Sistema de ajuste de la rigidez y pretensión de muelles.

Un sistema de ajuste de la rigidez de un muelle para ajustar la rigidez k de un muelle helicoidal (9;

13) de un sistema mecánico, como en particular una suspensión o una horquilla, estando k definida por la fórmula F≥k*x, en donde F representa la fuerza generada por el muelle como resultado de una compresión x a la que se ve sometido, que comprende:

- un elemento director interno (1; 18) para recibir un movimiento de rotación efectuado externamente a través de una tuerca de ajuste (2; 19) colocada sobre una tapa (3; 14) que está conectada por una rosca (4; 33) a un tubo exterior (5, 34) de dicho sistema de ajuste y que permanece fija durante el ajuste de la rigidez del muelle, - un elemento de cuerpo (6; 16) para recibir la rotación de dicho elemento director interno (1; 18), generada por el movimiento de rotación de dicha tuerca de ajuste (2; 19), comprendiendo a su vez dicho elemento de cuerpo (6; 16),

- una superficie ranurada helicoidal (12; 35) que tiene un paso de rosca sustancialmente igual al paso de las espiras de dicho muelle (9; 13), y soporta todas las espiras del muelle, o al menos parte de las mismas, y

- una superficie mecanizada (8; 36), roscada o ranurada, que tiene un paso de rosca sustancialmente igual al paso de las espiras de dicho muelle (9; 13), y

- un elemento de guiado (11; 15), fijado a dicha tapa (3; 14) y que tiene una superficie mecanizada (10; 17), roscada o ranurada, acoplada a la superficie mecanizada (8; 36) de dicho elemento de cuerpo (6; 16);

en el cual, en funcionamiento, tras la rotación de dicha tuerca de ajuste (2; 19), dicho elemento de guiado (11; 15) fuerza y guía dicho elemento de cuerpo (6; 16) para que se mueva en una trayectoria helicoidal, una vez que dicho elemento de cuerpo (6; 16) haya sido puesto en rotación por elemento director interno (1; 18), mientras dicho muelle (9; 13) mantiene su posición y no gira;

por lo que el elemento de cuerpo (6; 16), mientras encaja en las espiras del muelle (9; 13), se mueve sobre dicha trayectoria helicoidal para inactivar/activar una porción de dichas espiras y así ajustar la rigidez del muelle (9; 13) al adaptarlo para ser comprimido en diferentes posiciones a lo largo del mismo.

Sistema de ajuste de la rigidez y pretensión de muelles Campo técnico

La presente solicitud de patente se refiere a un sistema de ajuste de la rigidez de muelles, es decir a un sistema para ajustar la rigidez K de los muelles, que es susceptible de ser aplicado ventajosamente como amortiguador u horquilla en cualquier sistema mecánico que implique el uso de muelles, tal como automóviles, camiones, caravanas, bicicletas, quads y motocicletas de cualquier tipo.

Técnica antecedente

Es bien sabido que el trabajo mecánico de una suspensión o una horquilla viene dado por dos sistemas que deslizan el uno sobre el otro. Más específicamente, en lo que se refiere al campo de las motocicletas, el sistema superior, por ejemplo el chasis de la motocicleta, está conectado directamente a la motocicleta, mientras que el sistema inferior está conectado directamente a la rueda. El medio mecánico que conecta los dos sistemas es el muelle que se comprime durante la carrera de la horquilla. La carrera máxima se produce cuando un elemento apropiado del sistema superior descansa sobre un elemento igualmente apropiado del sistema inferior. La figura 1 muestra un vástago de la horquilla en la condición denominada "posición extendida", y la configuración de dicho vástago para cualquier valor de la carrera de dicho muelle.

Asimismo, es sabido que los muelles se caracterizan por una constante elástica denominada k (para la cual es válida la fórmula F=k*x, siendo F igual a la fuerza generada por el muelle después de una compresión x de dicho muelle) que representa la rigidez del muelle. Cuanto más grande sea el valor de k, mayor será la fuerza externa para obtener una compresión dada del muelle. Dada la rigidez k de un muelle, es posible trazar una línea recta, o una curva, que represente su comportamiento elástico sobre un plano denominado "Fuerza Externa frente a Compresión". Este diagrama es la conocida curva característica del muelle.

En este campo técnico diferentes inventores han propuesto diversas soluciones. Una primera solución se describe, por ejemplo, en la patente de los EE.UU. 5 553 836, que divulga un sistema de suspensión ajustable para vehículos, que comprende un mecanismo de ajuste de engranaje que permite la nivelación de una carrocería de vehículo motorizado. En esta solución, no se proporcionan medios para el ajuste de la rigidez del muelle y de la precarga del muelle. En particular, en condiciones funcionales, no se modifica la rigidez del muelle dentro de este sistema. Adicionalmente este sistema es demasiado grande y por lo tanto no resulta adecuado para su aplicación como horquilla, por ejemplo como horquilla para moto. Por lo tanto, el sistema sólo es útil cuando se transporte una carga pesada, ya que permite el ajuste manual o automático para elevar o descender el cuerpo del vehículo.

En un segundo documento de patente EP184358 (Neotek Co. Ltd), se describe un sistema de coeficiente elástico ajustable para un muelle helicoidal, pero el mecanismo de ajuste del muelle sólo funciona con muelles helicoidales de gran diámetro y sólo resulta adecuado para su aplicación en un dispositivo de amortiguación de choques. No es posible aplicar en una horquilla esta solución reivindicada.

El uso de horquillas o amortiguadores que empleen la precarga para modificar la curva característica del muelle está particularmente extendido en el campo de las motocicletas. En general, la precarga se obtiene a través de un disco con movimiento vertical colocado en un extremo del muelle. Este sistema de ajuste puede reconocerse por las patentes US 26/18419 y US 1995/549248, por ejemplo. Incluso Ohlins®, uno de los fabricantes de horquillas más conocidos del mundo, adopta este tipo de ajuste para sus productos. Accionando la tapa de la horquilla, es posible mover el disco y aumentar o disminuir la carga a la que está sometido el muelle sin comprimir el vástago.

El ajuste de la curva característica a través de la precarga presenta algunas restricciones debido al hecho de que si se desea aumentar el valor de la fuerza a una carrera específica, deberán aumentarse con el mismo valor todos los puntos de la curva característica. Por lo tanto, a menudo el usuario está obligado a reemplazar el muelle por otro que tenga una rigidez diferente. Como consecuencia, este tipo de ajuste requiere un trabajo y un tiempo considerables.

En otro documento de patente, a saber la patente de los EE.UU. 5.44.614 ("Shock absorber spring adjuster"), se describe un amortiguador que permite alterar sencilla y rápidamente la longitud del muelle helicoidal. Durante el ajuste del amortiguador, no se modifica la rigidez del muelle. El mismo mecanismo de calibración de un ajustador de impactos se describe también en otros documentos diversos, tales como el documento DE 22717158 ("Damping adjustable front wheel fork for a bicycle"). La horquilla de la rueda delantera está diseñada de tal manera que la horquilla permita ajustar una trayectoria de amortiguación sin cambiar el grado de alargamiento del muelle de compresión. Por lo tanto, en esta solución, la rigidez del muelle dentro de este sistema no se modifica durante las condiciones de funcionamiento. Adicionalmente, la solución divulgada se basa en un muelle que tiene una forma muy compleja y se caracteriza por un extremo superior especialmente mecanizado.

El documento DE 12711325 describe una parte de sujeción de muelle para fijar un muelle de tensión de tornillo que tiene un diámetro básico de la rosca externa mayor que el diámetro interno del muelle cuando está comprimido, y/o un paso de rosca externa mayor que el paso del muelle cuando está comprimido. La solución es adecuada para fijar un muelle de tensión de tornillo. En esta solución tampoco se modifica la rigidez del muelle dentro de este sistema durante las condiciones de funcionamiento.

Por último, la patente de los EE.UU. 99968 describe un sistema de amortiguación por muelle helicoidal ajustable y progresivo para su uso en vástagos de horquilla de una bicicleta de montaña. El sistema de amortiguación divulgado se basa en dos muelles acoplados cuya longitud varía en función de la configuración del usuario. Por lo tanto, la precarga también cambia en consecuencia.

Las soluciones conocidas en la técnica comprenden uno o más muelles dentro de una horquilla, que se ven comprimidos por un disco que se apoya sobre las espiras extremas, que generalmente están cerradas y rectificadas para proporcionar una superficie plana.

El sistema de ajuste de la rigidez para muelles divulgado en el presente documento introduce un elemento novedoso de empuje sobre el muelle, que se basa en un nuevo tipo de superficie de apoyo compuesta de una ranura helicoidal que tiene el mismo paso que las espiras del muelle. Gracias a este nuevo elemento, puede empujarse el muelle desde diferentes alturas, inactivando algunas espiras.

Divulgación de la invención

Problema técnico

En diversas aplicaciones y campos técnicos exigentes, por ejemplo en la industria de la motocicleta, y más concretamente durante las competiciones, un factor clave para obtener los mejores resultados es la rapidez durante las operaciones de configuración de la moto o, más en general, del vehículo. Esto puede ocurrir durante las sesiones de calificación o durante las propias carreras, si las condiciones climáticas cambiaran repentinamente haciendo necesario modificar repentinamente la configuración de la moto. El mecanismo ajustable objeto de la presente invención aborda directamente este problema técnico y se refiere a la suspensión tanto delantera como trasera de la moto.

En la actualidad, para lograr la mejor configuración hay que actuar sobre la precarga del muelle, lo que lleva a la traslación de su curva característica sobre el eje x en el plano "Fuerza frente a Compresión". Sin embargo, si ninguna de las precargas máxima o mínima permiten lograr la configuración óptima, por ejemplo de una suspensión delantera en una pista de carreras específica con unas condiciones climáticas dadas, deberá reemplazarse el muelle.

De acuerdo con lo descrito anteriormente, existe una necesidad de identificar un sistema mejorado capaz de resolver o bien superar los problemas recién mencionados. La presente invención describe y reivindica un nuevo mecanismo para ajustar la curva característica del muelle, ahorrando una cantidad considerable de tiempo para encontrar la configuración correcta de una suspensión mecánica. La invención permite variar la rigidez de un muelle y, como consecuencia, una vez insertado en la horquilla, el muelle ya no tendrá que ser reemplazado.

Solución técnica

La presente invención describe y reivindica un sistema de ajuste de rigidez para... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de ajuste de la rigidez de un muelle para ajustar la rigidez k de un muelle helicoidal (9; 13) de un sistema mecánico, como en particular una suspensión o una horquilla, estando k definida por la fórmula F=k*x, en donde F representa la fuerza generada por el muelle como resultado de una compresión x a la que se ve sometido, que comprende:

- un elemento director interno (1; 18) para recibir un movimiento de rotación efectuado externamente a través de una tuerca de ajuste (2; 19) colocada sobre una tapa (3; 14) que está conectada por una rosca (4; 33) a un tubo exterior (5, 34) de dicho sistema de ajuste y que permanece fija durante el ajuste de la rigidez del muelle,

- un elemento de cuerpo (6; 16) para recibir la rotación de dicho elemento director interno (1; 18), generada por el movimiento de rotación de dicha tuerca de ajuste (2; 19), comprendiendo a su vez dicho elemento de cuerpo (6;

16),

- una superficie ranurada helicoidal (12; 35) que tiene un paso de rosca sustancialmente igual al paso de las espiras de dicho muelle (9; 13), y soporta todas las espiras del muelle, o al menos parte de las mismas, y

- una superficie mecanizada (8; 36), roscada o ranurada, que tiene un paso de rosca sustancialmente igual al paso de las espiras de dicho muelle (9; 13), y

- un elemento de guiado (11; 15), fijado a dicha tapa (3; 14) y que tiene una superficie mecanizada (1; 17), roscada o ranurada, acoplada a la superficie mecanizada (8; 36) de dicho elemento de cuerpo (6; 16);

en el cual, en funcionamiento, tras la rotación de dicha tuerca de ajuste (2; 19), dicho elemento de guiado (11; 15) fuerza y guía dicho elemento de cuerpo (6; 16) para que se mueva en una trayectoria helicoidal, una vez que dicho elemento de cuerpo (6; 16) haya sido puesto en rotación por elemento director interno (1; 18), mientras dicho muelle (9; 13) mantiene su posición y no gira;

por lo que el elemento de cuerpo (6; 16), mientras encaja en las espiras del muelle (9; 13), se mueve sobre dicha trayectoria helicoidal para inactivar/activar una porción de dichas espiras y así ajustar la rigidez del muelle (9; 13) al adaptarlo para ser comprimido en diferentes posiciones a lo largo del mismo.

2. El sistema de la reivindicación 1, el cual está configurado de tal modo que el ajuste de la rigidez de dicho muelle (9; 13) varíe continuamente entre los valores máximo y mínimo definidos por el diseño de dicho muelle (9; 13), o por la aplicación específica de dicho sistema de ajuste.

3. El sistema de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual dicho muelle (9) está diseñado para no alcanzar la tapa (3) conectada al tubo exterior (5) de dicho sistema de ajuste.

4. El sistema de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual dicho muelle (13) está diseñado para descansar directamente sobre dicha tapa (14) y para ser empujado, en particular durante la carrera de una horquilla en la cual está implementado el sistema, por la misma tapa (14).

5. Un sistema de ajuste de la rigidez de un muelle para ajustar la rigidez de un muelle helicoidal (21) de un sistema mecánico, como en particular una suspensión o una horquilla, que comprende:

- un elemento director interno (29) para recibir el movimiento de rotación efectuado externamente a través de una tuerca de ajuste (27) colocada sobre una tapa (28), que está conectada por una rosca (37) a un tubo exterior (26) de dicho sistema de ajuste y que permanece fija durante el ajuste de la rigidez,

- un elemento de cuerpo (2), y

- un elemento de guiado;

en el cual dicho elemento director interno (29) comprende una superficie mecanizada (3), roscada o ranurada, que tiene un paso de rosca sustancialmente igual al paso de dicho muelle (21), para bloquear dicho muelle (21) en dicho elemento director interno (29);

en el cual dicho elemento de cuerpo (2) comprende:

- una superficie mecanizada (22), preferentemente roscada o ranurada, que tiene un paso de rosca sustancialmente igual al paso de dicho muelle (21), estando dicha superficie mecanizada (22) del elemento de cuerpo acoplada con la superficie mecanizada (3) de dicho elemento director interno (29 ), y

- uno o dos apéndices (23) que sobresalen desde la superficie exterior de dicho elemento de cuerpo (2);

en el cual dicho elemento de guiado está compuesto por un tubo exterior (25) que tiene una superficie mecanizada con unas ranuras axiales (24) acopladas con dichos uno o más apéndices de dicho elemento de cuerpo (2); y

en el cual, en funcionamiento, tras la rotación de dicha tuerca de ajuste (27), se hace girar dicho elemento director interno (29), poniendo así también en rotación dicho muelle (21) junto con dicho elemento director interno (29), mientras que dichos uno o más apéndices evitan la rotación de dicho elemento de cuerpo (2), quedando limitado al movimiento axial a lo largo de dichas una o más ranuras (24);

por lo que el elemento de cuerpo (2), mientras está encajado en las espiras del muelle (9; 13), se mueve axialmente a lo largo de dicho muelle (21) que gira junto con dicho elemento director interno (29), para inactivar/activar una porción de dichas espiras y así ajustar la rigidez del muelle (21) al adaptarlo para que se comprima en diferentes posiciones a lo largo del mismo.

6. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el ajuste de la rigidez es manual.

7. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el ajuste de la rigidez es accionado por un motor o dispositivo eléctrico.

8. El sistema de la reivindicación 1, en el cual dicha suspensión es una suspensión para vehículos tales como automóviles, camiones, caravanas, bicicletas, quads y motocicletas, o similares.

9. El sistema de la reivindicación 1, en el cual dicho sistema mecánico es cualquier sistema mecánico que comprenda uno o más muelles que requieran un ajuste de la rigidez.

1. El sistema de las reivindicaciones 1 o 5, en el cual el sistema mecánico, en el cual está implementado este sistema de ajuste de la rigidez de un muelle, está diseñado para ajustar de forma independiente tanto la precarga de dicho muelle (9; 13) como la rigidez del mismo muelle por medio de una tapa modificada (3; 14; 28) de dicho tubo exterior.