ITCR20130016A1 - Valvola di aspirazione per sospensione pneumatica di cabine di autocarri - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

VALVOLA DI ASPIRAZIONE PER SOSPENSIONE PNEUMATICA DI CABINE DI AUTOCARRI

Il presente trovato si rivolge al settore meccanico/automotive e riguarda nel dettaglio una valvola di aspirazione per sospensioni pneumatiche di cabine di autocarri particolarmente adatta all’uso su autocarri leggeri o pesanti, motrici di autotreni, autoarticolati, TIR, camion o trucks, trattori, camper, ecc …

La sospensione pneumatica di una cabina di un autocarro à ̈ un insieme di componenti elastici mediante i quali il telaio del veicolo à ̈ collegato alla cabina ed à ̈ in grado di assorbire ed ammortizzare gli urti provocati dalle imperfezioni del terreno e di garantire come conseguenza stabilità e comfort agli occupanti.

Se tutta la massa del veicolo fosse infatti rigidamente collegata alla cabina, tutti i movimenti delle ruote e del telaio verrebbero trasmessi direttamente alla cabina di guida, innescando pericolosi sobbalzi per il conducente con conseguenti disagi e, nel peggiore dei casi, perdita di controllo del mezzo.

Sospensioni particolarmente utilizzate per le cabine di autocarri sono quelle di tipo pneumatico che sfruttano la diversa comprimibilità di un gas e di un elemento elastico.

Tali sospensioni sono costituite in genere da una molla elicoidale racchiusa in una membrana flessibile a tenuta stagna definente una camera a volume variabile, all'interno della quale viene immessa, mediante una valvola di aspirazione, o rilasciata, mediante una valvola di scarico, aria compressa proveniente da un circuito alimentato da un compressore esterno.

Le valvole di aspirazione di tipo noto comprendono un corpo valvola metallico provvisto di un condotto assiale atto a mettere in comunicazione l’interno della camera della sospensione con il circuito di aria compressa.

Detto condotto assiale à ̈ provvisto di un foro di ingresso e di un foro di uscita per l’aria e, al suo interno, à ̈ scorrevole il meccanismo di azionamento vero e proprio della valvola.

La cooperazione tra tale meccanismo di azionamento e i fori di ingresso ed uscita del condotto assiale definisce la sezione di passaggio per l’aria in ingresso nella camera della sospensione.

Il meccanismo di azionamento, con il suo movimento, apre o chiude i fori di detto condotto assiale, consentendo o bloccando il passaggio dell’aria.

Il meccanismo di azionamento comprende sostanzialmente un pistone costituito da una testa e da uno stelo entrambi cilindrici, un otturatore, due molle elicoidali, due guarnizioni di tenuta.

In configurazione di valvola chiusa, il pistone à ̈ disposto in corrispondenza dell’estremità del corpo valvola interna alla camera della sospensione, con lo stelo totalmente esterno al corpo valvola e la testa in battuta su una prima guarnizione toroidale posta in corrispondenza del foro di uscita del condotto assiale, spinta da una prima molla.

L’otturatore, posto in prossimità dell’estremità opposta del corpo valvola, viene premuto contro una seconda guarnizione toroidale da una seconda molla e l’aria può entrare nel corpo valvola solo attraverso un piccolo foro assiale dell’otturatore stesso.

Per effetto dell’inizio della compressione dei mezzi elastici della sospensione, lo stelo del pistone viene premuto e la testa abbandona la posizione di chiusura muovendosi verticalmente, scorrendo all’interno del condotto assiale e comprimendo detta prima molla ad esso associata: la valvola di aspirazione si apre e l’aria, attraverso la sezione di passaggio definita dal foro di uscita di forma lobata in cooperazione con lo stelo cilindrico del pistone, raggiunge la camera della sospensione.

Man mano che la molla della camera viene compressa, per sollecitazioni più elevate, il pistone prosegue la sua corsa interna al condotto assiale affondando e penetrando in esso fino a raggiunge l’otturatore che normalmente funge da strozzatura alla sezione di passaggio dell’aria.

Premendo verticalmente su tale otturatore, il pistone lo sposta assialmente al condotto, liberando la tenuta sulla seconda guarnizione toroidale ed allargando la sezione di passaggio dell’aria in ingresso al corpo valvola.

La distensione delle due molle ripristina la condizione di valvola chiusa, con l’otturatore in posizione di strozzatura della sezione di passaggio aria in ingresso e il pistone in battuta all’estremità del corpo valvola sulla prima guarnizione toroidale.

Tali valvole di aspirazione presentano alcuni limiti e svantaggi, dovuti soprattutto alla loro geometria e alla loro complessità di assemblaggio.

Una volta che la valvola à ̈ aperta, per garantire diverse modalità di passaggio dell’aria, a seconda dell’entità dell’effetto ammortizzante che si vuole assicurare alla cabina del veicolo, non à ̈ sufficiente il movimento di scorrimento del pistone internamente al condotto assiale della valvola, ma à ̈ necessario agire anche su ulteriori componenti, come l’otturatore, e la relativa molla, che fungono da strozzatura della sezione di passaggio dell’aria internamente al condotto assiale.

Ancor più svantaggiosamente, l’otturatore consente solo l’apertura o la chiusura della strozzatura interna al condotto assiale, ma non una modulazione graduale della sezione di passaggio di aria.

Ulteriore svantaggio riguarda la difficoltà di mantenere ben allineati e perfettamente in asse al corpo valvola tutti i componenti del meccanismo di attivazione, con il rischio di deformazione e malfunzionamento della valvola.

Una valvola così complessa, risulta anche svantaggiosamente molto costosa e difficile da assemblare.

L’invenzione ha come scopo quello di superare questi limiti, realizzando una valvola di aspirazione impiegabile nelle sospensioni pneumatiche che sia semplificata nel numero di componenti e quindi nel suo assemblaggio e di conseguenza più economica e più affidabile.

Ancora scopo dell’invenzione à ̈ migliorare il funzionamento della valvola stessa, rendendo più preciso anche il sistema di accoppiamento e scorrimento dei suoi componenti.

Gli scopi sono raggiunti con una valvola di aspirazione per sospensione pneumatica di cabine di autocarri, ove detta sospensione à ̈ atta a collegare un primo e un secondo elemento meccanico con possibilità di reciproco spostamento e comprende:

- una camera a volume variabile contenente aria;

- mezzi elastici disposti tra detti primo e secondo elemento meccanico;

- una valvola di aspirazione per l’ingresso di aria in detta camera;

- una valvola di scarico per l’uscita di aria da detta camera;

ove detta valvola di aspirazione comprende:

- un corpo valvola provvisto di un condotto assiale comprendente un foro di ingresso di aria in detta valvola e un foro di uscita per detta aria verso detta camera di detta sospensione;

- un meccanismo di azionamento di detta valvola, comprendente un pistone e una molla,

ove detto pistone comprende uno stelo e una testa ed à ̈ disposto all’interno di detto corpo valvola in modo che lo spostamento verticale del suo stelo, in cooperazione con il foro di uscita di detto condotto assiale, definisca una sezione di passaggio per l’aria verso l’interno di detta camera,

caratterizzata dal fatto che detto stelo à ̈ conformato geometricamente per incrementare detta sezione di passaggio di aria all’aumentare della penetrazione di detto stelo in detto condotto.

Secondo un primo aspetto dell’invenzione, la variazione di detta sezione di passaggio di aria à ̈ di tipo graduale o brusca di tipo “a gradino†.

Secondo una prima variante del trovato, detto stelo comprende un unico solco longitudinale avente una sezione trasversale differenziata, minore in prossimità della testa e maggiore in prossimità dell’estremità dello stelo opposta alla testa stessa.

Secondo un’ulteriore possibile variante dell’invenzione, detto stelo comprende un primo e un secondo solco longitudinali, aventi entrambi sezione trasversale costante ma lunghezza differente.

In particolare, detto primo solco interessa tutta la lunghezza dello stelo, mentre detto secondo solco, di lunghezza inferiore, si estende solo verso l’estremità dello stelo opposta alla sua testa.

Vantaggiosamente, detti solchi hanno sezione triangolare.

Alternativamente, detti solchi hanno sezione a settore circolare.

Secondo un ulteriore aspetto del trovato, detta testa di detto pistone comprende una pluralità di superfici di contatto con la superficie interna di detto condotto assiale atte a guidare lo scorrimento del pistone stesso.

In una variante preferita dell’invenzione, detta valvola comprende una boccola, atta a definire il foro di uscita di detto condotto assiale ed a cooperare con lo stelo di detto pistone per definire detta sezione di passaggio di aria.

I vantaggi della valvola di aspirazione secondo il trovato sono evidenti:

- si à ̈ ridotto il numero di componenti rispetto alle valvole tradizionali, infatti il meccanismo di azionamento comprende solo una molla, un pistone e una guarnizione, ma assicura al tempo stesso, grazie alla conformazione geometrica dello stelo del pistone, il buon funzionamento della valvola con la possibilità di variare la sezione di passaggio dell’aria dalla valvola verso l’interno della sospensione; - riducendo il numero dei componenti si à ̈ semplificato tutto il sistema di montaggio della valvola;

- si sono ridotti i tempi e i costi di produzione;

- con le semplificazioni apportate à ̈ possibile sostituire alcuni componenti metallici con parti in plastica, alleggerendo la valvola e riducendo ulteriormente i costi.

In particolare, cambiando semplicemente la geometria dello stelo del pistone e modificando la sezione trasversale dei suoi solchi, à ̈ possibile variare anche in modo graduale la sezione di passaggio dell’aria, modulandola in base alle necessità e alle condizioni di carico, senza produrre sollecitazioni brusche sulla sospensione e su tutto il suo meccanismo interno.

Le variazioni dimensionali del pistone, in particolare l’allargamento della sezione trasversale della sua testa fino a realizzare superfici di contatto con la superficie interna del condotto assiale, migliora vantaggiosamente lo scorrimento verticale del pistone, che viene mantenuto perfettamente in asse al condotto, migliorando la generale funzionalità della valvola ed eliminando il rischio di deformazioni dei componenti.

Ancor più vantaggiosamente, la presenza della boccola all’estremità del corpo valvola assicura un ulteriore punto di centraggio per lo stelo del pistone durante il suo movimento verticale. Questi ed altri vantaggi saranno maggiormente evidenti nel seguito, in cui vengono descritte modalità preferite di realizzazione dell’invenzione, a titolo esemplificativo e non limitativo, e con l’aiuto delle figure dove:

le Figg. 1-3 rappresentano, in sezione longitudinale, una valvola di aspirazione per sospensioni pneumatiche secondo l’invenzione, in tre diverse fasi di apertura;

la Fig. 4 rappresenta, in una sezione longitudinale lungo un piano perpendicolare al piano di sezione della Figura 1, la valvola di aspirazione secondo l’invenzione;

le Figure 5 e 6 rappresentano, rispettivamente in vista laterale e in vista piana dall’alto, la valvola di aspirazione nella configurazione di Figura 1;

la Figura 7 rappresenta una sezione trasversale della valvola lungo il piano evidenziato in Figura 4;

la Figura 8 rappresenta, in sezione longitudinale, un componente della valvola secondo una possibile variante dell’invenzione;

le Figure 9 e 10 rappresentano, in vista piana dall’alto, una valvola di aspirazione provvista del componente di Figura 8 secondo due possibili varianti del trovato.

Con riferimento alle Figure à ̈ mostrata una valvola di aspirazione 1 impiegabile in una sospensione pneumatica applicabile alle cabine di autocarri, in particolare veicoli pesanti quali camion o trucks.

In generale, tale tipo di sospensione pneumatica à ̈ atta a collegare un primo e un secondo elemento meccanico con possibilità di reciproco spostamento, come ad esempio il telaio del veicolo e la sua cabina.

Detta sospensione comprende sostanzialmente:

- una camera a volume variabile contenente aria, delimitata da pareti flessibili, come ad esempio una membrana in gomma;

- mezzi elastici disposti tra detti primo e secondo elemento meccanico, ad esempio una molla elicoidale;

- una valvola di aspirazione 1 per controllare l’ingresso di aria in detta camera, collegata ad un circuito di aria compressa fornita da un compressore esterno;

- una valvola di scarico per controllare l’uscita di aria da detta camera. Come illustrato nelle Figure, detta valvola di aspirazione 1 comprende un corpo valvola 2 rigido, ad esempio in materiale metallico, provvisto di un condotto assiale 3 che lo attraversa longitudinalmente, avente un foro 4 a sezione circolare di ingresso per l’aria compressa in detta valvola 1 e un foro 5 a sezione circolare di uscita per detta aria verso l’interno della camera della sospensione stessa.

Entro detto condotto assiale 3 Ã ̈ scorrevole un meccanismo di azionamento vero e proprio della valvola 1.

Detto meccanismo di azionamento à ̈ composto da un pistone 8 e da una molla 9 ad esso associata: il movimento di detto pistone 8 provoca la chiusura e l’apertura di detta valvola 1, ma consente anche di modulare la sezione di passaggio per l’aria che, attraverso detta valvola, raggiunge la camera della sospensione.

Come particolarmente evidente dalle sezioni longitudinali di Figure 1-4, detto pistone 8 à ̈ composto da uno stelo 10 e da una testa 11. Detto pistone 8 coopera con la superficie interna di detto condotto assiale 3, in particolare con il suo foro 5 di uscita, per definire sezioni di passaggio per l’aria all’interno di detta camera, differenziate a seconda della lunghezza della porzione di stelo 10 che penetra nel condotto assiale 3 della valvola 1.

In particolare, detto stelo 10 à ̈ conformato geometricamente per incrementare detta sezione di passaggio di aria all’aumentare della penetrazione di detto stelo 10 in detto condotto 3.

Secondo una possibile variante dell’invenzione, illustrata nelle Figure 1-6, detto stelo 10 à ̈ provvisto di un solco 12 longitudinale la cui lunghezza à ̈ generalmente pari alla lunghezza dello stelo stesso o almeno pari alla sua corsa.

Lo spazio libero compreso tra la superficie interna del foro 5 di uscita all’estremità del condotto assiale 3 e detto solco 12 longitudinale costituisce la sezione di passaggio per l’aria dalla valvola 1 alla camera della sospensione.

Detto solco 12 Ã ̈ realizzato mediante una scanalatura a sezione triangolare, come chiaramente illustrato nella Figura 6.

Lungo lo sviluppo di detto solco 12, la scanalatura varia dimensionalmente: in particolare, la sezione del primo tratto 12’ di scanalatura provvisto sulla porzione di stelo 10 prossima alla testa 11 del pistone 8 ha un’area inferiore rispetto all†̃area della sezione del secondo tratto 12’’ della scanalatura provvisto sulla porzione di stelo 10 opposta alla testa 11 del pistone 8.

La penetrazione dello stelo 10 nel condotto 3 per un tratto limitato della sua corsa, inferiore ad esempio a 14 mm, rende disponibile una sezione di passaggio all’aria relativamente ristretta, mentre una sua maggiore penetrazione nel condotto 3, ad esempio per un tratto di circa 14-15 mm, aumenta tale sezione.

Un esempio dimensionale di una valvola di aspirazione 1 secondo il trovato prevede che la sezione di passaggio definita dal primo tratto di scanalatura 12’ sia pari ad un foro avente diametro 0,8 mm, come il diametro del foro di ingresso 4, mentre la sezione di passaggio definita dal secondo tratto di scanalatura 12’’ può raggiungere una dimensione pari ad un foro avente diametro 1,3 mm.

La variazione dimensionale della scanalatura 12 tra i suoi due tratti 12’, 12’’ à ̈ brusca, cioà ̈ di tipo “a gradino†, ma in varianti alternative il passaggio può essere di tipo graduale e i due tratti di scanalatura 12’, 12’’ possono essere raccordati.

Con particolare riferimento alle Figure 8-10, lo stelo 10 di detto pistone 8 comprende invece due solchi 12, 13 longitudinali, diametralmente opposti tra loro ed aventi lunghezza differente ma uguale sezione trasversale: un primo solco 12 ha una lunghezza pari alla lunghezza di tutto lo stelo 10, mentre un secondo solco 13 ha una lunghezza ridotta e interessa il tratto terminale di stelo 10 opposto alla testa 11 del pistone 8.

Anche in questo caso, la penetrazione dello stelo 10 nel condotto 3 per un tratto limitato rende disponibile una sezione di passaggio all’aria relativamente ristretta data solo dallo spazio compreso tra il primo solco 12 e la superficie interna del foro 5 di uscita del condotto assiale 3, mentre una maggiore penetrazione dello stelo 10 aumenta tale sezione definita dallo spazio compreso tra entrambi i solchi 12, 13 e la superficie interna del foro 5.

In possibili varianti della valvola 1, lo stelo 10 può comprendere anche una pluralità di solchi e, progettando opportunamente la loro sezione, la loro lunghezza e la loro distribuzione lungo lo stelo, à ̈ possibile modificare la sezione di passaggio dell’aria al variare della penetrazione dello stelo 10 nel condotto.

Le varianti realizzative della valvola 1 in cui lo stelo 10 comprende solo un solco 12 con sezione trasversale a dimensione variabile risultano comunque migliori rispetto alle varianti con due o più solchi in quanto la superficie di scorrimento dello stelo 10 nel foro 5 à ̈ maggiore e quindi viene garantito un centraggio più preciso dell’intero pistone 8 nel condotto assiale 3 della valvola 1.

Nella variante di Figura 9, detti solchi 12, 13 sono realizzati con scanalature a sezione triangolare, mentre nella variante di Figura 10 detti solchi hanno una sezione a settore circolare e sono realizzati ad esempio mediante spianamenti.

Come evidente dalle sezioni di Figure 4 e 7, la testa 11 di detto pistone 8 comprende una pluralità di superfici di contatto 11’ con la superficie interna di detto condotto assiale 3, realizzando una sorta di collare di centraggio atto a favorire lo scorrimento di detto pistone 8 all’interno del condotto stesso.

Ulteriormente, come illustrato in tutte le Figure, detta valvola 1 comprende una boccola 6, comprendente il foro 5 di uscita del condotto assiale 3 di detto corpo valvola 2, atta a cooperare con lo stelo 10 di detto pistone 8 per il suo centraggio.

In tale variante, la boccola 6 definisce il foro 5 di uscita dell’aria dalla valvola 1 e coopera essa stessa con detto stelo 10 per definire le sezioni di passaggio di aria.

Detta boccola 6 può essere realizzata vantaggiosamente in materiali differenti rispetto al corpo valvola 2 e al pistone 8, per agevolare lo scorrimento di quest’ultimo. Ad esempio, detta boccola 6, detto corpo valvola 2 e detto pistone 8 possono essere realizzati in plastica, o in acciaio, o in ottone, oppure in nylon caricato con vetro a seconda delle richieste e delle condizioni di produzione.

Ulteriormente, detta boccola 6 potrebbe essere avvitata nel corpo valvola 2 con interposizione di una guarnizione toroidale 7, oppure forzata nell’apposita sede e poi deformata per impedirne la fuoriuscita.

Tra la testa 11 del pistone 8 e detta boccola 6, internamente al condotto assiale 3, à ̈ interposta un’ulteriore guarnizione 14 di tenuta all’aria, funzionale nella condizione di valvola 1 chiusa illustrata nelle sezioni di Figure 1 e 4.

Per favorire la tenuta con detta guarnizione 14, la boccola 6 può presentare un condotto di forma conica di invito verso il foro di uscita 5.

Il funzionamento della valvola 1 secondo l’invenzione à ̈ descritto nel seguito.

La Figura 1 illustra la valvola 1 chiusa, condizione per la quale la camera della sospensione mantiene un volume costante e la cabina del veicolo à ̈ connessa al telaio con una certa rigidità.

Un improvviso spostamento reciproco tra la cabina del veicolo e il telaio, dovuto ad esempio a sconnessioni del terreno su cui viaggia il veicolo stesso, richiede l’apertura della valvola 1 che deve necessariamente immettere aria nella camera per contrastare il peso della cabina stessa che altrimenti graverebbe sul telaio.

L’apertura della valvola 1 avviene grazie allo scorrimento verticale del pistone 8 nel condotto assiale 3 del corpo valvola 2.

Lo scorrimento del pistone 8 nel condotto 3 per un tratto inferiore alla lunghezza del primo tratto 12’ del solco ricavato sul suo stelo 10, una sezione di passaggio per l’aria di dimensione ridotta, e quindi immette un piccolo flusso di aria nella camera della sospensione.

Tale condizione, illustrata nella sezione di Figura 2, si verifica quando à ̈ richiesto solo un piccolo assorbimento del sobbalzo della cabina.

In condizioni di maggior carico, il pistone 8 deve penetrare invece maggiormente nel condotto assiale 3 della valvola 1: in questo modo, lo stelo 10 definisce, grazie alla conformazione del secondo tratto 12’’ di solco su di esso ricavato, una sezione di passaggio all’aria di dimensione ben maggiore, come illustrato in Figura 3, consentendo così il passaggio di un flusso di aria più elevato all’interno della camera della sospensione.

La distensione naturale della molla 9, che durante la penetrazione del pistone 8 nel condotto assiale 3 era stata compressa, riporta la testa 11 del pistone 8 in battuta sul foro 5 di uscita di aria dalla valvola 1, richiudendo così la valvola stessa.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1) Valvola di aspirazione (1) per sospensione pneumatica di cabine di autocarri, ove detta sospensione à ̈ atta a collegare un primo e un secondo elemento meccanico con possibilità di reciproco spostamento e comprende: - una camera a volume variabile contenente aria; - mezzi elastici disposti tra detti primo e secondo elemento meccanico; - una valvola di aspirazione (1) per l’ingresso di aria in detta camera; - una valvola di scarico per l’uscita di aria da detta camera; ove detta valvola di aspirazione (1) comprende: - un corpo valvola (2) provvisto di un condotto assiale (3) comprendente un foro (4) di ingresso di aria in detta valvola (1) e un foro (5) di uscita per detta aria in detta camera di detta sospensione; - un meccanismo di azionamento di detta valvola (1), comprendente un pistone (8) e una molla (9), ove detto pistone (8) comprende uno stelo (10) e una testa (11) ed à ̈ disposto all’interno di detto corpo valvola (2) in modo che lo spostamento verticale del suo stelo (10), in cooperazione con il foro (4) di uscita di detto condotto assiale (3), definisca una sezione di passaggio per l’aria all’interno di detta camera, caratterizzata dal fatto che detto stelo (10) à ̈ conformato geometricamente per incrementare detta sezione di passaggio di aria all’aumentare della penetrazione di detto stelo (10) in detto condotto (3).
2. 2) Valvola di aspirazione (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la variazione di detta sezione di passaggio di aria à ̈ di tipo graduale o brusca di tipo “a gradino†.
3. 3) Valvola di aspirazione (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto stelo (10) comprende un unico solco (12) longitudinale avente una sezione trasversale differenziata, minore in prossimità della testa (11) e maggiore in prossimità dell’estremità dello stelo (10) opposta alla testa stessa.
4. 4) Valvola di aspirazione (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto stelo (10) comprende un primo (12) e un secondo (13) solco longitudinali, aventi entrambi sezione trasversale costante ma lunghezza differente.
5. 5) Valvola di aspirazione (1) secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto primo solco (12) interessa tutta la lunghezza dello stelo (10), mentre detto secondo solco (13), di lunghezza inferiore, si estende solo verso l’estremità di detto stelo (10) opposta alla sua testa (11).
6. 6) Valvola di aspirazione (1) secondo le rivendicazioni 3 o 4, caratterizzata dal fatto che detti solchi (12, 13) hanno sezione triangolare.
7. 7) Valvola di aspirazione (1) secondo le rivendicazioni 3 o 4, caratterizzata dal fatto che detti solchi (12, 13) hanno sezione a settore circolare.
8. 8) Valvola di aspirazione (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta testa (11) di detto pistone (8) comprende una pluralità di superfici (11’) di contatto con la superficie interna di detto condotto assiale (3), atte a guidare lo scorrimento del pistone stesso.
9. 9) Valvola di aspirazione (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che comprende una boccola (6), atta a definire il foro (5) di uscita di detto condotto assiale (3) ed a cooperare con lo stelo (10) di detto pistone (8) per definire detta sezione di passaggio di aria.