WO2016012642A1 - Sistema de control de carga variable en un dispositivo hidráulico - Google Patents

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WO2016012642A1
WO2016012642A1 PCT/ES2015/070494 ES2015070494W WO2016012642A1 WO 2016012642 A1 WO2016012642 A1 WO 2016012642A1 ES 2015070494 W ES2015070494 W ES 2015070494W WO 2016012642 A1 WO2016012642 A1 WO 2016012642A1
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hydraulic device
control system
load control
tubular head
annular support
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PCT/ES2015/070494
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Inventor
Javier Lizarraga Senar
Original Assignee
Kyb Suspensions Europe, S.A.
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    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/10—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using liquid only; using a fluid of which the nature is immaterial
    • F16F9/14—Devices with one or more members, e.g. pistons, vanes, moving to and fro in chambers and using throttling effect
    • F16F9/16—Devices with one or more members, e.g. pistons, vanes, moving to and fro in chambers and using throttling effect involving only straight-line movement of the effective parts
    • F16F9/18—Devices with one or more members, e.g. pistons, vanes, moving to and fro in chambers and using throttling effect involving only straight-line movement of the effective parts with a closed cylinder and a piston separating two or more working spaces therein
    • F16F9/19—Devices with one or more members, e.g. pistons, vanes, moving to and fro in chambers and using throttling effect involving only straight-line movement of the effective parts with a closed cylinder and a piston separating two or more working spaces therein with a single cylinder and of single-tube type
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    • F16F13/007—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs comprising both a wound spring and a damper, e.g. a friction damper the damper being a fluid damper
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    • F16F9/348—Throttling passages in the form of annular discs or other plate-like elements which may or may not have a spring action, operating in opposite directions or singly, e.g. annular discs positioned on top of the valve or piston body
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    • F16F9/32—Details
    • F16F9/48—Arrangements for providing different damping effects at different parts of the stroke
    • F16F9/49—Stops limiting fluid passage, e.g. hydraulic stops or elastomeric elements inside the cylinder which contribute to changes in fluid damping

Definitions

  • the present invention refers to a variable load control system in a hydraulic device that has the purpose of controlling the development of hydraulic load in at least some moment of its operation
  • the system is applicable to hydraulic devices, such as shock absorbers, managing to reduce the problems of abruptness, during a first run that ends in a maximum compressed and also during a second run that ends in a maximum extended, so that abruptness attenuation It is controlled especially at the end of the first and second races of the hydraulic device.
  • hydraulic devices such as shock absorbers
  • the system of the invention has the purpose of providing damping in the hydraulic device as a function of the length of the shock absorber at all times and also as a function of the linear speed of the shock absorber when it is active, both when moving towards its maximum extension and / or when it moves in the opposite direction towards its maximum compression.
  • system of the invention allows a wide and varied range of geometries, arrangements and materials, ensuring its adaptability and configurability to boundary conditions with dimensions in each application case.
  • an operation of the hydraulic device has been chosen as a hydraulic understanding stop in a vehicle shock absorber.
  • some hydraulic devices such as shock absorbers, comprise two parts assembled together.
  • a first part comprising a piston rod assembly
  • a second part comprising a housing that includes a tube with sufficient cylindricalness so that a piston rod or piston assembly can slide inside in the presence of a hydraulic fluid.
  • This assembly allows to decouple the movement of the solidarity assembly to the tubular housing of the movement of the solidarity assembly to the piston rod assembly, so that the hydraulics filter, partially or totally, the frequencies that are not desired to be transmitted from one assembly to another.
  • the maximum stroke of the piston allowed inside the housing is limited. In certain devices these limitations are implemented through mechanical stops:
  • these stops are known as compression stops, maximum compresses, etc.
  • the relative abruptness of these mechanical stop mechanisms may be undesirable, due to a lack of comfort, excessive noise, deterioration due to repeated use, etc.
  • the invention proposes a variable load control system in a hydraulic device, where the hydraulic device comprises a tubular housing inside which a rod is located to which jointly fixes a piston that separates an upper space and a lower space filled with a hydraulic fluid, so that during the mobility of the piston and rod, these two elements move together in both directions of an axial direction through the inside of the housing tubular, passing the hydraulic fluid from one space to another by varying its volumes; where the piston advances towards a maximum compression position of the hydraulic device in which the movement of the piston towards the maximum compression position progressively reduces the volume of the lower space; the hydraulic device also adopting a resting position of maximum extension.
  • It comprises a modular mechanism located inside the lower space of the tubular housing closed by its lower end by means of a cover.
  • the upper space and the lower space communicate with each other through through perforations established in the plunger.
  • the modular mechanism comprises an upper tubular head into which a lower tube is fitted and guided at the lower end of which an annular support is embedded, the upper tubular head having axial mobility when moving in a downward direction towards the position of maximum compression of the hydraulic device, such as when moving in the opposite direction upwards towards the position of maximum extension of the hydraulic device.
  • the upper tubular head integrates through its wall through openings that communicate an internal chamber delimited by the inner faces of the lower tube and upper tubular head, with an annular outer chamber delimited by the inner face of the tubular housing and the outer faces of the tubular head upper and lower tube.
  • the annular support has through holes that communicate with the outer annular chamber.
  • the through holes of the annular support are faced with a front disk fixed to the lid; where the combination of the through holes and the front disk constitute a valve device that regulates the passage of hydraulic fluid through those through holes when the annular support rests on its lower face against the front disk.
  • the front disk is dispensed with, whereby the through holes of the annular support are now facing the cover; where the combination of the through holes and the cover constitute a valve device that regulates the passage of hydraulic fluid through those through holes when the annular support rests on its lower face against the front disk.
  • the annular support fits against the inner face of the tubular housing.
  • a lower face of the annular support comprises a lower recess where the through holes open, while an upper face of the annular support comprises an upper recess where a lower end of the lower tube is embedded.
  • the through openings of the upper tubular head comprise through slots that reach a lower edge of the upper tubular head.
  • the upper tubular head of the modular mechanism is attached to the plunger, while in another alternative embodiment, the upper tubular head of the modular mechanism and the plunger are two independent elements that are separated from each other.
  • the modular mechanism is complemented by a coaxial spring that works under compression and whose ends abut against the annular support and also against radial extensions of the upper tubular head, which fit against the inner face of the tubular housing, having the upper tubular head axial mobility both against the resistance of the coaxial spring when it travels in a downward direction against the resistance of the coaxial spring towards the maximum compression position of the hydraulic device, and when it travels in the opposite direction upwards towards the position of maximum extension of the hydraulic device in which the coaxial spring tends to axially move the upper tubular head upwards; the coaxial spring being located inside the annular outer chamber.
  • the rod integrates a lower extension that extends below the plunger; where in some positions of the damping device, that lower extension fits snugly into the lower tube, that gap defining an annular passage of the hydraulic fluid.
  • the upper tubular head integrates a trunk-conical upper mouth.
  • the upper head of the annular mechanism includes a region of lower surface hardness than the area of the piston with which it contacts; where the initial contact between a part of the plunger and the upper tubular head when they approach each other is a damped contact that is carried out by that region of less hardness
  • the region of least surface hardness is determined by an annular body attached to an upper edge of the upper tubular head.
  • the lower tube assembly and annular support are joined by interference with the tubular housing, where the annular support is fixed to the tubular housing immovably, so that in this In case the coaxial spring is not necessary to restore the original position of the system of the invention after a duty cycle.
  • variable load control system of the invention is relevant when mitigating problems arising from abrupt operation of the hydraulic device as specified below.
  • the upper tubular head contacts the piston of the hydraulic device and marks the entry into operation of the system.
  • the front disk in combination with the through holes of the annular support, constitute a valve device for regulating the passage of fluid through such through holes, which flow into the coaxial outer chamber.
  • the through grooves located in the wall of the upper tubular head control the passage section of the hydraulic fluid through them depending on the relative position between the lower tube and the upper tubular head itself which is the element that travels with respect to the lower tube .
  • the coaxial spring assembled by interference with the annular support and upper tubular head, has the mission of returning the system to its initial state after a work cycle.
  • Figure 1 Shows a sectioned elevation view of a hydraulic device incorporating the variable load control system, object of the invention.
  • the hydraulic device is a shock absorber that is in a position of maximum extension.
  • Figure 2. Shows a sectional elevation view of the hydraulic device similar to that shown in Figure 1, where the shock absorber is located in a position close to its maximum extent.
  • Figure 3. It shows a view similar to the previous ones where the shock absorber is in an intermediate position.
  • Figure 4. Shows a sectioned elevation view where the shock absorber is in a position close to its maximum compression.
  • Figure 5. Represents a sectional view of the shock absorber where a second embodiment is highlighted that has some differences with respect to the first embodiment shown in the previous figures.
  • Figure 6.- Shows a sectional view of the shock absorber that presents a third embodiment of the invention that has differences with respect to that shown in the previous figures.
  • Figure 7. Shows a perspective view of a modular mechanism that is housed inside a tubular housing below a piston integral with a rod that moves axially in both directions through the interior of the tubular housing during the operation of the shock absorber.
  • Figure 8. Represents a perspective view of the modular mechanism also shown in the previous figure.
  • variable load control system in a hydraulic device contemplates the following nomenclature used in the description:
  • the hydraulic device shown in the figures is a shock absorber arranged in a vertical direction comprising a tubular housing (1) within which the modular mechanism (2) above which is located a rod (3) jointly and severally attached to a plunger (4) that separates a first upper space (5) above the plunger (4) and a second lower space (6) arranged by under the piston (4), the modular mechanism assembly (2) being located basically in this second lower space (6).
  • a cover (7) fixed to the lower end of said tubular housing (1).
  • the piston (4) integrates a perimeter skirt (4a) whose outer face adjusts against the inner face of the tubular housing (1), at the same time as such outer face of the perimeter skirt (4a) has a set of annular grooves (9 ).
  • the plunger (4) is separated from the modular mechanism (2) without being joined together, while in another embodiment, the plunger (4) is attached to the modular mechanism (2) through the perimeter skirt (4a) of said plunger (4).
  • the upper tubular head (10) includes a region of less surface hardness than the hardness of the piston material (4 ), so that when the piston (4) and modular mechanism (2) approach each other until they contact each other, this initial contact between the perimeter skirt (4a) and the upper tubular head (10) is a soft damped contact that It has a better performance of the hydraulic device.
  • the region of least hardness in an embodiment of the invention is determined by an annular body (24) attached to an upper edge of the upper tubular head (10).
  • the modular mechanism (2) as shown more clearly in Figures 7 and 8, comprises an upper tubular head (10) into which a lower tube (1 1) is fitted and guided at whose lower end a support is coupled annular (12), completing the modular mechanism (2) with a coaxial spring (13) that works under compression and whose ends stop against the annular support (12) and also against radial extensions (10a) of the upper tubular head (10) ), which fit against the inner face of the tubular casing (1) ensuring correct guidance of the upper tubular head during its axial mobility within the tubular casing (1), both against the resistance of the coaxial spring (13) when the upper tubular head (10) moves in a downward direction against the resistance of the coaxial spring (13) towards the maximum compression position of the shock absorber, such as when it moves in the opposite direction towards the position of maximum extension of the shock absorber in which the coaxial spring (13) tends to move the upper tubular head
  • the annular support (12) has a first upper recess (12a) where the lower end of the lower tube (1 1) is embedded, with a second lower recess (12b) facing a front disc (14) fixed to the cover ( 7) Closing the lower end of the tubular housing (1).
  • the annular support (12) also incorporates through holes (15) that connect the lower recess (12b) of said annular support (12) with an annular outer chamber (16) outside the lower tube (1 1), so that such outer annular chamber (16) is basically delimited between the inner face of the tubular housing (1) and the outer faces of the lower tube (11) and upper tubular head (10).
  • the coaxial spring (13) of the modular mechanism (2) is housed inside the annular outer chamber (16).
  • the annular outer chamber (16) is complemented by an internal chamber (17) delimited by the inner faces of the lower tube (11) and upper tubular head (10). It has an upper trunk-conical mouth (18) in an inverted position.
  • the bottom of the lower recess (12b) of the annular support (12) abuts against the front disk (14), at least partially sealing the through holes (15 ) of the annular support (12), which will restrict or even cancel the passage of hydraulic fluid through the through holes (15) when the shock absorber moves to the position of maximum compression reducing its length.
  • a part of the upper tubular head wall (10) has through slots (19) that allows the hydraulic fluid to pass between the outer annular chamber (16) and the inner chamber (17) in some relative positions between the upper tubular head (10) and the lower tube (1 1), reaching the maximum cross-section when the shock absorber is in the position of maximum extension in which the coaxial spring (13) is at rest fully extended without tension.
  • the upper tubular head (10) stops at its lower edge against the annular support (12) which is in turn against the cover (7) that closes the lower end of the tubular housing (one). More specifically, the annular support (12) has an upper shoulder (20) against which the upper tubular head (10) abuts in the position of maximum compression.
  • the rod (3) has a lower extension (3a) that extends down below the piston (4), so that in the position of maximum compression of the shock absorber and also in positions close to maximum compression ( Figure 4), that lower extension (3a) of the rod (3) fits snugly into the lower tube (1 1), this gap constituting an annular passage (21) of the hydraulic fluid passage that enhances the braking of the rod assembly (3) and piston (4) when the shock absorber approaches maximum compression.
  • the maximum extension position of the shock absorber is shown in figure 1 and also in figures 2, 5 and 6.
  • the upper tubular head (10) descends against the resistance of the coaxial spring (13), progressively reducing the flow of hydraulic fluid between the outer annular chamber (16) and the internal chamber (17) through the through slots (19) of the upper tubular head (10) , finally running the hydraulic fluid from the inner chamber (17) to the first upper space (5) above the plunger (4).
  • the passage of the fluid is also carried out through the through holes (15) of the annular support (12) that is part of the valve device (2) formed by the combination of those through holes (15) and front disc (14).
  • the front disk (14) is fixed to the cover (7) by a central body (22).
  • annular support (12) fits against the inner face of the tubular housing (1).
  • the rod (3) descends during the compression stroke of the shock absorber. Therefore, in the instants prior to the entry into operation of the modular mechanism (2), the rod (3) is in a position such that the skirt (4a) of the piston (4) does not contact any element of the modular mechanism ( 2). That is, the skirt (4a) of the piston (4) is located in an area of the tubular housing (1) above an upper level (23) at the point of entry into operation, so that that upper level (23) cited corresponds to the upper edge of the upper tubular head (10). In this situation, the Coaxial spring (13) keeps the upper tubular head (10) and lower tube (11) to its maximum extent.
  • the hydraulic fluid has freedom of movement from the piston (4) to the valve device that combines the front disk (14) and the through holes (15) of the annular support (12). When the hydraulic device comes into operation, the sequence of events is as follows.
  • the skirt (4a) of the piston (4) contacts the upper edge of the upper tubular head (10), so that the passage of hydraulic fluid out of that upper tubular head (10) is impeded and the lower space (6 ) is divided into two zones:
  • the inner chamber (17) is defined superiorly by the inner area of the piston (4), inner diameter of the skirt (4a), the upper trunk-conical mouth (18) of the upper tubular head (10), the inner face of the lower tube (1 1), an inner region of the annular support (12) and the front disk (14).
  • the passage of hydraulic fluid from the piston (4) to the valve device remains unchanged, as is the normal operation of the shock absorber.
  • the annular outer chamber (16) is defined superiorly by an outer and lower portion of the skirt (4a) of the plunger (4), outer surfaces of the upper part of the upper tubular head (10), the outer face of the lower tube ( 11), an outer region of the annular support (12) and the inner face of the tubular housing (1).
  • the fluid passage is carried out towards the internal chamber (17) through the through slots (19) of the upper tubular head (10) and the through holes (15) of the annular support (12) ).
  • the through holes (15) of the annular support (12) are totally or partially closed by the front disk (14) fixed to the cover (7) that closes the lower end of the tubular housing (1).
  • the perimeter skirt (4a) touches the upper edge of the upper tubular head (10) without interference between the inner diameter of said upper tubular head (10) and the outer diameter of the lower tube (1 1 ).
  • the perimeter skirt (4a) of the piston (4) comes into contact with the upper tubular head (10) when the rod (3) and piston (4) assembly descends.
  • the skirt (4a) of the piston (4) pushes on the upper edge of the upper tubular head (10), forcing its descent and compressing the coaxial spring (13).
  • the older the compression of the shock absorber the greater the lowering of the upper tubular head (10) and, therefore, the greater the interference of the closure between the upper tubular head (10) and the lower tube (1 1), so that the section of progressively decreases passage through the through slots (19) of the upper tubular head (10).
  • the valve device almost completely seals the passage of hydraulic fluid through the through holes (15) of the annular support (12), whereby the evacuation of the volume of hydraulic fluid enclosed in the annular outer chamber (16) towards the Inner chamber (17) is made through the through slots (19).
  • This control mode generates a soft damper start whose load depends on the position of the damper (greater or lesser section of passage through the through slots (19) and speed), which generates a force that is a quadratic function of the speed.
  • This control mode added to the previous one, means that the load does not increase excessively with the increase in speed.
  • the quadratic shape of the load curve is corrected.
  • the load increases practically linear with the speed.
  • the rod (3) rises so that the skirt (4a) of the piston (4) ceases the pressure on the upper tubular head (10).
  • the annular outer chamber (16) stops decreasing and begins to grow, whereby the pressure drops and the hydraulic fluid flow is reversed, allowing the valve device to close the through holes (15).
  • the pressure of the annular outer chamber (16) decreases to equalize with the pressure of the inner chamber (17) and the piston (4) separates from the upper tubular head (10), allowing the passage of hydraulic fluid between the outer surface of the upper tubular head (10) and the inner face of the tubular housing (1).
  • the coaxial spring (13) tends to decompress and return to its equilibrium position. Being assembled at its ends with interference to the upper tubular head (10) and the annular support (12) and, in turn, this annular support (12) to be with the tubular housing (1), the assembly reaches the position of rest and does not move.
  • the basic geometric shapes of the design tend to be generated by revolution along the axis of the rod (3).
  • this is not mandatory, since the final form will depend on the variation of the area you want to achieve, as well as other specifications such as weight, resistance, inertia, etc.
  • One of the advantages of the present Design is that the final finishing of the pieces can be done piece by piece to optimize the continuous control of the passage area. In this aspect the following is observed.
  • valve device The whole of the valve device is key in the invention, since the control of the braking pressure of the compression stop depends on its configuration, unlike in other inventions of a similar nature. In this sense, the geometry of the valve device is not tied exclusively to that illustrated in the figures.
  • It can consist of one or more valve devices, whose accumulated stiffness will mark the behavior of the stop.
  • the upper tubular head (10) fulfills the function of load variation depending on the position. Again, its geometry is not tied exclusively to that illustrated in the figures.
  • the through grooves (19) of the upper tubular head (10) can be made by one or more grooves, holes or windows, and in general, any kind of groove that positively contributes to the way in which the passage section varies by increasing the area of interference between the upper tubular head (10) and the lower tube (1 1) to generate an input of greater or lesser abruptness.
  • the lower tube (1 1) progressively covers the through slots (19) of the upper tubular head (10).
  • its geometry does not have to be solid, being able to have grooves that communicate the inner chamber (17) and the outer annular chamber (16), so that the evolution of the load has a greater or lesser abruptness.
  • the annular support (12) supports the valve device in combination with the front disk (14). Again its geometry is not linked exclusively to that illustrated in the figures and can have a variety of grooves to control the load variation when The pressure in the outer annular chamber (16) is such that the valve device opens the passage of hydraulic fluid.
  • the versatility of the system of the invention allows the annular support (12) to rest directly on the cover (7) regardless of the front disk (14), counting the annular support (12) and the cover (7) with the grooves necessary to control the load.
  • the coaxial spring (13) is responsible for returning the assembly to its initial position, as well as providing load dependent on the position.
  • the coaxial spring (13) can have constant or variable stiffness and be composed of a thread with a section of free choice in terms of shape and size or an accumulation of rings It can be fixed by interference or by an additional piece.
  • the coaxial spring (13) is dispensed with, as shown in Figure 6, where the upper head (10) is attached to the skirt (4a) of the plunger.
  • the lower tube assembly (11) and annular support (12) are joined by interference with the tubular housing (1), where the annular support (12) is fixed to the tubular housing (1) immovably, so that in this case the coaxial spring (13) is not necessary to restore the original position of the hydraulic device after a duty cycle.
  • the upper tubular head (10) is attached to the perimeter skirt (4a) of the plunger (4).
  • the hydraulic device begins to function when an upper part of the lower tube (11) enters into a lower part of the upper tubular head (10), accompanying the movement of the piston (4) with the that said upper tubular head (10) is integral.
  • the assembly can be used positioned for various applications.
  • the shock absorber the invention can be applied as a hydraulic compression or hydraulic rebound stop. It is valid for any monotube or bitube technology and can be installed in the main body of the shock absorber or in neighboring bodies, for example, in reserve chambers of hydraulic fluid
  • the invention is applicable to any hydraulic device intended to be part of a structure, fixed or mobile, to provide a mechanical-hydraulic limit switch as in structures (solar panels, metal structures for buildings, etc.) or in motor vehicles.

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Abstract

El dispositivo hidráulico comprende una carcasa tubular en cuyo interior se ubica un vástago al que se fija solidariamente un émbolo que separa un espacio superior y un espacio inferior llenos de un fluido hidráulico, de forma que durante la movilidad del émbolo y vástago, estos dos elementos se desplazan juntos relativa y axialmente por el interior de la carcasa tubular, pasando el fluido hidráulico por el interior de la carcasa tubular, pasando el fluido hidráulico de un espacio al otro variando sus volúmenes. Comprende además un mecanismo modular ubicado dentro del espacio inferior, de forma que mediante este mecanismo modular se regula la amortiguación al final de la compresión máxima del dispositivo hidráulico y también en otras posiciones relativas.

Description

SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO
DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de control de carga variable en un dispositivo hidráulico que tiene la finalidad de controlar el desarrollo de carga hidráulica en, al menos, algún momento de su funcionamiento.
El sistema es aplicable a dispositivos hidráulicos, como son los amortiguadores, consiguiendo atenuar los problemas de brusquedad, durante una primera carrera que finaliza en un comprimido máximo y también durante una segunda carrera que finaliza en un extendido máximo, de manera que esa atenuación de brusquedad se controla sobre todo al finalizar las carreras, primera y segunda, del dispositivo hidráulico.
Por lo tanto, el sistema de la invención tiene la finalidad de proveer de amortiguamiento en el dispositivo hidráulico en función de la longitud que tiene el amortiguador en cada momento y también en función de la velocidad lineal del amortiguador cuando está activo, tanto cuando se moviliza hacia su extensión máxima y/o cuando se moviliza en sentido contrario hacia su compresión máxima.
Se destaca además que el sistema de la invención permite un rango amplio y variado de geometrías, disposiciones y materiales, asegurando su adaptabilidad y configurabilidad a las condiciones de contorno con cotas en cada caso de aplicación.
Por lo tanto, en la invención se ha escogido un funcionamiento del dispositivo hidráulico como tope de comprensión hidráulico en un amortiguador para vehículo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la actualidad, algunos dispositivos hidráulicos, como son los amortiguadores, comprenden dos partes ensambladas entre sí.
Una primera parte que comprende un conjunto de vástago-émbolo, y una segunda parte que comprende una carcasa que incluye un tubo con suficiente cilindricidad como para que un conjunto o vástago-émbolo pueda deslizar en su interior en presencia de un fluido hidráulico. Este ensamblaje permite desacoplar el movimiento del montaje solidario a la carcasa tubular del movimiento del montaje solidario al conjunto de vástago-émbolo, de forma que la hidráulica filtre, parcial o totalmente las frecuencias que no se deseen transmitir de un montaje a otro. Atendiendo a las imposiciones geométricas del entorno físico donde el amortiguador desarrolla su funcionamiento, el recorrido máximo del émbolo permitido dentro de la carcasa (carrera del amortiguador), queda limitado. En ciertos dispositivos dichas limitaciones se implementan a través de topes mecánicos:
Cuando se limita la longitud mínima del amortiguador, estos topes son conocidos como topes de compresión, de comprimido máximo, etc.
Cuando se limita la longitud máxima del amortiguador, estos topes son conocidos como topes de rebote, extendido máximo, etc.
En ciertas aplicaciones del amortiguador, la relativa brusquedad de estos mecanismos de tope mecánico puede resultar indeseable, debido a una carencia de confort, a un excesivo ruido, a un deterioro por repetición en su utilización, etc.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados en los apartados anteriores, la invención propone un sistema de control de carga variable en un dispositivo hidráulico, donde el dispositivo hidráulico comprende una carcasa tubular en cuyo interior se ubica un vástago al que se fija solidariamente un émbolo que separa un espacio superior y un espacio inferior llenos de un fluido hidráulico, de forma que durante la movilidad del émbolo y vástago, estos dos elementos se desplazan juntos en los dos sentidos de una dirección axial por el interior de la carcasa tubular, pasando el fluido hidráulico de un espacio al otro variando sus volúmenes; donde el émbolo avanza hacia una posición de compresión máxima del dispositivo hidráulico en la que el desplazamiento del émbolo hacia la posición de compresión máxima reduce progresivamente el volumen del espacio inferior; adoptando también el dispositivo hidráulico una posición de reposo de extensión máxima.
Comprende un mecanismo modular ubicado dentro del espacio inferior de la carcasa tubular cerrada por su extremo inferior mediante una tapa. El espacio superior y el espacio inferior comunican entre sí a través de unas perforaciones pasantes establecidas en el émbolo.
El mecanismo modular comprende un cabezal tubular superior dentro del cual se ajusta y guía un tubo inferior en cuyo extremo inferior se encastra un soporte anular, teniendo el cabezal tubular superior movilidad axial cuando se desplaza en un sentido hacia abajo hacia la posición de máxima compresión del dispositivo hidráulico, como cuando se desplaza en sentido contrario hacia arriba hacia la posición de máxima extensión del dispositivo hidráulico.
El cabezal tubular superior integra en su pared unas aberturas pasantes que comunican una cámara interna delimitada por las caras internas del tubo inferior y cabezal tubular superior, con una cámara exterior anular delimitada por la cara interna de la carcasa tubular y las caras exteriores del cabezal tubular superior y tubo inferior.
El soporte anular posee unos orificios pasantes que comunican con la cámara exterior anular. En una realización, los orificios pasantes del soporte anular están enfrentados con un disco frontal fijado a la tapa; donde la combinación de los orificios pasantes y el disco frontal constituyen un dispositivo valvular que regula el paso de fluido hidráulico por esos orificios pasantes cuando el soporte anular apoya por su cara inferior contra el disco frontal. En otra realización alternativa a la descrita en el párrafo anterior, se prescinde del disco frontal, con lo cual ahora los orificios pasantes del soporte anular están enfrentados a la tapa; donde la combinación de los orificios pasantes y la tapa constituyen un dispositivo valvular que regula el paso de fluido hidráulico por esos orificios pasantes cuando el soporte anular apoya por su cara inferior contra el disco frontal. El soporte anular ajusta contra la cara interna de la carcasa tubular.
Una cara inferior del soporte anular comprende un rebaje inferior donde desembocan los orificios pasantes mientras que una cara superior del soporte anular comprende un rebaje superior donde se encastra un extremo inferior del tubo inferior. Las aberturas pasantes del cabezal tubular superior comprenden unas ranuras pasantes que alcanzan un borde inferior del cabezal tubular superior.
En una realización, el cabezal tubular superior del mecanismo modular está unido al émbolo, mientras que en otra realización alternativa, el cabezal tubular superior del mecanismo modular y el émbolo son dos elementos independientes que están separados entre sí.
En una realización, el mecanismo modular se complementa con un resorte coaxial que trabaja a compresión y cuyos extremos hacen tope contra el soporte anular y también contra unas extensiones radiales del cabezal tubular superior, las cuales ajustan contra la cara interna de la carcasa tubular, teniendo el cabezal tubular superior movilidad axial tanto en contra de la resistencia del resorte coaxial cuando se desplaza en un sentido hacia abajo en contra de la resistencia del resorte coaxial hacia la posición de máxima compresión del dispositivo hidráulico, como cuando se desplaza en sentido contrario hacia arriba hacia la posición de máxima extensión del dispositivo hidráulico en la que el resorte coaxial tiende a desplazar axialmente hacia arriba al cabezal tubular superior; estando ubicado el resorte coaxial dentro de la cámara exterior anular.
El vástago integra una prolongación inferior que se extiende por debajo del émbolo; donde en algunas posiciones del dispositivo amortiguador, esa prolongación inferior se ajusta con holgura dentro del tubo inferior, definiendo esa holgura un paso anular del fluido hidráulico.
El cabezal tubular superior integra una embocadura superior tronco-cónica.
En una realización, el cabezal superior del mecanismo anular incluye una región de menor dureza superficial que la zona del émbolo con la que contacta; donde el contacto inicial entre una parte del émbolo y el cabezal tubular superior cuando se aproximan entre sí es un contacto amortiguado que se lleva a cabo mediante esa región de menor dureza
Al hilo de lo dicho en el párrafo anterior la región de menor dureza superficial está determinada por un cuerpo anular unido a un borde superior del cabezal tubular superior.
Considerando la realización en la que no se incluye el resorte coaxial, el conjunto del tubo inferior y soporte anular están unidos por interferencia con la carcasa tubular, donde el soporte anular está fijado a la carcasa tubular de forma inamovible, de forma que en este caso no es necesario el resorte coaxial para restablecer la posición original del sistema de la invención después de un ciclo de trabajo.
Así pues el sistema de control de carga variable de la invención es relevante a la hora de atenuar los problemas derivados de brusquedad en el funcionamiento del dispositivo hidráulico tal como se concreta a continuación.
El cabezal tubular superior contacta con el émbolo del dispositivo hidráulico y marca la entrada en funcionamiento del sistema.
El disco frontal, en combinación con los orificios pasantes del soporte anular, constituyen un dispositivo valvular para regular el paso de fluido a través de tales orificios pasantes, que desembocan en la cámara exterior coaxial.
Las ranuras pasantes ubicadas en la pared del cabezal tubular superior controlan la sección de paso del fluido hidráulico a través de ellas dependiendo de la posición relativa entre el tubo inferior y el propio cabezal tubular superior que es el elemento que se desplaza con respecto al tubo inferior. El resorte coaxial ensamblado por interferencia con el soporte anular y cabezal tubular superior, tiene la misión de devolver el sistema a su estado inicial tras un ciclo de trabajo.
Así pues, con el sistema de la invención es posible proveer de amortiguamiento en función de la longitud y la velocidad del dispositivo hidráulico. Además, su diseño es tal que provee de función para un rango amplio y variado de geometrías, disposiciones y materiales, asegurando su adaptabilidad y configurabilidad a las condiciones de contorno concretas en cada caso de aplicación.
A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Figura 1.- Muestra una vista en alzado seccionado de un dispositivo hidráulico que incorpora el sistema de control de carga variable, objeto de la invención. El dispositivo hidráulico es un amortiguador que se encuentra en una posición de máxima extensión.
Figura 2.- Muestra una vista en alzado seccionado del dispositivo hidráulico similar a lo representado en la figura 1 , donde el amortiguador se encuentra situado en una posición próxima a su extensión máxima. Figura 3.- Muestra una vista similar a las anteriores donde el amortiguador se encuentra en una posición intermedia.
Figura 4.- Muestra una vista en alzado seccionado donde el amortiguador se encuentra en una posición próxima a su compresión máxima. Figura 5.- Representa una vista en sección del amortiguador donde se destaca una segunda realización que tiene algunas diferencias con respecto a la primera realización mostrada en las figuras anteriores.
Figura 6.- Muestra una vista en sección del amortiguador que presenta una tercera realización de la invención que tiene diferencias con respecto a lo mostrado en las figuras anteriores.
Figura 7.- Muestra una vista en perspectiva de un mecanismo modular que se aloja dentro de una carcasa tubular por debajo de un pistón solidario a un vástago que se desplaza axialmente en ambos sentidos por el interior de la carcasa tubular durante el funcionamiento del amortiguador. Figura 8.- Representa una vista en perspectiva del mecanismo modular mostrado también en la figura anterior.
Figura 9.- Muestra una vista en sección del amortiguador que presenta una cuarta realización de la invención que tiene un menor número de elementos geométricos para su implementación. DESCRIPCIÓN DE UN EJEMPLO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
Considerando la numeración adoptada en las figuras, el sistema de control de carga variable en un dispositivo hidráulico contempla la siguiente nomenclatura empleada en la descripción:
1.- Carcasa tubular 2.- Mecanismo modular
3. - Vástago
3a.- Prolongación inferior
4. - Embolo
4a.- Faldón perimetral 5. - Primer espacio superior
6. - Segundo espacio inferior
7. - Tapa
8. - Perforaciones pasantes 9.- Ranuras anulares
10. - Cabezal tubular superior 10a.- Extensiones radiales
1 1. - Tubo inferior
12. - Soporte anular 12a.- Rebaje superior
12b.- Rebaje inferior 3. - Resorte coaxial
14. - Disco frontal
15. - Orificios pasantes 16.- Cámara exterior anular
17. - Cámara interna
18. - Embocadura superior tronco-cónica
19. - Ranuras pasantes
20. - Resalte superior 21.- Paso anular
22. - Cuerpo central
23. - Cota superior.
24. - Cuerpo anular.
El dispositivo hidráulico que se muestra en las figuras es un amortiguador dispuesto en una dirección vertical que comprende una carcasa tubular (1) dentro de la cual se aloja el mecanismo modular (2) por encima del cual se ubica un vástago (3) unido solidariamente a un émbolo (4) que separa un primer espacio superior (5) por encima del émbolo (4) y un segundo espacio inferior (6) dispuesto por debajo del émbolo (4), ubicándose básicamente en este segundo espacio inferior (6) el conjunto del mecanismo modular (2). Por debajo del mecanismo modular (2) y cerrando la carcasa tubular (1) se encuentra una tapa (7) fijada al extremo inferior de dicha carcasa tubular (1).
Los espacios citados, superior (5) e inferior (6), se comunican entre sí mediante unas perforaciones pasantes (8) establecidas en el émbolo (4) para permitir el paso de un fluido hidráulico cuando el amortiguador está en movimiento. El émbolo (4) integra un faldón perimetral (4a) cuya cara exterior ajusta contra la cara interna de la carcasa tubular (1), a la vez que tal cara externa del faldón perimetral (4a) cuenta con un conjunto de ranuras anulares (9).
En una realización, el émbolo (4) está separado del mecanismo modular (2) sin estar unidos entre sí, mientras que en otra realización, el émbolo (4) está unido al mecanismo modular (2) a través del faldón perimetral (4a) del citado émbolo (4).
Cuando el émbolo (4) está separado del mecanismo modular (2) sin estar unidos entre sí, en una realización de la invención, el cabezal tubular superior (10) incluye una región de menor dureza superficial que la dureza del material del émbolo (4), de forma que cuando el émbolo (4) y mecanismo modular (2) se acercan entre sí hasta contactar entre ellos, este contacto inicial entre el faldón perimetral (4a) y el cabezal tubular superior (10) es un contacto suave amortiguado que repercute en un mejor funcionamiento del dispositivo hidráulico.
Para ello, la región de menor dureza en una realización de la invención está determinada por un cuerpo anular (24) unido a un borde superior del cabezal tubular superior (10). El mecanismo modular (2), tal como se muestra más claramente en las figuras 7 y 8, comprende un cabezal tubular superior (10) dentro del cual se ajusta y guía un tubo inferior (1 1) en cuyo extremo inferior se acopla un soporte anular (12), completándose el mecanismo modular (2) con un resorte coaxial (13) que trabaja a compresión y cuyos extremos hacen tope contra el soporte anular (12) y también contra unas extensiones radiales (10a) del cabezal tubular superior (10), las cuales se ajustan contra la cara interna de la carcasa tubular (1) asegurando un guiado correcto del cabezal tubular superior durante su movilidad axial dentro de la carcasa tubular (1), tanto en contra de la resistencia del resorte coaxial (13) cuando el cabezal tubular superior (10) se desplaza en un sentido hacia abajo en contra de la resistencia del resorte coaxial (13) hacia la posición de máxima compresión del amortiguador, como cuando se desplaza en sentido contrario hacia la posición de máxima extensión del amortiguador en la que el resorte coaxial (13) tiende a desplazar axialmente hacia arriba al cabezal tubular superior (10).
El soporte anular (12) posee un primer rebaje superior (12a) donde se encastra el extremo inferior del tubo inferior (1 1), contando con un segundo rebaje inferior (12b) enfrentado con un disco frontal (14) fijado a la tapa (7) que cierra el extremo inferior de la carcasa tubular (1). El soporte anular (12) incorpora además unos orificios pasantes (15) que comunican el rebaje inferior (12b) del citado soporte anular (12) con una cámara exterior anular (16) por fuera del tubo inferior (1 1), de forma que tal cámara exterior anular (16) está delimitada básicamente entre la cara interna de la carcasa tubular (1) y las caras exteriores del tubo inferior (11) y cabezal tubular superior (10). Cabe señalar que dentro de la cámara exterior anular (16) se encuentra alojado el resorte coaxial (13) del mecanismo modular (2).
La cámara exterior anular (16) se complementa con una cámara interna (17) delimitada por las caras internas del tubo inferior (11) y cabezal tubular superior (10). Éste tiene una embocadura superior tronco-cónica (18) en posición invertida. En algunas posiciones del mecanismo modular (2), tal como se describirá más adelante, el fondo del rebaje inferior (12b) del soporte anular (12) hace tope contra el disco frontal (14), obturando al menos parcialmente los orificios pasantes (15) del soporte anular (12), con lo cual se restringirá o se anulará incluso el paso de fluido hidráulico a través de los orificios pasantes (15) cuando el amortiguador se moviliza hacia la posición de máxima compresión reduciendo su longitud.
Una parte de la pared del cabezal tubular superior (10) posee unas ranuras pasantes (19) que permite el paso del fluido hidráulico entre la cámara exterior anular (16) y la cámara interna (17) en algunas posiciones relativas entre el cabezal tubular superior (10) y el tubo inferior (1 1), alcanzándose la máxima sección de paso cuando el amortiguador se encuentra en la posición de máxima extensión en la que el resorte coaxial (13) está en reposo totalmente extendido sin tensión.
En cambio, en la posición de máxima compresión del amortiguador, la totalidad de la longitud de las ranuras pasantes (19) están enfrentadas con el tubo inferior (1 1), con lo cual la sección de paso del fluido hidráulico a través de las ranuras pasantes (19) es nulo. En este caso el fluido hidráulico se restringe a la sección de paso de los orificios pasantes (15) del soporte anular (12) con la limitación que realiza el disco frontal (14) cuando hace tope contra el fondo del rebaje interior (12b) del soporte anular (12). Cabe señalar, que a medida que el amortiguador se acerca a la posición de máxima compresión, se va reduciendo progresivamente la sección de paso de fluido entre la cámara exterior anular (16) y la cámara interna (17) que desemboca en el espacio superior (5) dispuesto por encima del émbolo (4). Esa reducción de paso del fluido hidráulico se consigue con un dispositivo valvular determinado por la combinación de los orificios pasantes (15) del soporte anular (12) y el disco frontal (14) enfrentado con el rebaje inferior (12b) de ese soporte anular (12) donde desembocan tales orificios pasantes (15).
Cuando el amortiguador alcanza su máxima compresión, el cabezal tubular superior (10) hace tope por su borde inferior contra el soporte anular (12) que está haciendo tope a su vez contra la tapa (7) que cierra el extremo inferior de la carcasa tubular (1). Más concretamente, el soporte anular (12) posee un resalte superior (20) contra el que hace tope el cabezal tubular superior (10) en la posición de máxima compresión.
Por otro lado, el vástago (3) posee una prolongación inferior (3a) que se extiende hacia abajo por debajo del émbolo (4), de forma que en la posición de máxima compresión del amortiguador y también en posiciones próximas a la máxima compresión (figura 4), esa prolongación inferior (3a) del vástago (3) se ajusta con holgura dentro del tubo inferior (1 1), constituyendo esa holgura un paso anular (21) del paso de fluido hidráulico que potencia el frenado del conjunto del vástago (3) y émbolo (4) cuando el amortiguador se acerca a la máxima compresión. La posición de máxima extensión del amortiguador se muestra en la figura 1 y también en las figuras 2, 5 y 6.
En la figura 1 el émbolo (4) está separado del cabezal tubular superior (10), mientras que en las figuras 5 y 6 el cabezal superior (10) está unido al faldón (4a) del émbolo (4). En este caso, cuando el amortiguador tiende a recuperar su posición de máxima extensión el desplazamiento hacia arriba del émbolo (4) arrastra en el caso mostrado en la figura 5 al conjunto del mecanismo modular (2) separándose de la tapa (7) y también del disco frontal (14). En otros casos, el émbolo (4) arrastra solamente al cabezal tubular superior (10). Atendiendo a lo que muestra la figura 1 , cuando el amortiguador tiende a recuperar su posición de máxima extensión, el émbolo (4) no arrastra al mecanismo modular (2), de forma que en este caso el cabezal tubular superior (10) recupera su posición hacia la máxima extensión por la acción del resorte coaxial (13).) A medida que el conjunto del vástago (3) y émbolo (4) se desplazan hacia abajo hacia la posición de máxima compresión, el cabezal tubular superior (10) desciende en contra de la resistencia del resorte coaxial (13), reduciéndose progresivamente el paso de fluido hidráulico entre la cámara exterior anular (16) y la cámara interna (17) a través de las ranuras pasantes (19) del cabezal tubular superior (10), discurriendo finalmente el fluido hidráulico desde la cámara interna (17) hacia el primer espacio superior (5) por encima del émbolo (4). El paso del fluido también se realiza a través de los orificios pasantes (15) del soporte anular (12) que forma parte del dispositivo valvular (2) conformado por la combinación de esos orificios pasantes (15) y disco frontal (14).
En el tramo final del descenso del émbolo (4) la prolongación inferior (3a) del vástago (3) se introduce dentro del tubo inferior (11) restringiéndose aún más el paso del fluido hidráulico, según se ha referido anteriormente.
En cambio, cuando el amortiguador se desplaza hacia la posición de máxima extensión, ayudada por la tensión del resorte coaxial (13), se produce un efecto de succión en el fluido hidráulico discurriendo el fluido hidráulico del primer espacio superior (5) por encima de émbolo (4) hacia el segundo espacio inferior (6) donde se encuentra el conjunto del mecanismo modular (2), así como la cámara interna (17) y cámara exterior anular (16).
El disco frontal (14) está fijado a la tapa (7) mediante un cuerpo central (22).
También cabe señalar que el soporte anular (12) ajusta contra la cara interna de la carcasa tubular (1).
Según la posición del mecanismo modular (2) mostrado por ejemplo en la figura 1 , el vástago (3) desciende durante la carrera de compresión del amortiguador. Por tanto, en los instantes anteriores a la entrada en funcionamiento del mecanismo modular (2), el vástago (3) se halla en una posición tal que el faldón (4a) del émbolo (4) no contacta con ningún elemento del mecanismo modular (2). Es decir, el faldón (4a) del émbolo (4) se halla en una zona de la carcasa tubular (1) por encima de una cota superior (23) al punto de entrada en funcionamiento, de manera que esa cota superior (23) citada se corresponde con el borde superior del cabezal tubular superior (10). En esta situación, el resorte coaxial (13) mantiene en su máxima extensión al cabezal tubular superior (10) y tubo inferior (11). El fluido hidráulico tiene libertad de movimiento desde el émbolo (4) hacia el dispositivo valvular que combina el disco frontal (14) y los orificios pasantes (15) del soporte anular (12). Cuando el dispositivo hidráulico entra en funcionamiento, la secuencia de sucesos es la siguiente.
El faldón (4a) del émbolo (4) contacta con el borde superior del cabezal tubular superior (10), de forma que el paso de fluido hidráulico por el exterior de ese cabezal tubular superior (10) queda impedido y el espacio inferior (6) queda dividido en dos zonas:
La cámara interior (17) de compresión y la cámara exterior anular (16) de compresión también.
La cámara interior (17) está definida superiormente por la zona interior del émbolo (4), diámetro interior del faldón (4a), la embocadura superior tronco-cónica (18) del cabezal tubular superior (10), la cara interior del tubo inferior (1 1), una región interior del soporte anular (12) y el disco frontal (14). En la cámara interior (17), el paso de fluido hidráulico desde el émbolo (4) hasta el dispositivo valvular permanece inalterado, tal como es el funcionamiento normal del amortiguador.
La cámara exterior anular (16) queda definida superiormente por una porción exterior e inferior del faldón (4a) del émbolo (4), unas superficies exteriores de la parte de arriba del cabezal tubular superior (10), la cara exterior del tubo inferior (11), una región exterior del soporte anular (12) y la cara interna de la carcasa tubular (1).
En la cámara exterior anular (16) el paso de fluido se realiza hacia la cámara interna (17) a través de las ranuras pasantes (19) del cabezal tubular superior (10) y de los orificios pasantes (15) del soporte anular (12). Inicialmente, los orificios pasantes (15) del soporte anular (12) se hallan total o parcialmente cerrados por el disco frontal (14) fijado a la tapa (7) que cierra el extremo inferior de la carcasa tubular (1).
Puede ocurrir que, por construcción, el faldón perimetral (4a) toque el borde superior del cabezal tubular superior (10) sin que haya interferencia entre el diámetro interior del citado cabezal tubular superior (10) y el diámetro exterior del tubo inferior (1 1). En este caso, el faldón perimetral (4a) del émbolo (4) entra en contacto con el cabezal tubular superior (10) cuando desciende el conjunto de vástago (3) y émbolo (4).
El faldón (4a) del émbolo (4) empuja sobre el borde superior del cabezal tubular superior (10), forzando su descenso y comprimiendo el resorte coaxial (13). Cuanto mayor es la compresión del amortiguador, mayor es el descenso del cabezal tubular superior (10) y, por tanto, mayor la interferencia del cierre entre el cabezal tubular superior (10) y el tubo inferior (1 1), por lo que disminuye progresivamente la sección de paso a través de las ranuras pasantes (19) del cabezal tubular superior (10). Inicialmente, el dispositivo valvular obtura casi completamente el paso del fluido hidráulico a través de los orificios pasantes (15) del soporte anular (12), por lo que la evacuación del volumen de fluido hidráulico encerrado en la cámara exterior anular (16) hacia la cámara interior (17) se realiza a través de las ranuras pasantes (19). Según va disminuyendo la sección de paso, aumenta la presión en la cámara exterior anular (16). Este modo de control genera un inicio amortiguador suave cuya carga depende de la posición del amortiguador (mayor o menor sección de paso a través de las ranuras pasantes (19) y de la velocidad), lo que genera una fuerza que es función cuadrática de la velocidad.
Cuando la sección de paso de las ranuras pasantes (19) es lo suficientemente pequeña, la evacuación del fluido hidráulico genera suficiente presión para vencer la rigidez de cierre del dispositivo valvular, abriéndose los orificios pasantes (15) del soporte anular (12) de forma controlada con la presión.
Este modo de control, añadido al anterior, genera que la carga no aumente de forma excesiva con el incremento de velocidad. La forma cuadrática de la curva de carga se corrige. Así, para la misma posición del amortiguador dentro de esta zona, la carga aumenta de forma prácticamente lineal con la velocidad.
Cuando el tubo inferior (1 1) obtura totalmente las ranuras pasantes (19), la única vía de salida del fluido hidráulico son los orificios pasantes (15) del soporte anular (12). En este punto, cuando el dispositivo valvular alcanza su máxima apertura el aumento de la carga se torna de nuevo cuadrático. Sin embargo, el área o sección de paso es suficientemente amplio como para que el efecto cuadrático apenas influya. De hecho, lo más reseñable es que el punto de máxima carga se adelanta ligeramente con la velocidad, lo cual genera una ventaja adicional cuando aparece una compresión fuerte.
En caso de llegar a conformarse una estructura de bloque (cuando el cabezal tubular superior (10) por su borde inferior contacta con el soporte anular (12), la trasmisión de fuerza se realiza a través de la siguiente cadena de elementos: émbolo (4), cabezal tubular superior (10) y soporte anular (12). El borde inferior del cabezal tubular superior (10) apoya sobre el soporte anular (12) obturando los orificios pasantes (15) mediante el disco frontal (14), lo cual genera un bloque hidráulico en la cámara exterior anular (16). Cuando esta sobrepresión pueda resultar indeseable porque afecte al émbolo (4) y al soporte anular (12), se recurre a una pieza convencional de tope mecánico.
Al iniciarse la carrera de tracción hacia la posición de máxima extensión del amortiguador, el vástago (3) asciende por lo que el faldón (4a) del émbolo (4) cesa la presión sobre el cabezal tubular superior (10). La cámara exterior anular (16) deja de decrecer y comienza a crecer, por lo que cae la presión y el flujo de fluido hidráulico se invierte, permitiendo que el dispositivo valvular cierre los orificios pasantes (15). La presión de la cámara exterior anular (16) decrece hasta igualarse con la presión de la cámara interna (17) y el émbolo (4) se separa del cabezal tubular superior (10), permitiendo el paso de fluido hidráulico entre la superficie exterior del cabezal tubular superior (10) y la cara interna de la carcasa tubular (1).
El resorte coaxial (13) tiende a descomprimirse y volver a su posición de equilibrio. Al estar ensamblado por sus extremos con interferencia al cabezal tubular superior (10) y al soporte anular (12) y, a su vez, este soporte anular (12) estarlo con la carcasa tubular (1), el conjunto llega a la posición de reposo y no se mueve.
Al inicio de la tracción o extensión del amortiguador, cuando se invierte el sentido del flujo de fluido hidráulico y el dispositivo valvular se cierra, el paso hacia la cámara exterior anular (16) se realiza a través de los orificios pasantes (15) del soporte anular (12) y a través de las ranuras pasantes (19) del cabezal tubular superior (10), a no ser que éstas hayan sido totalmente tapadas por el tubo inferior (11).
Como el flujo a través de esos pasos es insuficiente para abastecer de fluido hidráulico desde la cámara interna (17) hacia la cámara externa anular (16), a la acción del resorte coaxial (13) se une el hecho de que el émbolo (4) asciende más rápido que el cabezal tubular superior (10) y lo succiona, lo que produce una depresión en la cámara exterior anular (16), tal que el cabezal tubular superior (10) se frena y se separa ligeramente del émbolo (4), permitiendo la entrada de fluido hidráulico. El cabezal tubular superior (10) sigue al émbolo (4) hasta llegar a la posición de reposo.
Cabe destacar que, como se ilustra en la perspectiva de las figuras 7 y 8 a modo de ejemplo no limitante, las formas geométricas básicas del diseño tienden a generarse por revolución según el eje del vástago (3). Sin embargo, esto no es obligatorio, ya que la forma final dependerá de la variación del área que se desee conseguir, así como de otras especificaciones como peso, resistencia, inercia, etc. Una de las ventajas del presente diseño es que el acabado final de las piezas se puede realizar pieza a pieza para optimizar el control continuo del área de paso. En este aspecto se observa lo siguiente.
El conjunto del dispositivo valvular es clave en la invención, ya que el control de la presión de frenado del tope de compresión depende de su configuración, al contrario que en otras invenciones de índole similar. En este sentido, la geometría del dispositivo valvular no queda ligada exclusivamente a la ilustrada en las figuras.
Puede componerse de uno o más dispositivos valvulares, cuya rigidez acumulada marcará el comportamiento del tope.
Puede contar con distintas geometrías de orificios o ventanas para el paso o, en general, cualquier clase de hendidura que contribuya al modo en que el fluido hidráulico fluye hacia el soporte anular (12).
Puede fabricarse por distintos métodos, como estampación, sinterización, mecanizado, etc. y en cualquier material capaz de aguantar las solicitaciones requeridas durante su funcionamiento, como acero, bronce, aluminio, etc. El cabezal tubular superior (10) cumple la función de variación de carga en función de la posición. De nuevo, su geometría no queda ligada exclusivamente a la ilustrada en las figuras.
Las ranuras pasantes (19) del cabezal tubular superior (10) pueden realizarse mediante una o varias ranuras, orificios o ventanas, y en general, cualquier clase de hendidura que contribuya positivamente al modo en que varía la sección de paso al aumentar la zona de interferencia entre el cabezal tubular superior (10) y el tubo inferior (1 1) para generar una entrada de mayor o menor brusquedad.
Puede fabricarse en material metálico, compuesto o plástico, según las solicitaciones y complicación de las hendiduras u orificios practicados. El tubo inferior (1 1) tapa progresivamente las ranuras pasantes (19) del cabezal tubular superior (10). Sin embargo, su geometría no tiene porqué ser maciza, pudiendo contar con hendiduras que comuniquen la cámara interna (17) y la cámara exterior anular (16), de forma que la evolución de la carga cuente con una mayor o menor brusquedad.
El soporte anular (12) sustenta el dispositivo valvular en combinación con el disco frontal (14). De nuevo su geometría no queda ligada exclusivamente a la ilustrada en las figuras y puede contar con diversidad de hendiduras para controlar la variación de carga cuando la presión en la cámara exterior anular (16) es tal que el dispositivo valvular abre el paso de fluido hidráulico.
Como se muestra en la figura 9, la versatilidad del sistema de la invención permite que el soporte anular (12) pueda apoyar directamente sobre la tapa (7) prescindiendo del disco frontal (14), contando el soporte anular (12) y la tapa (7) con las hendiduras necesarias para controlar la carga. También se podría prescindir de parte o del total de elementos geométricos comprendidos entre el soporte anular (12) y la tapa (7) que forman parte del dispositivo valvular.
El resorte coaxial (13) se encarga de devolver el conjunto a su posición inicial, así como de procurar carga dependiente de la posición. Para optimizar el desarrollo de la carga y la devolución del conjunto a su posición, el resorte coaxial (13) puede contar con rigidez constante o variable y componerse por un hilo con sección de libre elección en cuanto a forma y tamaño o por un acumulo de anillos. Puede fijarse por interferencia o bien mediante una pieza adicional. No obstante, se ha previsto también una realización en la que se prescinde del resorte coaxial (13), tal como se muestra en la figura 6, donde el cabezal superior (10) está unido al faldón (4a) del émbolo.
Por lo tanto, considerando la realización en la que no se incluye el resorte coaxial (13), el conjunto del tubo inferior (11) y soporte anular (12) están unidos por interferencia con la carcasa tubular (1), donde el soporte anular (12) está fijado a la carcasa tubular (1) de forma inamovible, de forma que en este caso no es necesario el resorte coaxial (13) para restablecer la posición original del dispositivo hidráulico después de un ciclo de trabajo. En este caso, el cabezal tubular superior (10) está unido al faldón perimetral (4a) del émbolo (4). Al hilo de lo dicho en el párrafo anterior, el dispositivo hidráulico comienza a funcionar cuando una parte superior del tubo inferior (11) entra dentro de una parte inferior del cabezal tubular superior (10), acompañando el desplazamiento del émbolo (4) con el que es solidario dicho cabezal tubular superior (10).
Dada la versatilidad y conjugabilidad de la invención, el conjunto puede utilizarse posicionado para diversas aplicaciones. En lo que se refiere al amortiguador, la invención puede aplicarse como tope de compresión hidráulico o de rebote hidráulico. Resulta válido para cualquier tecnología monotubo o bitubo y puede estar instalado en el cuerpo principal del amortiguador o en cuerpos aledaños, por ejemplo, en cámaras de reserva de fluido hidráulico.
En general, la invención es aplicable a cualquier dispositivo hidráulico destinado a formar parte de una estructura, fija o móvil, para proveer de un final de carrera mecánico- hidráulico como sucede en estructuras (paneles solares, estructuras metálicas para edificación, etc.) o en vehículos automóviles.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, donde el dispositivo hidráulico comprende una carcasa tubular en cuyo interior se ubica un vástago al que se fija solidariamente un émbolo que separa un espacio superior y un espacio inferior llenos de un fluido hidráulico, de forma que durante la movilidad del émbolo y vástago, estos dos elementos se desplazan juntos en los dos sentidos de una dirección axial por el interior de la carcasa tubular, pasando el fluido hidráulico de un espacio al otro variando sus volúmenes; donde el émbolo avanza hacia una posición de compresión máxima del dispositivo hidráulico en la que el desplazamiento del émbolo hacia la posición de compresión máxima reduce progresivamente el volumen del espacio inferior; adoptando también el dispositivo hidráulico una posición de reposo de extensión máxima;
Caracterizado por que:
- comprende un mecanismo modular (2) ubicado dentro del espacio inferior (6) de la carcasa tubular (1) cerrada por su extremo inferior mediante una tapa (7);
- el espacio superior (5) y el espacio inferior (6) comunican entre sí a través de unas perforaciones pasantes (8) establecidas en el émbolo (4);
- el mecanismo modular (2) comprende un cabezal tubular superior (10) dentro del cual se ajusta y guía un tubo inferior (1 1) en cuyo extremo inferior se encastra un soporte anular (12), teniendo el cabezal tubular superior (10) movilidad axial cuando se desplaza en un sentido hacia abajo hacia la posición de máxima compresión del dispositivo hidráulico, como cuando se desplaza en sentido contrario hacia arriba hacia la posición de máxima extensión del dispositivo hidráulico;
- el cabezal tubular superior (10) integra en su pared unas aberturas pasantes que comunican una cámara interna (17) delimitada por las caras internas del tubo inferior (1 1) y cabezal tubular superior (10), con una cámara exterior anular (16) delimitada por la cara interna de la carcasa tubular (1) y las caras exteriores del cabezal tubular superior (10) y tubo inferior (11); - el soporte anular (12) posee unos orificios pasantes (15) que comunican con la cámara exterior anular (16).
2. - SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según la reivindicación 1 , caracterizado por que los orificios pasantes (15) del soporte anular (12) están enfrentados con un disco frontal (14) fijado a la tapa (7); donde la combinación de los orificios pasantes (15) y el disco frontal (14) constituyen un dispositivo valvular que regula el paso de fluido hidráulico por esos orificios pasantes (15) cuando el soporte anular (12) apoya por su cara inferior contra el disco frontal (14).
3. - SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según la reivindicación 1 , caracterizado por que los orificios pasantes (15) del soporte anular (12) están enfrentados a la tapa (7); donde la combinación de los orificios pasantes (15) y la tapa (7) constituyen un dispositivo valvular que regula el paso de fluido hidráulico por esos orificios pasantes (15) cuando el soporte anular (12) apoya por su cara inferior contra la tapa (7).
4.- SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el soporte anular (12) ajusta contra la cara interna de la carcasa tubular (1).
5. - SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una cara inferior del soporte anular (12) comprende un rebaje inferior (12b) donde desembocan los orificios pasantes (15).
6. - SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una cara superior del soporte anular (12) comprende un rebaje superior (12a) donde se encastra un extremo inferior del tubo inferior (11).
7. - SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las aberturas pasantes del cabezal tubular superior (10) comprenden unas ranuras pasantes (19) que alcanzan un borde inferior del cabezal tubular superior (10).
8. - SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cabezal tubular superior (10) del mecanismo modular (2) está unido al émbolo (4).
9. - SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 7, caracterizado por que el cabezal tubular superior (10) del mecanismo modular (2) y el émbolo (4) son dos elementos independientes que están separados entre sí.
10. - SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el mecanismo modular (2) se complementa con un resorte coaxial (13) que trabaja a compresión y cuyos extremos hacen tope contra el soporte anular (12) y también contra unas extensiones radiales (10a) del cabezal tubular superior (10), las cuales ajustan contra la cara interna de la carcasa tubular (1), teniendo el cabezal tubular superior (10) movilidad axial tanto en contra de la resistencia del resorte coaxial (13) cuando se desplaza en un sentido hacia abajo en contra de la resistencia del resorte coaxial (13) hacia la posición de máxima compresión del dispositivo hidráulico, como cuando se desplaza en sentido contrario hacia arriba hacia la posición de máxima extensión del dispositivo hidráulico en la que el resorte coaxial (13) tiende a desplazar axialmente hacia arriba al cabezal tubular superior (10); estando ubicado el resorte coaxial (13) dentro de la cámara exterior anular (16).
11. - SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el vástago (3) integra una prolongación inferior (3a) que se extiende por debajo del émbolo (4); donde en algunas posiciones del dispositivo amortiguador, esa prolongación inferior (3a) se ajusta con holgura dentro del tubo inferior (1 1), definiendo esa holgura un paso anular (21) del fluido hidráulico.
12. - SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cabezal tubular superior (10) integra una embocadura superior tronco-cónica (18).
13.- SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según la reivindicación 9, caracterizado por que el cabezal superior (10) del mecanismo anular (2) incluye una región de menor dureza superficial que la zona del émbolo con la que contacta; donde el contacto inicial entre una parte del émbolo (4) y el cabezal tubular superior (10) cuando se aproximan entre sí es un contacto amortiguado que se lleva a cabo mediante esa región de menor dureza
14.- SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según la reivindicación 9, caracterizado por que la región de menor dureza superficial está determinada por un cuerpo anular (24) unido a un borde superior del cabezal tubular superior (10).
15.- SISTEMA DE CONTROL DE CARGA VARIABLE EN UN DISPOSITIVO HIDRÁULICO, según la reivindicación 8, caracterizado por que el conjunto del tubo inferior (1 1) y soporte anular (12) están unidos por interferencia con la carcasa tubular (1), donde el soporte anular (12) está fijado a la carcasa tubular (1) de forma inamovible.
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