Dispositivo para amortiguar fuerzas de presión.

Dispositivo (100) para amortiguar fuerzas de presión, en el que el dispositivo (100) presenta lo siguiente:

- un cilindro (10), especialmente un cilindro circular, en el que está formada una cámara hidráulica (11),

- un pistón hueco (20) desplazable telescópicamente con relación al cilindro (10) a lo largo de un eje medio (1);

- una disposición de válvula (40) formada en una zona extrema del pistón hueco (20) para subdividir la cámara hidráulica (11) en una zona de cámara hidráulica trasera (12) y una zona de cámara hidráulica delantera (13); y

- un pistón de separación (25) que está dispuesto en el pistón hueco (20) de manera móvil a lo largo del eje medio (1) y que separa un compartimiento de gas (21) formado dentro del pistón hueco (20) respecto de la zona de cámara hidráulica delantera (13),

presentando la disposición de válvula (40) una zona de desbordamiento (41) unida con la zona de cámara hidráulica trasera (12) y un compartimiento hidráulico excéntrico (43) unido con la zona de desbordamiento (41) a través de al menos un canal (42),

presentando también la disposición de válvula (40) una válvula de sobrecarga (60) que está unida con la zona de cámara hidráulica trasera (12) a través de al menos un canal de sobrecarga (62), haciendo posible una rendija de paso de sobrecarga (61), en el estado abierto de la válvula (60), un desbordamiento de líquido hidráulico de la zona de cámara hidráulica trasera (12) hacia la zona de cámara hidráulica delantera (13), y

presentando también la disposición de válvula (40) una válvula multiplicadora excéntricamente dispuesta (50), estando la superficie activa trasera (52) de la válvula multiplicadora (50) en unión operativa hidráulica con el compartimiento hidráulico excéntrico (43) y estando la superficie activa delantera (51) de la válvula multiplicadora (50) en unión operativa hidráulica con la zona de cámara hidráulica delantera (13), de modo que, estando abierta la válvula multiplicadora (50), circula fluido hidráulico desde el compartimiento hidráulico excéntrico (43) hacia la zona de cámara hidráulica delantera (13),

caracterizado por que la sección transversal de circulación efectiva de la válvula multiplicadora abierta (50) es más pequeña que la sección transversal de circulación efectiva a través de la rendija de presión de sobrecarga (61) de la válvula de sobrecarga abierta (60).

Dispositivo para amortiguar fuerzas de presión.

La presente invención concierne a un dispositivo para amortiguar fuerzas de presión en forma de un seguro antichoques configurado de manera reversible incluso bajo una carga de choque dinámica, de conformidad con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

El documento más próximo DE 195 23 467 A1 concierne a una cápsula hidráulica, especialmente para topes ferroviarios, constituida por la combinación de un amortiguador hidráulico y un muelle de gas. Entre el amortiguador hidráulico y el muelle de gas está dispuesta una válvula multiplicadora que, bajo esfuerzos cuasiestáticos de la cápsula hidráulica, aumenta la fuerza de resistencia del muelle de gas. En paralelo con la válvula multiplicadora está conectada una válvula de sobrepresión que permanece cerrado bajo esfuerzos cuasiestáticos y se abre bajo esfuerzos dinámicos de tal manera que se anula la función de la válvula multiplicadora.

El documento EP 2 065 287 A2 concierne a una unidad de muelle-amortiguador - prevista especialmente para vehículos ferroviarios - de un elemento reductor de choques que amortigua choques de presión, presentando la unidad de muelle-amortiguador lo siguiente: un cilindro, un pistón guiado de forma desplazable en éste a lo largo del eje longitudinal, un compartimiento de trabajo hidráulico de alta presión variable en volumen y limitado por el cilindro y el pistón, un compartimiento de desbordamiento de baja presión variable en volumen que está unido con el compartimiento de trabajo de alta presión a través de una estrangulación dependiente de la posición del pistón, y un muelle de reposición. En este caso, está prevista al menos una válvula de pretensado y ésta está conectada reotécnicamente en serie con la estrangulación dependiente de la posición del pistón de tal manera que todo el líquido hidráulico que circula por la estrangulación dependiente de la posición del pistón desde el compartimiento de trabajo de alta presión hasta el compartimiento de desbordamiento de baja presión circula también por al menos una válvula de pretensado. La al menos una válvula de pretensado se abre en este caso únicamente cuando se alcanza o se sobrepasa una diferencia de presión mínima prefijada entre un lado de alta presión asociado al compartimiento de trabajo de alta presión y su lado de baja presión asociado al compartimiento de desbordamiento de baja presión.

Se conoce por la técnica ferroviaria el recurso de insertar seguros antichoques, por ejemplo en forma de los llamados parachoques, entre los distintos vagones de un vehículo de múltiples miembros. Estos componentes están construidos de tal manera que, en caso de un choque con un obstáculo fijo o un obstáculo móvil, por ejemplo otro vagón, deben absorber energía e impedir así daños en el vehículo o en la carga. Tales parachoques se emplean sobre todo en vehículos ferroviarios, utilizándose casi siempre una o dos piezas de construcción montadas en los lados frontales que tienen la finalidad de absorber las fuerzas de presión horizontales que actúan desde fuera sobre el vehículo ferroviario en la dirección longitudinal del mismo.

Se utilizan a este respecto sustancialmente dos clases de parachoques en vehículos ferroviarios. Los llamados topes centrales representan un seguro antichoques que está dispuesto en el eje longitudinal del vehículo, de modo que en cada lado frontal del vehículo ferroviario se encuentra solamente un tope en el centro del travesaño de cabeza. Asimismo, se conocen los llamados topes laterales en los que se encuentran dos respectivos topes en el lado frontal del vehículo ferroviario.

Se conoce por la técnica ferroviaria el recurso de equipar los vagones individuales, por ejemplo en un vehículo ferroviario de varias miembros, con topes laterales ("topes UIC") cuando los vagones no están unidos uno con otro a través de un carretón y, por tanto, puede variar durante la marcha la distancia de dos vagones acoplados uno con otro. Tales topes laterales sirven para absorber y amortiguar los choques que se presenten durante la marcha normal, por ejemplo al frenar.

Para conseguir un buen comportamiento de contracción elástica del tope tanto en el caso de una contracción elástica cuasiestática como bajo un esfuerzo dinámico, es conocido el recurso de utilizar los llamados dispositivos de amortiguación de gas-hidráulica que consisten en una combinación de un muelle de compresión de gas con un sistema de desbordamiento hidráulico. En el caso de una contracción elástica estática o cuasiestática de un tope de gas-hidráulica convencional de esta clase se comprime un gas de relleno, en general nitrógeno, dentro de la parte de muelle de compresión de gas del tope y este gas de relleno genera así una contrafuerza sobre el plato del tope. Por tanto, al disminuir la fuerza que actúa desde fuera sobre el tope, el muelle de gas provoca por medio de una expansión subsiguiente del gas de relleno la llamada carrera de retorno, es decir, la nueva expansión elástica del tope.

Bajo un esfuerzo dinámico de un amortiguador de gas-hidráulica convencional de esta clase un aceite hidráulico u otro líquido hidráulico que circula por una rendija de estrangulación cuida adicionalmente de que, debido a la caída de presión producida durante el proceso de circulación, se genere a través de la rendija de estrangulación una contrafuerza hidráulica que sigue una curva de fuerza dinámica y que actúa en contra de la fuerza de choque productora de la contracción elástica En tales combinaciones de amortiguadores de gas-hidráulica es deseable permitir un desbordamiento del líquido

hidráulico a través de la rendija de estrangulación en contra de la presión del muelle de gas únicamente cuando se ha sobrepasado una cierta fuerza mínima durante la contracción elástica, para aminorar la participación del muelle de gas en la suspensión elástica total, sobre todo en el caso de una carga estática.

Por tanto, es conocido el recurso de prever las llamadas válvulas multiplicadoras que están dispuestas de tal manera que sobre la superficie activa mayor de la válvula multiplicadora ("superficie multiplicadora") actúa directa o indirectamente la presión reinante en el compartimiento de gas del muelle de compresión de gas y que una válvula multiplicadora de esta clase sea presionada hacia su asiento de válvula por esta presión de gas actuante directa o indirectamente. La superficie activa más pequeña de la válvula multiplicadora, es decir, en el lado opuesto, está entonces en unión operativa con la porción hidráulica del amortiguador de gas-hidráulica convencional. Únicamente cuando - por ejemplo a consecuencia de una contracción elástica cuasiestática del tope por efecto de un choque - la presión en el líquido hidráulico asciende a un múltiplo de la presión de gas, por ejemplo a cinco veces dicha presión, esta alta presión, actuando sobre la superficie activa pequeña de la válvula multiplicadora, está en condiciones de desplazar esta válvula hacia fuera de su asiento hasta que se libere una rendija de paso a través de la cual puede entrar el líquido hidráulico, por ejemplo, en un depósito hidráulico. Por tanto, gracias a la utilización de una válvula multiplicadora de esta clase se consigue especialmente que la presión del gas en el compartimiento de gas del muelle de compresión de gas pueda mantenerse relativamente baja en el caso de un tope expandido elásticamente de una manera completa. Es así posible obtener una curva característica estática favorable de la porción de muelle de compresión de gas del dispositivo de amortiguación de gas-hidráulica.

Sin embargo, la combinación de un mecanismo de estrangulación hidráulica, por ejemplo en forma de una espiga de estrangulación, con una válvula multiplicadora de esta clase conduce en las disposiciones de tope conocidas a una forma de construcción relativamente voluminosa, ya que la espiga de estrangulación se dispone sobre el eje medio del cilindro del tope y la válvula multiplicadora rodea completamente a la zona de desbordamiento detrás de la espiga de estrangulación. Por tanto, para poder presentar una superficie activa correspondientemente grande en el lado del muelle de compresión de gas, el volumen de la válvula multiplicadora tiene que ser netamente mayor que el de la zona de desbordamiento en la que entra el líquido hidráulico desde la cámara hidráulica trasera a través de la rendija de estrangulación formada por la espiga de estrangulación.

Como consecuencia, en el dispositivo convencional se tiene que prever una válvula multiplicadora que requiere un gran consumo de material debido a su gran volumen de... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (100) para amortiguar fuerzas de presión, en el que el dispositivo (100) presenta lo siguiente:

- un cilindro (10) , especialmente un cilindro circular, en el que está formada una cámara hidráulica (11) , -un pistón hueco (20) desplazable telescópicamente con relación al cilindro (10) a lo largo de un eje medio (1) ;

- una disposición de válvula (40) formada en una zona extrema del pistón hueco (20) para subdividir la cámara hidráulica (11) en una zona de cámara hidráulica trasera (12) y una zona de cámara hidráulica delantera (13) ; y -un pistón de separación (25) que está dispuesto en el pistón hueco (20) de manera móvil a lo largo del eje medio (1) y que separa un compartimiento de gas (21) formado dentro del pistón hueco (20) respecto de la zona de cámara hidráulica delantera (13) , presentando la disposición de válvula (40) una zona de desbordamiento (41) unida con la zona de cámara hidráulica trasera (12) y un compartimiento hidráulico excéntrico (43) unido con la zona de desbordamiento (41) a través de al menos un canal (42) , presentando también la disposición de válvula (40) una válvula de sobrecarga (60) que está unida con la zona de cámara hidráulica trasera (12) a través de al menos un canal de sobrecarga (62) , haciendo posible una rendija de paso de sobrecarga (61) , en el estado abierto de la válvula (60) , un desbordamiento de líquido hidráulico de la zona de cámara hidráulica trasera (12) hacia la zona de cámara hidráulica delantera (13) , y presentando también la disposición de válvula (40) una válvula multiplicadora excéntricamente dispuesta (50) , estando la superficie activa trasera (52) de la válvula multiplicadora (50) en unión operativa hidráulica con el compartimiento hidráulico excéntrico (43) y estando la superficie activa delantera (51) de la válvula multiplicadora (50) en unión operativa hidráulica con la zona de cámara hidráulica delantera (13) , de modo que, estando abierta la válvula multiplicadora (50) , circula fluido hidráulico desde el compartimiento hidráulico excéntrico (43) hacia la zona de cámara hidráulica delantera (13) , caracterizado por que la sección transversal de circulación efectiva de la válvula multiplicadora abierta (50) es más pequeña que la sección transversal de circulación efectiva a través de la rendija de presión de sobrecarga (61) de la válvula de sobrecarga abierta (60) .

2. Dispositivo (100) según la reivindicación 1, en el que una espiga de estrangulación (30) fijada al cilindro (10) penetra en la zona de unión entre la cámara hidráulica trasera (12) y la zona de desbordamiento (41) , estando conformada la espiga de estrangulación (30) de tal manera que se forma entre la espiga de estrangulación (30) y la zona de desbordamiento una rendija de estrangulación (31) que depende, en su sección transversal, de la profundidad de penetración del pistón hueco (20) en el cilindro (10) .

3. Dispositivo (100) según la reivindicación 1 o 2, en el que la válvula de sobrecarga (60) es presionada hacia su asiento de válvula por medio de un muelle (63) , preferiblemente un muelle anular.

4. Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la fuerza mínimamente necesaria para abrir la válvula multiplicadora (50) es más pequeña - como consecuencia de la relación de presión entre la presión en el compartimiento hidráulico excéntrico (43) y la presión en la zona de cámara hidráulica delantera (13) - que la fuerza mínimamente necesaria para abrir la válvula de sobrecarga (60) , especialmente la fuerza aplicada por el muelle (63) .

5. Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la disposición de válvula (40) presenta también una válvula de retención (32) , especialmente una válvula de bola, estando dispuesta la válvula de retención

(32) de tal manera que hace posible un reflujo del líquido hidráulico desde la zona de cámara hidráulica delantera

(13) hacia la zona de desbordamiento (41) y/o hacia la zona de cámara hidráulica trasera (12) exactamente cuando la presión en la zona de cámara hidráulica delantera (13) es mayor que al menos una de las presiones reinantes en la zona de desbordamiento (41) o en la zona de cámara hidráulica trasera (12) .

6. Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la relación de superficie entre la superficie activa delantera (51) de la válvula multiplicadora (50) y la superficie activa trasera (52) de la válvula multiplicadora (50) se ha elegido de tal manera que, para abrir la válvula multiplicadora, tiene que reinar en el compartimiento anular excéntrico (43) un múltiplo de la presión, especialmente del doble al óctuple de la presión del líquido hidráulico existente en la zona de cámara hidráulica delantera (13) .

7. Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que se puede fijar de antemano la fuerza de conmutación necesaria para abrir la válvula de sobrecarga (60) .

8. Dispositivo (100) según la reivindicación 7, en el que la fuerza de conmutación necesaria para abrir la válvula de

sobrecarga (60) se puede adaptar dentro de un amplio marco a las necesidades de la respectiva aplicación sin ninguna modificación constructiva apreciable.

9. Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el compartimiento de gas (21) está lleno de un gas, especialmente nitrógeno, sometido a sobrepresión con respecto a la presión ambiente.

10. Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en el que el pistón hueco (20) presenta al menos un elemento de junta (22, 23) del mismo que está diseñado de tal manera que durante el desplazamiento sellado del pistón hueco (20) dentro del cilindro (10) no pasa sustancialmente ningún líquido hidráulico a la zona exterior (24) del pistón hueco (20) no introducida en el cilindro (10) .

11. Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el pistón de separación (25) presenta al menos un elemento de junta (26) del mismo que garantiza un arrastre de líquido hidráulico durante el desplazamiento sellado del pistón de separación (25) dentro del pistón hueco (22) en el sentido de que no llega sustancialmente ningún líquido hidráulico al compartimiento de gas (21) .

12. Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la válvula multiplicadora (50) presenta un mecanismo de amortiguación (55) de la misma, presentando el mecanismo de amortiguación (55) de la válvula multiplicadora lo siguiente:

- un pistón de amortiguación (56) que está unido con la superficie activa delantera (51) de la válvula multiplicadora (50) ;

- un compartimiento anular de amortiguación (57) entre la superficie activa delantera (51) y el pistón de amortiguación (56) ; y -un mecanismo de desbordamiento de amortiguación (58) que coopera con el pistón de amortiguación (56) de tal manera que se produce un desbordamiento - ampliamente exento de amortiguación - de líquido hidráulico entre la zona de cámara hidráulica delantera (13) y el compartimiento anular de amortiguación (57) cuando la válvula multiplicadora (50) está abierta al máximo, y se produce un desbordamiento amortiguado de líquido hidráulico desde el compartimiento anular de amortiguación (57) hacia la zona de cámara hidráulica delantera (13) cuando la válvula multiplicadora (50) se mueve hacia fuera de su posición de apertura máxima en dirección a su posición de cerrada, estando diseñado el mecanismo de desbordamiento de amortiguación (58) para amortiguar la velocidad de movimiento de la válvula multiplicadora (50) durante el desbordamiento amortiguado de líquido hidráulico.

13. Uso del dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 como elemento regenerativo de consumo de energía en un vehículo guiado sobre vías, especialmente un vehículo ferroviario.

14. Vehículo guiado sobre vías, especialmente vehículo ferroviario, con un dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.