ES2955102B2

ES2955102B2 - Shock absorber device for vehicles

Info

Publication number: ES2955102B2
Application number: ES202230367A
Authority: ES
Inventors: Carrillo Juan Antonio Cabrera; Aguilar Juan Jesús Castillo; Gomez Pedro Urda; Acosta Enrique Carabias; Fernandez Javier Perez; Vargas Manuel Gonzalo Alcazar; Garcia Juan María Velasco; Hernandez Francisco José Rubio
Original assignee: Universidad de Malaga
Current assignee: Universidad de Malaga
Priority date: 2022-04-22
Filing date: 2022-04-22
Publication date: 2024-07-12
Anticipated expiration: 2042-04-22
Also published as: ES2955102A1; WO2023203273A1

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Dispositivo amortiguador para vehículos Shock absorber device for vehicles

OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION

La presente invención pertenece en general al campo de la automoción, y más particularmente a la amortiguación de vibraciones en los vehículos. El objeto de la presente invención es un nuevo dispositivo amortiguador que tiene una geometría asimétrica, preferentemente variable, y aún más preferentemente variable de manera pasiva. De ese modo, se obtiene un nivel de amortiguación diferente en función del sentido de desplazamiento del vástago del amortiguador. The present invention generally pertains to the automotive field, and more particularly to vibration damping in vehicles. The object of the present invention is a new damping device having an asymmetrical geometry, preferably variable, and even more preferably variable in a passive manner. In this way, a different level of damping is obtained depending on the direction of movement of the damper rod.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Estabilidad, control y funcionamiento seguro de un vehículo dependen en gran medida de su sistema de suspensión. Un nivel excesivo de vibraciones en el vehículo puede llegar a comprometer no sólo el confort del mismo sino poner incluso en riesgo la seguridad de sus ocupantes. Actualmente los vehículos cuentan con sistemas de suspensión activos, en algunos casos altamente sofisticados desde el punto de vista mecánico, que les permiten optimizar su rendimiento en carretera garantizando la máxima seguridad a sus ocupantes. Stability, control and safe operation of a vehicle depend largely on its suspension system. Excessive vibration levels in a vehicle can compromise not only its comfort but also put the safety of its occupants at risk. Today, vehicles have active suspension systems, in some cases highly sophisticated from a mechanical point of view, which allow them to optimize their performance on the road, guaranteeing maximum safety for their occupants.

Los amortiguadores para vehículos más simples presentes en el mercado son dispositivos pasivos que emplean aceites minerales o sintéticos como fluido de trabajo. Los dispositivos de más alta gama permiten la regulación del grado de amortiguamiento mediante el empleo de sistemas activos que restringen en mayor o menor grado el paso del aceite a través del sistema de válvulas del amortiguador, modificando de esta forma el comportamiento dinámico del mismo. The simplest vehicle shock absorbers on the market are passive devices that use mineral or synthetic oils as the working fluid. Higher-end devices allow the damping level to be regulated by using active systems that restrict the flow of oil through the shock absorber's valve system to a greater or lesser degree, thereby modifying its dynamic behaviour.

En la última década se han introducido en el mercado otros dispositivos amortiguadores que permiten una regulación activa del grado de amortiguamiento según las condiciones de la conducción. Algunos de ellos están basados en el empleo de aceites sintéticos y un sistema mecatrónico incorporado en el cuerpo del propio amortiguador; mientras que otros, más modernos y aún más sofisticados, emplean los denominados fluidos magneto-reológicos o electro-reológicos. Estos fluidos cambian sus propiedades físicas cuando se hace actuar un campo magnético o corriente eléctrica respectivamente sobre el mismo. Aunque ambas opciones tienen un gran potencial a la hora de mejorar activamente el control y la estabilidad del vehículo, presentan algunos problemas que complican su implantación en el mercado, tales como: In the last decade, other shock-absorbing devices have been introduced on the market that allow active regulation of the degree of damping according to driving conditions. Some of them are based on the use of synthetic oils and a mechatronic system incorporated into the body of the shock absorber itself; while others, more modern and even more sophisticated, use so-called magneto-rheological or electro-rheological fluids. These fluids change their physical properties when a magnetic field or electric current is applied to them, respectively. Although both options have great potential when it comes to actively improving vehicle control and stability, they present some problems that complicate their implementation on the market, such as:

- Aumento significativo del peso del amortiguador. - Significant increase in shock absorber weight.

- Complejidad técnica en su construcción. - Technical complexity in its construction.

- Mayor necesidad de mantenimiento. - Greater need for maintenance.

- Problemas de precipitados de las partículas magnéticas en el caso de los fluidos magneto-reológicos ante periodos prolongados de inactividad del amortiguador. - Necesidad de un sistema de control activo y red de sensores en el vehículo. - Mayores costes de producción. - Problems with magnetic particle precipitation in the case of magneto-rheological fluids when the shock absorber is inactive for long periods. - Need for an active control system and sensor network in the vehicle. - Higher production costs.

- Desgaste de sus elementos móviles. - Wear of its moving parts.

Es en este punto donde los denominados fluidos no-newtonianos tipo“shear-thickening”cobran interés. Los fluidos no newtonianos tipo“shear-thickening”(STF, Shear-Thickening Fluid), a veces denominados en español fluidos“dilatantes”o de“espesamiento por cizallamiento",son fluidos que varían su viscosidad en función de la velocidad de cortante aplicada sobre los mismos. Una velocidad de cortante elevada provoca un efecto de compactación de las partículas del fluido que hacen aumentar la resistencia del mismo al esfuerzo de cortante aplicado. Una vez remite dicho esfuerzo, el fluido vuelve a sus propiedades originales. Puede encontrarse una descripción de las características principales de este tipo de fluidos en la página web https://es.wikipedia.org/wiki/Dilatante. This is where the so-called non-Newtonian shear-thickening fluids come into play. Shear-thickening non-Newtonian fluids (STF), sometimes referred to as shear-thickening fluids, are fluids whose viscosity varies depending on the shear rate applied to them. High shear rates cause the fluid particles to compact, increasing their resistance to the applied shear stress. Once the stress is relieved, the fluid returns to its original properties. A description of the main characteristics of this type of fluid can be found on the website https://es.wikipedia.org/wiki/Dilatante.

En la literatura científica pueden encontrarse diversos trabajos donde se aplican fluidos“shear thickening"a la reducción de vibraciones en sistemas mecánicos por medio de amortiguadores con geometrías de vástago fijas y simétricas. Una geometría de vástago simétrica implica que el comportamiento del amortiguador es igual a tracción y compresión. Además, puesto que la geometría también es fija, es decir, inalterable, solo puede conseguirse una capacidad de regulación de la fuerza de amortiguamiento mediante la alteración de las propiedades del STF utilizado. In the scientific literature, various works can be found where "shear thickening" fluids are applied to the reduction of vibrations in mechanical systems by means of dampers with fixed and symmetrical stem geometries. A symmetrical stem geometry implies that the behaviour of the damper is the same in tension and compression. Furthermore, since the geometry is also fixed, i.e. unalterable, a damping force regulation capacity can only be achieved by altering the properties of the STF used.

El documento US2016238100A1 describe un amortiguador de vibraciones basado en un fluido shear-thickening. Concretamente, el amortiguador está formado fundamentalmente por un cilindro lleno de un fluido shear-thickening a lo largo del cual se desplaza un émbolo plano. El cilindro comprende un tabique que lo divide en dos partes que se comunican entre sí a través de un orificio. Cuando el émbolo se desplaza en uno u otro sentido, el fluido shear-thickening es obligado a pasar a través del orificio para proporcionar el efecto de amortiguación deseado. Document US2016238100A1 describes a vibration damper based on a shear-thickening fluid. Specifically, the damper is essentially formed by a cylinder filled with a shear-thickening fluid along which a flat piston moves. The cylinder comprises a partition dividing it into two parts that communicate with each other through an orifice. When the piston moves in one direction or another, the shear-thickening fluid is forced to pass through the orifice to provide the desired damping effect.

En definitiva, existe aún en este campo la necesidad de amortiguadores que permitan un mayor control de las características de la amortiguación y que, al mismo tiempo, sean sencillos y más fáciles de fabricar y manejar. In short, there is still a need in this field for shock absorbers that allow greater control of the damping characteristics and which, at the same time, are simple and easier to manufacture and handle.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

El dispositivo amortiguador de la presente invención resuelve los problemas anteriores gracias a una configuración del émbolo con una geometría asimétrica, preferiblemente variable, y aún más preferiblemente variable únicamente en respuesta a la interacción con el propio STF. Estas características permiten dotar al dispositivo amortiguador de la presente invención de una mayor flexibilidad en las características de la amortiguación, permitiendo que ésta sea diferente en función del sentido de desplazamiento del émbolo, sin que ello implique un aumento de la complejidad del dispositivo. The damping device of the present invention solves the above problems thanks to a configuration of the piston with an asymmetric geometry, preferably variable, and even more preferably variable only in response to the interaction with the STF itself. These characteristics allow the damping device of the present invention to be provided with greater flexibility in the characteristics of the damping, allowing this to be different depending on the direction of movement of the piston, without this implying an increase in the complexity of the device.

A continuación, se definen algunos términos que se emplearán a lo largo de la presente descripción. Below are some terms that will be used throughout this description.

• STF (Shear Thickening Fluid): Se trata de un fluido cuya viscosidad aumenta con la velocidad de deformación por cizallamiento. En español también puede denominarse como“fluido espesante por cizallamiento”o“fluido dilatante”,aunque el término más empleado en la documentación científica es“fluido shear thickening"o directamente sus siglas en inglés STF. • STF (Shear Thickening Fluid): This is a fluid whose viscosity increases with the shear deformation rate. In Spanish it can also be called “shear thickening fluid” or “dilating fluid”, although the term most commonly used in scientific documentation is “shear thickening fluid” or directly its acronym in English STF.

• Eje longitudinal: En un amortiguador dotado de un cilindro por cuyo interior discurre un émbolo, el eje longitudinal coincide con el eje principal del cilindro a lo largo de la cual se desplaza el émbolo. Naturalmente, el émbolo se desplaza a lo largo de una dirección paralela al eje longitudinal en un primer sentido o en un segundo sentido opuesto al primero. • Longitudinal axis: In a shock absorber with a cylinder through which a piston runs, the longitudinal axis coincides with the main axis of the cylinder along which the piston moves. Naturally, the piston moves along a direction parallel to the longitudinal axis in a first direction or in a second direction opposite to the first.

• Eje transversal: Se trata de un eje contenido en un plano perpendicular al eje longitudinal descrito anteriormente. • Transverse axis: This is an axis contained in a plane perpendicular to the longitudinal axis described above.

• Superficie frontal: Este término se utiliza de manera relativa para comparar la resistencia al desplazamiento de varias geometrías de émbolo, donde una superficie frontal mayor implica una mayor área de la planta del émbolo con relación a la dirección longitudinal y una superficie frontal menor implica una menor área de la planta del émbolo con relación a la dirección longitudinal. Naturalmente, cuanto mayor la superficie frontal, mayor es la resistencia al desplazamiento del émbolo. • Frontal Area: This term is used relatively to compare the resistance to displacement of various piston geometries, where a larger frontal area implies a larger area of the piston base relative to the longitudinal direction and a smaller frontal area implies a smaller area of the piston base relative to the longitudinal direction. Naturally, the larger the frontal area, the greater the resistance to piston displacement.

• Superficie lateral: Este término se utiliza también de manera relativa para comparar la resistencia al desplazamiento de varias geometrías de émbolo, donde una superficie lateral mayor implica una mayor área del émbolo orientada en dirección radial y una superficie lateral menor implica una menor área del émbolo orientada en dirección radial. Naturalmente, cuanto mayor la superficie lateral, mayor es la resistencia al desplazamiento del émbolo. • Side surface area: This term is also used in a relative way to compare the resistance to displacement of various piston geometries, where a larger side surface area implies a larger radially oriented piston area and a smaller side surface area implies a smaller radially oriented piston area. Naturally, the larger the side surface area, the greater the piston resistance to displacement.

La presente invención está dirigida a un dispositivo amortiguador para vehículos que comprende un cilindro con un eje longitudinal lleno de un STF a lo largo del cual se desplaza longitudinalmente un émbolo. Además, una sección transversal del émbolo es menor que una sección transversal interior del cilindro para permitir el paso del STF a través de un espacio entre dicho émbolo y una pared interior del cilindro. Naturalmente, el émbolo estará conectado a un vástago longitudinal que sobresale por uno o por ambos extremos del cilindro y que se conecta al componente sobre el que se aplica la amortiguación. El efecto de amortiguación se obtiene como consecuencia de la interacción entre el émbolo y el STF que tiene lugar a causa del movimiento del STF de un extremo a otro del cilindro en respuesta a los desplazamientos del émbolo en uno u otro sentido a lo largo del eje longitudinal. The present invention is directed to a shock-absorbing device for vehicles comprising a cylinder with a longitudinal axis filled with a STF along which a piston moves longitudinally. Furthermore, a cross section of the piston is smaller than an inner cross section of the cylinder to allow the passage of the STF through a space between said piston and an inner wall of the cylinder. Naturally, the piston will be connected to a longitudinal rod protruding from one or both ends of the cylinder and connected to the component on which the damping is applied. The damping effect is obtained as a consequence of the interaction between the piston and the STF which takes place due to the movement of the STF from one end of the cylinder to the other in response to the displacements of the piston in one or the other direction along the longitudinal axis.

La configuración descrita en el párrafo anterior responde esencialmente a las características de los dispositivos amortiguadores basados en fluidos STF conocidos de la técnica anterior. Sin embargo, a diferencia de los mismos, en el dispositivo amortiguador de la presente invención, el émbolo está configurado de tal manera que la fuerza que el STF opone al movimiento del émbolo en un primer sentido de desplazamiento es diferente de la fuerza que el STF opone al movimiento del émbolo en un segundo sentido de desplazamiento opuesto al primero. The configuration described in the previous paragraph essentially corresponds to the characteristics of the damping devices based on STF fluids known from the prior art. However, unlike them, in the damping device of the present invention, the piston is configured in such a way that the force that the STF opposes to the movement of the piston in a first displacement direction is different from the force that the STF opposes to the movement of the piston in a second displacement direction opposite to the first.

Existen diferentes posibilidades de configuración del émbolo que permiten conseguir las características mencionadas. Una opción es el uso de un émbolo que tiene una geometría no simétrica con relación a un plano transversal que pasa por su centro, por ejemplo un émbolo que tiene un extremo longitudinal con una primera forma y un extremo longitudinal opuesto con una segunda forma diferente de la primera. Un émbolo de este tipo podría tener, por ejemplo, el primer extremo con una forma plana perpendicular al eje longitudinal y el segundo extremo con una forma semiesférica. Otra posibilidad sería el empleo de un émbolo cuya forma general fuese esencialmente igual en ambos extremos pero donde uno de ellos estuviese dotado de características superficiales diferentes, como por ejemplo rugosidades, muescas, orificios, o similares. En cualquiera de estos casos, el efecto de la asimetría en cuanto a forma o características superficiales es que la amortiguación obtenida cuando el émbolo se desplaza en un sentido es diferente de la obtenida cuando el émbolo se desplaza en el sentido opuesto. There are different configuration possibilities for the plunger that allow the mentioned characteristics to be achieved. One option is the use of a plunger that has a non-symmetrical geometry with respect to a transverse plane that passes through its centre, for example a plunger that has a longitudinal end with a first shape and an opposite longitudinal end with a second shape different from the first. A plunger of this type could have, for example, the first end with a flat shape perpendicular to the longitudinal axis and the second end with a hemispherical shape. Another possibility would be the use of a plunger whose general shape is essentially the same at both ends but where one of them is provided with different surface characteristics, such as roughness, notches, holes, or the like. In any of these cases, the effect of the asymmetry in terms of shape or surface characteristics is that the damping obtained when the plunger moves in one direction is different from that obtained when the plunger moves in the opposite direction.

Esta configuración es ventajosa porque permite seleccionar de manera independiente las características de la amortiguación en uno u otro sentido de desplazamiento, dotando así de una mayor flexibilidad de funcionamiento al amortiguador de la invención. This configuration is advantageous because it allows the damping characteristics to be independently selected in one or the other direction of travel, thus providing greater operating flexibility to the shock absorber of the invention.

Como se ha mencionado más arriba, es posible conseguir una amortiguación de diferentes características en función del sentido de desplazamiento utilizando un émbolo con una geometría asimétrica estática, es decir, una geometría asimétrica (por ejemplo, en cuanto a forma o características superficiales) que permanece inalterable durante el uso del dispositivo. Sin embargo, de acuerdo con una realización particularmente preferida de la invención, el émbolo del dispositivo amortiguador tiene una geometría variable que alterna entre una primera geometría cuando el émbolo se desplaza en el primer sentido de desplazamiento y una segunda geometría cuando el émbolo se desplaza en el segundo sentido de desplazamiento. El cambio de geometría hace que la resistencia contra el desplazamiento del émbolo que provoca el STF sea diferente en función del sentido de desplazamiento. La resistencia puede variar como consecuencia de un cambio en la superficie frontal del émbolo, de un cambio en la superficie lateral del émbolo, o de una combinación de ambas. As mentioned above, it is possible to achieve damping with different characteristics depending on the direction of travel by using a plunger with a static asymmetric geometry, i.e. an asymmetric geometry (for example, in terms of shape or surface characteristics) that remains unchanged during use of the device. However, according to a particularly preferred embodiment of the invention, the plunger of the damping device has a variable geometry that alternates between a first geometry when the plunger moves in the first direction of travel and a second geometry when the plunger moves in the second direction of travel. The change in geometry causes the resistance against the displacement of the plunger caused by the STF to be different depending on the direction of travel. The resistance may vary as a result of a change in the front surface of the plunger, a change in the side surface of the plunger, or a combination of both.

En efecto, la referencia a una geometría variable implica que el émbolo dispone de uno o varios elementos cuya forma cambia en función de si se está desplazando en uno u otro sentido. Para provocar este cambio de forma, es posible utilizar medios activos, es decir, medios externos no directamente relacionados con el funcionamiento básico del amortiguador y adecuadamente sincronizados para provocar el cambio en la geometría del émbolo en función de su sentido de desplazamiento. Estos medios externos podrían comprender imanes permanentes, electroimanes, elementos eléctricos, neumáticos o hidráulicos o, en general, cualquier medio capaz de modificar la geometría del émbolo de manera sincronizada con los cambios en el sentido de su desplazamiento. También se incluyen aquí medios en combinación con materiales capaces de modificar las características superficiales del émbolo de una manera suficientemente rápida, ya que las características superficiales del émbolo también tienen un efecto en la amortiguación. In fact, the reference to a variable geometry implies that the piston has one or more elements whose shape changes depending on whether it is moving in one direction or another. To cause this change in shape, it is possible to use active means, i.e. external means not directly related to the basic operation of the shock absorber and suitably synchronised to cause the change in the geometry of the piston depending on its direction of movement. These external means could comprise permanent magnets, electromagnets, electrical, pneumatic or hydraulic elements or, in general, any means capable of modifying the geometry of the piston in a synchronised manner with changes in the direction of its movement. Also included here are means in combination with materials capable of modifying the surface characteristics of the piston in a sufficiently rapid manner, since the surface characteristics of the piston also have an effect on damping.

Esta configuración es ventajosa porque dota al dispositivo amortiguador de la invención de una flexibilidad aún mayor en cuanto a las características de la amortiguación en uno u otro sentido. This configuration is advantageous because it provides the damping device of the invention with even greater flexibility as regards the characteristics of the damping in one direction or another.

Como se ha mencionado, el cambio de geometría del émbolo puede conseguirse empleando medios activos. Sin embargo, de acuerdo con otra realización preferida de la invención, el émbolo del dispositivo amortiguador está configurado para alternar entre la primera geometría y la segunda geometría únicamente a causa de la fuerza ejercida por el STF sobre dicho émbolo cuando éste se desplaza longitudinalmente a lo largo del cilindro. As mentioned, the change of geometry of the piston can be achieved by using active means. However, according to another preferred embodiment of the invention, the piston of the damping device is configured to alternate between the first geometry and the second geometry solely due to the force exerted by the STF on said piston when it moves longitudinally along the cylinder.

Se utiliza en este documento el término“pasivo”para hacer referencia a la capacidad de modificar la geometría del émbolo únicamente en respuesta a las fuerzas ejercidas por el STF durante su desplazamiento, sin necesidad de medios externos del tipo descrito más arriba. Es decir, en este caso el émbolo está configurado de tal modo que el cambio de geometría se produce únicamente a causa de las fuerzas fluidodinámicas sobre el émbolo que aparecen cuando éste se desplaza en uno u otro sentido de desplazamiento, sin ayuda externa de ningún tipo. Cuando el STF que envuelve al émbolo se desplaza en un sentido con relación al propio émbolo, las fuerzas que aparecen como consecuencia la interacción entre el STF y el émbolo provocan que alguna parte o elemento del émbolo adopte una determinada forma. Por el contrario, cuando el STF que envuelve al émbolo se desplaza en el sentido opuesto al anterior con relación al émbolo (a causa del cambio de sentido de desplazamiento del émbolo), dichas fuerzas hacen que la mencionada parte o elemento del émbolo adopte una forma diferente a la anterior. El cambio de geometría se produce así de manera automática con el propio cambio de sentido de desplazamiento del émbolo, lo que asegura un correcto sincronismo. The term “passive” is used in this document to refer to the ability to modify the geometry of the piston solely in response to the forces exerted by the STF during its movement, without the need for external means of the type described above. That is, in this case the piston is configured in such a way that the change in geometry occurs solely due to the fluid dynamic forces on the piston that appear when it moves in one or another direction of movement, without external assistance of any kind. When the STF surrounding the piston moves in one direction relative to the piston itself, the forces that appear as a consequence of the interaction between the STF and the piston cause some part or element of the piston to adopt a certain shape. On the contrary, when the STF surrounding the piston moves in the opposite direction to the previous one relative to the piston (due to the change in direction of movement of the piston), said forces cause the aforementioned part or element of the piston to adopt a different shape than before. The change in geometry thus occurs automatically with the change in direction of movement of the piston, which ensures correct synchronization.

Esta configuración es particularmente ventajosa dada su mayor simplicidad con relación a otras opciones que requieren del empleo de medios activos externos al propio funcionamiento del amortiguador. This configuration is particularly advantageous given its greater simplicity in relation to other options that require the use of active means external to the operation of the shock absorber itself.

Existen varios modos de conseguir que el émbolo modifique su geometría cuando cambia su sentido de desplazamiento. Se mencionan aquí dos posibilidades principales: el émbolo tiene partes móviles, o el émbolo tiene partes deformables. En este contexto, se entiende que una parte móvil es un elemento rígido que está diseñado para alternar entre dos posiciones claramente diferenciadas por medio de rotaciones, traslaciones o una combinación de rotaciones y traslaciones. Por el contrario, una parte deformable es aquella que está diseñada para cambiar de forma, ya sea elástica o plásticamente. There are several ways to make the piston modify its geometry when its direction of movement changes. Two main possibilities are mentioned here: the piston has moving parts, or the piston has deformable parts. In this context, a moving part is understood to be a rigid element that is designed to alternate between two clearly differentiated positions by means of rotations, translations or a combination of rotations and translations. In contrast, a deformable part is one that is designed to change shape, either elastically or plastically.

A continuación, se describen con mayor detalle algunos ejemplos correspondientes a ambas configuraciones. Some examples for both configurations are described in more detail below.

1. Partes móviles1. Moving parts

De acuerdo con esta realización preferida de la invención, el émbolo comprende un cuerpo y al menos una parte móvil sustancialmente rígida unida al cuerpo. La parte móvil está configurada para adoptar una primera posición cuando el émbolo se desplaza en el primer sentido de desplazamiento y una segunda posición cuando el émbolo se desplaza en el segundo sentido de desplazamiento. According to this preferred embodiment of the invention, the plunger comprises a body and at least one substantially rigid movable part attached to the body. The movable part is configured to adopt a first position when the plunger moves in the first direction of movement and a second position when the plunger moves in the second direction of movement.

En efecto, en esta configuración el émbolo tiene partes móviles que se mueven de uno u otro modo a causa de la fuerza fluidodinámica que ejerce el STF cuando el émbolo se desplaza en uno u otro sentido. Cuando el émbolo se mueve en el primer sentido, las fuerzas fluidodinámicas causadas por la interacción con el STF provocan que la parte móvil adopte una posición tal que el émbolo en su conjunto tiene la primera geometría, mientras que cuando el émbolo se mueve en el segundo sentido, las fuerzas fluidodinámicas causadas por la interacción con el STF provocan que la parte móvil adopte una posición diferente de la anterior tal que el émbolo en su conjunto tiene la segunda geometría. In fact, in this configuration the piston has mobile parts that move in one way or another due to the fluid dynamic force exerted by the STF when the piston moves in one direction or another. When the piston moves in the first direction, the fluid dynamic forces caused by the interaction with the STF cause the mobile part to adopt a position such that the piston as a whole has the first geometry, while when the piston moves in the second direction, the fluid dynamic forces caused by the interaction with the STF cause the mobile part to adopt a position different from the previous one such that the piston as a whole has the second geometry.

El movimiento de las partes móviles podría potencialmente comprender cualquier combinación posible de traslación y rotación. Sin embargo, se describen a continuación dos realizaciones particularmente preferidas que corresponden a rotación pura y a traslación pura. The movement of the moving parts could potentially comprise any possible combination of translation and rotation. However, two particularly preferred embodiments corresponding to pure rotation and pure translation are described below.

1.a Partes móviles por rotación1.a Moving parts by rotation

De acuerdo con una realización particularmente preferida de la invención, la parte móvil está unida al cuerpo de manera rotativa. El cambio de geometría del émbolo se produce aquí a causa de una rotación pura de la parte móvil con relación al cuerpo. In a particularly preferred embodiment of the invention, the movable part is rotatably connected to the body. The change in geometry of the piston occurs here due to a pure rotation of the movable part relative to the body.

En principio, la parte móvil puede rotar con relación al cuerpo alrededor de un eje orientado en cualquier dirección posible, aunque se mencionan de manera específica en este documento dos posibilidades: rotación alrededor del eje transversal, y rotación alrededor del eje longitudinal. In principle, the moving part can rotate relative to the body around an axis oriented in any possible direction, although two possibilities are specifically mentioned in this document: rotation around the transverse axis, and rotation around the longitudinal axis.

I.a.i Rotación alrededor del eje transversalI.a.i Rotation around the transverse axis

De acuerdo con otra realización preferida de la invención, la parte móvil es rotativa con relación al cuerpo alrededor de un eje transversal. Como se ha mencionado con anterioridad, el eje transversal está contenido en un plano perpendicular al eje longitudinal a lo largo del cual se desplaza el émbolo. According to another preferred embodiment of the invention, the movable part is rotatable relative to the body around a transverse axis. As mentioned above, the transverse axis is contained in a plane perpendicular to the longitudinal axis along which the plunger moves.

Según una realización aún más preferida de la invención, la parte móvil comprende al menos una placa móvil, preferentemente plana, conectada al cuerpo a través de una articulación rotativa alrededor del eje transversal. Así, cuando el émbolo se desplaza en el primer sentido de desplazamiento, la fuerza ejercida por el STF provoca que la placa adopte la primera posición (posición en la que forma un primer ángulo con relación al eje longitudinal), mientras que cuando el émbolo se desplaza en el segundo sentido de desplazamiento, la fuerza ejercida por el STF provoca que la placa adopte la segunda posición (una posición en la que forma un segundo ángulo con relación al eje longitudinal). El diferente ángulo formado por la placa con relación a la dirección longitudinal según el sentido de desplazamiento hace que la resistencia ejercida por el STF en uno u otro sentido sea diferente. According to an even more preferred embodiment of the invention, the movable part comprises at least one movable plate, preferably flat, connected to the body through a rotating joint around the transverse axis. Thus, when the plunger moves in the first direction of movement, the force exerted by the STF causes the plate to adopt the first position (position in which it forms a first angle in relation to the longitudinal axis), while when the plunger moves in the second direction of movement, the force exerted by the STF causes the plate to adopt the second position (a position in which it forms a second angle in relation to the longitudinal axis). The different angle formed by the plate in relation to the longitudinal direction according to the direction of movement causes the resistance exerted by the STF in one or the other direction to be different.

Los ángulos que forma la placa con relación al eje longitudinal en la primera y la segunda geometría podrían ser cualesquiera siempre que fuesen diferentes y, de ese modo, la resistencia ofrecida por el STF al paso del émbolo fuera diferente en función de su sentido de desplazamiento. Sin embargo, de acuerdo con otra realización preferida más de la invención, la placa móvil es perpendicular al eje longitudinal cuando está en la primera posición y es paralela al eje longitudinal cuando está en la segunda posición. Se trata de dos posiciones angulares extremas que provocan la mayor diferencia posible entre la amortiguación obtenida en uno u otro sentido de desplazamiento del émbolo. The angles formed by the plate relative to the longitudinal axis in the first and second geometry could be any angles provided they were different and, in this way, the resistance offered by the STF to the passage of the piston would be different depending on its direction of movement. However, according to yet another preferred embodiment of the invention, the movable plate is perpendicular to the longitudinal axis when it is in the first position and is parallel to the longitudinal axis when it is in the second position. These are two extreme angular positions that cause the greatest possible difference between the damping obtained in one or the other direction of movement of the piston.

Cuando la placa es perpendicular al eje longitudinal, la resistencia fluidodinámica al movimiento es máxima, mientras que cuando la placa es paralela al eje longitudinal, la resistencia fluidodinámica al movimiento es mínima. When the plate is perpendicular to the longitudinal axis, the fluid dynamic resistance to movement is maximum, while when the plate is parallel to the longitudinal axis, the fluid dynamic resistance to movement is minimum.

Más adelante en este documento se describirá un ejemplo de émbolo dotado de partes móviles rotativas alrededor de un eje transversal. An example of a piston having rotating moving parts around a transverse axis will be described later in this document.

I.a.ii Rotación alrededor de un eje longitudinalI.a.ii Rotation around a longitudinal axis

Según otra realización preferida de la invención, la parte móvil del émbolo es giratoria con relación al cuerpo alrededor de un eje paralelo al eje longitudinal. According to another preferred embodiment of the invention, the movable part of the plunger is rotatable relative to the body around an axis parallel to the longitudinal axis.

Aún más preferentemente, la parte móvil comprende al menos una primera placa y una segunda placa, donde al menos una placa de entre la primera placa y la segunda placa está conectada al cuerpo a través de una articulación giratoria alrededor del eje paralelo al eje longitudinal. De ese modo, cuando el émbolo se desplaza en el primer sentido de desplazamiento, la fuerza ejercida por el STF provoca que dicha al menos una placa gire hasta una posición en la que las placas primera y segunda están separadas una de la otra, mientras que cuando el émbolo se desplaza en el segundo sentido de desplazamiento, la fuerza ejercida por el STF provoca que dicha al menos una placa gire hasta una posición en la que las placas primera y segunda están adosadas una a la otra. Para conseguir eso, al menos la placa giratoria puede tener una cierta inclinación con relación al eje longitudinal, adoptando así una forma similar a unas aspas o palas de una turbina que son forzadas a girar cuando un fluido (en este caso el STF) incide sobre ellas en dirección longitudinal. Even more preferably, the movable part comprises at least one first plate and a second plate, where at least one plate between the first plate and the second plate is connected to the body through a rotating joint around the axis parallel to the longitudinal axis. Thus, when the piston moves in the first direction of movement, the force exerted by the STF causes said at least one plate to rotate to a position in which the first and second plates are separated from each other, while when the piston moves in the second direction of movement, the force exerted by the STF causes said at least one plate to rotate to a position in which the first and second plates are attached to each other. To achieve this, at least the rotating plate can have a certain inclination in relation to the longitudinal axis, thus adopting a shape similar to the blades of a turbine that are forced to rotate when a fluid (in this case the STF) hits them in the longitudinal direction.

Más adelante en este documento se describirá un ejemplo de émbolo dotado de partes móviles rotativas alrededor de un eje longitudinal. An example of a piston having rotating moving parts about a longitudinal axis will be described later in this document.

1.b Partes móviles por deslizamiento1.b Moving parts by sliding

De acuerdo con otra realización preferida de la invención, la parte móvil del émbolo está unida al cuerpo de manera deslizante. El cambio de geometría del émbolo se produce en este caso a causa de una traslación pura de la parte móvil con relación al cuerpo. In another preferred embodiment of the invention, the movable part of the piston is connected to the body in a sliding manner. The change in geometry of the piston occurs in this case due to a pure translation of the movable part relative to the body.

El deslizamiento podría producirse en cualquier dirección posible, incluyendo la dirección longitudinal, dirección transversal, o cualquier otra dirección no paralela a ninguna de las anteriores. Sin embargo, de acuerdo con otra realización preferida de la invención, la parte móvil comprende un elemento deslizante a lo largo de una dirección paralela al eje longitudinal. The sliding may occur in any possible direction, including the longitudinal direction, transverse direction, or any other direction not parallel to any of the above. However, according to another preferred embodiment of the invention, the movable part comprises a sliding element along a direction parallel to the longitudinal axis.

Más preferentemente, el cuerpo del émbolo tiene forma cilíndrica y elemento deslizante es telescópico con relación a dicho cuerpo. Así, cuando el émbolo se desplaza en el primer sentido de desplazamiento, la fuerza ejercida por el STF provoca que el elemento deslizante salga del cuerpo mientras que, cuando el émbolo se desplaza en el segundo sentido de desplazamiento, la fuerza ejercida por el STF provoca que el elemento deslizante se aloje dentro del cuerpo. More preferably, the body of the plunger is cylindrical in shape and the sliding element is telescopic relative to said body. Thus, when the plunger moves in the first direction of movement, the force exerted by the STF causes the sliding element to exit the body, while when the plunger moves in the second direction of movement, the force exerted by the STF causes the sliding element to be housed within the body.

Más adelante en este documento se describirá un ejemplo de émbolo dotado de partes móviles deslizantes. An example of a plunger with sliding moving parts will be described later in this document.

2. Partes deformables2. Deformable parts

De acuerdo con una realización preferida de la invención alternativa a las anteriores, el émbolo del dispositivo amortiguador comprende el cuerpo y una parte deformable unida al cuerpo. La parte deformable está configurada para adoptar una primera forma cuando el émbolo se desplaza en el primer sentido de desplazamiento y una segunda forma cuando el émbolo se desplaza en el segundo sentido de desplazamiento. No es imprescindible que la parte deformable sea elástica. According to a preferred embodiment of the invention alternative to the previous ones, the plunger of the damping device comprises the body and a deformable part attached to the body. The deformable part is configured to adopt a first shape when the plunger moves in the first direction of movement and a second shape when the plunger moves in the second direction of movement. It is not essential for the deformable part to be elastic.

De acuerdo con una realización particularmente preferida de la invención, la parte deformable comprende al menos un brazo unido al cuerpo y con un extremo libre orientado esencialmente a lo largo del eje longitudinal. De ese modo, la fuerza ejercida por el STF cuando el émbolo se desplaza en el primer sentido de desplazamiento provoca que dicho brazo se abra de manera que el extremo libre se aleja del cuerpo, mientras que la fuerza ejercida por el STF cuando el émbolo se desplaza en el segundo sentido de desplazamiento provoca que dicho brazo se cierre de manera que el extremo libre se acerca al cuerpo. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the deformable part comprises at least one arm attached to the body and with a free end oriented essentially along the longitudinal axis. Thus, the force exerted by the STF when the plunger moves in the first direction of movement causes said arm to open so that the free end moves away from the body, while the force exerted by the STF when the plunger moves in the second direction of movement causes said arm to close so that the free end moves closer to the body.

Más adelante en este documento se describirá un ejemplo de émbolo dotado de partes deformables. An example of a plunger with deformable parts will be described later in this document.

De acuerdo con aún otra realización preferida, el émbolo comprende al menos un orificio a través del cual puede pasar el STF cuando dicho émbolo se desplaza en al menos uno de los dos sentidos de desplazamiento. El orificio puede estar ubicado en cualquier posición (por ejemplo, con bocas de salida situadas en los extremos del émbolo y/o en la superficie lateral del émbolo), puede tener cualquier forma no necesariamente longitudinal rectilínea de sección constante (por ejemplo, presentar curvas y/o cambios de sección transversal), y tener unas bocas de salida orientadas según cualquier orientación (por ejemplo, orientadas formando un ángulo con la dirección longitudinal), siempre que el STF pase a su través en al menos uno de los dos sentidos de desplazamiento. According to yet another preferred embodiment, the plunger comprises at least one orifice through which the STF can pass when said plunger moves in at least one of the two directions of movement. The orifice can be located in any position (for example, with outlets located at the ends of the plunger and/or on the lateral surface of the plunger), can have any shape not necessarily rectilinear longitudinally with a constant section (for example, present curves and/or changes in cross section), and have outlets oriented according to any orientation (for example, oriented at an angle to the longitudinal direction), provided that the STF passes through it in at least one of the two directions of movement.

En su versión más simple, el orificio puede ser un orificio longitudinal de sección transversal uniformemente circular que atraviesa el émbolo longitudinalmente de un extremo al otro. Sin embargo, son posibles opciones donde el orificio no tenga una dirección longitudinal rectilínea, sino que en su interior presente cambios de sección transversal. Por ejemplo, se podría diseñar un émbolo dotado de un orificio de eje longitudinal pero con forma cónica, de manera que la boca de salida en un extremo del émbolo tuviera una sección transversal mayor que la boca de salida en el extremo opuesto. De ese modo, la resistencia al desplazamiento ejercida por el orificio en uno y otro sentido de desplazamiento sería diferente. In its simplest form, the orifice may be a longitudinal hole of uniformly circular cross-section that runs longitudinally through the plunger from one end to the other. However, options are possible where the orifice does not have a rectilinear longitudinal direction, but instead has changes in cross-section inside. For example, a plunger could be designed with a hole with a longitudinal axis but with a conical shape, so that the outlet at one end of the plunger has a larger cross-section than the outlet at the opposite end. In this way, the resistance to displacement exerted by the orifice in each direction of displacement would be different.

También son posibles opciones donde el orificio no tenga una dirección longitudinal rectilínea, sino que tenga una dirección inclinada con relación a la dirección longitudinal, o bien que tenga una dirección no rectilínea que incluya uno o más cambios de dirección internos. Así, un adecuado diseño de estos cambios de dirección podría servir para ajustar la resistencia ofrecida por el STF en uno o ambos sentidos de desplazamiento. Options are also possible where the hole does not have a straight longitudinal direction, but rather has an inclined direction relative to the longitudinal direction, or has a non-straight direction that includes one or more internal changes of direction. Thus, an adequate design of these changes of direction could serve to adjust the resistance offered by the STF in one or both directions of movement.

Como también se ha comentado, no es necesario que el orificio tenga sus bocas de salida en los extremos del émbolo, sino que una o ambas podrían estar ubicadas en la superficie lateral del émbolo. Así, orientando adecuadamente la boca de salida ubicada en la superficie lateral, podría conseguirse que el fluido entrase en el orificio únicamente en uno de los dos sentidos de desplazamiento. Por ejemplo, podría idearse un émbolo con un orificio que tuviera una boca de salida ubicada en un extremo y la otra en la superficie lateral, y donde la boca de salida de la superficie lateral estuviese orientada en perpendicular a la dirección de desplazamiento del émbolo. Así, cuando este émbolo se desplazase en el sentido en que se encuentra la boca de salida del extremo, el STF entraría en el orificio, pero cuando se desplazase en el sentido opuesto, el STF no entraría en el orificio. As has also been mentioned, it is not necessary for the orifice to have its outlets at the ends of the piston, but one or both could be located on the lateral surface of the piston. Thus, by properly orienting the outlet located on the lateral surface, it could be achieved that the fluid enters the orifice only in one of the two directions of movement. For example, a piston could be designed with an orifice that had one outlet located at one end and the other on the lateral surface, and where the outlet on the lateral surface was oriented perpendicular to the direction of movement of the piston. Thus, when this piston moved in the direction in which the outlet at the end is located, the STF would enter the orifice, but when it moved in the opposite direction, the STF would not enter the orifice.

También sería posible dotar al orificio de una placa obturadora articulada a un borde o pared lateral del orificio de tal modo que la interacción con el STF provocase su cierre en uno de los dos sentidos de desplazamiento. De ese modo, cuando el émbolo se desplaza en un sentido de desplazamiento, el STF mantiene abierta la placa obturadora y el fluido entra en el orificio, mientras que cuando el émbolo se desplaza en el sentido de desplazamiento opuesto, el STF provoca el cierre de la placa obturadora y el fluido no entra en el orificio. It would also be possible to provide the orifice with a shutter plate hinged to an edge or side wall of the orifice such that interaction with the STF would cause it to close in one of the two directions of travel. Thus, when the plunger moves in one direction of travel, the STF keeps the shutter plate open and fluid enters the orifice, while when the plunger moves in the opposite direction of travel, the STF causes the shutter plate to close and fluid does not enter the orifice.

El número de opciones en cuanto al orificio interior del émbolo es ingente, proporcionando así un gran número de posibilidades en lo que respecta al ajuste de la resistencia ejercida por el STF en uno u otro sentido de desplazamiento del émbolo. The number of options for the inner bore of the plunger is enormous, thus providing a large number of possibilities with regard to adjusting the resistance exerted by the STF in one or another direction of movement of the plunger.

En definitiva, en la presente invención se han descrito dispositivos amortiguadores con diferentes configuraciones de émbolos. La particularidad que presentan los émbolos es que son asimétricos en función del sentido de desplazamiento, preferentemente gracias a una geometría variable, y más preferentemente donde el cambio de geometría se produce únicamente a causa de la interacción con el STF. Esto permite obtener amortiguadores muy flexibles en cuanto a las características de la amortiguación en uno u otro sentido de desplazamiento. In short, the present invention describes damping devices with different piston configurations. The particularity of the pistons is that they are asymmetrical depending on the direction of movement, preferably thanks to a variable geometry, and more preferably where the change in geometry occurs solely due to the interaction with the STF. This allows obtaining very flexible dampers in terms of the characteristics of the damping in one or another direction of movement.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Las Figs. 1a y 1b muestran respectivamente una vista exterior en perspectiva y una sección longitudinal de un ejemplo de dispositivo de acuerdo con la presente invención. Figs. 1a and 1b show respectively an external perspective view and a longitudinal section of an example of a device according to the present invention.

Las Figs. 2a y 2b muestran sendas vistas en perspectiva de un ejemplo de émbolo según la presente invención respectivamente en la primera y la segunda geometría. Figs. 2a and 2b show perspective views of an example of a piston according to the present invention respectively in the first and second geometry.

Las Figs. 3a y 3b muestran sendas vistas en perspectiva de otro ejemplo de émbolo según la presente invención respectivamente en la primera y la segunda geometría. Figs. 3a and 3b show perspective views of another example of a piston according to the present invention respectively in the first and second geometry.

Las Figs. 4a y 4b muestran sendas vistas en perspectiva de otro ejemplo más de émbolo según la presente invención respectivamente en la primera y la segunda geometría. Figs. 4a and 4b show perspective views of another example of a piston according to the present invention respectively in the first and second geometry.

Las Figs. 5a y 5b muestran sendas vistas en perspectiva de aún un ejemplo más de émbolo según la presente invención respectivamente en la primera y la segunda geometría. Figs. 5a and 5b show perspective views of yet another example of a piston according to the present invention respectively in the first and second geometry.

La Fig.6 muestra una gráfica de fuerza aplicada con relación a la velocidad de desplazamiento correspondiente a un ejemplo de dispositivo según la invención. Fig. 6 shows a graph of applied force versus travel speed corresponding to an example of a device according to the invention.

La Fig. 7 muestra una gráfica de fuerza aplicada con relación a la distancia de desplazamiento correspondiente a un ejemplo de dispositivo según la invención. Fig. 7 shows a graph of applied force versus displacement distance for an example of a device according to the invention.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Se describen a continuación algunos ejemplos de dispositivos (1) amortiguadores según la presente invención haciendo referencia a las figuras adjuntas. En estos ejemplos, el sentido ascendente o hacia arriba coincide con el denominado“primer sentido de desplazamiento”,mientras que el sentido descendente o hacia abajo coincide con el denominado“segundo sentido de desplazamiento”.Some examples of shock-absorbing devices (1) according to the present invention are described below with reference to the attached figures. In these examples, the ascending or upward direction coincides with the so-called “first direction of movement”, while the descending or downward direction coincides with the so-called “second direction of movement”.

Las Figs. 1a y 1b muestran un ejemplo de dispositivo (1) amortiguador según la presente invención. El dispositivo (1), cuyo aspecto exterior es similar al que presentan dispositivos amortiguadores de la técnica anterior, comprende un cilindro (2) por cuyo interior discurre un émbolo. El émbolo (3) está unido a un vástago (4) cuyos extremos sobresalen por ambos lados del cilindro (2). El cilindro (2) está además lleno de un STF en el cual se encuentra inmerso el émbolo (3). Además, a diferencia de lo que ocurre en otros dispositivos formados por el conjunto cilindro-émbolo/pistón, en este caso el émbolo (3) no toca las paredes interiores del cilindro (2). Por tanto, como se aprecia en la Fig. 1b, el émbolo (3) no separa el cilindro (2) en dos cavidades herméticas separadas entre sí. Por el contrario, existe un espacio entre los bordes radialmente exteriores del émbolo (3) y las paredes interiores del cilindro (2), de tal modo que cuando el émbolo (3) se desplaza a lo largo del cilindro (2), el STF que rellena el cilindro (2) es obligado a pasar a través de dicho espacio de una cavidad a otra. La interacción entre el STF y el émbolo (3) durante este proceso es responsable del efecto de amortiguación proporcionado por el dispositivo (1). Figs. 1a and 1b show an example of a damping device (1) according to the present invention. The device (1), whose external appearance is similar to that of damping devices of the prior art, comprises a cylinder (2) through which a piston runs. The piston (3) is connected to a rod (4) whose ends protrude on both sides of the cylinder (2). The cylinder (2) is also filled with a STF in which the piston (3) is immersed. Furthermore, unlike what occurs in other devices formed by the cylinder-piston/piston assembly, in this case the piston (3) does not touch the inner walls of the cylinder (2). Therefore, as can be seen in Fig. 1b, the piston (3) does not separate the cylinder (2) into two hermetically sealed cavities separated from each other. On the contrary, there is a space between the radially outer edges of the plunger (3) and the inner walls of the cylinder (2), such that when the plunger (3) moves along the cylinder (2), the STF filling the cylinder (2) is forced to pass through said space from one cavity to another. The interaction between the STF and the plunger (3) during this process is responsible for the damping effect provided by the device (1).

Para utilizar este dispositivo (1), normalmente el cilindro (2) está fijado de manera rígida al cuerpo del vehículo en cuestión, por ejemplo una motocicleta, mientras que el vástago (4) se fija al componente a amortiguar. Las vibraciones que se producen en dirección longitudinal se transmiten a través del vástago (4) hasta el émbolo (3) que, como consecuencia, tiende a desplazarse longitudinalmente a lo largo del cilindro (2). La Fig. 1a muestra de manera explícita el eje longitudinal (EL). Estas vibraciones son amortiguadas gracias al efecto del STF sobre el émbolo (3) que se ha descrito en el párrafo anterior. In order to use this device (1), the cylinder (2) is usually rigidly fixed to the body of the vehicle in question, for example a motorcycle, while the rod (4) is fixed to the component to be damped. The vibrations occurring in the longitudinal direction are transmitted via the rod (4) to the piston (3) which, as a consequence, tends to move longitudinally along the cylinder (2). Fig. 1a explicitly shows the longitudinal axis (EL). These vibrations are damped thanks to the effect of the STF on the piston (3) described in the previous paragraph.

La Fig.2 muestra un ejemplo de émbolo (3) dotado de partes móviles por rotación con relación a un eje transversal (ET). En particular, el émbolo (3) tiene aquí un cuerpo (31) esencialmente cilíndrico hueco, es decir, el émbolo (3) está dotado de un orificio interior cilíndrico de eje longitudinal. En un extremo superior del émbolo hay una parte móvil (32) formada por dos placas esencialmente semicirculares. Cada una de estas placas (32) es rotativa alrededor de un respectivo eje transversal (ET) y disponen de un tope posicionado adecuadamente para limitar la rotación en uno de los dos sentidos de giro. Así, cuando el émbolo (3) se desplaza hacia arriba, como se aprecia en la Fig. 2a, las fuerzas fluidodinámicas provocadas por el desplazamiento hacia abajo del STF con relación al émbolo (3) hacen que las dos placas (32) roten hasta llegar a su tope en que se encuentran contenidas en un plano horizontal, es decir, perpendicular al eje longitudinal (EL). Además, las placas (32) están dimensionadas y posicionadas de tal modo que, cuando están en esta posición, cierran completamente la cavidad interior del cuerpo cilíndrico (31). Por tanto, cuando el émbolo (3) se desplaza en el primer sentido (hacia arriba), la superficie frontal es máxima, y en consecuencia la resistencia al desplazamiento ofrecida por el STF es máxima. Por el contrario, cuando el émbolo se desplaza hacia abajo, como se aprecia en la Fig. 2b, las fuerzas fluidodinámicas provocadas por el desplazamiento hacia arriba del STF con relación al émbolo (3) hacen que las dos placas roten de nuevo hasta situarse de manera natural en un plano paralelo al eje longitudinal (EL). En esta posición, el STF puede pasar a través de la cavidad interior del cuerpo cilíndrico (31) sin que las placas (32) ofrezcan una resistencia sustancial. Por tanto, cuando el émbolo se desplaza en el segundo sentido (hacia abajo), la superficie frontal es mínima, y en consecuencia la resistencia al desplazamiento ofrecida por el STF es mínima. Fig. 2 shows an example of a piston (3) provided with parts that move by rotation relative to a transverse axis (ET). In particular, the piston (3) here has an essentially hollow cylindrical body (31), i.e. the piston (3) is provided with a cylindrical inner hole with a longitudinal axis. At an upper end of the piston there is a movable part (32) formed by two essentially semicircular plates. Each of these plates (32) is rotatable around a respective transverse axis (ET) and has a stop appropriately positioned to limit rotation in one of the two directions of rotation. Thus, when the piston (3) moves upwards, as shown in Fig. 2a, the fluid dynamic forces caused by the downward movement of the STF relative to the piston (3) cause the two plates (32) to rotate until they reach their stop where they are contained in a horizontal plane, i.e. perpendicular to the longitudinal axis (EL). Furthermore, the plates (32) are sized and positioned such that, when in this position, they completely close the inner cavity of the cylindrical body (31). Therefore, when the piston (3) moves in the first direction (upwards), the front surface is maximum, and consequently the resistance to displacement offered by the STF is maximum. On the contrary, when the piston moves downwards, as shown in Fig. 2b, the fluid dynamic forces caused by the upward displacement of the STF relative to the piston (3) cause the two plates to rotate again until they are naturally located in a plane parallel to the longitudinal axis (EL). In this position, the STF can pass through the inner cavity of the cylindrical body (31) without the plates (32) offering substantial resistance. Therefore, when the piston moves in the second direction (downwards), the front surface is minimum, and consequently the resistance to displacement offered by the STF is minimum.

La Fig. 3 muestra un ejemplo de émbolo (3) dotado de partes móviles por rotación alrededor de un eje paralelo al eje longitudinal (EL). En este caso, el émbolo (3) está formado por un cuerpo (31) esencialmente cilíndrico orientado en dirección longitudinal del cual emergen radialmente cuatro placas (32a, 32b). Cada una de estas placas (32a, 32b) tiene una forma esencialmente rectangular y están dispuestas esencialmente en paralelo al eje longitudinal (EL) aunque con una cierta inclinación en dirección tangencial. Esta inclinación provoca que, cuando el émbolo (3) se desplaza en dirección longitudinal, el STF ejerza sobre las mismas una fuerza que tiende a hacerlas rotar alrededor del eje longitudinal (EL). Dos de las placas, en este ejemplo las placas (32b), están rígidamente fijadas al cuerpo (31), mientras que las otras dos placas, en este caso las placas (32a) están fijadas al cuerpo (31) de manera rotativa alrededor del eje longitudinal (EL). Gracias a esta configuración, cuando el émbolo (3) se desplaza hacia arriba tal como se muestra en la Fig. 3a, las fuerzas fluidodinámicas provocadas por el desplazamiento hacia abajo del STF con relación al émbolo (3) tienden a hacer que las placas (32a) roten en el sentido opuesto a las agujas del reloj, de manera que rotan hasta la posición mostrada en la figura. Las placas (32b), al ser fijas, se mantienen en la posición mostrada. Por tanto, la resistencia ofrecida por el STF en el primer sentido (hacia arriba) viene dada por la geometría del émbolo (3) mostrada en la Fig. 3a. Por el contrario, cuando el émbolo (3) se desplaza hacia abajo, las fuerzas fluidodinámicas provocadas por el desplazamiento hacia arriba del STF con relación al émbolo (3) tienden a hacer que las placas (32a) roten en el sentido de las agujas del reloj, llegando hasta la posición mostrada en la Fig. 3b. Como se puede apreciar, en la Fig. 3b ambas placas (32a) han rotado 90° con relación a la posición que se muestra en la Fig. 3a. Puesto que las placas (32b) no se desplazan por estar fijadas de manera fija, el resultado es que cada placa (32a) queda adosada a una correspondiente placa (32b). Con esta segunda geometría, se aprecia claramente que hay una reducción tanto en la superficie frontal como en la superficie lateral del émbolo (3). En consecuencia, la resistencia ofrecida por el STF en el segundo sentido (hacia abajo) dada por la geometría del émbolo (3) mostrada en la Fig. 3b es, por tanto, sensiblemente inferior a la ofrecida por el émbolo (3) con la geometría mostrada en la Fig. 3a. Fig. 3 shows an example of a piston (3) provided with parts that move by rotation around an axis parallel to the longitudinal axis (EL). In this case, the piston (3) is formed by an essentially cylindrical body (31) oriented in a longitudinal direction from which four plates (32a, 32b) emerge radially. Each of these plates (32a, 32b) has an essentially rectangular shape and are arranged essentially parallel to the longitudinal axis (EL) although with a certain inclination in a tangential direction. This inclination causes that, when the piston (3) moves in a longitudinal direction, the STF exerts on them a force that tends to make them rotate around the longitudinal axis (EL). Two of the plates, in this example the plates (32b), are rigidly fixed to the body (31), while the other two plates, in this case the plates (32a) are fixed to the body (31) in a rotatable manner around the longitudinal axis (EL). Thanks to this configuration, when the plunger (3) moves upwards as shown in Fig. 3a, the fluid dynamic forces caused by the downward displacement of the STF relative to the plunger (3) tend to make the plates (32a) rotate counterclockwise, so that they rotate to the position shown in the figure. The plates (32b), being fixed, remain in the position shown. Therefore, the resistance offered by the STF in the first direction (upwards) is given by the geometry of the plunger (3) shown in Fig. 3a. On the contrary, when the plunger (3) moves downwards, the fluid dynamic forces caused by the upward displacement of the STF relative to the plunger (3) tend to make the plates (32a) rotate clockwise, reaching the position shown in Fig. 3b. As can be seen in Fig. 3b both plates (32a) have rotated 90° relative to the position shown in Fig. 3a. Since the plates (32b) do not move because they are fixedly attached, the result is that each plate (32a) is attached to a corresponding plate (32b). With this second geometry, it is clearly seen that there is a reduction in both the front surface and the side surface of the plunger (3). Consequently, the resistance offered by the STF in the second direction (downwards) given by the geometry of the plunger (3) shown in Fig. 3b is therefore substantially lower than that offered by the plunger (3) with the geometry shown in Fig. 3a.

La Fig. 4 muestra un ejemplo de émbolo (3) dotado de partes móviles por deslizamiento a lo largo de una dirección paralela al eje longitudinal (EL). El émbolo (3) comprende aquí un cuerpo (31) cilindrico hueco, es decir, el émbolo (3) está dotado de un orificio interior cilindrico de eje longitudinal. El émbolo (3) comprende también un conjunto de partes móviles (32) deslizantes que tienen también forma cilindrica hueca y que están dispuestas de manera telescópica con relación al cuerpo (31) y unas con relación a otras. En particular, hay tres elementos deslizantes de forma cilindrica configurados para alternar entre dos posiciones: una posición abierta en la que cada uno de los elementos cilíndricos está alojado en el elemento cilíndrico inmediatamente adyacente y donde todos ellos están, a su vez, alojados dentro del cuerpo (31) cilindrico; y una posición cerrada en la que cada elemento cilindrico sobresale ligeramente del elemento cilindrico inmediatamente adyacente y donde todos ellos sobresalen del cuerpo (31) cilindrico. Se trata esencialmente de una configuración telescópica convencional. Cuando el émbolo (3) se desplaza hacia arriba, las fuerzas fluidodinámicas provocadas por el desplazamiento hacia abajo del STF con relación al émbolo (3) impulsan los elementos deslizantes hacia abajo hasta hacer que adopten la posición abierta mostrada en la Fig. 4a. Por el contrario, cuando el émbolo se desplaza hacia abajo, las fuerzas fluidodinámicas provocadas por el desplazamiento hacia arriba del STF con relación al émbolo (3) impulsan los elementos deslizantes hacia arriba hasta hacer que adopten la posición cerrada que se muestra en la Fig. 4b. El cambio de la geometría no provoca esencialmente ningún cambio en cuanto a la superficie frontal del émbolo (3), pero sí en la superficie lateral del mismo: la superficie lateral es sensiblemente mayor en la primera geometría que en la segunda. Como consecuencia, la resistencia ofrecida por el STF en el segundo sentido (hacia abajo) dada por la geometría del émbolo (3) mostrada en la Fig. 3b es, por tanto, sensiblemente inferior a la ofrecida por el émbolo (3) con la geometría mostrada en la Fig. 3a. Fig. 4 shows an example of a plunger (3) provided with sliding movable parts along a direction parallel to the longitudinal axis (EL). The plunger (3) here comprises a hollow cylindrical body (31), i.e. the plunger (3) is provided with a cylindrical inner bore with a longitudinal axis. The plunger (3) also comprises a set of sliding movable parts (32) which are also hollow cylindrical in shape and which are arranged in a telescopic manner relative to the body (31) and relative to each other. In particular, there are three cylindrical-shaped sliding elements configured to alternate between two positions: an open position in which each of the cylindrical elements is housed in the immediately adjacent cylindrical element and where all of them are, in turn, housed within the cylindrical body (31); and a closed position in which each cylindrical element protrudes slightly from the immediately adjacent cylindrical element and where all of them protrude from the cylindrical body (31). This is essentially a conventional telescopic configuration. When the plunger (3) moves upwards, the fluid dynamic forces caused by the downward displacement of the STF relative to the plunger (3) drive the sliding elements downwards until they assume the open position shown in Fig. 4a. On the contrary, when the plunger moves downwards, the fluid dynamic forces caused by the upward displacement of the STF relative to the plunger (3) drive the sliding elements upwards until they assume the closed position shown in Fig. 4b. The change in geometry does not essentially cause any change as regards the front surface of the plunger (3), but it does cause a change in its lateral surface: the lateral surface is considerably larger in the first geometry than in the second. As a consequence, the resistance offered by the STF in the second direction (downwards) given by the geometry of the plunger (3) shown in Fig. 3b is therefore significantly lower than that offered by the plunger (3) with the geometry shown in Fig. 3a.

La Fig. 5 muestra un ejemplo de émbolo (3) dotado de partes deformables. El émbolo (3) comprende aquí un cuerpo (31) y un conjunto de al menos dos elementos deformables (33). Los elementos deformables (33) tienen en este ejemplo forma de brazos que están rígidamente unidos al cuerpo (31) y que, tras emerger del mismo en dirección esencialmente radial, se curvan hacia arriba hasta adoptar en sus extremos una dirección esencialmente longitudinal. Cuando el émbolo (3) se desplaza hacia arriba, el desplazamiento relativo hacia abajo del STF fuerza que los brazos (33) se “abran” de tal modo que sus extremos se alejan del cuerpo (31) tal como se muestra en la Fig. 5a. Por el contrario, cuando el émbolo (3) se desplaza hacia abajo, el desplazamiento hacia arriba del STF hace que los brazos (33) se “cierren” hasta la geometría mostrada en la Fig. 5b. Los brazos (33) pueden opcionalmente ser elásticos, de manera que la geometría del émbolo (3) mostrada en la Fig. 5b sea la geometría en reposo y solo adopte la geometría mostrada en la Fig. 5a cuando el STF empuja los brazos hacia fuera durante el desplazamiento ascendente. En cualquiera de los casos, se aprecia que la superficie frontal del émbolo (3) cuando se desplaza hacia arriba (primer sentido) es mayor que cuando se desplaza hacia abajo (segundo sentido). En este caso, además de la variación en la superficie frontal, también hay un cambio evidente en las características fluidodinámicas del émbolo (3) en función del sentido de desplazamiento. Como consecuencia, la resistencia ofrecida por el STF en el segundo sentido (hacia abajo) dada por la geometría del émbolo (3) mostrada en la Fig. 3b es, por tanto, sensiblemente inferior a la ofrecida por el émbolo (3) con la geometría mostrada en la Fig. 3a. Fig. 5 shows an example of a plunger (3) provided with deformable parts. The plunger (3) here comprises a body (31) and a set of at least two deformable elements (33). The deformable elements (33) in this example have the form of arms which are rigidly connected to the body (31) and which, after emerging from it in an essentially radial direction, bend upwards until they adopt an essentially longitudinal direction at their ends. When the plunger (3) moves upwards, the relative downward displacement of the STF forces the arms (33) to “open” such that their ends move away from the body (31) as shown in Fig. 5a. On the contrary, when the plunger (3) moves downwards, the upward displacement of the STF causes the arms (33) to “close” to the geometry shown in Fig. 5b. The arms (33) may optionally be elastic, so that the geometry of the piston (3) shown in Fig. 5b is the geometry at rest and only adopts the geometry shown in Fig. 5a when the STF pushes the arms outwards during the upward displacement. In any case, it can be seen that the front surface of the piston (3) when it moves upwards (first direction) is greater than when it moves downwards (second direction). In this case, in addition to the variation in the front surface, there is also an evident change in the fluid dynamic characteristics of the piston (3) depending on the direction of displacement. As a consequence, the resistance offered by the STF in the second direction (downwards) given by the geometry of the piston (3) shown in Fig. 3b is, therefore, substantially lower than that offered by the piston (3) with the geometry shown in Fig. 3a.

Por último, se muestran en las Figs. 6 y 7 sendas gráficas que muestran la fuerza de amortiguación ejercida por el STF con relación respectivamente a la velocidad y al desplazamiento del émbolo (3). En la Fig. 6 se aprecia cómo la fuerza en el émbolo (3) no es simétrica en el recorrido en compresión o en tracción (es decir, en el primer o en el segundo sentido de desplazamiento), a diferencia de lo que ocurre en un dispositivo de amortiguación fijo simétrico del tipo convencional. Finally, Figs. 6 and 7 show the following graphs showing the damping force exerted by the STF in relation to the speed and displacement of the piston (3) respectively. Fig. 6 shows how the force on the piston (3) is not symmetrical in the compression or traction travel (i.e., in the first or second direction of travel), unlike what occurs in a conventional fixed symmetrical damping device.

Claims

1. Shock-absorbing device (1) for vehicles comprising a cylinder (2) with a longitudinal axis (EL) filled with a non-Newtonian shear-thickening fluid (STF) along which a piston (3) moves longitudinally, where a cross section of the piston (3) is smaller than an inner cross section of the cylinder (2) to allow the passage of the STF through a space between said piston (3) and an inner wall of the cylinder (2), characterized in that the piston (3)

(i) is configured such that the force that the STF opposes to the movement of the piston (3) in a first direction of displacement is different from the force that the STF opposes to the movement of the piston (3) in a second direction of displacement opposite to the first;

(ii) has a variable geometry that alternates between a first geometry when the plunger (3) moves in the first direction of travel and a second geometry when the plunger (3) moves in the second direction of travel; and

(iii) is configured to alternate between the first geometry and the second geometry solely due to the force exerted by the STF on said piston (3) when it moves longitudinally along the cylinder (2).

2. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 1, wherein the plunger (3) comprises a body (31) and at least one substantially rigid moving part (32) attached to the body (31) and configured to adopt a first position when the plunger (3) moves in the first direction of movement and a second position when the plunger (3) moves in the second direction of movement.

3. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 2, wherein the movable part (32) is rotatably attached to the body (31).

4. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 3, wherein the movable part (32) is rotatable relative to the body (31) around a transverse axis (ET), the transverse axis (ET) being contained in a plane perpendicular to the longitudinal axis (EL) along which the piston (3) moves.

5. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 4, wherein the movable part (32) comprises at least one movable plate connected to the body (31) through a rotary joint around the transverse axis (ET), such that when the plunger (3) moves in the first direction of movement, the force exerted by the STF causes the movable plate to adopt the first position, while when the plunger (3) moves in the second direction of movement, the force exerted by the STF causes the movable plate to adopt the second position.

6. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 5, where, in the first position, the mobile plate is perpendicular to the longitudinal axis (EL) while, in the second position, the mobile plate is parallel to the longitudinal axis (EL).

7. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 3, wherein the movable part (32) is rotatable relative to the body (31) around an axis parallel to the longitudinal axis (EL).

8. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 7, wherein the movable part (32) comprises at least a first plate (32a) and a second plate (32b), where at least one plate between the first plate (32a) and the second plate (32b) is connected to the body (31) through a rotating joint about the axis parallel to the longitudinal axis (EL) such that, when the piston (3) moves in the first direction of movement, the force exerted by the STF causes said at least one plate to rotate to a position in which the first (32a) and second (32b) plates are separated from each other, while when the piston (3) moves in the second direction of movement, the force exerted by the STF causes said at least one plate to rotate to a position in which the first (32a) and second (32b) plates are attached to each other.

9. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 2, wherein the movable part (32) is attached to the body (31) in a sliding manner.

10. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 9, wherein the mobile part (32) comprises an element sliding along a direction parallel to the longitudinal axis (EL).

11. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 10, wherein the body (31) of the piston (3) has a cylindrical shape and the sliding element (32) is telescopic in relation to said body (31), such that when the piston (3) moves in the first direction of movement, the force exerted by the STF causes the sliding element (32) to come out of the body (31) while, when the piston (3) moves in the second direction of movement, the force exerted by the STF causes the sliding element (32) to be housed within the body (31).

12. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 1, wherein the piston (3) comprises the body (31) and a deformable part (33) attached to the body (3), wherein the deformable part (33) is configured to adopt a first shape when the piston (3) moves in the first direction of movement and a second shape when the piston (3) moves in the second direction of movement.

13. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to claim 12, wherein the deformable part (33) comprises at least one arm attached to the body (31) and with a free end oriented essentially along the longitudinal axis (EL), such that the force exerted by the STF when the piston (3) moves in the first direction of movement causes said arm to open so that the free end moves away from the body (31), while the force exerted by the STF when the piston (3) moves in the second direction of movement causes said arm to close so that the free end approaches the body (31).

14. Shock-absorbing device (1) for vehicles according to any of the preceding claims, wherein the piston (3) comprises at least one hole through which the STF can pass when said piston (3) moves in at least one of the two directions of movement.