ES2644541T3 - Dispositivo sensor de presión - Google Patents

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo sensor de presion.

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un dispositivo sensor de presion que comprende:

- un componente sensible a la presion provisto de un cuerpo, en particular de un tipo monolttico, en el que se define una cavidad ciega con una superficie inferior y una superficie periferica, perteneciendo dicha superficie inferior a una parte de membrana de dicho cuerpo, asociandose a dicha parte de membrana de forma operativa un elemento de deteccion; y

- una estructura de conexion provista de un conducto en comunicacion con dicha cavidad, que esta concebida para recibir un fluido cuya presion se va a detectar;

comprendiendo dicha estructura:

- un cuerpo para soportar el componente sensible a la presion, que define un paso respectivo; y

- por lo menos un elemento compresible concebido para estar en contacto con dicho fluido y que esta configurado para compensar las posibles variaciones de volumen del mismo.

Descripcion de la tecnica anterior

En los dispositivos conocidos del tipo mencionado anteriormente, se suministra el fluido que se esta midiendo, mediante el conducto mencionado anteriormente, a la cavidad del cuerpo del componente sensible, de manera que se provoque el doblado de la parte de membrana. La cantidad de dicho doblado, que es una funcion de la presion del fluido, se mide mediante el elemento de deteccion, cuya senal de salida es representativa del valor de la presion. El cuerpo del componente sensible a la presion normalmente esta realizado en silicona, y el elemento de deteccion provisto en la parte de membrana normalmente es de un tipo piezorresistivo.

En ciertas aplicaciones, una parte del fluido que experimenta la medicion de presion se puede acumular en contacto con, o en el interior de, componentes delicados del dispositivo sensor y, en particular, el componente sensible a la presion. En el caso de una temperatura ambiente baja, el fluido acumulado se puede congelar, con un consecuente incremento en el volumen, lo que somete el componente o componentes delicados del dispositivo mencionados anteriormente a tensiones mecanicas, con el riesgo de provocarle fallo o de danarlo.

Algunos dispositivos sensores conocidos estan provistos de medios para reducir los efectos negativos de posibles variaciones dinamicas de la presion del fluido presente en el circuito hidraulico al que esta conectado el dispositivo, es decir, variaciones del tipo conocido comunmente como “picos de presion” o “golpe de ariete”.

En algunos dispositivos conocidos, los medios mencionados anteriormente se realizan estrechando las secciones de paso del fluido hacia la parte de membrana del componente sensible. En otros casos, al contrario, en combinacion con el dispositivo sensor se preve una insercion de compensacion, tambien mencionada como “camara”, realizada en un material elastico o compresible, cuya deformacion esta concebida para compensar los picos o incrementos mencionados anteriormente. En estas ultimas soluciones, la insercion tipicamente se monta en una posicion relativamente distante de la parte de membrana del cuerpo del componente sensible, en la que actua el fluido que se va a medir. Esta posicion se selecciona a la vista de que las variaciones de presion de un lfquido normalmente se pueden desviar en cualquier punto del circuito hidraulico en el que esta montado el detector; dicha posible instalacion en una distancia del detector tipicamente favorece el uso de inserciones independientes o dispositivos de camara de gran tamano. En el caso de dicha instalacion remota o distante del dispositivo sensor, el posible incremento de volumen del fluido debido a la congelacion no se compensa necesariamente mediante la deformacion o compresion de la insercion mencionada anteriormente. De hecho, se debena considerar que un fluido congelado es un elemento en el estado solido y las fuerzas, o empujes, o tensiones en ocasiones se ejercen de un modo no uniforme, por ejemplo solo en algunos puntos o solo en algunas direcciones, lo que es una condicion completamente diferente de la de una expansion o variacion de presion de un fluido, que se propaga por el circuito hidraulico, permitiendo asf la atenuacion mediante una insercion de compensacion montada incluso muy distante con respecto al componente sensible a la presion.

El documento W8 98/31997 da a conocer un dispositivo sensor de presion que presenta la caractenstica del preambulo de la reivindicacion 1.

Objetivo de la invencion

La presente invencion propone proporcionar un dispositivo sensor de presion concebido para superar las

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desventajas mencionadas anteriormente, en las que se reducen los riesgos de dano debido a la posible congelacion del fluido que experimenta la deteccion de presion. Un objetivo adicional de la invencion es proporcionar un dispositivo sensor de presion concebido para funcionar tambien a temperaturas bajas con fluidos o lfquidos susceptibles de congelacion, en particular fluidos, soluciones o compuestos que comprendan por lo menos en parte agua. Otro objetivo de la invencion es proporcionar un dispositivo del tipo mencionado cuya produccion resulte sencilla y no presente un elevado coste, pero con un funcionamiento fiable y preciso.

El anterior y todavfa otros objetivos se consiguen, de acuerdo con la presente invencion, mediante un dispositivo sensor de presion que presente las caracterfsticas especificadas en las reivindicaciones adjuntas. Dichas reivindicaciones forman una parte integrada de la ensenanza tecnica proporcionada con respecto a la invencion.

Breve descripcion de los dibujos

Otros objetivos, caracterfsticas y ventajas de la presente invencion se pondran de manifiesto con claridad a partir de la descripcion detallada siguiente y de los pliegos de dibujos adjuntos, que se proporcionan meramente a tftulo de ejemplo explicativo y no limitativo y en los que:

- la figura 1 es una elevacion lateral del dispositivo sensor de presion;

- la figura 2 es una vista en seccion transversal segun la lfnea II-II de la figura 1;

- la figura 3 es una vista en planta superior del dispositivo de la figura 1;

- la figura 4 es una vista en seccion transversal de una parte del dispositivo de la figura 2, a una escala mayor;

- la figura 5 es una vista en perspectiva parcialmente en seccion del dispositivo de la figura 1;

- la figura 6 es un detalle a una escala mayor de la figura 5;

- la figura 7 es un primer detalle de la figura 2, a una escala mayor;

- las figuras 8 y 9 son vistas en perspectiva de una insercion del dispositivo de la figura 2, en dos orientaciones diferentes;

- la figura 10 es un segundo detalle de la figura 2, a una escala mayor;

- las figuras 11 y 12 son vistas explosionadas del dispositivo de la figura 1, en dos orientaciones diferentes;

- las figuras 13 y 14 son vistas en perspectiva de algunos componentes de las figuras 11 y 12, a una escala mayor;

- la figura 15 es una vista en seccion transversal, similar a la de la figura 2, de una primera variante del dispositivo;

- la figura 16 es una vista en seccion transversal de una parte del dispositivo de la figura 15, a una escala mayor;

- la figura 17 es una vista en perspectiva parcialmente en seccion del dispositivo de la figura 15;

- la figura 18 es un detalle de la figura 16, a una escala mayor;

- las figuras 19 y 20 son vistas explosionadas del dispositivo de la figura 15, en dos orientaciones diferentes;

- la figura 21 es una vista en seccion transversal, similar a la de la figura 2, de una segunda variante del dispositivo;

- la figura 22 es un detalle de la figura 21, a una escala mayor;

- la figura 23 es una vista en perspectiva parcialmente en seccion del dispositivo de la figura 21 a una mayor escala;

- las figuras 24, 25, 26 y 27 son unas vistas en seccion transversal, similares a la de la figura 2, de unas respectivas variantes del dispositivo.

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Descripcion detallada de la invencion

A tftulo de ejemplo no limitativo, se toma en consideracion que el dispositivo sensor segun la invencion se utilizara en combinacion con sistemas para el control de emisiones de nitrogeno y oxfgeno (NOx), particularmente para vehfculos con motores de combustion interna. Tal como se podrfa apreciar, el funcionamiento de dichos sistemas presupone el uso de reagentes como amoniaco en solucion acuosa o incluso urea, cuya presion de inyeccion se debe controlar con precision mediante dispositivos sensores del tipo mencionado anteriormente.

Haciendo referencia a las figuras 1 a 3, un dispositivo sensor de presion, esta designado en general con el numero de referencia 1, y en su estructura se pueden identificar dos partes principales, designadas con las referencias 2 y 3; la parte 2 basicamente desempena funciones de soporte y conexion hidraulica, mientras que la parte 3 basicamente desempena funciones de tapadera y de conexion electrica o conector. Los cuerpos de las dos partes 2 y 3 estan acoplados entre si, preferentemente de un modo hermetico, tambien para formar una carcasa de componentes internos del dispositivo 1.

El cuerpo principal 2, designado con la referencia 2a, preferentemente esta realizado en un material relativamente rfgido, como por ejemplo un material termoplastico o un material metalico, y esta atravesado axialmente por una cavidad o pasaje designado en general con la referencia 2b. Tal como se puede apreciar tambien en la figura 4, en el cuerpo 2a se identifican tambien: una parte de conexion 4, una parte de acoplamiento intermedia 5 y una parte terminal 6. La parte de conexion 4, que generalmente es cilfndrica, preve en su parte exterior un asiento para medios de sellado radial 7, representados preferentemente mediante una junta torica. Dicha parte 4, que forma una entrada del dispositivo, esta concebida para su conexion a un circuito hidraulico (que no se muestra) en el que se encuentra el fluido cuya presion se va a detectar. La parte intermedia 5 comprende una pared en forma de saliente, que se extiende radialmente hacia la parte exterior desde la parte superior de la parte de conexion 4. Elevandose desde dicha pared en forma de saliente, se preven una pared exterior 5a y una pared interior 5b, que presentan una configuracion anular y sustancialmente coaxial la una con respecto a la otra. La pared 5a, que es mas alta que la pared 5b, delimita una cavidad o camara, designada con la referencia CH en las figuras 4 y 13, en la que se dispone un componente sensible a la presion, designado en general con la referencia 9; preferentemente, la camara CH aloja completamente o, en cualquier caso, una parte prevalente de, el componente sensible 9.

El componente sensible 9 presenta un cuerpo monolftico realizado, por ejemplo, en ceramica, o incluso material plastico, o aluminio, y, preferentemente, presenta una forma cilfndrica. Haciendo referencia a las figuras 11 a 14, en el cuerpo del elemento 9 se define una cavidad axial ciega 11, abierta en una primera cara final del propio cuerpo, estando dicha cavidad delimitada por una superficie inferior y una superficie periferica o circular, designadas respectivamente con las referencias 11a y 11b solo en la figura 14. Entre la superficie inferior 11a de la cavidad 11 y por lo menos parte de la segunda cara final del cuerpo del componente sensible 9, designada con la referencia 11c solo en la figura 13, se define una parte de membrana, designada en las distintas vistas en seccion transversal con la referencia 9a, en la que esta integrado un elemento de deteccion representado esquematicamente con una lfnea discontinua solo en las figuras 11 y 13 y designado con la referencia R. Preferentemente, el elemento de deteccion R esta realizado o fijado en la segunda cara 11c o en el lado de la membrana 9a, externo a la cavidad 11. Segun una tecnica conocida, el elemento de deteccion R se puede representar preferentemente mediante un elemento piezorresistivo de pelfcula fina o, mas en general, mediante cualquier componente electrico o electronico que pueda generar una senal representativa de una deformacion o doblado de la parte de membrana 9a. A partir de la figura 13 tambien se puede observar el modo en el que, desde la segunda cara final 11c del cuerpo del componente sensible 9, sobresalen terminales 9b para la conexion electrica del elemento de deteccion R y/o del circuito de control electronico correspondiente. En una version (que no se representa) dicho circuito de control tambien puede estar provisto o integrado, por lo menos en parte, en la segunda cara final 11c, preferentemente en una parte de mayor grosor del cuerpo monolftico del elemento 9 y, en particular, su parte anular alrededor de la parte de membrana 9a.

Volviendo a hacer referencia a la figura 4, elevandose desde la region central de la pared en forma de saliente 5, en una posicion sustancialmente coaxial a las paredes 5a y 5b y a la parte de conexion 4, se preve la parte terminal 6 mencionada anteriormente, que presenta una forma tubular generalmente cilfndrica, en cuya parte exterior se forma un soporte o asiento para situar medios de sellado 10, representados preferentemente mediante una junta torica. Dicha junta torica 10 esta prevista para formar un sello radial entre la superficie exterior de la parte terminal 6 y la superficie periferica 11b de la cavidad 11.

La parte terminal 6 sobresale de la cavidad 11 del componente sensible a la presion 9 y en su parte superior se monta un elemento de compensacion, designado con la referencia 12, que presenta una forma predefinida. Dicho elemento 12 esta realizado en un material compresible, de manera que se pueda desplazar o compensar posibles incrementos de volumen del fluido que experimenta la deteccion, en el caso de congelacion del mismo. En la forma de realizacion que actualmente se considera preferida, el cuerpo de dicho elemento de compensacion 12 esta realizado en un material esponjoso o de espuma, preferentemente de un tipo impermeable con celda cerrada, como por ejemplo el EPDM o la silicona. El cuerpo del elemento 12 en cualquier caso puede estar realizado de otro modo, por ejemplo en un material elastico provisto de una camara compresible o parte interna.

El elemento compresible o de compensacion 12 presenta una forma tubular generalmente cilfndrica, con un orificio

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pasante central, en el que se acomoda un saliente terminal 14 de la parte tubular 6. Tal como se puede apreciar, por ejemplo, en las figuras 5 a 7, el saliente 14 tambien es tubular, o esta atravesada por una parte respectiva del paso axial 2b del cuerpo 2a. En particular, en el saliente 14 se define una parte 15 respectiva con una seccion de paso minima del conducto concebido para suministrar el fluido a la cavidad 11 del componente sensible 9. El extremo superior del saliente 14, designado con la referencia 14a solo en la figura 7, sustancialmente esta configurado como un saliente, con el fin de mantener el elemento de compensacion 12 en la posicion de funcionamiento. Se deberia observar que, sin embargo, el saliente 14 podria no estar previsto. El elemento de compensacion 12 esta fijado a la parte tubular 6 mediante sobremoldeo segun la invencion. En alternativas no reivindicadas, puede estar encolado o soldado a la parte tubular 6.

La superficie superior del elemento de compensacion 12, designada con la referencia 12a solo en la figura 13, esta enfrentada a la superficie inferior 11a de la membrana 9a en una parte significativa de la misma, preferentemente en la mayor parte o por lo menos por encima del 50 % de la totalidad de la superficie 11a. La distancia entre las superficies 12a y 11a preferentemente esta comprendida entre 0 y 5 mm, en particular entre 0 y 0,5 mm. En el caso de una solucion que proporcione una distancia minima, por ejemplo 0,1 mm aproximadamente, entre las superficies 12a y 11a, existe la ventaja de que hay poco lfquido que experimente congelacion, o con una capa fina de lfquido en contacto con la membrana 9a, cuyo porcentaje de expansion, despues de la congelacion, es insignificante en comparacion con la capacidad de doblado de la propia membrana. En el caso de una solucion que proporcione, en su lugar, un contacto entre las superficies 12a y 11a, para el elemento de compensacion 12 preferentemente se preve el uso de un material de una dureza inferior, o de manera que permita que el fluido penetre y se distribuya como una pelfcula fina en la totalidad de la superficie inferior 11a, gracias a la elasticidad o flexibilidad del material y/o que evite al mismo tiempo perturbacion en el funcionamiento o la sensibilidad de la membrana. Preferentemente, tambien la superficie periferica o circular del elemento de compensacion 12, designada con la referencia 12b solo en la figura 13, esta enfrentada a la superficie periferica 11b del componente sensible a la presion 9. Dicha superficie 12b preferentemente se encuentra a una distancia de la superficie 11b comprendida entre 0 y 2 mm, en particular entre 0 y 0,5 mm. Preferentemente, el diametro del elemento de compensacion 12 esta comprendido entre 8 y 10 mm; dicho elemento de compensacion 12 tambien puede presentar un diametro mayor que el diametro de la superficie periferica 11b, con el fin de permitir una instalacion con acomodacion por interferencia o un sellado radial entre el elemento de compensacion 12 y la superficie periferica 11b. Tal como se puede apreciar en la figura 4, por lo menos parte de la superficie inferior del elemento 12 da al interior de una camara 30, descrita mas adelante (la superficie inferior del elemento 12 esta designada con la referencia 12c solo en la figura 14). En una configuracion de funcionamiento considerada preferible, el elemento de compensacion 12 presenta por lo menos una superficie exterior (es decir, diferente de la cilfndrica que delimita el orifico pasante central) expuesta al fluido; en el caso que se proporciona a tftulo de ejemplo en la figura, las superficies mencionadas anteriormente 12a, 12b, 12c estan todas ellas expuestas al menos parcialmente al fluido.

Preferentemente, el dispositivo 1 comprende un segundo elemento de compensacion de una forma predefinida, construido de un modo que presenta una funcion general similar a la del elemento 12. Dicho segundo elemento de compensacion, designado con la referencia 18, esta alojado en una parte del paso 2b del cuerpo 2a que se extiende entre las partes 4 a 6 (vease por ejemplo las figuras 4 a 6). En particular, la parte superior del elemento 18 esta acomodada por lo menos en parte en una parte respectiva del paso 2b de diametro intermedio, sustancialmente similar al diametro del elemento 18, mientras que la parte inferior del elemento 18 esta situada en una parte del paso 2b del cuerpo 2a de un diametro mayor o maximo.

El segundo elemento de compensacion 18 presenta una forma cilfndrica en general, con una cavidad interior 19 alineada axialmente con respecto a la cavidad 15 del saliente 14, de manera que se defina una parte respectiva del conducto que acarrea el fluido que se esta midiendo a la cavidad 11 del componente sensible 9; preferentemente, la cavidad 19 preve una seccion de paso mayor que la cavidad axial 15 del saliente 14.

El elemento de compensacion 18 se mantiene en el paso 2b del cuerpo 2a gracias a medios de posicionamiento adecuados, representados en el presente documento mediante una insercion designada con la referencia 16. Dicha insercion 16, que resulta visible en detalle en las figuras 8 y 9, esta constituida por un cuerpo rfgido, por ejemplo realizado en material termoplastico, o material metalico o moldeable, con una forma generalmente cilfndrica, provisto de una parte inferior 16a que es maciza o esta llena y de una parte hueca superior 16b. La parte hueca 16b esta delimitada perifericamente por una cantidad de paredes o pestanas 16c, que se elevan desde la parte superior de la parte llena 16a, donde las ranuras de separacion 16d entre las pestanas siguen en la misma parte llena en la forma de ranuras axiales, designadas con la referencia 16e. Tal como se puede apreciar a partir de la figura 9, en la parte inferior de la parte hueca 16b, o en la parte superior de la parte llena 16a, se preven salientes conformados 16f, concebidas para definir ambas superficies de apoyo para el elemento de compensacion 18 y los canales 16g para el paso del fluido. En el caso a tftulo de ejemplo, se preven por lo menos dos canales 16g que se cruzan en la region central de la parte inferior de la parte hueca 16b de la insercion 16.

Tal como se puede apreciar, por ejemplo en las figuras 4 y 6, la insercion 16 se monta (por ejemplo, acoplada con acomodacion por interferencia) en la parte del paso 2b del cuerpo 2a que presenta una seccion maxima de paso y de manera que se aloje en su parte hueca la parte inferior del elemento de compensacion 18, con este ultimo apoyandose en los salientes 16f. Seguidamente, se contienen las pestanas 16c entre la superficie exterior del

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elemento 18 y la superficie interior de la parte correspondiente del paso 2b del cuerpo 2a, tal como se puede apreciar tambien en la figura 10.

Tal como se puede observar en las figuras 1 y 2, el cuerpo de la parte 3, para la conexion electrica, preve una region inferior hueca, delimitada por una pared inferior 20 y una pared periferica 21, cuyo extremo esta configurado para el acoplamiento entre las paredes 5a y 5b del cuerpo 2a de la parte 2.

Elevandose desde la pared inferior 20 se preve una parte de cuerpo tubular 22, en la que se extienden terminales 23 para la conexion electrica del dispositivo 1. En el ejemplo no limitativo, los terminales 23 se montan de manera que el extremo inferior respectivo quede enfrentado a la parte interior de la cavidad de la parte 3, con el fin de estar en contacto con los primeros elementos de contacto 24a (figura 13) que pertenecen a un circuito electrico designado en general con la referencia 24. Igualmente, el circuito 24 comprende segundos elementos de contacto, configurados en el presente documento como almohadillas o casquillos metalicos 24b (figuras 5 y 13), en los que se preven acomodados y/o soldados los terminales 9b del componente sensible a la presion 9.

Una vez mas en las figuras 3 y 11 a 14, designado con la referencia 25 se preve un componente para soportar el circuito 24 mencionado anteriormente, que preve pernos 25a concebidos para soportar asientos perimetrales provistos para ese fin (uno de los cuales esta designado con la referencia 9c en la figura 14) del elemento sensible 9, en particular con el fin de proporcionar una polarizacion o un acoplamiento mutuo preciso. Dichos pernos 25a podrfan presentar una seccion sustancialmente semicircular.

En la configuracion ensamblada del dispositivo, tal como se puede apreciar, por ejemplo en la figura 7, la cavidad 11 del componente sensible a la presion 9 esta ocupada por la parte terminal 6, en cuya parte superior se preve el elemento de compensacion 12, que ocupa preferentemente una parte significativa de la propia cavidad. Tal como se ha mencionado, el elemento 12 se mantiene en su posicion mediante el saliente 14 y, en particular, su parte de brida 14a. Tal como se ha mencionado, dicho saliente tambien define la parte terminal 15 del conducto para el suministro del fluido, incluyendo tambien la parte 19 definida en el segundo elemento de compensacion 18. La presencia del sello o junta torica 10 delimita, en la cavidad 11, una camara 30 (figuras 4, 6 y 7), junto con las superficies expuestas de la parte 6, cuya camara esta en comunicacion fluida con el conducto 15, 19 para el suministro del fluido.

En la figura 10, el fluido se representa esquematicamente mediante las flechas. Se deberfa considerar que, en condiciones de funcionamiento, el fluido experimenta solo un ligero desplazamiento, o se encuentra practicamente en condiciones estaticas (como consecuencia de ello, tambien las referencias siguientes en lo que respecta al recorrido que sigue el fluido presentan el unico objetivo de clarificar el modo en el que el propio fluido puede estar en contacto con o ejercer presion en la membrana 9a del componente sensible a la presion). En la condicion de funcionamiento normal del dispositivo 1, el fluido penetra o fluye en el paso 2b del cuerpo 2a por la entrada definida por el extremo inferior del propio paso. Mediante las ranuras axiales 16e formadas en la parte inferior 16a de la insercion 16, el fluido llega a las ranuras definidas entre las pestanas 16c y, a continuacion, penetra en la parte hueca de la propia insercion. A continuacion, el fluido puede ocupar los canales definidos entre los salientes 16f y, asf, llegar a la cavidad 19 del elemento 18. De este modo, el fluido puede ocupar tambien la cavidad del saliente 14 y, despues, la camara 30 (figura 7); la presion del fluido actua entonces sobre la parte de membrana 9a del cuerpo del componente sensible 9. Preferentemente, en condiciones de funcionamiento normal del sistema de fluido, la presion del fluido no resulta suficiente como para provocar una compresion significativa de los elementos de compensacion 12 y 18, permitiendo asf por lo menos una compresion adicional para la compensacion en el caso de congelacion del fluido.

El consiguiente doblado de la parte de membrana 9a provoca una deformacion correspondiente del elemento de deteccion R de la figura 13 y, asf, una variacion de las caracterfsticas de resistencia del mismo. De este modo, se genera una senal que representa el valor de presion del fluido en los terminales 9b del elemento 9. Dicha senal, amplificada y/o procesada de un modo ya conocido mediante componentes electronicos del circuito 24, llega a los terminales 23, que estan conectados electricamente a un cableado (que no se muestra) conectado a una unidad de control adecuada, por ejemplo una unidad de control electronica de un vehfculo o un sistema para comprobar emisiones de oxidos de nitrogeno.

En circunstancias especfficas, parte del fluido que se esta midiendo se puede acumular en la camara 30 y en el interior del conducto del fluido a traves del cuerpo 2a; en condiciones de temperatura ambiente baja, dicho fluido acumulado se puede congelar y, asf, puede incrementar su volumen. El hecho de que la cavidad 11 del componente sensible 9 se ocupe en una parte importante por los componentes mencionados anteriormente tiene como consecuencia una reduccion del volumen util en el que se puede acumular el fluido. Ademas, el hecho de que en dicha cavidad 11 se aloje practicamente la totalidad del cuerpo del elemento de compensacion 12 permite la reduccion al mfnimo de los riesgos de tensiones en la parte de membrana 9a, precisamente debido a que el espacio, es decir, la camara 30, en el que el fluido se puede acumular en proximidad a la parte de membrana 9a esta delimitado en gran medida por las superficies del elemento de compensacion 12, que se pueden comprimir por el empuje del fluido que debido a la congelacion incrementa su volumen.

De acuerdo con una caracterfstica preferida, la provision de secciones mfnimas de paso, determinadas por las

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ranuras 16e y/o las hendiduras 16d y/o los canales 16g (figura 10) presenta la funcion de determinar areas preferidas de inicio de congelacion del fluido en el conducto correspondiente. En la practica, se encuentra en posiciones correspondientes a las secciones de paso 16e, 16d, 16g mfnimas mencionadas anteriormente, basicamente creando pasos capilares, que tenderan a formar inicialmente una especie de “tapon de hielo” en una posicion relativamente distante de la parte de membrana 9a, pero en proximidad inmediata al segundo elemento de compensacion 18. Se lleva a cabo una funcion similar, hasta un cierto punto, tambien mediante la parte del conducto 15 de seccion reducida, que tambien se encuentra en proximidad inmediata al elemento de compensacion 18 y/o al elemento de compensacion 12.

Los tapones de hielo mencionados anteriormente 16e, 16d, 16g, 15 se pueden formar en las primeras etapas de congelacion del fluido, contribuyendo a contrarrestar cualquier expansion posterior debida a la congelacion mas extensa del fluido, en particular del fluido presente en la parte del conducto de seccion mayor. Entonces, en la practica, dichos tapones pueden constituir una especie de “barrera espontanea” tanto para evitar cualquier entrada de fluido adicional en las zonas con riesgo de fallos como para contrarrestar el empuje en la direccion de la membrana 9a de las masas congeladas de un volumen significativo. En el caso en el que la congelacion del fluido se propague desde el tramo 15 en la direccion de la parte de membrana 9a, sera el elemento 12 el que intervendra, en el sentido de compensar el incremento de volumen de la parte limitada del fluido presente en la camara 30.

En las figuras 15 a 20 se ilustra una primera forma de realizacion alternativa de un dispositivo. En dichas figuras, se utilizan los numeros de referencia de las figuras 1 a 14 para designar elementos que son tecnicamente equivalentes a los que se han descrito anteriormente.

En esta forma de realizacion, los medios para situar el elemento de compensacion 12 se representan mediante una insercion tubular realizada en material rfgido, por ejemplo material termoplastico o metalico, designado en general con la referencia 17. Tal como se puede apreciar en las figuras 16 y 19 a 20, la insercion rfgida 17 preve una seccion tubular 17a, insertada parcialmente (por ejemplo enroscada) en una parte respectiva del paso 2b formado en el cuerpo 2a y, en particular, en una parte del paso que atraviesa las partes 5 y 6 axialmente. En la region de la parte tubular 17a que no esta insertada en la parte 6 se acomoda el elemento de compensacion 12. El extremo superior de la insercion 17, designado con la referencia 17b, esta configurado de manera que mantenga el elemento 12 o que evite que se deslice hacia arriba, y esta situado por lo menos parcialmente en un asiento o receso correspondiente en la cara superior del elemento de compensacion 12. Tal como se puede apreciar en las figuras 19 y 20, el extremo 17b de la insercion 17 esta formado sustancialmente por una serie de salientes radiales (el elemento 17 en cualquier caso podrfa presentar una forma diferente, por ejemplo sin dichos salientes).

Tal como se podra apreciar una vez mas en las figuras 16 y 18, en la insercion 17 se define una parte terminal respectiva del conducto que acarrea el fluido a la cavidad del componente sensible 9. En el caso a tftulo de ejemplo, dicha parte de conducto comprende dos tramos, designados con las referencias A y B, que presentan una seccion de paso diferente y estan separados por una parte estrechada intermedia C, que generalmente presenta una forma inclinada. El tramo del conducto A preferentemente esta configurado como un paso o conducto capilar. Se deberfa observar que entre la parte terminal 6 y el elemento de compensacion 12 preferentemente se preve un elemento de arandela 13 que, junto con el soporte designado con la referencia 6a en la figura 18, delimita un asiento para el sello o junta torica 10.

Tambien en esta forma de realizacion, el dispositivo 1 comprende un segundo elemento de compensacion 18, alojado en una parte respectiva del paso axial 2b definido en la parte de conexion 4 del cuerpo 2a. El segundo elemento de compensacion 18 presenta en general una forma cilfndrica, con una cavidad pasante 19 alineada axialmente con la insercion 17 de manera que defina una parte respectiva del conducto que acarrea el fluido que se esta midiendo a la camara 30.

En la configuracion ensamblada del dispositivo, tal como se puede apreciar por ejemplo en la figura 18, la cavidad 11 del componente 9 esta ocupada en gran medida por la parte terminal 6, en cuya parte superior se preve el elemento de compensacion 12, que se mantiene en su posicion mediante la insercion 17. Tal como se ha indicado, la insercion 17 tambien define el tramo terminal del conducto para el fluido, incluyendo tambien el tramo 19 definido en el segundo elemento de compensacion 18.

El funcionamiento general del dispositivo de las 15 a 20 es basicamente similar al del dispositivo ilustrado en las figuras 1 a 14, tanto en lo que respecta a la deteccion del valor de presion del fluido como en lo que respecta a las funciones de compensacion de posibles incrementos del volumen del fluido debido a la congelacion. En cualquier caso, se deberfa senalar que, en esta forma de realizacion, y de acuerdo con un aspecto inventivo independiente adicional, la provision de un unico tramo de conducto capilar A presenta la funcion de predeterminar, de hecho, el area de inicio de congelacion del fluido. Asf, en la practica, en las posiciones correspondientes al tramo capilar A es cuando el tapon de hielo tiende a formarse inicialmente.

A continuacion, la congelacion del fluido tiende a propagarse o dirigirse hacia la parte del conducto B, C que presenta un diametro mas ancho, es decir, la parte opuesta a la parte de membrana 9a. La presencia del segundo elemento de compensacion 18 tambien reduce los riesgos de danos al dispositivo 1, debido a que permite la

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compensacion de la congelacion del fluido tambien en el lado opuesto presion.

En las figuras 21 a 23 se ilustra una tercera forma de realizacion de un dichas figuras, los numeros de referencia de las figuras anteriores se tecnicamente equivalentes a los que ya se han descrito.

En la forma de realizacion ilustrada en las figuras 21 a 23, el dispositivo 1 comprende solo un elemento de compensacion 12 en la cavidad 11 del componente sensible 9. En esta forma de realizacion, el cuerpo 2a presenta un paso axial 2b de diametro mayor que el de las formas de realizacion anteriores, en el que se insertan tanto un elemento de compensacion 12 como una insercion rfgida, designada con la referencia 117.

El extremo superior de la parte terminal 6 se forma de modo que se evite su deslizamiento hacia la parte exterior del elemento de compensacion 12. En el ejemplo de la figura 23 se preven para ello diafragmas transversales 6b que delimitan una pluralidad de pasos axiales. La insercion 117 se acomoda desde abajo en el cuerpo 2a, de modo que el elemento 12 quede situado entre su parte superior y los diafragmas 6b.

En esta forma de realizacion, ademas, la insercion 117 preve un saliente superior que sobresale 117a (figuras 2223), atravesada axialmente por un tramo del conducto capilar A. El elemento 12, que es basicamente anular, rodea dicho saliente 117a. En la solucion que se esta examinando no se preve la arandela 13. En esta forma de realizacion, ademas, la insercion 117 se mantiene en posicion mediante un elemento de cierre inferior, designado con la referencia 35, por ejemplo atornillado o acomodado en el tramo del paso 2b del cuerpo 2a que se extiende en la parte de conexion 4.

El funcionamiento del dispositivo segun la tercera forma de realizacion es similar al de la segunda forma de realizacion; sin embargo, tal como se ha mencionado, en el caso representado, el dispositivo no comprende el elemento de compensacion 18.

Las figuras 24 a 27 son ilustraciones en seccion transversal esquematicas de formas de realizacion adicionales. Tambien en dichas figuras, se utilizan los numeros de referencia de las figuras anteriores para designar elementos que son equivalentes tecnicamente a los que ya se han descrito.

La cuarta forma de realizacion de la figura 24 es similar en su concepcion a la de las figuras 15 a 20, pero con la diferencia de que, en este caso, la insercion 17 preve una parte de brida superior 17b que es basicamente circular y que presenta un diametro reducido y no define un tramo de conducto capilar, o solo comprende un conducto que es sustancialmente equivalente al tramo del conducto B mencionado anteriormente. Ademas, en esta forma de realizacion no se preve la arandela 13 ya que el asiento para el sello o junta torica 10 se forma mediante una ranura provista en la parte 6 del cuerpo 2a.

En el caso de la quinta forma de realizacion de la figura 25, los dos elementos de compensacion 12 y 18 estan configurados de una sola pieza, designada en general con la referencia 40. Tal como se puede apreciar, entre los dos elementos 12 y 18 se preve una parte intermedia de la pieza 40, de diametro restringido, de manera que se preve una ranura en la que se ensamble una region correspondiente de la parte 6 del cuerpo 2a. Ademas, en esta forma de realizacion, los medios de sellado 10 funcionan entre la cara del cuerpo del componente sensible 9 en la que se abre la cavidad 11, preferentemente una cara que es por lo menos en parte plana, y la parte en forma de saliente intermedio 5 del cuerpo 2a, estando tambien esta parte provista de una cara que es, por lo menos en parte, plana.

El conducto para el suministro de fluido esta formado en su totalidad en la pieza 40. De forma alternativa, dicha pieza 40 podrfa estar provista de una parte intermedia, que conecta los dos elementos de compensacion 12 y 18 y no forma un tramo del conducto para el fluido, estando dicha parte intermedia preferentemente por lo menos parcialmente en la parte 6 del cuerpo 2a.

La pieza individual 40 se puede realizar de forma separada y montarse posteriormente en el cuerpo 2a, aprovechando la elasticidad del material utilizado. En una forma de realizacion particularmente ventajosa, dicha pieza 40 se obtiene mediante moldeado o sobremoldeado de material, preferentemente de un tipo de espuma. El sobremoldeado se obtiene, por ejemplo, directamente sobre una parte del cuerpo 2a o de la carcasa del dispositivo segun la invencion, en particular, por lo menos parcialmente en el interior de las partes 4, 6 o incluso en una insercion correspondiente.

La parte intermedia de la pieza individual 40 en el interior de la parte 6 del cuerpo 2a puede estar realizada en material de moldeo, por ejemplo, que llena canales provistos para ello en el cuerpo 2a, extendiendose dichos canales entre las areas para el alojamiento de los dos elementos de compensacion 12 y 18. Dichos canales se utilizan para el paso del material de moldeo que, posteriormente, se endurece y forma la parte intermedia mencionada anteriormente. Sin embargo, la pieza 40 se podrfa moldear de un modo diferente, tambien con el objetivo de proporcionar salientes correspondientes o elementos para la fijacion al cuerpo 2a del dispositivo 1. Con

con respecto al componente sensible a la

dispositivo sensor de presion. Tambien en utilizan para designar elementos que son

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ese fin, el cuerpo 2a ventajosamente podrfa prever asientos, salientes o canales concebidos para el paso y/o la fijacion del material de moldeo o de sobremoldeado.

En terminos generales, el cuerpo 2a se puede realizar en un primer material, por ejemplo un material termoplastico, y la pieza 40 en un segundo material, por ejemplo EPDM o silicona. Despues de obtener el cuerpo 2a con el primer material, este se inserta en un molde adecuado, en el que se inyecta posteriormente el segundo material que va a formar dicha pieza 40.

El molde puede comprender, por ejemplo, por lo menos una parte fija y por lo menos una parte movil, que pueden asumir una posicion de trabajo o cerrada, y una posicion abierta, segun las modalidades ya conocidas. De acuerdo con tecnicas conocidas, las partes presentan marcas respectivas conformadas para definir en general una cavidad comun en el molde, cuando se cierran en la posicion de trabajo. Dicha cavidad esta ocupada, en parte, por el cuerpo 2a y esta provista para recibir el material que va a formar la pieza 40, que presenta en general una forma concebida para definir, junto con el paso axial 2b del cuerpo 2a, la forma de dicha pieza 40, con el conducto axial correspondiente. Una secuencia de moldeado posible con el fin de obtener el cuerpo 2a con la pieza de sobremoldeado 40 podrfa comprender, por ejemplo, las etapas siguientes:

i) insercion del cuerpo 2a en una primera parte respectiva del molde, por ejemplo fija;

ii) cierre de la segunda parte o partes del molde, por ejemplo moviles, con el fin de delimitar la cavidad mencionada anteriormente;

iii) introduccion del material que va a formar la pieza 40 en un conducto de inyeccion del molde, que se encuentra en comunicacion directa con la cavidad;

iv) llenado de la cavidad y pausa posterior, con el fin de permitir el enfriamiento y la consecuente solidificacion del material que va a formar la pieza 40;

v) abertura del molde y extraccion del producto semiacabado obtenido de ese modo, es decir, del cuerpo 2a incluyendo la pieza 40.

Obviamente, incluso uno solo de los elementos 12 y 18 se podrfa sobremoldear en el cuerpo 2a.

En la sexta forma de realizacion (representada en la figura 26), la cavidad del componente sensible 9 esta ocupada en parte por la parte terminal 6 del cuerpo 2a, sobre la que se dispone o fija un elemento de compensacion 12, por

ejemplo por encolado, o soldadura, o moldeado. En el caso de una disposicion sencilla, el elemento de

compensacion se puede mantener en su posicion, posiblemente ligeramente comprimido, entre una superficie de la parte terminal 6 y por lo menos una superficie del componente sensible 9. Tambien se preve en la sexta forma de realizacion el uso de un segundo elemento de compensacion 18 que, sin embargo, podrfa no estar provisto. En esta forma de realizacion, el conducto para el fluido esta formado en parte por la cavidad axial de los elementos de

compensacion 12, 18 y en parte por un tramo del paso axial 2b del cuerpo 2a.

Finalmente, en la septima forma de realizacion, que hace referencia a la figura 27, al contrario, la cavidad del componente sensible esta ocupada principalmente por un elemento de compensacion 12 con un grosor o altura incrementados con respecto a las formas de realizacion anteriores. Dicho elemento 12 esta situado o fijado, por ejemplo mediante adherido, sobre la parte 6, que en este caso sobresale solo en una menor extension en la cavidad 11 mencionada anteriormente; de forma alternativa, la parte 6 se podrfa encontrar fuera de la cavidad 11 o incluso podrfa no estar provista. Tambien en esta forma de realizacion, el conducto para el suministro del fluido esta formado en parte por las cavidades axiales de los elementos de compensacion 12 y 18 y en parte por el tramo intermedio del paso axial 2b del cuerpo 2a. En esta forma de realizacion, el elemento de sellado 10 se monta en una posicion similar a la descrita haciendo referencia al ejemplo de la figura 25, es decir, entre dos caras opuestas sustancialmente planas del elemento sensible 9 y de la pared en forma de saliente de la parte 5.

Los ensayos practicos dirigidos por el solicitante han permitido la verificacion de que, en comparacion con la tecnica anterior, el dispositivo sensor que forma el sujeto de la invencion se ve menos afectado por los riesgos de danos debidos a la congelacion del fluido, mientras que, al mismo tiempo, garantiza la precision de medicion de la presion necesaria.

La presencia de un elemento de compensacion en la cavidad del componente sensible reduce considerablemente los riesgos de danos a la parte de membrana correspondiente y/o al elemento de deteccion asociado a la misma. El hecho de que dicha cavidad este ocupada en una extension sustancial por el elemento de compensacion y/o por las partes de la estructura que soporta el componente sensible reduce el volumen permitido para el estancamiento del fluido sometido a la posible congelacion.

La presencia de dos elementos de compensacion, en el caso en el que ambos esten previstos, permite la compensacion en una mayor extension de la posible congelacion del fluido en distintas regiones del dispositivo.

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La presencia de pasos capilares o, en cualquier caso, pasos de seccion reducida, en el conducto de fluido, cuando esten previstos, hace que resulte posible imponer con anterioridad, con una precision relativa, una o mas regiones en las que el fluido empezara a congelarse, con la posibilidad de desarrollar posteriormente la congelacion en las partes del conducto con seccion mas ancha, o en una direccion opuesta a la parte de membrana del componente sensible.

Las caracterfsticas de las distintas formas de realizacion descritas, tambien en lo que respecta a caracterfsticas individuales, se pueden combinar entre si con el fin de crear dispositivos que incluso puedan ser diferentes de los descritos y/o ilustrados en el presente documento a tftulo der ejemplo no limitativo.

Resulta claro que un experto en la tecnica puede llevar a cabo numerosas modificaciones en el dispositivo descrito a tftulo de ejemplo en el presente documento, sin apartarse por ello del alcance de la invencion segun se define en las reivindicaciones adjuntas.

El elemento de compensacion 12 podrfa estar preconcebido tambien con el fin de proporcionar las funciones del elemento de sellado designado anteriormente con la referencia 10. Con esa perspectiva, por ejemplo, el elemento 12 podrfa comprender por lo menos una parte periferica deformable que lleve a cabo las funciones de junta torica de un diametro que permita interferir de manera segura con respecto a la pared periferica 11b del componente sensible a la presion 9 y/o con partes del cuerpo o carcasa del dispositivo 1 y/o inserciones correspondientes.

Tal como se ha mencionado anteriormente, el elemento o elementos de compensacion podrfan estar realizados en silicona, de un tipo de espuma o no de espuma, o incluso de silicona mezclada con burbujas de aire, por ejemplo vertidas y dejadas endurecer en un molde o asiento apropiado. Tambien utilizando dicho material, los elementos de compensacion se pueden configurar de una sola pieza y /o de forma separada y/o moldearlos sobre el cuerpo 2a.

Las inserciones previstas para el cuerpo 2a, por ejemplo la insercion 17, tambien se pueden moldear sobre el propio cuerpo, con modalidades que son basicamente similares a las mencionadas anteriormente con respecto al sobremoldeado del elemento de compensacion 12.

Claims (14)

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   REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo sensor de presion que comprende:

   - un componente sensible a la presion (9) que presenta un cuerpo, en particular de tipo monolftico, en el que esta definida una cavidad ciega (1l) con una superficie inferior (11a) y una superficie periferica (11b), perteneciendo dicha superficie inferior (11a) a una parte de membrana (9a) de dicho cuerpo, estando operativamente asociado a dicha parte de membrana (9a) un elemento de deteccion (R); y

   - una estructura de conexion (2) que presenta un conducto en comunicacion con dicha cavidad (11), destinado a recibir el fluido, cuya presion debe ser detectada, comprendiendo dicha estructura (2):

   - un cuerpo de soporte (2a) del componente sensible a la presion (9), que define por lo menos un respectivo paso (2b); y

   - por lo menos un elemento compresible, que esta disenado para estar en contacto con dicho fluido y que esta configurado para compensar posibles variaciones del volumen del mismo;

   en el que dicho por lo menos un elemento compresible (12, 18) esta posicionado por lo menos en parte en el interior de dicha cavidad (11) y/o en un tramo del paso (2b) de dicho cuerpo de soporte (2a) proximo a dicha cavidad (11),

   caracterizado por que dicho por lo menos un elemento compresible (12, 18) es un elemento moldeado por lo menos en parte por encima de por lo menos uno de entre dicha estructura de conexion (2), dicho cuerpo de soporte (2a) y un inserto (17; 117) de dicho cuerpo de soporte (2a).
2. 2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que dicha estructura (2) comprende un primer elemento compresible (12), posicionado por lo menos en parte en el interior de dicha cavidad (11), y un segundo elemento compresible (18), posicionado en un tramo del paso (2b) del cuerpo de soporte (2a) proximo a dicha cavidad (11), siendo por lo menos uno de entre dicho primer y segundo elementos compresibles (12, 18) un elemento moldeado por lo menos en parte por encima de por lo menos uno de entre dicha estructura de conexion (2), dicho cuerpo de soporte (2a) y un inserto (17; 117) de dicho cuerpo de soporte (2a).
3. 3. Dispositivo segun la reivindicacion 2, en el que dicho primer elemento compresible (12) y dicho segundo elemento compresible (18) estan realizados en una pieza individual (40).
4. 4. Dispositivo segun la reivindicacion 3, en el que

   - dicho primer elemento compresible (12) esta posicionado sobre la parte superior de dicho cuerpo de soporte (2a),

   - entre dicho primer elemento compresible (18) y dicho segundo elemento compresible (12) esta prevista una parte de dicho cuerpo de soporte (2a) que incluye un tramo del paso (2b) correspondiente,

   - prevista entre el primer elemento compresible (12) y el segundo elemento compresible (18) hay una parte intermedia de dicha pieza individual (40), extendiendose dicha parte intermedia a traves de dicha parte del cuerpo de soporte (2a) y que conecta los dos elementos compresibles (12, 18).
5. 5. Dispositivo segun la reivindicacion 4, en el que dicha parte intermedia de la pieza unica (40) presenta un diametro restringido, de manera que se proporcione una ranura en la que se acopla una region correspondiente de dicha parte del cuerpo de soporte (2a).
6. 6. Dispositivo segun la reivindicacion 3, en el que

   - dicha pieza individual (40) esta provista de unas protuberancias o elementos para fijar la misma al cuerpo de soporte (2a), y

   - el cuerpo de soporte (2a) esta provisto de asientos, protuberancias, o canales disenados para el paso y/o la fijacion del material de moldeo de dicha pieza individual (40).
7. 7. Dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que dicho cuerpo de soporte (2a) incluye una region tubular (6) atravesada por dicho paso (2b) y enfrentada a dicha cavidad (11) del componente sensible (9), y el dispositivo comprende asimismo unos medios de sellado radial (10), que funcionan entre dicha region tubular (6) y dicha pared periferica (11b) de dicha cavidad (11).
8. 8. Dispositivo segun la reivindicacion 7, en el que dicha region tubular (6) define por lo menos parte de un asiento de posicionamiento de dichos medios de sellado (10).

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9. 9. Dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que dicho elemento compresible (12) ocupa una parte predominante de dicha cavidad (11).
10. 10. Procedimiento para producir un dispositivo sensor de presion segun una o mas de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas siguientes:

    i) proporcionar un componente sensible a la presion (9) que presenta un cuerpo, en particular de tipo monolftico, en el que esta definida una cavidad ciega (11) con una superficie inferior (11a) y una superficie periferica (11b), perteneciendo dicha superficie inferior (11a) a una parte de membrana (9a) de dicho cuerpo, estando operativamente asociado a dicha parte de membrana (9a) un elemento de deteccion (R);

    ii) proporcionar una estructura de conexion (2) del dispositivo (1), que incluye un cuerpo de soporte (2a) del componente sensible a la presion (9) que define por lo menos un respectivo paso (2b), presentando dicha estructura (2) un conducto en comunicacion con dicha cavidad (11), estando dicho conducto disenado para recibir un fluido, cuya presion debe ser detectada; y

    iii) proporcionar por lo menos un elemento compresible (12, 18) que esta disenado para estar en contacto con dicho fluido y que esta configurado para compensar posible variaciones del volumen del mismo;

    caracterizado por que dicho elemento compresible (12, 18) esta moldeado por encima de una parte de dicha estructura de conexion (2).
11. 11. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que dicho elemento compresible (12, 18) esta moldeado por lo menos en parte por encima de dicho cuerpo de soporte (2a).
12. 12. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que dicho elemento compresible (12, 18) esta moldeado por lo menos en parte por encima de un inserto (17; 117) de dicho cuerpo de soporte (2a).
13. 13. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que dicha estructura de conexion (2) comprende un inserto que es sustancialmente rfgido (17; 117), que esta moldeado por lo menos en parte por encima de dicho cuerpo de soporte (2a).
14. 14. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que el dispositivo comprende un primer elemento compresible (12) y un segundo elemento compresible (18), configurado en una pieza individual (40), estando dicha pieza individual (40) moldeada por encima de por lo menos una parte de dicha estructura de conexion (2).