OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto proporcionar un amortiguador acústico en el que utiliza material viscoelástico como elemento clave en la disipación de energía .

El objetivo de la presente invención es proporcionar un amortiguador que disipe energía de deformación en elementos sometidos a espectros de amplio rango de frecuencias en las que se genera ruido y los desplazamientos son del orden de décimas de milímetro.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR A LA INVENCIÓN

Los medios clásicos de amortiguación como por ejemplo las mantas aislantes no funcionan cuando se trata de disipar energía de deformación en elementos que están sometidos a espectros de frecuencias inferiores a 1000 Hz . Cuando hay elementos estructurales sometidos a estas frecuencias y los desplazamientos son del orden de décimas de milímetro, se genera ruido.

La patente US4759428 divulga un amortiguador viscoelástico que controla la vibración de un miembro estructural que pueda producirse por un terremoto o viento pero que produciendo solo una pequeña fuerza de reacción cuando el miembro estructural se desplaza lentamente como resultado de la deformación térmica del miembro sí mismo u otro miembro conectado. Esta propiedad se consigue usando un líquido dilatante que presenta resistencia relativamente pequeña cuando la velocidad del movimiento es pequeña y produce resistencia progresivamente grande conforme aumenta la velocidad del movimiento . La patente US2875861 describe un amortiguador que utiliza un fluido para disipar la energía de deformación. Se utilizan las fuerzas de viscosidad que aparecen en un fluido que está colocado en el amortiguador a modo de una fina capa, estable y continua, entre dos superficies adyacentes muy cercanas entre sí, que son coaxiales a un eje y que están cada una de ellas acoplada de forma rígida a un sistema que es paralelo al mencionado eje. El amortiguador se utiliza para disminuir la oscilación relativa entre los dos sistemas.

La patente CN101736828 describe una viga-columna capaz de amortiguar esfuerzos de deformación para reforzar el sector de la estructura en el que se utiliza. Se emplea una combinación de material viscoelástico con el que absorber las deformaciones y acero con el que dar resistencia a la estructura.

Ya se conoce del estado de la técnica la utilización de materiales viscoelásticos para amortiguar vibraciones por medio de dispositivos amortiguadores que disipan energía.

Del estado de la técnica se conoce también la utilización de materiales viscoelásticos en la interfaz de un sistema cilindro-pistón.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto superar los problemas que plantean los amortiguadores del estado de la técnica para absorber energía de deformación de elementos que están sometidos a espectros de cualquier rango de frecuencias.

Así pues, el amortiguador de la invención proporciona un resultado más eficiente para altos niveles de energía donde los amortiguadores con viscoelástico que se conocen del estado de la técnica no son capaces de disipar toda la energía de deformación necesaria. En concreto, la presente solicitud se ha diseñado para la absorción de energía de disipación de elementos sometidos a frecuencias de entre 50Hz y 500Hz. En algunas realizaciones particulares de la presente invención en las que los materiales viscoelásticos que se utilizan son gomas o materiales vulcanizados, las frecuencias a las que se absorbe energía pueden estar comprendidas entre 1Hz a 50Hz.

La presente invención propone un amortiguador para absorber energía de deformación en sistemas que oscilan sometidos a cualquier rango de frecuencias.

En elementos estructurales, las altas frecuencias de oscilación producen vibraciones de amplitud muy pequeña que se muestran como ruido. Una solución podría ser rigidizar la estructura. Esto hace que aumenten las frecuencias de resonancia. El problema es que rigidizar la estructura aumenta el peso, y en estructuras aeronáuticas o móviles esto no es aconsejable. Así pues, se debe tratar de absorber la energía que provoca la vibración.

El amortiguador objeto de la invención comprende una primera base, una segunda base y un cuerpo central. La característica novedosa de la presente invención es que el cuerpo central del amortiguador comprende al menos dos anillos concéntricos que son un primer anillo y un segundo anillo, y entre ellos hay dispuesta una capa de material viscoelástico .

El amortiguador de la invención comprende también una capa de material viscoelástico entre el anillo que queda adyacente a la primera base y dicha primera base y una capa de material viscoelástico entre el anillo que queda adyacente a la segunda base y dicha segunda base.

La primera base y la segunda base del amortiguador tienen orejetas, están unidas a cáncamos o utilizan cualquier otro medio de sujeción con el que se conectan a la estructura en la que se coloca el amortiguador.

La primera base y la segunda base se conectan a cualquier zona o elemento de la estructura que esté vibrando en cada caso concreto en el que se aplique.

La primera base y la segunda base son anillos que incorporan elementos de anclaje a la estructura en la que se coloca el amortiguador.

Los materiales viscoelásticos son conocidos por presentar tanto propiedades viscosas como elásticas en función de la temperatura a la que se encuentren. Estos materiales disipan energía cuando se les aplica una carga .

La combinación de las curvas de tensión-deformación de un material viscoelástico cuando se carga y cuando se descarga sirve para determinar la cantidad de energía que el material es capaz de disipar. La curva de tensión- deformación del material cuando se carga sigue una trayectoria determinada en función de las propiedades del material y la curva de tensión-deformación del material cuando se descarga sigue una trayectoria distinta de la anterior. El área que queda limitada por estas dos curvas refleja la capacidad de disipar energía que tiene el material viscoelástico en cuestión para una temperatura determinada.

Los materiales viscoelásticos experimentan un ciclo de histéresis cuando se someten a una carga de forma que existe una diferencia entre el periodo de carga y el periodo de descarga en el que se disipa energía en forma de calor. Como en la presente invención se utilizan láminas de material viscoelástico, el principal esfuerzo a considerar por el estado de carga es la cortadura, y esta depende del área de material sometida a esfuerzo. Así pues, el amortiguador de la presente invención comprende varias capas de material viscoelástico tratando de maximizar el área de cada una de esas capas para obtener un área total de material de viscoelástico mucho mayor que la que hay en los amortiguadores con viscoelástico del estado de la técnica. De esta forma con el amortiguador de la invención se disipa mucha más energía que con los amortiguadores del estado de la técnica .

En una primera realización preferente de la invención, el cuerpo del amortiguador está formado por anillos que tienen una forma troncocónica . En estos anillos la pared del anillo tiene el mismo espesor en toda la superficie del anillo.

En esta primera realización preferente de la invención, los anillos están dispuestos en el cuerpo central de forma que un anillo "encaja" en el anillo que queda adyacente a él. Es decir, considerando un primer anillo y un segundo anillo, la parte del primer anillo que tiene un diámetro menor que es la parte de la cara superior del anillo, se introduce en el interior del segundo anillo a través de la parte de diámetro mayor (que coincide con la cara inferior) del segundo anillo. Entre ambos anillos está dispuesta la capa de material viscoelástico. Esta capa de material viscoelástico está colocada entre la cara interior del segundo anillo y la cara exterior del primer anillo.

En caso de que el cuerpo del amortiguador esté compuesto por más de dos anillos, la conexión entre ellos se realiza de igual modo que se ha explicado en el párrafo anterior, introduciendo la parte de diámetro menor de un anillo a través del diámetro mayor de un anillo adyacente a él. El diámetro menor de un anillo está en la cara superior del anillo mientras que el diámetro mayor de un anillo está en su cara inferior.

En una segunda realización preferente de la invención, los anillos tienen forma de arandela con una cara superior y una cara inferior biseladas.

En esta segunda realización preferente de la invención los anillos pueden ser de dos tipos.

Un primer tipo de anillo tiene la cara superior y la cara inferior biseladas hacia el interior. Es decir, la longitud de la cara interior del anillo medida en dirección longitudinal es menor que la longitud de la cara exterior del anillo medida en dirección longitudinal .

Un segundo tipo de anillo tiene la cara superior y la cara inferior biseladas hacia el exterior. Es decir, la longitud de la cara interior del anillo medida en dirección longitudinal es mayor que la longitud de la cara exterior del anillo medida en dirección longitudinal.

En esta segunda realización preferente los anillos adyacentes están dispuestos de forma que, considerando un primer anillo y un segundo anillo, el primer anillo que tiene sus caras superior e inferior biseladas hacia el interior se coloca sobre un segundo anillo que tiene sus caras superior e inferior biseladas hacia el exterior. La capa de material viscoelástico que hay entre los anillos está dispuesta entre la cara inferior de un primer amillo y la cara superior de un segundo anillo.

En esta segunda realización preferente, cuando el cuerpo principal está compuesto por varios anillos, estos se colocan de forma que quedan adyacente los anillos que tienen un biselado hacia el interior con los anillos que tienen un biselado hacia el exterior. En esta segunda realización preferente de la invención, la primera base tiene una forma cónica que se adapta a la inclinación que tiene en su cara superior el anillo del cuerpo principal que queda adyacente a ella.

En esta segunda realización preferente de la invención, la segunda base tiene una forma cónica que se adapta a la inclinación que tiene en su cara inferior el anillo del cuerpo principal que queda adyacente a ella.

En una realización de la invención, los anillos del cuerpo principal son de un material de distinta rigidez que el material de las capas de material viscoelástico para aumentar la eficiencia del amortiguador.

En una realización de la invención, los anillos se hacen de metal para mejorar de disipación de energía en forma de calor. Dependiendo de la rigidez del metal o la aleación metálica que se utilice, pueden conseguirse configuraciones más o menos eficientes tanto acústicamente como en cuestión de peso o espacio disponibles jugando con el espesor de los anillos.

Los anillos pueden ser de distintos materiales. Se pueden tener anillos de cualquier aleación metálica. Así mismo, se pueden tener anillos de cualquier tipo de composite como fibra de carbono, de vidrio, de aramida (Kevlar®) , composite con resina termoplástica, termoestable, reforzada con nanotubos de carbono, etc.

En una realización de la invención, los anillos se hacen de fibra de carbono para conseguir un amortiguador muy ligero. El amortiguador de la presente invención no es un paso de carga principal por lo que no es necesario garantizar la continuidad eléctrica entre el material de las capas de material viscoelástico y la fibra de carbono de los anillos.

En una realización de la invención el material viscoelástico que se utiliza es goma vulcanizada. En este caso, los anillos están abiertos para permitir la deformación de la goma. Esta abertura es una ranura en dirección longitudinal que comunica el interior del anillo con el exterior y que se extiende desde la cara superior del anillo hasta la cara inferior del anillo.

La presente invención representa una importante mejora respecto a los amortiguadores tradicionales que utilizan material viscoelástico en la interfaz de un sistema cilindro-pistón ya que cuando se llega a altos niveles de energía, estos amortiguadores no son capaces de seguir absorbiendo energía. Sin embargo, el amortiguador propuesto en la presente invención sí es capaz de seguir disipando energía a pesar de que se alcancen altos niveles de energía.

Otra ventaja importante de la invención es que se aplica a estructuras ya existentes añadiéndose a dichas estructuras ya existentes sin alterar el comportamiento estático de la estructura.

Una de las aplicaciones más importantes del amortiguador de la presente solicitud es en el sector aeroespacial para absorber los altos niveles de vibración a distintas frecuencias que soportan algunos de los componentes del avión como por ejemplo las cuadernas, largueros, larguerillos y vigas que componen la estructura del avión.

El amortiguador de la presente invención tiene otra aplicación en el sector aeroespacial relacionada con la anteriormente expuesta. Debido a que las cuadernas que componen la estructura del avión están vibrando a distintas frecuencias, parte de esta vibración se muestra en forma de ruido. Así pues, mediante la colocación del amortiguador de la presente invención en elementos del avión cuya vibración produce ruido, como por ejemplo las cuadernas, se consigue reducir el ruido que escuchan los pasajeros del avión. Otra aplicación importante de los amortiguadores de la presente invención es en el sector de automocion ya que se puede utilizar el amortiguador de la presente invención en sustitución de los conocidos del estado de la técnica para mejorar el confort de los usuarios cuando se viaja sobre carreteras en mal estado.

También en el caso del sector de automocion parte de las vibraciones que sufre la estructura se muestran en forma de ruido. Asi pues, la aplicación del amortiguador de la invención en el sector del automóvil sirve también para reducir el ruido que escuchan los usuarios del vehículo .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

A continuación se presentan las figuras representativas de una de las realizaciones de la invención que sirven solamente a modo de ejemplo y, de esta manera, no son restrictivos dentro de la presente invención y donde:

La figura 1 representa una primera realización de la invención en la que los anillos tienen forma troncocónica .

En la figura la se muestra una vista en perspectiva del amortiguador de la invención en su primera realización preferente con anillos troncocónicos . En la figura Ib se muestra un corte de la vista de la figura la donde se aprecia cómo están colocados los anillos y la capa de material viscoelástico entre ellos. En la figura le se muestra el alzado de la vista Ib.

En la figura Id se muestra otro corte más esquemático del amortiguador de la invención en su primera realización preferente. En la figura le se muestra la sección B-B que se ha realizado en la figura Id y en ella se aprecian dos anillos que están en su posición de trabajo en el amortiguador de forma que uno de ellos ha sido introducido en el otro. Los anillos que se han representado en esta figura son los empleados cuando el material viscoelástico utilizado es un material vulcanizado de forma que tienen una ranura que permite la dilatación del material viscoelástico cuando se expande cuando está disipando energía.

La figura 2 muestra un anillo del amortiguador en su primera realización preferente en la que tiene forma troncocónica . La figura 2a muestra un anillo de los que se utilizan cuando el material viscoelástico no es un material vulcanizado. La figura 2b muestra un anillo como el de la figura 2a pero que se utiliza en las realizaciones en las que se emplean materiales vulcanizados de forma que se ha practicado una ranura en el anillo para permitir la dilatación del material vulcanizado cuando éste está disipando energía.

La figura 3 representa una segunda realización de la invención en la que los anillos tienen forma de arandela con su cara inferior y su cara superior biseladas.

En la figura 3a se muestra una vista en perspectiva del amortiguador de la invención en su segunda realización preferente con anillos de caras superior e inferior biseladas. En la figura 3b se muestra un corte de la vista de la figura 3a donde se aprecia cómo están colocados los anillos y la capa de material viscoelástico entre ellos. En la figura 3c se muestra el alzado de la vista 3b.

En la figura 3d se muestra otro corte más esquemático del amortiguador de la invención en su segunda realización preferente. En la figura 3e se muestra la sección A-A que se ha realizado en la figura 3d y en ella se aprecia un anillo de los que se emplean cuando el material viscoelástico utilizado es un material vulcanizado de forma que tiene una ranura que permite la dilatación del material viscoelástico cuando se expande cuando está disipando energía. En la figura 4 se muestran los anillos utilizados en la segunda realización preferente de la invención que tienen forma de arandela biselada por sus caras superior e inferior.

En la figura 4a se muestra un anillo de la segunda realización preferente de la invención en el que las caras superior e inferior están biseladas hacia el exterior. En la figura 4b se muestra un anillo de la segunda realización preferente de la invención en el que las caras superior e inferior están biseladas hacia el interior .

En la figura 4c se muestra un anillo de la segunda realización preferente de la invención en el que las caras superior e inferior están biseladas hacia el exterior y en el que hay una ranura para dejar que el material vulcanizado se dilate cuando esté disipando energía. En la figura 4d se muestra un anillo de la segunda realización preferente de la invención en el que las caras superior e inferior están biseladas hacia el interior y en el que hay una ranura para dejar que el material vulcanizado se dilate cuando esté disipando energía .

Referencias :

1 : primera base

2 : segunda base

3: primer anillo

4: segundo anillo

5: capa material viscoelástico

6: cuerpo central

7: pared del anillo

8 : diámetro menor

9: diámetro mayor

10: cara interior

11: cara exterior

12: cara superior 13 cara inferior

14 primera superficie

15 segunda superficie

16 ranura

MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

Con el objeto de llegar a una mejor comprensión del objeto y funcionalidad de esta patente, y sin que se entienda como soluciones restrictivas, a continuación se realiza una descripción de una realización preferente de la invención basada en las figuras anteriormente indicadas .

La presente invención propone un amortiguador para disipar energía de deformación en sistemas que oscilan sometidos a cualquier rango de frecuencias. El amortiguador de la presente invención comprende:

una primera base (1);

una segunda base (2),-y

un cuerpo central (6) .

Las características novedosas que presenta invención en relación con los amortiguadores de viscoelástico que se conocen del estado de la técnica son :

el cuerpo central comprende al menos dos anillos concéntricos que son un primer anillo (3) y un segundo anillo (4), y entre los cuales hay dispuesta una capa de material viscoelástico (5) ;

hay una capa de material viscoelástico entre el anillo que queda adyacente a la primera base (1) y dicha primera base (1); y

hay una capa de material viscoelástico entre el anillo que queda adyacente a la segunda base (2) y dicha segunda base (2) .

La primera base (1) y la segunda base (2) son anillos que incorporan elementos de anclaje a la estructura en la que se coloca el amortiguador. En una primera realización preferente de esta invención, los anillos que componen el cuerpo central (6) tienen forma troncocónica . La pared (7) de cada anillo tiene el mismo espesor en toda la superficie del anillo.

Para explicar la posición de los anillos en el cuerpo central del amortiguador, se considera un primer anillo (3) y un segundo anillo (4) . Los anillos están dispuestos de forma que el primer anillo (3) se introduce en el interior del segundo anillo (4) .

Esta realización se aprecia en las figuras la, Ib, le y Id.

En esta primera realización preferente de la invención, todos los anillos tienen las mismas medidas. Como el propio nombre indica, el diámetro menor (8) de un anillo siempre es más pequeño que el diámetro mayor (9) de ese mismo anillo. Asi pues, teniendo todos los anillos las mismas medidas, el diámetro menor (8) de un primer anillo (3) es siempre menor que el diámetro mayor (9) de un segundo anillo (4) contiguo a él para garantizar que el primer anillo (3) se pueda introducir en este segundo anillo (4) .

El diámetro menor (8) del tronco de cono que forma el anillo está en la cara superior (12) de dicho anillo mientras que el diámetro mayor (9) está en la cara inferior (13) del anillo.

En la figura 2a se muestra un anillo como los aqui descritos para la primera realización preferente.

La cara interior (10) de un anillo es la que queda en la parte de dentro del tronco de cono que forma el anillo mientras que la cara exterior (11) es la que queda en la parte de fuera del tronco de cono que forma el anillo .

Asi pues, una parte de diámetro menor (8) situada en la cara superior (12) de un primer anillo (3) se introduce en el interior de un segundo anillo (4) a través de una parte de diámetro mayor (9) situada en la cara inferior (13) de dicho segundo anillo (4) .

La capa de material viscoelástico (5) que hay entre los anillos está dispuesta entre la cara interior (10) de un segundo anillo (4) y la cara exterior (11) de un primer anillo (3) que se ha introducido en el interior del segundo anillo (4) .

Cuando el cuerpo central (6) está compuesto por más de dos anillos, la conexión entre ellos se realiza de igual modo que se ha explicado anteriormente para un primer anillo (3) y un segundo anillo (4), introduciendo la parte de diámetro menor (8) de un anillo a través del diámetro mayor (9) de un anillo adyacente a él.

La primera base (1) y la segunda base (2) van unidas a la zona o elementos de la estructura en la que se instala el amortiguador que estén sometidas a vibración. Pueden unirse a la estructura mediante cáncamos, orejetas o cualquier otro medio de sujeción.

En una segunda realización preferente de la invención, los anillos que componen el cuerpo central (6) tienen forma de arandela con una cara superior (12) y una cara inferior (13) biseladas.

En esta realización se tienen dos tipos de anillos que se colocan de forma alternativa componiendo el cuerpo central (6) del amortiguador.

Un primer tipo de anillos tiene su cara superior (12) y su cara inferior (13) biselados hacia el interior y un segundo tipo de anillos tiene su cara superior (12) y su cara inferior (13) biselados hacia el exterior.

En esta segunda realización preferente, cuando el cuerpo principal está compuesto por varios anillos, estos se colocan de forma que quedan adyacentes los anillos que tienen un biselado hacia el interior con los anillos que tienen un biselado hacia el exterior. La cara interior (10) del anillo es la que queda en la parte de dentro del anillo con forma de arandela biselada mientras que la cara exterior (11) del anillo es la que queda por fuera de la parte del anillo con forma de arandela biselada.

En esta segunda realización preferente, todos los anillos tienen un diámetro menor constante (8) que es igual para todos los anillos y un diámetro mayor (9) constante que es igual para todos los anillos. Como el propio nombre indica, el diámetro menor (8) de un anillo siempre es más pequeño que el diámetro mayor (9) de ese mismo anillo.

En concreto, los anillos están dispuestos de forma que un primer anillo (3) que tiene sus caras superior e inferior (12, 13) biseladas hacia el interior se coloca sobre un segundo anillo (4) que tiene sus caras superior e inferior (12, 13) biseladas hacia el exterior. En este caso, la capa de material viscoelástico (5) que hay entre los anillos está dispuesta entre la cara inferior (12) de un primer amillo (3) y la cara superior (13) de un segundo anillo (4) .

De igual modo, cuando el primer anillo (3) es el tiene su cara superior (12) y su cara inferior (13) biseladas hacia el exterior, se coloca sobre un segundo anillo (4) que tiene sus caras superior e inferior (12, 13) biseladas hacia el interior. La capa de material viscoelástico (5) que hay entre los anillos está dispuesta entre la cara inferior (12) de un primer amillo (3) y la cara superior (13) de un segundo anillo (4) .

En las figuras 3a, 3b y 3c se aprecia el amortiguador descrito con los anillos con cara superior y cara inferior biseladas de la segunda realización preferente de la invención.

En esta segunda realización preferente, la primera base (1) del amortiguador tiene una primera superficie (14) que queda en contacto con la cara superior (12) de un anillo adyacente a ella. Esta primera superficie (14) tiene una forma cónica con la misma inclinación que la cara superior (12) del anillo adyacente a ella.

En esta segunda realización preferente, la segunda base (2) tiene una segunda superficie (15) que queda en contacto con la cara inferior (13) de un anillo adyacente a ella y dicha segunda superficie (15) tiene una forma cónica con la misma inclinación que la cara inferior (13) del anillo adyacente a ella. Esto se aprecia en la figura 3d.

En una realización posible de la invención, se pueden utilizar anillos de metal para aumentar la eficiencia del amortiguador disipando calor.

En otra realización posible de la invención, se pueden utilizar anillos de fibra de carbono para tener un amortiguador más ligero. Además, debido a la pequeña magnitud de los desplazamientos se garantiza que no se influye sobre las condiciones estáticas de los elementos en los que se coloca el amortiguador.

En otra realización preferente de la invención, se pueden combinar anillos de metal y anillos de fibra de carbono en un mismo amortiguador para conseguir aumentar la energía disipada en forma de calor y al mismo tiempo tener un amortiguador ligero.

En una realización de la invención, el material viscoelástico utilizado es goma vulcanizada. En este caso, es necesario que los anillos estén abiertos para permitir la dilatación de la goma cuando el amortiguador está trabajando. Así pues, cuando se utiliza goma, los anillos tienen una ranura (16) en dirección longitudinal que comunica una cara interior (10) del anillo con una cara exterior (11) del anillo y que se extiende desde la cara superior (12) del anillo a la cara inferior (13) del anillo. Una muestra de estos anillos con ranuras, especialmente diseñados para ser utilizados cuando se trabaja con materiales vulcanizados, se tiene en la figura 2b que representa un anillo de forma troncocónica de la primera realización de la invención y en las figuras 4c y 4d que representan los anillos con cara superior e inferior biseladas de la segunda realización preferente de la invención.