IT202000025555A1 - Dispositivo di tenuta per sospensioni di bicicletta o motociclo - Google Patents
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Description
Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: DISPOSITIVO DI TENUTA PER SOSPENSIONI DI BICICLETTA O MOTOCICLO
DESCRIZIONE
Settore Tecnico dell?Invenzione
La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo di tenuta per sospensioni di biciclette o motociclo. In particolare, il dispositivo di tenuta ? idoneo per l?utilizzo in una forcella contenente la sospensione della bicicletta o del motociclo.
Tecnica Nota
In generale, la sospensione di una bicicletta o di un motociclo svolge principalmente la funzione di assorbire le imperfezioni della strada e assicurare che le ruote rimangono possibilmente sempre in contatto con il terreno. La sospensione comprende un elemento elastico, ad esempio una molla ad aria o una molla elicoidale, che sostiene i carichi e un sistema idraulico o ammortizzatore, in grado di smorzare le oscillazioni prodotte in seguito ad una variazione improvvisa della posizione della ruota della sospensione.
Nelle biciclette, la forcella ? la parte anteriore del telaio che accoglie la ruota anteriore. Il nome deriva dalla forma della stessa, formata da un tubo che si fissa al telaio e da due bracci che sostengono il mozzo della ruota anteriore. Nelle mountain bike da parecchi anni si usano forcelle ammortizzate mediante un sistema pneumatico, idraulico o ad attrito, con sospensione pneumatica, molla o elastomeri, per favorire l'assorbimento delle asperit? del terreno, in modo del tutto analogo ai motocicli. In particolare, la forcella della bicicletta contiene in uno dei suoi bracci l?elemento elastico che tipicamente ? una molla ad aria, mentre nel secondo dei suoi bracci contiene l?elemento smorzatore, tipicamente un pistone oleodinamico.
La sospensione motociclistica funziona in maniera analoga. Tramite l'utilizzo della sospensione controlla il movimento del telaio rispetto allo pneumatico e, in particolare, tramite la cartuccia ammortizzatore smorza e rallenta l'oscillazione.
Nel seguito della presente descrizione si far? esplicito riferimento alla forcella ammortizzata di una bicicletta, fermo restando che l?invenzione in oggetto trova applicazione anche per la forcella dei motocicli.
Nel braccio della forcella di una bicicletta, l?elemento smorzatore ? configurato come una cartuccia contenente il pistone oleodinamico che si muove all?interno di essa. Nella camera della cartuccia entro cui si muove il pistone ? presente il fluido di lavoro, in genere olio, su entrambi i lati rispetto alla testa del pistone. La cartuccia deve essere sigillata al fine di evitare la fuoriuscita del fluido di lavoro e, al tempo stesso, l?ingresso dell?olio di lubrificazione esterno alla cartuccia e presente nel braccio della forcella. Nell?ipotesi che i due fluidi - olio di lavoro e olio di lubrificazione -siano gli stessi, ? ammesso che un piccolo quantitativo di olio di lubrificazione possa entrare all?interno della cartuccia. Indipendentemente da quest?ultimo aspetto, ? evidente che la cartuccia debba essere sigillata verso l?esterno per mezzo di un apposito dispositivo di tenuta.
I dispositivi di tenuta, secondo tecnica nota, sono delle guarnizioni per olio di tipo standard montate su uno stelo mobile. La figura 1 rappresenta un esempio di tali dispositivi di tenuta, in vista assialsimmetrica rispetto ad un asse X dello stelo (non presente in figura). Il dispositivo di tenuta 10 comprende un inserto 11 in materiale metallico, preferibilmente sagomato a ?L? e un rivestimento in elastomero 12. Il rivestimento in elastomero ? provvisto di una porzione 13 che effettua una tenuta statica sull?involucro 14 della cartuccia. Il rivestimento 12 ? altres? dotato di un primo labbro 15 e di un secondo labbro 16 che effettuano tenute dinamiche radialmente interne (ovvero sullo stelo in movimento), rispettivamente verso l?interno della cartuccia e verso l?esterno della cartuccia. La tenuta interna ? assicurata da un elemento elastico 17 che sospinge il primo labbro 15 e il secondo labbro 16 in direzione radialmente interna.
Questa soluzione nota, per quanto consolidata, presenta un inconveniente durante la fase di compressione del pistone oleodinamico. I dispositivi di tenuta secondo la tecnica nota sono ottimizzati per funzionare correttamente a una pressione definita e relativamente bassa. Quando la pressione aumenta, come vedremo, aumenta anche l'attrito sulle tenute dinamiche.
Infatti, come si ? detto, la cartuccia di una forcella anteriore ? un ammortizzatore idraulico. Le fasi di compressione ed espansione creano una pressione dell'olio alta o bassa che agisce sui labbri di tenuta dinamica. In particolare, l'alta pressione (dell?ordine di 1,5 MPa) che si instaura nell?intercapedine V del rivestimento in elastomero crea un carico radiale elevato sui labbri principali che effettuano la tenuta dinamica e quindi un elevato attrito. In aggiunta, nel caso di forti urti trasmessi dalla sospensione, i picchi dell?attrito risulteranno molto alti. In altre parole, l'attrito, percepito dall'utente, ? fortemente influenzato dalla pressione dell'olio che agisce sui labbri principali. L'elevato attrito ? in generale un problema ma lo sono maggiormente i picchi di attrito.
Anche per effetto di una competizione globale sempre pi? spinta, vi ? la costante richiesta da parte dei clienti di continui miglioramenti tecnici/economici relativi ai dispositivi di tenuta. In particolare, il cliente chiede di ridurre possibilmente sia l?attrito che i picchi di attrito, ma soprattutto a questi ultimi, dedica particolare attenzione. Idealmente, quindi un dispositivo di tenuta di questo tipo dovrebbe essere ?indifferente? agli effetti della pressione.
? pertanto necessario definire un dispositivo di tenuta che, a fronte di una costante affidabilit? nella tenuta, sia scevro degli inconvenienti sopra menzionati.
Sintesi dell?Invenzione
Per risolvere in modo sostanziale i problemi tecnici di sopra evidenziati, uno scopo della presente invenzione ? definire un nuovo design del dispositivo di tenuta in cui ? presente un labbro ulteriore che funge da valvola unidirezionale.
Quando la pressione aumenta, il labbro ulteriore sfrutta al meglio i picchi di pressione essendo premuto dal fluido su una superficie dedicata e sigillando pertanto l?intercapedine del rivestimento in elastomero. Ci? rende i labbri che effettuano la tenuta dinamica verso l?interno e verso l?esterno della cartuccia non esposti a picchi di pressioni elevate e, come ulteriore vantaggio, si evitano alte pressioni di contatto tra i labbri principali e stelo mobile e quindi si riduce l'attrito tra di essi. Quando il livello di pressione diminuisce durante l'espansione dello smorzatore, il labbro ulteriore torner? nella posizione iniziale. Inoltre, quando la pressione nella camera dell'ammortizzatore ? inferiore a quella nell?intercapedine del rivestimento in elastomero, il labbro ulteriore ? in grado di staccarsi dalla superficie dedicata e ci? riporta il sistema all?equilibrio delle pressioni.
Pertanto, secondo la presente invenzione viene fornito un dispositivo di tenuta per sospensioni di bicicletta o motociclo avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione indipendente, allegata alla presente descrizione.
Ulteriori forme di realizzazione dell'invenzione, preferite e/o particolarmente vantaggiose, sono descritte secondo le caratteristiche enunciate nelle rivendicazioni dipendenti allegate.
Breve Descrizione dei Disegni
L?invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 ? una rappresentazione in sezione di un dispositivo di tenuta per cartucce di sospensioni per biciclette o motocicli, secondo la tecnica nota,
- la figura 2 ? una rappresentazione in sezione di un dispositivo di tenuta per cartucce di sospensioni per biciclette o motocicli, secondo una forma di attuazione della presente invenzione, e
- la figura 3 ? un dettaglio in scala ingrandita del dispositivo di tenuta di figura 1.
Descrizione Dettagliata
A titolo puramente esemplificativo e non limitativo, la presente invenzione verr? ora descritta facendo riferimento ad un dispositivo di tenuta per una cartuccia di una forcella ammortizzata di una bicicletta. Come gi? detto, il dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione pu? anche essere applicato ad una sospensione di motocicli. Con riferimento alle figure 2 e 3, il dispositivo di tenuta 20 comprende
- un inserto 21 in materiale metallico, preferibilmente sagomato a ?L?, - un rivestimento in elastomero 22.
Il rivestimento in elastomero ? provvisto di una porzione 23 radialmente esterna che effettua una tenuta statica sull?involucro 24 della cartuccia. Il rivestimento in elastomero 22 ? altres? dotato di un primo labbro 25 e di un secondo labbro 26 che effettuano tenute dinamiche radialmente interne, ovvero che realizzano un contatto strisciante su un elemento in movimento della cartuccia (ad esempio sullo stelo del pistone ammortizzatore), rispettivamente verso l?interno della cartuccia e verso l?esterno della cartuccia.
La tenuta dinamica radialmente interna ? ulteriormente assicurata da un elemento elastico 27 che sospinge il primo labbro 25 e il secondo labbro 26 in direzione radialmente interna. Una rondella 28 assicura il corretto posizionamento del dispositivo di tenuta 20.
Per effetto delle pressioni pi? elevate all?interno della cartuccia, il primo labbro di tenuta 25, che effettua la tenuta dinamica sullo stelo mobile dal lato interno della cartuccia, ? conformato a spigolo vivo. Al contrario, dovendo resistere a pressioni inferiori, il secondo labbro di tenuta 26, che effettua la tenuta dinamica sullo stelo mobile dal lato esterno della cartuccia, ? conformato a spigolo arrotondato.
Il dispositivo di tenuta 20 ? caratterizzato da un labbro ulteriore 29 che funge da valvola unidirezionale. Quando la pressione aumenta questo labbro ulteriore 29 ? spinto dalla pressione e agisce verso l'alloggiamento dell'ammortizzatore andando a fare tenuta su una superficie 24a dell?involucro 24. Quando la pressione aumenta, il labbro ulteriore 29 sfrutta al meglio i picchi di pressione essendo premuto dal fluido sulla superficie 24a dedicata e sigillando pertanto l?intercapedine V del rivestimento in elastomero. Ci? rende i labbri 25, 27 che effettuano la tenuta dinamica verso l?interno e verso l?esterno della cartuccia, non esposti a picchi di pressioni elevate e, come vantaggio ulteriore, si evitano alte pressioni di contatto tra i labbri principali e lo stelo mobile e quindi si riduce l'attrito tra di essi.
Quando la pressione si riduce durante la fase di espansione, il labbro ulteriore 29 pu? staccarsi dalla superficie 24a dell?involucro 24 e cos? la pressione dell'olio nell?intercapedine V tra i labbri 25, 26 e il labbro ulteriore 29 diventa la stessa di quella presente nell?intero.
Preferibilmente, lo smusso 24b di imbocco del dispositivo di tenuta 20, appartenente all?involucro 24 deve essere posizionato ad un diametro maggiore rispetto al diametro dello smusso radialmente esterno 29a del labbro ulteriore 29, al fine di garantire il corretto inserimento del labbro ulteriore stesso. Questo perch? il montaggio del dispositivo di tenuta 20 nella sede dell?involucro 24 avviene dal basso verso l?alto e, di conseguenza, l?involucro 24 dovr? presentare uno smusso sufficientemente ampio in modo che si possa calzare anche il labbro ulteriore 29. Quindi la dimensione a, definita come la semi differenza tra il diametro dello smusso 24b dell?involucro 24 e il diametro dello smusso radialmente esterno 29a del labbro ulteriore 29 dovr? risultare maggiore di zero.
Inoltre, il labbro ulteriore 29 deve garantire una interferenza radiale rispetto all?involucro 24, cos? da garantire la chiusura al passaggio olio. Vantaggiosamente, quindi, la dimensione b definita come la semi differenza tra il diametro dello smusso radialmente esterno 29a del labbro ulteriore 29 e il diametro del punto di contatto radialmente esterno 24c dell?involucro 24 dovr? risultare compresa tra 0 mm e 1 mm.
Inoltre, la superficie 24a dell?involucro 24 deve avere un angolo ? rispetto alla direzione assiale definita dall?asse x tale da garantire che la spinta della pressione sul labbro ulteriore 29 crei un attrito e quindi che il labbro ulteriore 29 resti in posizione senza ripiegarsi su s? stesso. Vantaggiosamente, quindi, il valore dell?angolo ? dovr? risultare compreso tra 5? e 30?.
Infine, l?angolo?? definito come differenza tra l?angolo di inclinazione del labbro ulteriore 29 rispetto alla direzione assiale e l?angolo ? dell?involucro 24, come di sopra definito, deve essere tale per cui il labbro ulteriore 29 lavori di spigolo. In questo modo si crea un aumento della pressione di contatto e quindi un aumento della tenuta olio sullo smusso radialmente esterno 29a del labbro ulteriore 29. Vantaggiosamente, quindi, il valore dell?angolo a dovr? risultare compreso tra 10? e 30?.
Cos? dimensionando gli angoli? e?, si ottiene l?effetto ? dimostrato anche dalle verifiche agli elementi finiti ? di ottenere una flessione del labbro ulteriore 29 ma non il suo ripiegamento completo in direzione radialmente interna e quindi un distacco dalla superficie 24a dell?involucro 24. Ci? garantisce la funzionalit? del labbro ulteriore medesimo.
In definitiva, il vantaggio della soluzione proposta dalla presente invenzione ? quello di avere un attrito costante nella cartuccia, evitando i problematici picchi di attrito in qualsiasi condizione (compressione, estensione) della forcella. In questo modo, il valore pressoch? costante della resistenza di attrito pu? essere ottimizzato in fase di progetto, essendoci un?escursione del suo valore molto limitata.
Oltre alla forma di realizzazione dell'invenzione, come sopra descritto, si deve comprendere che esistono numerose altre varianti. Si deve anche comprendere che tali forme di realizzazione sono solo esemplificative e non limitano n? l'ambito dell'invenzione, n? le sue applicazioni, n? le sue possibili configurazioni. Al contrario, sebbene la descrizione di cui sopra consenta al tecnico specializzato di attuare la presente invenzione almeno secondo una sua forma di realizzazione esemplificativa, si deve comprendere che sono possibili molte varianti dei componenti descritti, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione, come definita nelle rivendicazioni allegate, che sono interpretate letteralmente e/o secondo i loro equivalenti legali.
Claims (5)
1. Dispositivo di tenuta (20) per una cartuccia di una forcella ammortizzata, il dispositivo (20) comprendendo:
- un inserto (21) in materiale metallico, e
- un rivestimento in elastomero (22) a sua volta comprendente una porzione (23) radialmente esterna che effettua una tenuta statica su un involucro (24) della cartuccia e almeno un labbro (25, 26) radialmente interno che realizza un contatto strisciante su un elemento in movimento della cartuccia,
il dispositivo di tenuta (20) essendo caratterizzato da un labbro ulteriore (29) che effettua una tenuta su una superficie (24a) dell?involucro (24) sigillando una intercapedine (V) del rivestimento in elastomero (22).
2. Dispositivo di tenuta (20) secondo la rivendicazione 1, laddove una dimensione (a), semi differenza tra il diametro di uno smusso (24b) di imbocco appartenente all?involucro (24) e il diametro di uno smusso radialmente esterno (29a) del labbro ulteriore (29), ? maggiore di zero.
3. Dispositivo di tenuta (20) secondo la rivendicazione 2, laddove una dimensione (b), semi differenza tra il diametro dello smusso radialmente esterno (29a) del labbro ulteriore (29) e un diametro di un punto di contatto radialmente esterno (24c) dell?involucro (24) ? compresa tra 0 mm e 1 mm.
4. Dispositivo di tenuta (20) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove un angolo (?) formato tra superficie (24a) dell?involucro (24) e una direzione assiale definita da un asse (x) ? compreso tra 5? e 30?.
5. Dispositivo di tenuta (20) secondo la rivendicazione 4, laddove un angolo ( ?), differenza tra un angolo di inclinazione del labbro ulteriore (29) rispetto alla direzione assiale definita dall?asse (x) e l?angolo ( ?), ? compreso tra 10? e 30?.
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