion totalmente opuesta a la de la muestra 2.

La muestra 3 (con memoria de forma) y la muestra 4 (superelastica) tienen excelentes caracteristicas, tanto de durabilidad como de absorcion de energia, proporcionando por lo tanto una ventaja adicional como dispositivos amortiguadores. Tal como ya se ha descrito, la muestra 3 requiere un tratamiento de calentamiento para la recuperacion despues de cada golpe.

Ejemplo 2

En este caso, se compara la muestra 4 en un experimento diferente con un dispositivo amortiguador fabricado segun la tecnica anterior.

En particular, la estructura comparativa -C1- esta fabricada con el mismo tipo de elementos de la muestra 4 (Nitinol superelastico), pero los alambres que estan conectando los elementos de soporte no estan rectos sino curvados, tal como se muestra en la figura 9, violando por consiguiente la condicion de paralelismo de los planos normales a la estructura metalica esbelta. El ejemplo comparativo -C1- es representativo del comportamiento de un dispositivo amortiguador tal como el descrito en la Patente U.S.A. 6.530.564 a la que se ha hecho referencia anteriormente.

La muestra S4 y -C1- son sometidas a un ensayo de compresion en un dispositivo digital Chatillon TCD110 de ensayo de la fuerza que permite trazar la curva de fuerza-golpe para la totalidad de la fase de carga.

Los resultados de los ensayos se muestran en la figura 10, en la que en el eje X aparece la reduccion de la distancia entre los dos elementos de soporte expresada en mm, y en el eje Y la fuerza expresada en Newton.

El area del ciclo de histeresis representa la energia absorbida por el sistema, y es evidente de inmediato que la muestra S4 (curva mas gruesa -1001-) posee con mucho unas caracteristicas superiores con respecto al ejemplo comparativo -C1- (curva -1002-).

Ademas, la muestra -S4- posee otra caracteristica interesante, en particular se caracteriza por un tipo de efecto umbral, el dispositivo amortiguador es muy rigido y resistente durante la compresion inicial y a continuacion se deforma y por lo tanto absorbe la energia. Este comportamiento es muy diferente y opuesto al de un dispositivo corriente amortiguador que aumenta su rigidez y su resistencia al incrementarse las cargas y es particularmente apreciado en ciertas aplicaciones, por ejemplo en sistemas de transporte de personas heridas, tales como extensores o carretillas de mano.

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REIVINDICACIONES

1. Dispositivo amortiguador (10; 20; 30; 300; 310; 40; 50; 60; 111) que comprende un primer elemento de soporte (11; 31; 41; 51; 61; 1111) y una serie de estructuras metalicas esbeltas (12, 12’, 12”, 12n; 32, 32’, 32”, 32n, 33; 42, 42’, 42”, 42n; 52, 52’; 1112, 1112’, 1112n, 1113, 1113’, 1113n) que tienen un primer extremo y un segundo extremo, teniendo respectivamente dichas estructuras metalicas esbeltas una proporcion de esbeltez igual o mayor de 10, en el que las estructuras metalicas esbeltas estan fijadas respectivamente en sus primeros extremos a dicho primer elemento de soporte, en el que las estructuras metalicas esbeltas estan fijadas en diferentes puntos de dicho elemento de soporte, caracterizado porque:

- la distancia mutua entre las estructuras metalicas esbeltas de, por lo menos, un par de estructuras metalicas esbeltas (12, 12’; 32, 33; 42, 42’; 52; 52’, 62, 62’; 1112, 1113) es igual o menor que 0,75 veces su longitud -L-, estando dicha distancia medida con respecto a sus primeros extremos,

- por lo menos el 90% de los planos perpendiculares a las estructuras esbeltas adyacentes son mutuamente paralelos o forman un angulo igual o menor de 20°,

- las estructuras metalicas esbeltas son elementos laminares planos o de chapa y/o elementos rectos filiformes o de alambre, y porque las estructuras metalicas esbeltas estan dispuestas de modo que absorben energia de los impactos que actuan en una direccion perpendicular a los planos que a su vez son perpendiculares a las estructuras esbeltas.
2. Dispositivo amortiguador, segun la reivindicacion 1, en el que la configuracion global del dispositivo es tal que las estructuras esbeltas rectas y/o planas son sometidas, en la utilizacion, a cargas de compresion dirigidas a lo largo de sus ejes en el caso de elementos filiformes o de alambre, o paralelas a sus planos en el caso de elementos laminares o de chapa.
3. Dispositivo amortiguador, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la proporcion entre el area ocupada por las estructuras metalicas esbeltas y el area superficial global del elemento de soporte al que estan fijadas las estructuras metalicas esbeltas es igual o mayor que 10-4, preferentemente igual o mayor que 10-3.
4. Dispositivo amortiguador, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha longitud L esta comprendida entre 3 mm y 30 cm.
5. Dispositivo amortiguador, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento de soporte es un elemento de forma plana.
6. Dispositivo amortiguador, segun la reivindicacion 1, en el que dicho dispositivo amortiguador (60) tiene una forma esferica y dicho primer elemento de soporte (61) es un elemento central del mismo.
7. Dispositivo amortiguador, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los segundos extremos de dichas estructuras metalicas esbeltas opuestas a dichos primeros extremos son extremos libres.
8. Dispositivo amortiguador (20; 300; 310), segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende ademas un segundo elemento de soporte (23; 303; 313; 63) y en el que dichos segundos extremos de dichas estructuras metalicas esbeltas opuestas a sus primeros extremos estan fijados a dicho segundo elemento de soporte, estando fijadas respectivamente dichas estructuras metalicas esbeltas a diferentes puntos de dicho segundo elemento de soporte.
9. Dispositivo amortiguador, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, al menos, el 30% y preferentemente el 90% de las estructuras metalicas esbeltas esta fabricado de una aleacion superelastica.
10. Dispositivo amortiguador, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, al menos, una de las estructuras metalicas esbeltas esta fabricada de un metal con memoria de forma.
11. Dispositivo amortiguador, segun la reivindicacion 10, en el que por lo menos el 30% de las estructuras esbeltas esta fabricado de un metal con memoria de forma.
12. Dispositivo amortiguador, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que, por lo menos el 30% de las estructuras metalicas esbeltas esta fabricado de una aleacion superelastica y por lo menos el 30% de la estructura metalica esbelta esta fabricada de un metal con memoria de forma.
13. Dispositivo amortiguador, segun la reivindicacion 1, en el que los primeros extremos de las estructuras metalicas esbeltas se prolonga en el elemento de soporte y esta bloqueado en el mismo.

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14. Dispositivo amortiguador, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas uno o varios elementos exteriores al elemento de soporte.
15. Dispositivo amortiguador, segun la reivindicacion 14, que comprende ademas una serie de primeros elementos de soporte dispuestos en capas uno sobre otro, estando fijado cada uno de dichos primeros elementos de soporte a una serie de respectivas estructuras metalicas esbeltas.
16. Sistema, que comprende un dispositivo amortiguador segun la reivindicacion 1.
17. Sistema, segun la reivindicacion 16, en el que el sistema es un sistema de cierre.
18. Sistema, segun la reivindicacion 16, en el que el sistema es una parte o un componente de un elemento de soporte.
19. Sistema, segun la reivindicacion 16, en el que el sistema es un vehiculo.
20. Sistema, segun la reivindicacion 19, en el que el dispositivo amortiguador esta incorporado en un parachoques de dicho vehiculo.
21. Sistema, segun la reivindicacion 19, en el que el dispositivo amortiguador esta incorporado en un cinturon de seguridad de dicho vehiculo.
22. Sistema, segun la reivindicacion 19, en el que el dispositivo amortiguador esta incorporado en un asiento de dicho vehiculo.
23. Sistema, segun la reivindicacion 16, en el que el sistema es un sistema de transpose para una persona herida.
24. Sistema, segun la reivindicacion 16, en el que el sistema es una tela.
25. Sistema, segun la reivindicacion 16, en el que el sistema es un dispositivo domestico o industrial.
26. Sistema, segun la reivindicacion 16, en el que el sistema es un envase.
27. Procedimiento para el accionamiento de un dispositivo amortiguador (1111), segun la reivindicacion 10, comprendiendo dicho procedimiento una etapa de suministro de una corriente controlada (I) desde un controlador (112) a una estructura metalica esbelta fabricada de un material con memoria de forma, en el que el funcionamiento de dicho controlador (112) esta controlado en base a entradas exteriores procedentes de uno o varios sensores.
28. Procedimiento, segun la reivindicacion 27, en el que dicha entrada exterior es proporcionada por un sensor del tipo de presion (116).
29. Procedimiento, segun la reivindicacion 27, en el que dicha entrada exterior es proporcionada por un sensor visual o de reconstruccion de un escenario (115).
30. Procedimiento, segun la reivindicacion 27, en el que dicha entrada exterior es proporcionada por un sensor accionado manualmente (117).