ITRM980567A1 - Ammortizzatore a gas compresso - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: ''AMMORTIZZATORE A GAS COMPRESSO''

L'invenzione concerne un ammortizzatore a gas compresso secondo il preambolo della rivendicazione 1.

Un ammortizzatore a gas compresso di questo genere è noto dalla DE 39 13912 Al. L'ammortizzatore di questa damanda di brevetto presenta un cilindro attuatore in cui è disposto, in modo assialmente mobile, uno stantuffo operatore fissato ad uno stelo relativo. Nel vano interno del cilindro attuatore si trova una camera di lavoro piena di olio idraulico, la quale viene divisa in due camere dallo stantuffo operatore. In un movimento assiale dello stantuffo operatore, l'olio idraulico attraversa una luce di travaso tra le due camere, dove la resistenza di flusso dell'olio idraulico impedisce il movimento dello stantuffo operatore.

In collegamento alla camera di lavoro, tra una delle camere e il lato frontale del cilindro è disposta, nel vano interno, una camera di pressione piena di gas, la quale è necessaria per la compensazione volumetrica ed è separata mediante uno stantuffo di separazione mobile dalla camera immediatamente attigua, cioè dalla camera dello stantuffo. Una variazione di pressione nella camera dello stantuffo, prodotta da un movimento dello stantuffo operatore, provoca anche uno spostamento dello stantuffo di separazione fino alla compensazione della pressione tra la camera di pressione piena di gas e la camera dello statuffo.

Affinchè l'ammortizzatore sia completamente funzionante, la camera di pressione dev'essere isolata a tenuta di gas e di liquido rispetto alla camera dello stantuffo per tutto il campo di pressione che si ha durante l'esercizio. Ciò richiede una guarnizione di tenuta realizzata in modo dispendioso in corrispondenza dello stantuffo di separazione, la quale deve essere a contatto, mediante elevato accoppiamento per attrito, con la parete interna del cilindro attuatore per raggiungere la necessaria tenuta stagna. Per poter spostare assialmente lo stantuffo di separazione, si deve prima superare l'accoppiamento per attrito della guarnizione di tenuta dello stantuffo di separazione; forze minori non producono nessuno spostamento dello stantuffo di separazione e non ha luogo nessuna compensazione volumetrica. Ciò significa che l'ammortizzatore reagisce giusto in presenza di forze maggiori ed ha una rigidezza relativamente alta. Specialmente le forze di maggiore frequenza e di minore ampiezza che si ottengono, ad esempio, durante movimenti verticali della ruota dell'atoveicolo vengono ammortizzate solo in modo insufficiente. Oltre ad un elevato riflusso non auspicato di energia che pregiudica il comfort di marcia, gli elementi strutturali dell'ammortizzatore, a causa delle elevate forze che agiscono su di essi, sono sottoposte ad una usura elevata.

Inoltre è svantaggioso il fatto che la caratteristica di smorzamento dell'ammortizzatore è dipendente dalla direzione di movimento dello stelo dello stantuffo. Durante l'estrazione non deve agire nessuno smorzamento mentre, durante la corsa di ritorno nella posizione centrale, l'ammortizzatore dev’essere attivo. Ciò viene raggiunto mediante un corpo di valvola di mandata caricata da molla che, a seconda della direzione di moto, libera una prima luce di mandata priva di smorzamento oppure una seconda luce di mandata soggetta a smorzamento. Questo ammortizzatore, le cui proprietà di smorzamento sono dipendenti dalla direzione di movimento, non è però impiegabile in modo universale. Inoltre, esso è strutturato in modo costruttivamente complicato e soggetto disturbi.

Inoltre non viene risolto il problema di smorzare efficacemente forze di diversa ampiezza e frequenza.

L'invenzione si prefigge il compito di risolvere il problema di realizzare un ammortizzatore a gas compresso del tipo in questione in modo da smorzare efficacemente sia oscillazioni di bassa frequenza sia oscillazioni di alta frequenza.

Questo problema viene risolto, secondo l'invenzione, con i particolari della rivendicazione 1 e rispettivamente 7.

Grazie all’impiego di un accumulatore di gas separato con parete elastica si può eliminare lo stantuffo di separazione con guarnizione di tenuta dispendiosa. In caso di immissione di pressione e di variazione di volume a ciò dovuta dell'accumulatore di gas praticamente non si formano forze di attrito, dato che viene modificata soltanto la forma dell'accumulatore di gas elastico mentre la posizione dell'accumulatore di gas nella cavità del cilindro sostanzialmente non si modifica. Con la eliminazione delle forze di attrito, l'ammortizzatore può smorzare meglio anche ampiezze di oscillazioni minori. Il comportamento di reazione può essere impostato, attraverso un'appropriata scelta del materiale della parte dell'accumulatore di gas e della pressione interna di detto accumulatore di gas, su ciascun carico previsto.

Grazie alla eliminazione delle forze di attrito in corrispondenza della camera a pressione, il livello delle forze nell'ammortizzatore nel suo complesso si riduce. In questo modo si evitano deformazioni elastiche supplementari degli elementi di tenuta che, in presenza di piccole eccitazioni, agiscono in modo da produrre una irrigidimento. Inoltre, l'usura si riduce e la durata dell'ammortizzatore aumenta.

Vantaggiosamente, la parete dell'accumulatore del gas è eseguita come una membrana di gomma a forma torica. La membrana di gomma consente grandi deformazioni elastiche con grande tenuta stagna. L'accumulatore di gas a forma torica può essere impiegato in modo particolarmente bene nel segmento frontale della cavità del cilindro attuatore dove nel cilindro è disposto vantaggiosamente un anello di fissaggio atto a fissare la posizione dell'accumulatore di gas.

Per migliorare ulteriormente la caratteristica di smorzamento si possono prevedere ulteriori accorgimenti, come il sistema di supporto assiale elastico, sullo stelo dello stantuffo e valvole di troppo pieno realizzate in modo da risultare particolarmente prive di attrito.

Il comportamento di smorzamento può essere migliorato, secondo l'invenzione, anche per il fatto che, oltre alla luce di travaso, è prevista una derivazione di troppo pieno che, rispetto alla luce di travaso, ha una resistenza di flusso ridotta. All'inizio di un movimento e rispettivamente in caso di piccoli movimenti dello stantuffo operatore, il fluido idraulico passa in primo luogo soltanto attraverso la derivazione di troppo pieno supplementare. Grazie alla ridotta resistenza di flusso si ha anche soltanto un piccolo smorzamento del movimento. La derivazione di troppo pieno è in comunicazione con la luce dell'anello elastico, realizzata tra la superficie esterna dello, stantuffo operatore e la parete interna del cilindro attuatore. L'anello elastico, disposto nella luce dell'anello elastico, può essere spostato, in questo caso, tra una posizione che apre la derivazione di troppo pieno e una posizione che chiude la derivazione di troppo pieno. In caso di piccoli movimenti, l'anello elastico si trova prima nella sua posizione di apertura in modo che il fluido idraulico possa passare attraverso la derivazione soltanto con una piccola resistenza di flusso. La via di flusso principale lungo la luce di travaso rimane invece, per effetto della maggiore resistenza prodotta da organi di valvola caricati da forze che chiudono la luce di travaso, in primo luogo ignorata.

Non appena i movimenti dello stantuffo operatore si amplificano, a causa di maggiori forze che agiscono sullo stelo dello stantuffo, la resistenza degli organi della valvola che chiudono la luce di travaso viene superata e il fluido idraiulico scorre lungo la luce di travaso. L'anello elastico viene spostato nella sua posizione di chiusura in cui la derivazione è chiusa e non può più essere percorsa dal fluido idraulico. Il fluido idraulico deve prendere ora la via lungo la luce di travaso.

Con questi accorgimenti si ottiene di smorzare vantaggiosamente eccitazioni di alta frequenza senza pregiudicare le proprietà di smorzamento con riferimento a maggiori ampiezze di minore frequenza. In grandi campi di sintonizzazione si possono rappresentare ammortizzatori a frequenza selettiva che, specialmente negli autoveicoli, stabilizzano la carrozzeria del veicolo nel telaio necessario dal punto di vista della tecnica di sicurezza e, allo stesso tempo, espongono i movimenti verticali della ruota ad irrigidimenti minimi a favore del comfort di rotolamento.

Altri vantaggi e forme di realizzazione vantaggiose emergono dalle altre rivendicazioni, dalla descrizione della figura e dal disegno in cui è rappresentato in sezione un ammortizzatore a gas compresso secondo l'invenzione.

L'ammortizzatore a gas compresso 1 da impiegare in particolare in autoveicoli è costituito da un cilindro attuatore 2 in cui è disposto in modo assialmente mobile uno stantuffo operatore 4, fissato ad uno stelo 3 relativo. La cavità del cilindro attuatore 2 è divisa dallo stantuffo operatore 4 in due camere 5, 6, cioè in una camera 5 del lato stelo e in una camera 6 del lato stantuffo. Le due camere 5, 6 sono riempite con un fluido idraulico, in particolare con olio idraulico. Un movimento dello stelo dello stantuffo, prodotto da una forza F che agisce sullo stelo 3 dello stantuffo, provoca, di conseguenza, immediatamente uno spostamento assiale dello stantuffo operatore 4 nel cilindro 2. Nello stantuffo operatore 4 sono realizzate valvole di troppo pieno 15, 16 a più stadi di tiraggio/pressione che, in caso di movimento dello stantuffo di lavoro, vengono attraversate da olio idraulico. La resistenza dì flusso dell'olio idraulico smorza il movimento dello stantuffo di lavoro 2 e quindi anche dello stelo 3 dello stantuffo.

Tra la camera 6 dello stantuffo e il lato frontale 21 del cilindro attuatore è prevista, nella cavità, una camera di pressione 10. La camera di pressione 10 si trova nelle immediate vicinanze della camera 6 dello stantuffo ed è strutturata a guisa di accumulatore di gas 20. L'accumulato di gas 20 presenta una parete elastica 11, eseguita in particolare come una membrana di gomma. L'accumulatore di gas 20 ha la forma di un toro e si trova a diretto contatto con la superficie interna del lato frontale 21 del cilindro attuatore 2. Un anello di fissaggio 12 tra l’accumulatore di gas 20 e lo stantuffo operatore 4 fissa l’accumulatore di gas nella sua posizione nel cilindro attuatore 2.

Una variazione di pressione nella camera 6 dello stantuffo produce una variazione di volume dell'accumulatore di gas 20. La parete elastica 11 e a tenuta di pressione, eseguita come una membrana di gomma, dell'accumulatore di gas 20 si dilata e rispettivamente si contrae sotto l'azione di una pressione modificata per effetto della variazione del volume di gas. La membrana di gomma è resistente e poco usurabile. In caso di variazione di forma dell'accumulatore di gas 20, prodotta da variazioni di pressione nella camera 6 dello stantuffo, praticamente non si debbono superare forze di attrito.

Invece che a forma torica, l'accumulatore di gas può essere strutturato anche come un ellissoide oppure, in modo diverso, sotto forma di un cuscino a pressione pieno di gas.

Le valvole di troppo pieno 15, 16 nello stantuffo operatore 4 comprendono di volta in volta una luce di travaso 7, 8 e più piattelli 17, 18, disposti uno accanto all'altro, che formano il fasciame metallico delle stesse.'Le valvole di troppo pieno 15, 16 lavorano a direzione selettiva. In caso di movimento dello stantuffo operatore 4 in direzione del lato frontale chiuso 21 del cilindro attuatore 2, il fluido idraulico attraversa la prima valvola di troppo pieno 15, la cui luce di travaso 7 è aperta sul lato rivolto verso la camera 6 dello stantuffo. Sul lato opposto della luce di travaso 7 sono disposti i piattelli 17 delle valvole che vengono spostati assialmente in direzione della posizione di apertura dalla pressione del fluido idraulico e liberano la via per il fluido idraulico dalla camera 6 dello stantuffo nella camera 5 dello stelo. La luce di travaso 8 della seconda valvola di troppo pieno 16 è chiusa, durante questo movimento, dai piattelli 19 delle valvole.

Durante il movimento inverso dello stantuffo di lavoro 4 in direzione inversa del lato frontale 21, il fluido idraulico scorre dalla camera 5 dello stelo nella camera 6 del pistone attraverso la luce di travaso 8 della seconda valvola di troppo pieno 16 i cui piattelli 18 vengono messi in posizione di apertura. Allo stesso tempo, i piattelli 17 della prima valvola di troppo pieno 15, che sono tenuti sul lato dello stantuffo operativo 4 rivolto verso la camera 5 dello stelo, vengono messi nella loro posizione di chiusura; Pertanto, la via lungo la luce di travaso 7 della prima valvola di troppo pieno 15 è chiusa.

Per ridurre la resistenza di apertura dei piattelli 17, 18 delle valvole, i singoli piatteli a forma di disco sono muniti di uno strato superficiale antiattrito, preferibilmente di Teflon. In questo modo, singoli piattelli di valvole, disposti direttamente uno accanto all'altro, possono essere spostati con poco dispendio di forze dalla loro posizione chiusa nella loro posizione aperta che libera l'imboccatura della luce di travaso.

Oltre allo strato superficiale riduttore di attrito oppure in alternativa a questo si possono disporre spessori di volta in volta tra due singoli piattelli delle valvole. Ne consegue che lo spessore della fessura di passaggio dell'olio in posizione di chiusura dei piattelli delle valvole aumenta e la reistenza di apertura diminuisce. Secondo un'altra forma di realizzazione, ciò può essere ottenuto anche con un profilo di sezione trasversale convesso dei piattelli delle valvole.

Lo stantuffo operatore 4 è fissato tramite sistemi di supporto elastici assiali 13,14. I sistemi di supporto elastici assiali 13, 14 sono disposti ad entrambi lati frontali dello stantuffo di lavoro 4. Ciascun sistema di supporto assiale 13, 14 è costituito da due dischi di supporto 22, 23 assialmente cedevoli, sagomati in modo convesso e rivolti l'uno verso l 'altro.

I sistemi di supporto assiali fanno in modo che le ampiezze di eccitazione minori vengano smorzate in primo luogo tramite deformazioni più dolci dei supporti; si evita che a queste minori ampiezze di eccitazione venga data una risposta esclusivamente o principalmente attraverso il comportamento di smorzamento di base più duro. Eventualmente si può prevedere, inoltre, un gioco assiale tra lo stantuffo di lavoro 4 e lo stelo 3 dello stantuffo.

Come ulteriore accorgimento è previsto che la guarnizione di tenuta 27 dello stelo dello stantuffo, mediante la quale si ermetizza verso l'esterno la camera 5 dello stelo, presenti labbri di tenuta allungati radialmente allo scopo di ridurre la rigidezza assiale attiva in caso di effetto di tenuta invariato. A questo scopo si possono prevedere anche cedevolezze assiali supplementari, ad esempio contorni a tubo ondulato.

Ad ogni luce di travaso 7, 8 è associata una derivazione di troppo pieno supplementare. La derivazione di troppo pieno è strutturata a guisa di luce di anello elastico 9, allargato radialmente ed assialmente, tra la superficie esterna dello stantuffo operatore 4 e la parete interna 19 del cilindro attuatore 2. In alternativa o in aggiunta a questo, la derivazione di troppo pieno è realizzata come valvola di non ritorno unidirezione 25 e rispettivamente 26, estendentesi sostanzialmente in senso radiale, tra le luci di travaso 7, 8 e la luce 9 dell’anello elastico. In entrambi i casi, l'anello elastico 24 nella luce relativa 9 assume il compito di tenere aperta oppure di chiudere, in funzione della grandezza del movimento dello stantuffo di lavoro 4, la derivazione di troppo pieno. All'inizio di un movimento dello stantuffo di lavoro 4, in particolare in caso di inversione della direzione di moto dello stelo 3 dello stantuffo, la resitenza di flusso attraverso la derivazione di troppo pieno è nettamente inferiore alla resistenza che viene opposta al flusso da parte dei piattelli 17, 18 della valvole di troppo pieno 15, 16. Di conseguenza, il fluido idraulico scorre attraverso la derivazione e le forze smorzatrici sono molto piccole. In questo caso, la corsa del flusso attraverso la derivazione non è ostacolata dall'anello elastico 24.

Movimenti più intensi richiedono forze smorzatrici adeguatamente più alte. Queste forze vengono raggiunte per il fatto che l’anello elastico 24 assume una posizione di chiusura in cui la derivazione è chiusa. L'anello elastico 24, che all'inizio del movimento dello stantuffo è rimasto invariato nella sua posizione di partenza per effetto dell’attrito della parete, urta, nel corso del suo ulteriore movimento, contro la parete laterale della luce 9 dell'anello elastico e viene coinvolto nel movimento dalla parete laterale contro la resistenza di attrito dell'anello elastico. In questa posizione, l'anello elastico si trova nella posizione chiusa che blocca la derivazione; il fluido idraulico deve prendere la via con la maggiore resistenza di flusso tramite la valvola di troppo pieno 15, 16.

L'anello elastico 24 è particolarmente adatto, per quanto riguarda il suo dimensionamento e la sua forma della sua sezione trasversale preferibilmente rettangolare, a chiudere la derivazione di troppo pieno. La larghezza assiale dell'anello elastico 24 è piccola rispetto alla larghezza assiale della luce 9 di detto anello elastico per realizzare sufficiente gioco di movimento per l’anello elastico nella prima fase di piccoli movimenti. Dall'altro lato, la larghezza assiale e rispettivamente lo spessore radiale dell'anello elastico 24 è abbastanza grande per poter chiudere sia l'apertura di flusso della valvola di non ritorno 25, 26 ad estensione radiale sia l'apertura di flusso assiale della luce 9 dell'anello elastico.

Le valvole di non ritorno 25, 26 che formano la derivazione sono strutturate un modo unidirezionale e consentono soltanto una passaggio del fluido idraulico tramite ciascuna canale 7, 8 che porta alla luce 9 dell'anello elastico. A questo scopo, ciascuna valvola di non ritorno 25, 26 presenta una sfera caricata da molla in direzione delle luci di travaso 7, 8, la quale è fissata in una rastremazione del canale appartenente a ciascun valvola di non ritorno 25, 25 e può essere spostata in direzione della luce 9 dell'anello elastico per la liberazione del canale relativo.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Ammortizzatore per autoveicoli, con uno stantuffo operatore (4) fissato su uno stelo relativo (3), mobile in un cilindro attuatore (2), il quale stantuffo operatore divide il cilindro attuatore (2) in due camere (5, 6) riempite con fluido idraulico, le quali sono a diretto contatto reciproco tramite almeno una luce di travaso (7, 8) di una valvola di troppo pieno (15, 16), con un anello elastico (24) mobile in una luce relativa (9) dello stantuffo operatore (4), e con una derivazione di troppo pieno (25, 26), prevista in aggiunta alla luce di travaso (7, 8), intercomunicante con la luce (9) dell'anello elastico, con esistenza di flusso ridotta, disposta tra le due camere (5, 6) del cilindro attuatore (2), caratterizzato dal fatto che la derivazione di troppo pieno (25, 26) si estende in senso radiale e collega la luce (9) dell'anello elastico con la luce di travaso (7, 8), dove l'anelo elastico (24) è spostabile tra una posizione che apre la derivazione di troppo pieno (9) e una posizione che chiude la derivazione di troppo pieno (9)· 2. Ammortizzatore secondo la rivendicazione 1, caratterizato dal fatto che la derivazione di troppo pieno (25, 26) è realizzata come valvola di non ritorno radiale, unidirezionale (25, 26), nello stantuffo di lavoro (4) tra la luce di travaso (7, 8) e la luce (9) dell'anello elastico. 3. Ammortizzatore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la valvola di non ritorno (25, 26) si apre in direzione della luce (9) dell'anello elastico. 4. Ammortizzatore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che la luce (9) dell'anello elastico forma una derivazione di troppo pieno supplementare (9) ed è realizzata in modo da risultare allargata in senso radiale e in senso assiale. 5. Ammortizzatore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caraterizzato dal fatto che è prevista una camera di pressione (10) piena di gas, realizzata come elemento strutturale separato, tra lo stantuffo operatore (4) e uno dei lati frontali (21) del cilindro attuatore (2), la quale è eseguita come accumulatore di gas (20) a tenuta di pressione con parete elastica (11). 6. Ammortizzatore sfcondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la parete (il) dell'accumulatore di gas (20) è eseguita come una membrana di gomma . 7. Ammortizzatore secondo la rivendicazione 5 oppure 6, caratterizzato dal fatto che l'accumulatore di gas (20) è strutturato a forma torica. 8. Ammortizzatore secondo una delle rivendicazioni da 5 a 7, caratterizzato dal fatto che tra l'accumulatore di gas (20) e lo stantuffo operatore (4) è disposto un anello di fissaggio (12). 9. Ammortizzatore secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, caratterizzato dal fatto che lo stantuffo di lavoro (4) è fissato allo stelo (3) relativo tramite un sistema di supporto assiale (13, 14) 10: Ammortizzatore secondo una delle rivendicazioni da 5 a 9, caratterizzato dal fatto che la luce di travaso (7, 8) è parte di una valvola di troppo pieno a più stadi di tiraggio/pressione a direzione selettiva (15, 16) con più piattelli (17, 18) che chiudono la luce di travaso (7, 8), le guali presentano uno strato superficiale riduttore di attrito, in particolare Teflon.