ES2832888B2 - Dispositivo de control hidraulico de carga variable - Google Patents

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ES2832888B2 ES201931098A ES201931098A ES2832888B2 ES 2832888 B2 ES2832888 B2 ES 2832888B2 ES 201931098 A ES201931098 A ES 201931098A ES 201931098 A ES201931098 A ES 201931098A ES 2832888 B2 ES2832888 B2 ES 2832888B2
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Description

DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO DE CONTROL HIDRÁULICO DE CARGA VARIABLE
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo de control hidráulico de carga variable cuya configuración y diseño le permiten adaptarse y regularse en función de la situación de carga en la que se encuentre el vehículo donde va incorporado.
PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La presente invención es una mejora de la patente española de nombre "Tope de Compresión Hidráulico” con número de publicación ES-2561132_B1. Este mecanismo se conoce por sus siglas en ingles HCS (Hydraulic Compression Stop).
El tope de compresión hidráulico (HCS) de la patente española ES-2561132_B1 consiste en un dispositivo que comprende un pistón, unido a un vástago, que se desliza por el interior de una carcasa tubular y separa una primera área superior, o cámara de tracción, de una segunda área inferior, o cámara de compresión.
En la cámara de compresión, el dispositivo comprende un tubo interior a lo largo del que desliza, guiado exteriormente, un cabezal tubular superior que comprende una serie de ranuras pasantes longitudinales y que cierra al tubo interior por su extremo superior al deslizar el cabezal tubular superior sobre dicho tubo interior.
Por otro lado, el tubo interior incorpora un soporte anular, o de válvulas, en el extremo inferior, que posee unos orificios pasantes que se encuentran situados en el exterior del tubo interior.
De esta forma, el tubo interior, junto con el cabezal tubular superior y el soporte anular, dividen la cámara de compresión en dos cámaras: una cámara interna, en el interior del tubo interior y del cabezal tubular superior y delimitada por las superficies internas del cabezal tubular superior y del tubo interior, y una cámara externa, en el exterior del tubo interior y del cabezal tubular superior y delimitada por la superficie interna de la carcasa tubular y las superficies externas del cabezal tubular superior y del tubo interior.
La cámara externa y la cámara interna están conectadas a través de las ranuras pasantes del cabezal tubular superior y de los orificios pasantes del soporte anular.
En el movimiento de compresión, el cabezal tubular superior se desplaza hacia abajo sobre el tubo interior.
Al desplazarse hacia abajo, las ranuras del cabezal tubular superior van siendo cerradas a medida que el cabezal tubular superior se va introduciendo en el tubo interior, hasta quedar completamente cerradas. En esta situación, el fluido sólo puede circular de la cámara externa a la cámara interna a través de los orificios pasantes del soporte anular.
Con esta patente se consigue obtener un tope de compresión cuya carga es variable. Con él se evitan los problemas provenientes de la brusquedad en el funcionamiento que poseen los dispositivos con topes de compresión existentes en el estado de la técnica, como pueden ser, una carencia de confort, un excesivo ruido, un deterioro por repetición en su utilización, entre otros.
Por medio de las ranuras y los orificios pasantes se consigue controlar la carga y permite establecer el nivel de carga en el funcionamiento del dispositivo hidráulico.
Las ranuras proporcionan un control de carga continuo y progresivo, evitando la brusquedad citada, a medida que las ranuras se van cerrando durante el movimiento de compresión (o abriéndose durante el movimiento de extensión) al deslizar sobre el tubo interior, hasta que las ranuras quedan completamente cerradas (o abiertas en el movimiento de extensión) por el tubo interior.
Una vez que las ranuras se encuentran completamente cerradas por el tubo interior, los orificios pasantes del soporte anular son la única vía de comunicación entre las cámaras interna y externa.
Los orificios pasantes poseen la capacidad de controlar la carga del tope de compresión hidráulico y por lo tanto la carga del amortiguador y, dado que son independientes del resto de componentes del amortiguador, pueden ser configurados para suministrar el nivel de carga deseado.
Por lo tanto, la progresividad de la carga se obtiene por el hecho de ir cerrando (abriendo) las ranuras pasantes en el movimiento de compresión (extensión), mientras que el nivel de la carga se obtiene por la configuración de los orificios pasantes.
La posibilidad de que el fluido circule al mismo tiempo tanto por las ranuras como por los orificios pasantes proporciona una transición suave de la carga durante la carrera del amortiguador.
Ahora bien, el dispositivo de control de carga variable de la invención descrita en esta patente no tiene en cuenta la situación del vehículo en caso de que se encuentre cargado o descargado.
Efectivamente, si el vehículo se encuentra cargado en una situación estática, el amortiguador se encontraría en una posición inicial en la que parte de la carrera de compresión ya está realizada. Esto implica que las ranuras se encontrarían ya parcialmente cerradas.
Por lo tanto en esta situación, ante un eventual movimiento de compresión dinámico como puede ser cuando el vehículo va circulando y se encuentra con un badén, el efecto de confort se vería reducido produciéndose picos de fuerza.
La presente invención viene a solucionar este problema, permitiendo distinguir la situación del vehículo en cuanto a situación de carga.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados anteriormente, la presente invención describe un dispositivo de control hidráulico de carga variable que comprende un pistón, activado mediante un vástago. El pistón separa una cámara de tracción y una cámara de compresión y desliza por una carcasa tubular. En la cámara de compresión se encuentra, fijado al pistón, un cabezal tubular superior que comprende un canal longitudinal, paralelo al eje del cabezal tubular y que llega hasta el extremo, es decir, que se encuentra abierto por al menos un extremo. En la cámara de compresión también se encuentra un tubo interior en cuyo extremo inferior posee un soporte anular. El soporte anular comprende una serie de orificios pasantes. De esta forma se crea, por un lado, una cámara externa definida por el exterior del tubo interior y del cabezal tubular superior y la carcasa tubular y, por otro lado, una cámara interna, definida por el interior del tubo interior y del cabezal tubular superior. La comunicación hidráulica entre ambas cámaras se realiza a través del canal y de los orificios pasantes del soporte anular y de unas aberturas de fuga adicionales que se incorporan al tubo interior según se describirá más adelante.
En el dispositivo de la presente invención se aloja una carcasa interior, coaxial con el tubo interior, al que se encuentra fijada por un extremo, y dejando un espacio para el alojamiento de un pistón flotante, también coaxial con el tubo interior, que se ajusta en este espacio creado para deslizar en el tubo interior y también sobre la carcasa interior, mediante un resalte interior que incorpora el pistón flotante.
Adicionalmente, el dispositivo incorpora un muelle superior y un muelle inferior, ambos coaxiales con el tubo interior, cada uno apoyado por un lado del resalte del pistón flotante.
La carcasa interior incorpora un anillo de retención, en el extremo libre, destinado a asegurar una compresión preestablecida del muelle inferior.
El muelle superior apoya por el otro extremo en una extensión de una arandela, ubicada en el interior del cabezal tubular superior y suficientemente guiada por la superficie interior del cabezal tubular superior como para que la superficie cónica de la espiga pistón del vástago pueda entrar y salir del orificio interior de la arandela durante el funcionamiento del amortiguador, de forma que se comprime con el movimiento del pistón, forzando al pistón flotante a desplazarse.
Por su parte, el otro extremo del muelle inferior apoya sobre una extensión que presenta la carcasa interior.
Otra característica esencial es una cámara de control, configurada dentro del tubo interior entre el pistón flotante y la base de la carcasa interior donde apoya el muelle inferior. Esta cámara, al igual que el resto de la cámara de compresión, se encuentra llena de fluido.
El pistón flotante se encuentra ajustado con una holgura mínima tanto a la carcasa interior como al tubo interior, que le permite deslizarse sobre los mismos. Ahora bien, esta holgura mínima dificulta el acceso y/o la salida del fluido de la cámara de control.
A lo largo de la presente memoria se va a diferenciar entre carga estática y carga dinámica.
Se entiende como carga estática, una carga aplicada en el dispositivo de la invención de un modo constante a lo largo del tiempo, como por ejemplo puede ser el equipaje y los pasajeros que se montan en un vehículo. Mientras que se entiende por carga dinámica, una carga aplicada en el dispositivo de la invención en un intervalo muy breve de tiempo, como por ejemplo pasar por encima de un badén.
Así, cuando el dispositivo de la invención se encuentra sometido a una carga estática, esta carga al ser constante en el tiempo permite que el pistón flotante se desplace lentamente, debido a que el fluido tiene tiempo suficiente para entrar o salir de la cámara de control a través de la holgura mínima existente, hasta que alcanza su posición de equilibrio definida por las fuerzas ejercidas por los muelles superior e inferior en función de la carga estática a la que se encuentra sometido el dispositivo de la invención.
En cambio, cuando el dispositivo se somete a una carga dinámica, al ser esta carga aplicada en un intervalo muy breve de tiempo, no da tiempo a que el fluido pueda salir de la cámara de control y por lo tanto la posición del pistón flotante no se ve modificada de forma significativa.
Por este motivo, la cámara de control dota de memoria al dispositivo, manteniendo la posición del pistón flotante, establecida por la carga estática a la que está sometido el vehículo, sin influir las cargas dinámicas posteriores.
Otra característica esencial del dispositivo es una superficie de control que se crea a modo de rebaje de la superficie exterior del tubo interior y que comprende una abertura de fuga variable para la comunicación de la cámara externa y la cámara interna.
La posición del pistón flotante viene determinada por la carga estática del dispositivo de control hidráulico para la que esté configurado el funcionamiento, y se regula mediante la longitud y rigidez de los muelles superior e inferior. La posición del pistón flotante determina que la abertura de fuga variable se encuentre totalmente cerrada, parcialmente cerrada o abierta en función de la carga estática a la que está sometido.
En una forma preferida de realización, la superficie de control tiene una profundidad variable con respecto al diámetro exterior del tubo interior que es creciente en la dirección del eje longitudinal del tubo interior hasta llegar a la abertura de fuga variable. Por otro lado, tiene una longitud tal que es cubierta por el cabezal tubular superior durante la carrera de compresión, es decir, que el cabezal tubular superior, a medida que avanza en la carrera de compresión, va cerrando progresivamente la superficie de control y por lo tanto el acceso a la abertura de fuga variable, hasta que llega a cerrarlo por completo.
En otra forma de realización preferida, el tubo interior adicionalmente incorpora una abertura de fuga permanente ubicada en una posición cercana al soporte anular a la que no llega el cabezal tubular superior durante el movimiento de compresión, por lo que no la puede cerrar. Por otro lado, la carcasa interior está unida al tubo interior mediante el soporte de válvulas por lo que, la extensión de apoyo para el muelle inferior se destina a ser un apoyo para el deslizamiento del pistón flotante. La carcasa interior también comprende unas ranuras pasantes para que el fluido pueda circular a través de la cámara interna.
En otra forma de realización preferida, la superficie de control tiene una profundidad constante con respecto al diámetro exterior del tubo interior y una longitud tal que no llega a ser cubierta por el cabezal tubular superior durante la carrera de compresión, es decir, que siempre sobresale, por lo que el fluido siempre tendrá acceso a la abertura de fuga variable desde la cámara externa, aunque no se asegura el paso a la cámara interna. Para facilitar este paso, el pistón flotante comprende una abertura pasante en una posición tal que se encuentra enfrentado a la abertura de fuga variable si el dispositivo no se encuentra sometido a ninguna carga estática.
Adicionalmente, el canal del cabezal tubular superior comprende una pluralidad de orificios, alineados y centrados sobre el canal.
De esta forma, el canal puede ser pasante, estando el canal del cabezal tubular superior abierto por los dos extremos, o también puede estar cerrado por el extremo más próximo al pistón, es decir, que el canal no sea pasante, encontrándose cerrado por este extremo, lo que proporcionaría que la flexibilidad del cabezal tubular superior va aumentando a medida que aumenta la distancia a ese extremo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para completar la descripción de la invención y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización de la misma, se acompaña un conjunto de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se han representado las siguientes figuras:
- La figura 1 representa el dispositivo hidráulico de la invención en una primera forma de realización para un vehículo descargado y configurado para ley dura, posicionado al inicio de la carrera de compresión, donde el cabezal tubular superior aún no ha contactado con el tubo interior, junto con una ampliación para mostrar con más precisión los componentes internos principales.
- La figura 2 representa el dispositivo hidráulico de la figura 1 para un vehículo descargado y configurado para ley dura, posicionado en una zona intermedia de la carrera de compresión, donde el cabezal tubular superior ya ha contactado con el tubo interior, funcionando según un sistema HCS como el ya conocido.
- La figura 3 representa el dispositivo hidráulico de la figura 1 para un vehículo descargado y configurado para ley dura, posicionado al final de la carrera de compresión, funcionando según un sistema HCS como el ya conocido.
- La figura 4 representa el dispositivo hidráulico de la figura 1 para un vehículo cargado y configurado para ley blanda, posicionado al inicio de la carrera de compresión, con la abertura de fuga variable del tubo interior completamente abierta.
- La figura 5 representa el dispositivo hidráulico de la figura 1 para un vehículo cargado y configurado para ley blanda, posicionado en una zona intermedia de la carrera de compresión, con la abertura de fuga variable parcialmente cerrada por el cabezal tubular superior.
- La figura 6 representa el dispositivo hidráulico de la figura 1 para un vehículo cargado y configurado para ley blanda, posicionado al final de la carrera de compresión, con la abertura de fuga variable completamente cerrada.
- La figura 7 representa el dispositivo hidráulico de la invención en una segunda forma de realización para un vehículo descargado y configurado para ley dura posicionado en una zona intermedia de la carrera de compresión con la abertura de fuga variable completamente cerrada y la abertura de fuga permanente abierta.
- La figura 8 representa el dispositivo hidráulico de la figura 7 para un vehículo cargado y configurado para ley blanda, posicionado en una zona intermedia de la carrera de compresión, con la abertura de fuga variable completamente abierta y la abertura de fuga permanente cerrada.
- La figura 9 representa el dispositivo hidráulico de la invención en una tercera forma de realización para un vehículo descargado y configurado para ley blanda, posicionado en una zona intermedia de la carrera de compresión, con la abertura de fuga variable abierta al estar la abertura pasante del pistón flotante en una posición en la que está enfrentado a ella.
- La figura 10 representa el dispositivo hidráulico de la figura 9 para un vehículo descargado y configurado para ley blanda posicionado al final de la carrera de compresión, con la abertura de fuga variable abierta, debido a que el cabezal tubular superior no la cierra y que la abertura pasante del pistón flotante se encuentra enfrentado a ella.
- La figura 11 representa el dispositivo hidráulico de la figura 9 para un vehículo cargado y configurado para ley dura posicionado en una zona intermedia de la carrera de compresión con la abertura de fuga variable del tubo interior completamente cerrada.
- La figura 12 representa una grafica fuerza desplazamiento del dispositivo hidráulico de la invención durante una carrera completa de compresión según la forma de realización representada en las figuras 1 a 6.
- La figura 13 representa una grafica fuerza desplazamiento del dispositivo hidráulico de la invención durante una carrera completa de compresión según la forma de realización representada en las figuras 7 y 8.
- La figura 14 representa una grafica fuerza desplazamiento del dispositivo hidráulico de la invención durante una carrera completa de compresión según la forma de realización representada en las figuras 9 a 11.
A continuación se facilita un listado de las referencias empleadas en las figuras:
1. Pistón flotante.
la. Cilindro mayor.
lb. Cilindro menor.
1c. Resalte.
1a'. Cilindro extendido.
2. Anillo de retención.
3. Muelle superior.
4. Muelle inferior.
5. Carcasa interior.
6. Superficie de control.
7. Abertura de fuga variable.
8. Cámara de control.
9. Tubo interior.
10. Cabezal tubular superior.
11. Canal.
12. Arandela.
13. Cámara externa.
14. Cámara interna.
15. Pistón.
16. Soporte anular.
17. Abertura de fuga permanente.
18. Ranuras pasantes.
19. Abertura pasante.
20. Soporte de válvulas.
21. Curva fuerza desplazamiento para vehículos cargados.
22. Curva fuerza desplazamiento para vehículos a media carga.
23. Curva fuerza desplazamiento para vehículos descargados.
24. Curva fuerza desplazamiento para un amortiguador estándar.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo de control hidráulico de carga variable que se ajusta en función de la carga estática del vehículo donde va incorporado.
Partiendo del modo de funcionamiento del sistema HCS del estado de la técnica que se ha descrito, en la presente invención el cabezal tubular superior (10) presenta un único canal (11) de un espesor determinado, abierto por al menos uno de sus extremos, que incorpora una serie de orificios, preferentemente circulares, alineados y centrados sobre el canal (11).
Esta configuración permite que el cabezal tubular superior (10) tenga una flexibilidad variable que va aumentando hasta el extremo abierto.
En el movimiento de compresión, el cabezal tubular superior (10) se desplaza a lo largo del tubo interior (9), y provoca que, a medida que se va introduciendo el tubo interior (9) en el cabezal tubular superior (10), se vaya cerrando el canal (11). En este movimiento, el fluido queda atrapado en el interior de la cámara externa (13) salvo por los orificios del canal (11) del cabezal tubular superior (10) y de los orificios del soporte anular (16), esto provoca que la presión en la cámara externa (13) sea superior a la presión en la cámara interna (14), lo que genera una circulación del fluido hacia el interior de la cámara interna (14). Por otro lado, a medida que continúa el movimiento de compresión, el tubo interior (9) va cerrando el canal (11) y los orificios que favorecen el paso del fluido incrementándose la carga de amortiguación.
Al cesar el movimiento de compresión y comenzar el de extensión, el cabezal tubular superior (10) tiende a recuperar la posición inicial desplazándose en sentido contrario al de compresión sobre el tubo interior (9) hasta llegar a separarse. En esta situación, la presión en la cámara interna (14) es superior a la presión en la cámara externa (13), por lo que el fluido invierte su flujo circulando en dirección opuesta, saliendo de la cámara interna (14) hacia la cámara externa (13). La diferencia de presiones aplicada sobre el cabezal tubular superior (10), que cuenta con flexibilidad radial al estar parcial o totalmente abierto por el canal (11), induce un aumento de su diámetro interior. Dicho aumento conlleva un incremento de la holgura entre el cabezal tubular superior (10) y el tubo interior (9), y un ensanchamiento del propio canal (11), que facilitan la entrada de fluido a la cámara externa (13). Esto minimiza la presión necesaria para rellenar de fluido la cámara (13) conforme ésta aumenta de volumen, evitando la generación de carga por parte del HCS en la carrera de extensión, así como la ocurrencia de fallos de funcionamiento como la cavitación.
La presente invención mantiene las ventajas del sistema HCS y lo mejora optimizando la respuesta del sistema en función de la condición de carga del vehículo, reduciendo picos de fuerza y optimizando el uso de la carga de amortiguación.
En una primera forma de realización, según se representa en las figuras 1 a 6, el tubo interior (9) presenta una abertura de fuga variable (7) mediante la que se comunica la cámara externa (13) con la cámara interna (14).
Si sólo existiera la abertura de fuga variable (7), cuando el cabezal tubular superior (10), en el movimiento de compresión, cerrase la abertura de fuga variable (7), produciría un pico de fuerza al producirse un cambio entre ley blanda y dura muy abrupto.
Las dimensiones de la abertura de fuga variable (7) se encuentran limitadas, ya que una sección elevada de la abertura no permitiría realizar un ajuste adecuado de la función del HCS y al mismo tiempo obligaría a una carrera muy larga del pistón flotante, que no es factible por falta de espacio disponible.
De cara a obtener una correcta progresividad de la función HCS en ley blanda, empleando el espacio disponible y sin alterar la sección de la abertura de fuga variable (7) se le dota al tubo interior (9) de una superficie de control (6).
La superficie de control (6) se define mediante un rebaje practicado en una zona de la superficie exterior del tubo interior (9).
El rebaje va de más a menos profundidad según la dirección longitudinal del tubo interior (9), desde la abertura de fuga (7), en el sentido de avance de la carrera de compresión.
De esta forma, en las figuras 1 a 6, la superficie de control (6) se representa como una reducción del espesor de la pared del tubo interior (9) desde un punto determinado hasta llegar a la abertura de fuga (7).
La superficie de control (6) interpone una restricción de acceso variable, durante la carrera de compresión, al fluido que circula a través de la abertura de fuga variable (7). De esta forma, el hueco entre la superficie de control (6) y el cabezal tubular superior (10) se va reduciendo durante la fase de compresión hasta que, al final de la carrera de compresión, el cabezal tubular superior (10) es capaz de cerrar por completo el acceso del fluido, desde la cámara externa (13) a la cámara interna (14) a través de la abertura de fuga (7), al cerrar por completo la superficie de control (6).
Por lo tanto, la superficie de control (6) delimita una sección de paso que se va reduciendo progresivamente conforme se comprime el sistema, proporcionando una zona de transición continua de la carga que evita picos de carga y dotando de progresividad a la modificación de la función HCS que introduce la abertura de fuga variable (7).
Para configurar la fuga variable deseada y la transición continua de la carga hay que considerar los siguientes parámetros de diseño: posición en el tubo interior (9) de la abertura de fuga variable (7), longitud de la superficie de control (6), forma geométrica del rebaje realizado en la superficie exterior del tubo interior (9) y la inclinación y/o espesor del rebaje.
Sólidamente unida a la superficie interna del tubo interior (9), se encuentra una carcasa interior (5) configurada en forma de cilindro hueco, coaxial y dejando un espacio con el tubo interior (9), que se expande exteriormente por el extremo inferior formando una base, por la que se une sólidamente al tubo interior (9), sin que la cámara interna (14) se divida.
Entre el tubo interior (9) y la forma cilíndrica de la carcasa interior (5) se ubica un pistón flotante (1) configurado por un cilindro mayor (1a) que se extiende interiormente mediante un resalte (1c). La superficie exterior del cilindro mayor (1a) está ajustada a la superficie interior del tubo interior (9), permitiendo el deslizamiento entre ambas con muy poca holgura. Un cilindro menor (1b), concéntrico con el cilindro mayor (1a) se extiende desde el resalte (1c) hacia el lado opuesto. La superficie interior del cilindro menor (1b) está ajustada a la superficie exterior de la carcasa interior (5), también permitiendo el deslizamiento entre ambas con muy poca holgura.
De esta forma, se crea una cámara de control (8) entre la carcasa interior (5), el pistón flotante (1) y el tubo interior (9).
Un muelle inferior (4) se aloja en la cámara de control (8) coaxialmente al pistón flotante (1) y a la carcasa interior (5), situado entre el resalte (1c) del pistón flotante (1) y la base de la carcasa interior (5).
Por otro lado, entre el pistón flotante (1) y la carcasa interior (5) y, coaxialmente con ellos, se aloja un muelle superior (3) que apoya por un extremo en el resalte (1c) del pistón flotante (1), y cuyo otro extremo está unido por interferencia a un saliente que presenta una arandela (12) ubicada en el interior del cabezal tubular superior (10), de modo que el desplazamiento del pistón flotante (1) queda controlado por ambos lados del resalte (1c) mediante los dos muelles (3, 4).
La carcasa interior (5) comprende un anillo de retención (2) ubicado en proximidad al extremo libre, opuesto a la base de unión al tubo interior (9).
La función del anillo de retención (2) es la de asegurar una compresión preestablecida del muelle inferior (4), que se da cuando el pistón flotante (1) se encuentra en una posición contactando con el anillo de retención (2).
En la situación en la que el vehículo se encuentra descargado, ninguna carga estática actúa sobre el pistón (15) y, por lo tanto, no ejerce ninguna fuerza sobre el muelle superior (3), haciendo que el pistón flotante (1) se encuentre en la posición superior, cerrando la abertura de fuga variable (7). En esta situación, el dispositivo de la invención en su primera forma de realización se comporta en su funcionamiento de la misma forma que el dispositivo HCS, tanto en compresión como en extensión.
En cambio, en la situación en la que el vehículo se encuentra cargado, la carga estática a la que se encuentra sometido el pistón (15) hace que el muelle superior (3) se comprima y ejerza una fuerza sobre el pistón flotante (1) que, al vencer la fuerza del muelle inferior (4), consigue desplazarlo, abriendo parcial o totalmente la abertura de fuga variable (7). De esta forma se consigue que se reduzca la fuerza de amortiguación, según se detallará más adelante.
Es conveniente recordar que, cuando un vehículo se somete a una carga estática, es decir, una carga aplicada durante un intervalo amplio de tiempo, como por ejemplo mediante la incorporación de pasajeros o equipaje, la única fuerza que actúa sobre el pistón flotante (1) es la de los muelles superior (3) e inferior (4), ya que el fluido en esta situación cuenta con el tiempo suficiente para salir de la cámara de control (8).
Sin embargo, con una carga dinámica, al ser una carga aplicada en un intervalo muy breve de tiempo como, por ejemplo, cuando el vehículo pasa por un badén, el intercambio de fluido entre la cámara interna (14) y la cámara de control (8), que se debe realizar a través de las pequeñas holguras entre paredes, no tiene tiempo suficiente para completarse adecuadamente, impidiendo el desplazamiento del pistón flotante (1).
Por esta razón, las compresiones que experimenta el dispositivo debido a cargas dinámicas no varían la posición del pistón flotante (1), debido a la propia oposición que realiza el fluido del interior de la cámara de control (8).
De esta forma, al estar la cámara de control (8) llena de fluido, proporciona memoria al dispositivo de tal manera que, cuando se aplica una carga estática, el dispositivo se posiciona en su situación de partida, abriendo parcialmente o totalmente la abertura de fuga (7), sin que esta posición se vea alterada si no se modifica dicha carga estática.
Así, la situación del vehículo con una carga estática determinada es simplemente una configuración inicial del vehículo y de la situación del amortiguador. A partir de esta situación de partida, el dispositivo se enfrentará a las cargas dinámicas a las que se vea sometido, de tal manera que, cuando haya un movimiento de compresión debido a una carga dinámica, el cabezal tubular superior (10) descenderá sobre el tubo interior (9) cerrando, a medida que desciende, el canal (11) con sus orificios y pudiendo llegar a cerrar la abertura de fuga variable (7).
La incorporación en el tubo interior (9) de la abertura de fuga variable (7), adicionalmente al canal (11) del cabezal tubular superior (10), para la transmisión de fluido entre la cámara externa (13) y la cámara interna (14) permite que el amortiguador pase de tener un funcionamiento basado en una ley dura, a un funcionamiento basado en una ley blanda, pasando también por un funcionamiento basado en una ley intermedia, donde la abertura de fuga variable (7) se encuentra en una posición intermedia, es decir, ni cerrada ni abierta por completo. Esto permite, además, que se reduzca la fuerza de amortiguación.
De este modo se consigue que durante parte del movimiento de compresión, cuando el vehículo se encuentra cargado, la fuerza de amortiguación se ve reducida frente a la situación de vehículo descargado, al encontrarse la abertura de fuga (7) al menos parcialmente abierta. De ahí el concepto de que se ablande la suspensión y de que el funcionamiento sigue una ley menos dura.
Sin embargo, cuando se aproxima al final de la carrera de compresión, al cerrarse la abertura de fuga (7), la fuerza de amortiguación se ve incrementada hasta igualarse a la fuerza de amortiguación de la situación de vehículo descargado, endureciéndose la ley que sigue y haciendo que a la suspensión se le denomine como más dura.
Las figuras 12, 13 y 14 muestran una gráfica donde el eje de ordenadas representa la fuerza de amortiguación y el eje de abscisas representa el desplazamiento del pistón (15) de un amortiguador a lo largo de una carrera. Además de las curvas para vehículos cargados (21), a media carga (22) y descargados (23) para el dispositivo de control hidráulico de la presente invención, también se representa la curva que sigue un amortiguador estándar (24).
El modo de funcionamiento del amortiguador en esta primera forma de realización se representa en la gráfica fuerza-desplazamiento de la figura 12, donde se puede ver que para un desplazamiento determinado, en la curva para vehículo cargado (21), la fuerza es menor que con respecto a la curva para vehículos a media carga (22) y ésta con respecto a vehículos descargados (23), llegando a igualarse al final de la carrera de compresión independientemente de la carga del vehículo. La fuerza máxima de amortiguación en esta forma de realización es la misma para las tres situaciones de carga (21, 22, 23). Esto es debido a que, en una fase inicial con el vehículo cargado, la abertura de fuga variable (7) se encuentra abierta y, según se aproxima el final de carrera de compresión, la abertura de fuga variable (7) se cierra, por el solape completo del cabezal tubular superior (10) sobre la superficie de control (6), que impide el acceso de fluido a la abertura de fuga variable (7), comportándose como la situación de vehículo descargado.
La posición de la abertura de la fuga variable (7), la relación de rigideces de los muelles superior (3) e inferior (4) y la predeformación del inferior (4), que determinan la relación entre la carrera del amortiguador y el desplazamiento del pistón flotante (1), son todos ellos configurables y adaptables a las necesidades del vehículo. Esto permite configurar el nivel de carga del vehículo a partir del cual comienza el cambio de leyes y para el que finaliza la transición entre ley dura y blanda.
Las figuras 7 y 8 representan una segunda forma de realización del dispositivo de la invención en la que se modifican el tubo interior (9), el pistón flotante (1) y la carcasa interior (5) con respecto a la primera forma de realización.
El tubo interior (9), además de la abertura de fuga variable (7), también incorpora una abertura de fuga permanente (17) en una zona inferior, cercana al soporte anular (16), aunque de un tamaño inferior al de la abertura de fuga variable (7) y sin una superficie de control (6) como la que posee la abertura de fuga variable (7).
Por su parte, en el pistón flotante (1) se ha suprimido el cilindro menor (1b) por un cilindro extendido (1a’) del cilindro mayor (1a), teniendo el mismo diámetro. De esta forma, el pistón flotante (1) está configurado por el cilindro extendido (1a') del que, a una altura intermedia, sobresale el resalte (1c) del diámetro interior. El cilindro extendido (1a') está configurado para deslizar a lo largo de la superficie interior del tubo interior (9) y el resalte (1c) se prolonga hasta contactar con la superficie exterior del cilindro hueco de la carcasa interior (5). En esta segunda forma de realización, la base de la carcasa interior (5) contacta con la superficie interna del pistón flotante (1), para que el pistón flotante (1) deslice sobre ella, estando la carcasa interior (5) fijada al tubo interior (9) mediante un soporte de válvulas (20), ya que el pistón flotante (1), en esta forma de realización, debe poder deslizar a lo largo del tubo interior (9) para poder cerrar la abertura de fuga variable (7), situada por encima de la carcasa interior (5), y también para poder cerrar la abertura de fuga permanente (17), situada en proximidad al soporte anular (16), en función de la situación de carga del vehículo. Para permitir que el fluido pueda circular libremente en el interior de la cámara interna (14), la carcasa interior (5) incorpora unas ranuras pasantes (18) en la zona más próxima al soporte de válvulas (20), de forma que el fluido pueda circular por la cámara interna (14) hasta llegar al soporte de válvulas (20).
La figura 7 representa una situación del amortiguador en un vehículo descargado, estando la abertura de fuga variable (7) completamente cerrada y la abertura de fuga permanente (17) completamente abierta, lo que le aporta una sensación de amortiguación más blanda ya que el fluido, además de circular desde la cámara externa (13) a la cámara interna (14) a través del canal (11), también lo puede hacer a través de la abertura de fuga permanente (17), que se encuentra abierta.
Por su parte, la figura 8 representa una situación del amortiguador en un vehículo cargado en una posición del pistón flotante (1) que permite que la abertura de fuga variable (7) se encuentre completamente abierta y la abertura de fuga permanente (17) se encuentre completamente cerrada.
En esta segunda forma de realización, cuando el vehículo se encuentra cargado, en el movimiento de compresión, la abertura de fuga variable (7) puede ser cerrada por el cabezal tubular superior (10), en cuanto se encuentre el cabezal tubular superior (10) en una posición como la representada en la figura 6 para la primera forma de realización.
Ahora bien, cuando el vehículo se encuentra descargado y por lo tanto la abertura de fuga variable (7) se encuentra cerrada mientras que la abertura de fuga permanente (17) se encuentra abierta, en el movimiento de compresión, la abertura de fuga permanente (17) no se cerrará por parte del cabezal tubular superior (10), ya que el desplazamiento del cabezal tubular superior (10) no llega, en ninguna fase de la carrera de compresión, hasta la posición en la que se encuentra la abertura de fuga permanente (17).
De esta forma, cuando el vehículo se encuentra cargado, el pistón flotante (1) se desplaza, abriendo la abertura de fuga variable (7) y cerrando la abertura de fuga permanente (17). De este modo, se reduce la fuerza de amortiguación y, a medida que se aproxima al final de la carrera de compresión, la fuerza de amortiguación se ve incrementada al cerrarse la abertura de fuga variable (7).
Sin embargo, en esta forma de realización, cuando el vehículo se encuentra descargado, la abertura de fuga variable (7) se encuentra cerrada pero la ranura de abertura permanente (17) se encuentra abierta y no va a ser cerrada por el cabezal tubular superior (10). Por lo tanto, la fuerza de amortiguación máxima cuando el vehículo se encuentra descargado se va a reducir con respecto a la situación de vehículo cargado.
La función del amortiguador es tener la capacidad de disipar la energía cinética a la que se encuentra sometido, contrarrestándola con una fuerza de amortiguación de forma que, a mayor energía, mayor fuerza. De este modo, en esta forma de realización se optimiza la fuerza de amortiguación.
La energía es el área que se encuentra entre las curvas representadas en las gráficas y el eje X de desplazamiento del pistón (15).
En esta segunda forma de realización, se consigue que la energía disipada por el dispositivo con el vehículo cargado sea la misma, que la energía disipada por el dispositivo con el vehículo descargado.
En la primera forma de realización, la energía disipada con el vehículo cargado siempre va a ser menor que la energía disipada con el vehículo descargado. En cambio en esta segunda forma de realización se incrementa la capacidad de adaptación para compensar esto, igualando ambas energías disipadas.
El modo de funcionamiento del amortiguador en esta forma de realización se representa en la figura 13, donde la grafica fuerza desplazamiento muestra que, para un desplazamiento determinado, en la curva para vehículo cargado (21), la fuerza es menor que con respecto a la curva para vehículos a media carga (22) y ésta con respecto a vehículos descargados (23) hasta que llega un momento en la carrera de compresión en que el valor de la fuerza se invierte, aumentando cuando el vehículo se encuentra cargado frente a cuando el vehículo se encuentra descargado.
Esto se debe a que, con el vehículo descargado la abertura de fuga permanente (17) permanece abierta y la abertura de fuga variable (7) permanece cerrada; con el vehículo a media carga, la abertura de fuga variable (7) se encuentra parcialmente abierta y la abertura de fuga permanente (17) se encuentra parcialmente cerrada; y por último, con el vehículo cargado, la abertura de fuga variable (7) permanece totalmente abierta, estando la abertura de fuga permanente (17) cerrada.
Ahora bien, la abertura de fuga variable (7) posee una mayor sección que la abertura de fuga permanente (17), por lo que el paso del fluido de la cámara externa (13) a la cámara interna (14) a través de la abertura de fuga variable (7) es mayor que el paso a través de la abertura de fuga permanente (17), esto hace que la fuerza de amortiguación en el caso de vehículo a media carga y cargado sea menor que cuando el vehículo se encuentra descargado.
Sin embargo, esta situación se invierte al aproximarse la carrera de compresión a su fin, donde el cabezal tubular superior (10) llega a bloquear por completo el acceso del fluido por la abertura de fuga variable (7), lo que provoca que la fuerza de amortiguación en el vehículo a media carga y cargado sea superior a la fuerza de amortiguación del vehículo descargado, ya que este último sigue teniendo un paso de fluido a través de la abertura de fuga permanente (17).
Las figuras 9 a 11 representan una tercera forma de realización del dispositivo de la invención en la que se modifican tanto el tubo interior (9) como el pistón flotante (1) con respecto a la primera forma de realización.
Tal y como se representa en estas figuras 9 a 11, se modifica la superficie de control (6). En esta realización, el tubo interior (9) no tiene una configuración variable de menos a más profundidad según la dirección longitudinal del tubo interior (9) hasta llegar a la abertura de fuga (7), como ocurría en las dos formas de realización anteriores, sino que en esta tercera forma de realización se le practica un rebaje en el diámetro exterior del tubo interior (9) a lo largo de una longitud mayor del tubo interior (9), enfocado en que siempre deje una abertura con respecto al cabezal tubular superior (10) evitando que se cierre el paso cuando el cabezal tubular superior (10) llegue al final de la carrera de compresión, tal y como se representa en la figura 10.
De este modo, en esta forma de realización, el cabezal tubular superior (10) nunca llega a cerrar el acceso del fluido desde la cámara externa (13) a la cámara interna (14) a través de la abertura de fuga variable (7).
Por otro lado, el pistón flotante (1) incorpora una abertura pasante (19) en una zona que en determinadas posiciones queda enfrentada a la abertura de fuga variable (7).
En las figuras 9 y 10 se representa esta situación donde, con el vehículo descargado, la abertura pasante (19) del pistón flotante (1) está enfrentada a la abertura de fuga variable (7) del tubo interior (9), permitiendo el paso de fluido desde la cámara externa (13) a la cámara interna (14). Esta situación se produce a lo largo de todo el movimiento de compresión ya que, tal y como se representa en la figura 10, incluso cuando el cabezal tubular superior (10) se encuentra en su posición de final de la carrera de compresión, la abertura de fuga variable (7) nunca la llega a cerrar debido al rebaje realizado al tubo interior (9).
Sin embargo, tal y como se representa en la figura 11, cuando el vehículo se carga, el pistón (15) comprime al muelle superior (3) y al pistón flotante (1), que presiona al muelle inferior (4) y la abertura pasante (19) deja de estar enfrentada a la abertura de fuga variable (7), quedando el dispositivo en el mismo modo de funcionamiento del HCS y endureciendo la suspensión.
El modo de funcionamiento del amortiguador en esta tercera forma de realización se representa en la figura 14 en la que la gráfica fuerza-desplazamiento del amortiguador muestra que, en la curva para vehículo cargado (21), la fuerza va aumentando con la carrera de compresión y es siempre superior a la de la curva para vehículos a media carga (22) y a la de vehículos descargados (23).
A través de esta forma de realización se optimiza aún más la fuerza de amortiguación, reduciéndola cuando el vehículo se encuentre descargado y aumentándola en situaciones de vehículo a media carga o cargado
Tal y como se indicaba anteriormente, la función del amortiguador es tener la capacidad de disipar la energía cinética a la que se encuentra sometido, contrarrestándola con una fuerza de amortiguación de forma que, a mayor energía, mayor fuerza.
Cuando un vehículo se encuentra descargado, tiene toda la longitud de la carrera de compresión para poder disipar la energía mientras que, cuando el vehículo se encuentra cargado, esa longitud de compresión se ve reducida.
La energía es el área que se encuentra entre las curvas representadas en las gráficas y el eje X de desplazamiento del pistón (15). En esta tercera realización, cuando el vehículo esta descargado no es necesario aplicar una fuerza de amortiguación elevada dado que, al poseer toda la longitud de compresión para disipar la energía, esa fuerza se puede ver reducida. En cambio, cuando el vehículo se encuentra cargado, hay que adaptar la fuerza a la energía a disipar en función de cuanta longitud de la carrera de compresión le quede al amortiguador una vez ha sido cargado. Por esta razón, cuando el vehículo se encuentra cargado interesa que la fuerza se incremente en el último tramo de la carrera de compresión.
En función del vehículo o la aplicación a la que vaya estar destinado el dispositivo de la invención se optará por la forma de realización que más se adecúe a las exigencias a las que va a estar sometido.
Así, en el caso de aplicarse en vehículos, la primera forma de realización se emplearía en vehículos utilitarios donde se necesita una suspensión media, la segunda forma de realización se aplicaría en vehículos donde prima el confort, por ejemplo vehículos familiares, ya que esta realización proporcionaría una suspensión más blanda debido a que depende mucho del HCS y por último, la tercera realización se destinaría a vehículos donde interesa una suspensión dura, como por ejemplo, vehículos deportivos, donde se depende poco de la función del HCS.
Por último, hay que tener en cuenta que la presente invención no debe verse limitada a la forma de realización aquí descrita. Otras configuraciones pueden ser realizadas por los expertos en la materia a la vista de la presente descripción. En consecuencia, el ámbito de la invención queda definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo de control hidráulico de carga variable que comprende un pistón (15), activado mediante un vástago, que desliza por una carcasa tubular diferenciando una cámara de tracción de una cámara de compresión en la que se aloja, fijado al pistón (15), un cabezal tubular superior (10) que comprende un canal (11) longitudinal abierto por al menos un extremo, y un tubo interior (9) fijado a un soporte anular (16) que comprende una serie de orificios pasantes, donde el cabezal tubular superior (10) está configurado para deslizar por la carcasa tubular y por el exterior del tubo interior (9), formando una cámara interna (14) y una cámara externa (13), interior y exterior a ambos elementos (9, 10) respectivamente, donde ambas cámaras (13, 14) se comunican mediante el canal (11) y los orificios pasantes del soporte anular (16), donde el dispositivo comprende:
- una carcasa interior (5), coaxial y habilitando un espacio con el tubo interior (9), al que se encuentra fijada,
- un pistón flotante (1), ajustado en el espacio entre el tubo interior (9) y la carcasa interior (5), entre los que tiene capacidad para deslizar, y coaxial a ellos,
- un anillo de retención (2) ubicado en la carcasa interior (5),
- un muelle superior (3), coaxial con el tubo interior (9) y ubicado entre un resalte (1c) del pistón flotante (1) y una extensión de una arandela (12) ubicada en el interior del cabezal tubular superior (10),
- un muelle inferior (4), coaxial al tubo interior (9) y ubicado en una cámara de control (8) que se genera entre el resalte (1c) del pistón flotante (1) y una base que presenta la carcasa interior (5),
donde la posición del pistón flotante (1) viene determinada por la carga estática del dispositivo de control hidráulico y determina la sección de paso de la abertura de fuga variable (7),
estando el dispositivo caracterizado por que comprende adicionalmente una superficie de control (6) configurada mediante un rebaje de la superficie exterior del tubo interior (9), que comprende una abertura de fuga variable (7) para la comunicación de la cámara externa (13) y la cámara interna (14).
2. - Dispositivo de control hidráulico de carga variable, según la reivindicación 1, caracterizado por que la cámara de control (8) está configurada por el resalte (1c) del pistón flotante (1), por la base de la carcasa interior (5), por la superficie interior de un elemento a seleccionar entre el tubo interior (9) y el pistón flotante (1) y por la superficie exterior de un elemento a seleccionar entre el pistón flotante (1) y la carcasa interior (5), y además se encuentra llena de fluido, de forma que el pistón flotante (1) no se desplaza al estar sometido a cargas dinámicas.
3. - Dispositivo de control hidráulico de carga variable, según la reivindicación 1, caracterizado por que la superficie de control (6) tiene una profundidad variable con respecto al diámetro exterior del tubo interior (9) creciente en la dirección del eje longitudinal del tubo interior (9) hasta llegar a la abertura de fuga variable (7) y una longitud tal que es cubierta por el cabezal tubular superior (10) durante la carrera de compresión.
4. - Dispositivo de control hidráulico de carga variable, según la reivindicación 1, caracterizado por que:
- el tubo interior (9) comprende una abertura de fuga permanente (17) en una posición cercana al soporte anular (16) inaccesible por el cabezal tubular superior (10), y - la carcasa interior (5) está unida al tubo interior (9) mediante un soporte de válvulas (20) y comprende unas ranuras pasantes (18) para que el fluido pueda circular por el interior de la cámara interna (14).
5. - Dispositivo de control hidráulico de carga variable, según la reivindicación 1, caracterizado por que la superficie de control (6) tiene una profundidad con respecto al diámetro exterior del tubo interior (9) y tiene una longitud que siempre sobresale del cabezal tubular superior (10) durante la carrera de compresión evitando que se cierre el paso del fluido cuando el cabezal tubular superior (10) llega al final de la carrera de compresión.
6. - Dispositivo de control hidráulico de carga variable, según la reivindicación 5, caracterizado por que el pistón flotante (1) comprende una abertura pasante (19) en una posición tal que, en función de la carga estática a la que se encuentre sometido, se encuentra enfrentada a la abertura de fuga (7), permitiendo el flujo de fluido entre la cámara externa (13) y la cámara interna (14).
7. - Dispositivo de control hidráulico de carga variable, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el cabezal tubular superior (10) comprende una pluralidad de orificios alineados y centrados sobre el canal (11).
8. - Dispositivo de control hidráulico de carga variable, según la reivindicación 7, caracterizado por que el canal (11) del cabezal tubular superior (10) se encuentra cerrado por el extremo más próximo al pistón (15), de forma que la flexibilidad del cabezal tubular superior (10) va aumentando a medida que aumenta la distancia a ese extremo
9. - Dispositivo de control hidráulico de carga variable, según la reivindicación 7, caracterizado por que el canal (11) es pasante, es decir, los dos extremos del canal (11) del cabezal tubular superior (10) están abiertos.
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