ES2960084A1 - Dispositivo de suspensión anti-vibraciones - Google Patents

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Abstract

Dispositivo de suspensión anti-vibraciones. Dispositivo cuya respuesta amortiguadora resulta óptima indistintamente de la dirección de la fuerza aplicada al elemento suspendido. Para ello, está constituido a partir de un elemento central esférico (1), a base de espuma viscoelástica, en funciones de nexo de unión amortiguada entre un primer soporte (2) rematado en medios de suspensión a una estructura soporte y un segundo soporte (3) rematado en medios de fijación a un equipo a soportar, en donde ambos soportes (2), (3) presentan una configuración de tipo góndola en "U" , que define una superficie interna curvada la cual presenta un radio de curvatura interno idéntico al radio de curvatura externo de la esfera, donde ambos soportes (2), (3) se fijan mediante adhesivo a la superficie del elemento central esférico (1) dispuestos en posición diametralmente opuesta y rotados 90º uno respecto del otro. Para unos óptimos resultados la espuma viscoelástica debe presentar una densidad entre 80 y 130 kg/m3.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de suspensión anti-vibraciones
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere a un dispositivo de suspensión anti-vibraciones, especialmente concebido para la suspensión de equipamiento eléctrico, electrónico, mecánico u óptico, a fin de protegerlo de las vibraciones e impactos, en vehículos y equipamiento industrial.
El objeto de la invención es proporcionar un dispositivo cuya respuesta amortiguadora sea óptima indistintamente de la dirección de la fuerza aplicada al elemento suspendido.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el ámbito de aplicación práctica de la invención son conocidas distintas soluciones de suspensión para cajas de equipamiento electrónico, empleadas en vehículos, que utilizan combinaciones de materiales metálicos y elastoméricos.
Los diseños de estos elementos estándar tienen algunas características comunes:
- Están pensados para su empleo en vehículos que se mueven sobre una superficie, en dos dimensiones.
- Están diseñados para operar en una sola posición espacial. Los esfuerzos combinados reducen sus capacidades.
- Su forma y construcción implican una amortiguación que varía su respuesta, en función de la dirección de la fuerza aplicada al elemento suspendido.
Estas características suponen una pérdida de efectividad en la suspensión, más evidente cuando el equipo se instala en vehículos -aeronaves- que se mueven en las tres dimensiones.
En los últimos años, los avances en la química y procesado de plásticos han permitido la fabricación en masa de espumas de material viscoelástico (desarrolladas por la NASA para los asientos de astronautas), con variada densidad y construcción interna.
Estas espumas representan una capacidad mejorada -en cuanto a absorber vibraciones e impactos se refiere- respecto de los materiales empleados con anterioridad en este tipo de aplicaciones.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El dispositivo de suspensión anti-vibraciones que la invención propone resuelve de forma satisfactoria las problemáticas anteriormente expuestas, en base a una solución sencilla pero sumamente eficaz.
Para ello, el dispositivo de la invención se constituye a partir de un núcleo central esférico, a base de espuma viscoelástica, que sirve como nexo de unión amortiguada entre dos soportes rematados en elementos de fijación/suspensión con ejes que forman diferente angulación.
De forma más concreta los soportes presentarán una configuración en forma de “U”, es decir con una superficie interna cóncava y una superficie externa convexa, la cual evoca a la forma definida por una góndola, con un radio de curvatura interno idéntico al radio de curvatura externo del elemento central esférico, sobre el que se fijan mediante adhesivo, estando dispuestos en posición diametralmente opuesta y rotados 90° uno respecto del otro.
Los soportes mantienen su posición relativa mediante la unión con adhesivo a la esfera. Esta configuración se mantendrá estable a menos que exista una deformación elástica de la espuma.
Los soportes se rematarán en sendos apéndices o brazos con medios de fijación y suspensión al equipo a soportar y al elemento o estructura de soporte sobre el que se quiere instalar dicho equipo de forma amortiguada.
Estos medios de fijación/apéndices podrán ser solidarios a los respectivos soportes de los que emergen, presentar algún grado de libertad con respecto a los mismos, permitiéndolos girar, o bien incluir medios de regulación de su longitud, en orden a incrementar las posibilidades y modos de adaptabilidad a las diferentes aplicaciones en las que puede ser utilizado el dispositivo.
En cuanto a la espuma viscoelástica, esta presentará una densidad comprendida entre los 80 y los 130 kg/m3.
Finalmente decir que, la superficie del elemento central esférico cubierto por los dos soportes será de, al menos el 20%, de la superficie de dicho elemento esférico, preferentemente del orden del 50%, de forma que se deje un espacio suficiente para permitir deformaciones importantes de dicha esfera y cambios en la posición relativa de los soportes, de forma que se maximice la capacidad de absorción de esfuerzos.
El formato empleado en el diseño del dispositivo amortiguador de la invención permite que los desplazamientos o las vibraciones a las que se someta un equipo suspendido, queden amortiguados en similar forma en las tres direcciones del espacio, evitando así que la mayoría de los modos de vibración presentes pasen por el conjunto amortiguador hacia el equipo sin filtrar.
Emplear en el amortiguador una esfera de espuma viscoelástica, permite una mayor absorción de la energía, dificulta la aparición de resonancia, y consigue un buen comportamiento de la suspensión independientemente de la posición del amortiguador o el equipo.
Se obtiene así una gran mejora en la suspensión de equipos mecánicos y/o electrónicos sometidos a una combinación de esfuerzos, derivados del movimiento y la vibración presentes en un vehículo o en una equipación industrial.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con sendos ejemplos preferentes de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva y en explosión de un dispositivo de suspensión anti-vibraciones realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención.
La figura 2.- Muestra una vista en perspectiva del dispositivo de la figura 1 debidamente montado.
La figura 3.- Muestra una vista en perspectiva y en explosión de un dispositivo de suspensión anti-vibraciones similar a la de la figura 1, pero correspondiente a una variante de realización para los medios de suspensión del dispositivo, en el que se ha previsto que los mismos puedan bascular con respecto a un eje perpendicular al soporte asociado a tales medios de suspensión.
La figura 4.- Muestra una vista del ensamblaje de los componentes señalados en la figura 3.
La figura 5.- Muestra, finalmente una vista en perspectiva de un ejemplo de aplicación del dispositivo de la invención a un equipo.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las figuras reseñadas, puede observarse cómo el dispositivo de la invención se constituye a partir de un elemento central esférico (1), a base de espuma viscoelástica, destinada a recibir y absorber por deformación elástica un esfuerzo puntual que pueda transmitirse a un primer soporte (2), rematado en medios de suspensión a una estructura o chasis de soporte sobre la que portar el elemento a amortiguar, estando éste vinculado a través de respectivos medios de fijación a un segundo soporte (3) que se vincula igualmente al elemento central esférico (1).
De forma más concreta los soportes (2), (3) presentan una configuración de tipo góndola en "U", con una superficie interna cóncava y una superficie externa convexa, que define una superficie interna curvada la cual presenta un radio de curvatura interno idéntico al radio de curvatura externo del elemento central esférico (1), donde el primer soporte (2) y el segundo soporte (3) se fijan mediante adhesivo a la superficie del elemento central esférico (1), y están dispuestos en posición diametralmente opuesta y rotados 90° uno respecto del otro
En los ejemplos de realización elegidos, ambos soportes (2), (3) se disponen de forma ortogonal entre sí, si bien la propia superficie interna de los mismos deja libre al menos, el 50% de la superficie del elemento central esférico (1).
En la realización ilustrada en la figura 1, los medios de fijación del segundo soporte (3) se rematan por uno de sus extremos en un apéndice (4), dotado de un orificio (5) para el paso de un eje (6), lo que posibilita la fijación de dicho eje (6) al equipo (9) de que se trate de forma articulada por medio de un herraje (10), pudiendo girar el eje (6) con respecto al orificio (5) del soporte, viéndose su desplazamiento axial limitado por una valona perimetral (8). De esta forma, tal como queda representado en la figura 5, el eje (6) va montado a presión en el segundo soporte (3), fijándose a un herraje (10) para soportar a un equipo (9). En otra opción de realización, se puede emplear un inserto roscado (11) que se introduce en el orificio (5), fijándose rígidamente el segundo soporte (3) al herraje (10) para soportar al equipo (9).
De acuerdo con la variante de realización de las figuras 3 y 4, el apéndice (4) en que se remata uno de los extremos de los medios de fijación del segundo soporte (3) puede incluir un alojamiento (12) para inserción en su seno de un herraje (10’) basculante en sentido ascendente/descendente a través de un pasador transversal (13).
En cualquiera de los dos casos, los medios de suspensión del primer soporte (2) incluirán una expansión inferior y central (14) con un orificio (15) al que se vincula un pie (16) con orificios pasantes (17) para atornillado del dispositivo al bastidor o estructura soporte de que se trate, pie (16) que incluye medios de regulación en altura, por ejemplo mediante un tornillo (18) asociado tanto al pie (16) como al primer soporte (2), pasante a través de uno o más casquillos reguladores de altura (19), de forma que el tornillo (18) pasante queda unido al primer soporte (2) mediante un inserto roscado (11’).
En la figura 5 el equipo a soportar (9) se materializa en un equipo de piloto automático, de modo que mediante tres dispositivos de suspensión anti-vibraciones y por medio de tres herrajes (10), dicho equipo queda perfectamente estabilizado y amortiguado, utilizando dos dispositivos como el mostrado en la figura 2 y un dispositivo como el mostrado en la figura 4.
Otras realizaciones diferentes del herraje (10) permitirán emplear el dispositivo amortiguador de la invención en diferentes equipos.
Los ejes de la esfera (1) y los herrajes de unión (10), (10’) aseguran que el centro de masas del equipo (9) suspendido pueda alinearse con el centro de las esferas (1) (al menos en las direcciones de movimiento principales). De esta forma los amortiguadores resisten sólo la inercia del centro de masas del equipamiento (9), en lugar de una combinación de esfuerzos derivada del momento creado entre el punto de fijación al equipo (9) y su centro de masas
De esta forma se reduce la carga aplicada al dispositivo de suspensión amortiguador, y por tanto la reacción de este.
Además del formato esférico que presenta la espuma viscoelástica, los ejes y el ajuste en longitud de los pies (16) de soporte permiten que los amortiguadores puedan fijarse en distintos planos, sin afectar al comportamiento básico de suspensión.
La configuración esférica del núcleo central (1) del dispositivo empleado en la configuración del amortiguador desarrollado permite que los desplazamientos o las vibraciones que se produzcan en un vehículo o equipamiento industrial queden amortiguados en similar forma en las 3 direcciones del espacio.
Este comportamiento isótropo evitará que la mayoría de los modos de vibración presentes en un vehículo, pasen por el conjunto amortiguador hacia el equipo suspendido sin filtrar.
En este sentido, un amortiguador convencional de los conocidos (tiposilent-block(bloque silenciador en inglés) reacciona (se deforma) de manera diferente en función de la dirección del esfuerzo aplicado.
Los elementos esféricos (1) se fabricarán con espuma viscoelástica de diferentes propiedades, permitiendo ajustar el comportamiento de un conjunto amortiguador a las distintas frecuencias que aparezcan en un vehículo o equipamiento.
Las propiedades variables de la espuma se consiguen cambiando en su fabricación la proporción entre celdillas abiertas y cerradas, pasando en escala de un comportamiento elástico a un comportamiento amortiguador. El tamaño de la celda juega aquí un papel importante, por lo que para obtener amortiguación se emplea espuma de alta densidad (entre 80 y 130 Kg/m3).
El aprovechamiento correcto de esas propiedades implica que la superficie de contacto ocupada por las superficies homólogas debe estar en equilibrio con la superficie descubierta en la esfera (1) de espuma viscoelástica.
Las esferas (1) se fabricarán en espumas de diferentes colores, que identifican las distintas calidades y comportamiento de amortiguación buscados.
Por último, la construcción del amortiguador contribuye a que la espuma pueda alcanzar grandes deformaciones, protegiendo a los equipos de fuertes aceleraciones/desaceleraciones puntuales debidos a impactos sobre la estructura del vehículo portador.
En cuanto a los métodos de fabricación previstos para obtención de la esfera que participa en el dispositivo de la invención, se han planteado 2 métodos de fabricación, que implican mecanizado, si bien no son objeto de la invención por ser esencialmente conocidos en otros ámbitos.
Primer método:
Se atraviesa un bloque de espuma de un tamaño suficiente con un eje estriado, y se sumerge este en agua.
Se lleva a congelación para formar un sólido que a posteriori se puede mecanizar en forma esférica empleando un torno.
Se seca el agua y se retira el eje, para liberar la esfera.
Segundo método:
Se atraviesa un bloque de espuma de un tamaño suficiente con un eje estriado, y se sumerge este en una solución de Aquapour.
Se permite la solidificación del material, secando al aire o en horno.
A posteriori se puede mecanizar en forma esférica empleando un torno.
Finalmente, se sumerge la esfera en agua, lo que permite que el Aquapour se disuelva.
Tras varios procesos de enjuagado para retirar el polvo, se seca el agua y se retira el eje para liberar la esfera (1).
Cabe señalar que el eje estriado es necesario para soportar el bloque durante el proceso de mecanizado, pero se retira de la esfera (1) antes del proceso de montaje.
Los soportes (2), (3) que se fijan a la esfera (1) se fabrican por inyección o impresión 3D en termoplástico cargado con fibra corta, y se adhieren por medio de un adhesivo de poliuretano sobre la esfera (1), empleando un utillaje de alineación.
Los medios de fijación o elementos extremos de los soportes se fabrican en aluminio y acero con diferentes técnicas de mecanizado, y se roscan sobre un inserto metálico embutido en los soportes.
Si bien el dispositivo descrito puede tener infinidad de aplicaciones, se detallan seguidamente aquellas que pueden resultar más interesantes:
• La suspensión de equipos electrónicos con sensores del tipo giroscopios y acelerómetros, en cualquier tipo de vehículo.
• La suspensión de cámaras giroestabilizadas en vehículos o en dispositivos de mano.
• La suspensión de discos duros en vehículos, ordenadores de sobremesa y servidores.
• La suspensión de partes mecánicas en equipos dedicados a la grabación o reproducción de registros analógicos, sonoros o gráficos, como micrófonos para grabación, platos de tocadiscos, lectores de CD y de cinta magnética.
• La suspensión de equipos de laboratorio, como agitadores, microscopios, y balanzas de precisión.
La suspensión de lentes en dispositivos de grabación óptica.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1.- Dispositivo de suspensión anti-vibraciones, caracterizado por que está constituido a partir de un elemento central esférico (1), a base de espuma viscoelástica, en funciones de nexo de unión amortiguada, y por, al menos, un primer soporte (2) rematado en medios de suspensión a una estructura o chasis de soporte y un segundo soporte (3) rematado en medios de fijación a un equipo a soportar, donde los soportes [(2), (3)] se constituyen por una configuración en forma de “U” que define una superficie interna curvada la cual presenta un radio de curvatura interno idéntico al radio de curvatura externo del elemento central esférico (1), y donde el primer soporte (2) y el segundo soporte (3) se fijan mediante adhesivo a la superficie del elemento central esférico (1), estando dispuestos en posición diametralmente opuesta y rotados 90° uno respecto del otro, habiéndose previsto que el elemento central esférico (1) a base de espuma viscoelástica presente una densidad comprendida entre 80 y 130 kg/m3.
2.- Dispositivo de suspensión anti-vibraciones, según reivindicación 1§, caracterizado por que el primer soporte (2) y el segundo soporte (3) presentan una superficie interna tal que cubre, al menos, el 20% de la superficie del elemento central esférico (1).
3.- Dispositivo de suspensión anti-vibraciones, según reivindicación 1§, caracterizado por que los medios de suspensión del primer soporte (2) incluyen una expansión inferior y central (14) con un orificio (15) al que se vincula un pie (16) de fijación al bastidor o estructura soporte de que se trate, pie (16) que incluye medios de regulación en altura mediante el empleo de uno o más casquillos reguladores de altura (19) que se vinculan entre el soporte (2) y el pie (16) por medio de un tornillo (18) pasante a través de ellos, de forma que el tornillo (18) pasante queda unido al primer soporte (2) mediante un inserto roscado (11’).
4.- Dispositivo de suspensión anti-vibraciones, según reivindicación 1§, caracterizado por que los medios de fijación del segundo soporte (3) se rematan por uno de sus extremos en un apéndice (4), dotado de un orificio (5) para paso y giro de un eje (6) de fijación al equipo (9) a amortiguar a través del correspondiente herraje (10), de forma que el eje (6) de fijación queda unido a presión al segundo soporte (3).
5.- Dispositivo de suspensión anti-vibraciones, según reivindicación 1§, caracterizado por que los medios de fijación del segundo soporte (3) se rematan por uno de sus extremos en un apéndice (4), dotado de un alojamiento (12) para inserción en su seno de un herraje (10’) basculante en sentido ascendente/descendente a través de un pasador transversal (13).
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