ITPD20090308A1 - Sistema di variazione continua di rigidezza di molle - Google Patents

Description

Domanda di Brevetto per Invenzione Industriale

DESCRIZIONE E CAMPO DELL’INVENZIONE

Ad oggi è noto che il funzionamento meccanico di una forcella è dato da due sistemi che scorrono l’uno sull’altro. Più specificatamente, in campo motociclistico, il sistema superiore è rappresentato da tutto ciò che è direttamente connesso con la moto, mentre il sistema inferiore da tutto quanto è direttamente connesso con la ruota. L’elemento meccanico di unione dei due sistemi è rappresentato dalla molla che, durante la corsa della forcella, viene ad essere compressa. La massima corsa avviene quando un opportuno elemento del sistema superiore va a poggiare su un altrettanto opportuno elemento del sistema inferiore. Nella Tav. 1 viene mostrata la forcella nella condizione chiamata “posizione tutta estesa”. La Tav. 1 mostra anche come lavora il sistema sospensivo quasi alla corsa massima.

E’ altresì noto che le molle sono caratterizzate da una costante elastica detta k (per essa vale la relazione F = k*x con F pari alla forza generata dalla molla in seguito ad una compressione della stessa di una quantità x) che rappresenta la rigidezza delle molle. Tanto più grande è il valore di k, tanto più grande deve essere la forza esterna F per avere una determinata compressione della molla. Data la rigidezza k di una molla, si può tracciare su un piano “Forza Esterna su Compressione” la retta che la rappresenta. Si delinea, così, quella che è definita la curva caratteristica di una molla.

E’ diffuso soprattutto in campo motociclistico l’impiego di forcelle che utilizzano il precarico per cambiare la curva caratteristica della molla all’ interno della stessa. Il precarico avviene tramite un disco posizionato ad una estremità della molla dotato di moto verticale. Si può notare, ad esempio, questo sistema di regolazione della molla nei brevetti US 2006/0180419 e US 1995/5409248. Anche Ohlins<®>una delle case produttrici di forcelle più famose al mondo, adotta questo tipo di regolazione per i suoi prodotti. Agendo dal tappo della forcella si riesce a muovere il disco e ad aumentare o diminuire il carico cui la molla è soggetta senza che lo stelo sia compresso. La regolazione della curva caratteristica attraverso il precarico ha delle limitazioni derivanti dal fatto che, se si vuole aumentare il valore di forza ad una determinata corsa, inevitabilmente si devono aumentare dello stesso valore tutti i punti della curva caratteristica. Spesso, quindi, si è obbligati a sostituire la molla con un’altra di diversa rigidezza. Di conseguenza, questo tipo di regolazione comporta un notevole dispendio di lavoro e di tempo.

L’esperto del ramo è a conoscenza poi del fatto che a diversi tipi di forcelle sono associate molle di diverse lunghezze. In alcuni casi la molla poggia direttamente sul tappo, in altri si rende necessario inserire un elemento che dal tappo si protrae fino alla molla. L’invenzione in oggetto considera entrambi i casi e nelle due situazioni descrive come si modifica il sistema che si integra di volta in volta nella diversa geometria degli spazi.

Infine è noto nel campo motociclistico come la molla all’interno di una forcella viene compressa da un disco che poggia sull’ultima sua spira chiusa e molata.

L’invenzione in oggetto propone un nuovo elemento di spinta sulla molla. Questo elemento offre un nuovo tipo di superficie d’appoggio alla molla costituita da una scanalatura elicoidale dello stesso passo delle spire della molla. Grazie a questo elemento la molla può essere spinta da diverse altezze andando ad evitare la compressione di alcune spire.

Alla luce di quanto sopra menzionato, esiste la necessità di individuare un sistema migliorativo capace di risolvere o superare i problemi sopra citati. La presente invenzione descrive e rivendica una nuova logica di regolazione della curva caratteristica della molla, permettendo di risparmiare un ingente quantitativo di tempo durante la ricerca del giusto settaggio di una sospensione meccanica. L’invenzione in oggetto permette la variazione della rigidezza della molla e, quindi, una volta inserita nella forcella, essa non viene più sostituita.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE Nel settore motociclistico, e più specificatamente nel corso delle competizioni, un fattore determinante per il raggiungimento del massimo risultato è la velocità di messa a punto della moto. Questo può avvenire durante i turni di qualifica, o durante le gare stesse, qualora dovessero improvvisamente cambiare le condizioni atmosferiche e ci fosse necessità di un repentino cambio di settaggio della moto. Il meccanismo oggetto della presente invenzione si inserisce proprio in questa prospettiva e riguarda sia le sospensioni anteriori che posteriori della moto.

La presente invenzione descrive e rivendica per la prima volta la possibilità di regolare la rigidezza della molla di una sospensione. Scopo principale della stessa è quello di rendere fattibile una nuova modalità di regolazione delle sospensioni, e allo stesso tempo di ridurne notevolmente il tempo di messa a punto. Il meccanismo nasce proprio in sostituzione o affiancamento del precarico-molla, l’attuale modalità di regolazione dell’assetto della moto da pista. Attualmente, infatti, per cercare il giusto set up si agisce sul precarico della molla, portando la traslazione della sua curva caratteristica sull’asse delle x nel piano “Forza su Compressione”. Tuttavia, nel caso in cui il minimo o il massimo precarico non portino al raggiungimento del settaggio ottimale, ad esempio per una sospensione anteriore in un dato tracciato e in una determinata condizione climatica, si deve ricorrere alla sostituzione della molla.

I nuovi componenti, invece, agiscono sulle spire permettendo la variazione di rigidezza della molla presente nella forcella, o della molla costituente Pammortizzatore posteriore, evitandone la sostituzione. Si va, dunque, a cambiare la pendenza della curva caratteristica in modo tale che le regolazioni abbiano una maggiore influenza sull’assetto della moto a qualsiasi valore di corsa della sospensione.

L’oggetto della presente invenzione evita, dunque, di ricorrere alla sostituzione della molla, con un notevole risparmio di sforzi e di tempo, fattori questi fondamentali per consentire il raggiungimento di ottime performance nel corso delle competizioni.

Questo sistema innovativo può essere applicato a sospensioni di qualsiasi veicolo che necessiti di molle, quali ad esempio automobili, camion, camper, biciclette, quad, motociclette e motocicli di qualsiasi tipo, soprattutto nel caso in cui si desideri cambiarne la rigidezza.

II sistema, inoltre, si presta ad essere azionato con motori elettrici.

Una delle caratteristiche più importanti di questa invenzione è il fatto che la regolazione della rigidezza è di tipo continuo. Questo significa che è possibile ottenere qualsiasi valore di rigidezza compreso tra i valori massimo e minimo definiti dalla progettazione della molla o dalla particolare applicazione del sistema.

Di seguito si riportano alcuni esempi di sistemi di variazione di rigidezza di molle, senza che queste siano limitanti per il campo dell’ invenzione, ed ogni variazione ai sistemi qui illustrati da parte dell’esperto del ramo si dovranno ritenere compresi nella presente invenzione.

ESEMPIO 1 - Molla corta

Di seguito è riportato un esempio di sistema in grado di variare in continuo la rigidezza della molla. L’assieme esplica bene il funzionamento del meccanismo (Tav. 1 ).

Questo esempio è riferito al caso in cui la molla all’interno dello stelo della forcella non arrivi fino al tappo, ma necessiti di un elemento che li congiunga.

L’elemento guida, un esagono (Tav. 2-3-6), è il più interno del meccanismo e quello che riceve dal dado di regolazione posizionato sopra il tappo (Tav. 2-3), il moto rotatorio dato esternamente dall’utente. Il tappo è fermo durante la regolazione perché è legato tramite un filetto al fodero dello stelo, elemento di collegamento tra la forcella e la moto. Il piattello (Tav. 2-3-4) è l’elemento centrale del meccanismo e riceve la rotazione dall’esagono mediante il foro esagonale che lo attraversa. Nella sua superficie esterna è percorso da una filettatura dello stesso passo dell’elicoide della molla utilizzata all’interno della forcella. Questa filettatura si deve accoppiare con quella presente sulla superficie interna del terzo elemento, il regolatore (Tav. 2-3-5), e il suo scopo è quello di fornire al piattello una traiettoria elicoidale, una volta messo in rotazione dall’esagono. Questa traiettoria non è impedita dall’esagono perché il piattello è libero dì percorrerlo lungo tutta la sua superficie. Nella sua parte inferiore il piattello presenta una scanalatura elicoidale che offre la superficie di appoggio alla molla.

Il regolatore, l’elemento più esterno, è chiamato cosi perché regola il moto del piattello. Questo elemento è solidale con il tappo della forcella e presenta, come detto poco sopra, una filettatura nella sua superficie interna dello stesso passo deH’elicoide della molla. Durante la regolazione della rigidezza la molla mantiene la sua posizione e non ruota.

Il funzionamento del meccanismo parte dalla rotazione del dado di regolazione posto sul tappo dello stelo il quale porta in rotazione il piattello. Il piattello, guidato dal regolatore, compie una traiettoria elicoidale e si posiziona ad una determinata altezza della molla insinuandosi tra le spire evitandole.

Le dimensioni dei pezzi dipendono dal tipo di forcella su cui sono montati. Il piattello e il regolatore hanno una lunghezza indicativamente compresa tra i 50 e i 200 mm, almeno per applicazioni motociclistiche. Il diametro esterno del piattello deve essere il minore possibile per non portare un eccessivo aumento di peso alla sospensione e il suo valore potrebbe essere indicativamente compreso tra i 18 e i 40 mm. Il diametro della parte inferiore del piattello deve essere quasi pari al diametro esterno della molla per avere una buona superficie di appoggio. La lunghezza dell’esagono dipende dalla corsa massima della molla presa in considerazione. Per applicazioni, ad esempio, nel settore delle biciclette, le dimensioni possono diminuire moltissimo rispetto a quelle sopra riportate oppure possono aumentare notevolmente in ambito automobilistico.

Il sistema, inoltre, si presta ad essere utilizzato come meccanismo di variazione del precarico della molla qualora i singoli elementi venissero utilizzati in modo opportuno. Qualora il piattello fosse fatto traslare verticalmente senza ruotare questo andrebbe a comprimere la molla comportandone il precarico. Questa condizione si ottiene facendo ruotare il regolatore e tenendo fermo rispetto alla rotazione il dado di regolazione. Operando in questo modo il piattello scorre lungo l’esagono senza ruotare. Questo utilizzo del meccanismo comporta però la rivisitazione della struttura geometrica del tappo.

ESEMPIO 2 - Molla lunga

L’esempio dimostra come può variare il sistema se la molla arriva lino al tappo e non ci sia spazio per gli elementi citati nell’esempio precedente nella parte superiore ad essa (Tav. 7).

Vi è sempre il regolatore fisso durante la regolazione (Tav. 8-10), che funge da guida al movimento del piattello (Tav. 8-9) attraverso una filettatura dello stesso passo a quello dell’elicoide della molla. Il piattello ruota grazie al moto dell’esagono più interno (Tav. 8-11), messo in rotazione dal tappo di regolazione (Tav. 8), e nello stesso tempo scorre lungo la sua superficie percorrendo in questo modo una traiettoria elicoidale come in Es. 1 per la “molla corta”. Durante la regolazione della rigidezza la molla mantiene la sua posizione e non ruota.

Le dimensioni degli elementi dipendono dai campo di applicazione cui la forcella è destinata e vale il discorso fatto per l’esempio precedente.

Anche inquesto caso si può, con opportune modifiche alla geometria del tappo, utilizzare il meccanismo come regolatore del precarico della molla.

ESEMPIO 3 - Piattello fisso

Nella preparazione di questo meccanismo, l’elemento piattello è considerato solo quello che offre l’appoggio alla molla e non comprende anche, come negli esempi precedenti, il gambo con il filetto esterno (Tav.

13-14-15). Il filetto che governa il moto elicoidale del piattello viene ricavato nella parete interna del foro praticato al centro dello stesso (Tav.

14). Per bloccare la rotazione del piattello si usano due ali laterali che si infilano in apposite scanalature effettuate in un tubo esterno (Tav. 13-17) da infilare nello stelo e scorrono solo in senso verticale. La rotazione iniziale della regolazione parte sempre dal dado di regolazione posto sopra il tappo. Questo movimento porta in rotazione anche l’elemento direttamente collegato al dado di regolazione che viene chiamato madrevite (Tav. 13-16). La madrevite presenta sulla sua superficie esterna una filettatura femmina dello stesso passo dell’elecoide della molla. Questo elemento viene costruito anche per determinare la corsa massima della molla e il suo unico moto è quello di rotazione. Il funzionamento, dunque, è il seguente: ruotando il dado di regolazione, ruota la madrevite la quale porta in rotazione con sé anche la molla. La filettatura femmina tenderebbe a dare la rotazione al piattello il quale, invece, è vincolato a scorrere lungo le due scanalature verticali ottenendo un moto verticale pari ad un passo della molla ogni rotazione completa della madrevite. La molla è tenuta fìssa rispetto alla rotazione da una apposita appendice della madrevite.

Anche in questo caso si può, con opportune modifiche alla geometria del tappo utilizzare il meccanismo come regolatore del precarico della molla

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di variazione della rigidezza k della molla di una sospensione, che consiste in un insieme di elementi che riescono a comprimere la molla da diverse posizioni rispeto alla sua lunghezza andando a sopprimere o meno alcune spire.
2. 2. Sistema di variazione della rigidezza k della molla di una sospensione secondo la rivendicazione 1, dove per k si intende la costante elastica della molla secondo la relazione F= k*x e per F si intende la forza generata dalla molla in seguito alla compressione x della stessa.
3. 3. Sistema di variazione della rigidezza della molla di una sospensione secondo le rivendicazioni 1 e 2, in cui la regolazione della rigidezza viene fata in modo continuo.
4. 4. Sistema di variazione della rigidezza della molla di una sospensione secondo le rivendicazioni 1-3, in cui è possibile ottenere qualsiasi valore di rigidezza compreso tra i valori massimo e minimo definiti dalla progettazione della molla o dalla particolare applicazione del sistema.
5. 5. Sistema di variazione della rigidezza della molla di una sospensione secondo le rivendicazioni 1 -4, in cui la molla non arriva fino al tappo della forcella ma c’è la necessità di un elemento aggiuntivo di connessione tra il tappo e la molla.
6. 6. Sistema di variazione della rigidezza della molla di una sospensione secondo le rivendicazioni 1 -4, in cui la molla poggia direttamente sul tappo e viene spinta dallo stesso durante la corsa della forcella.
7. 7. Sistema di variazione della rigidezza della molla di una sospensione secondo le rivendicazioni 1-6, in cui la logica della regolazione consideri eventualmente la rotazione della molla attorno al suo asse.
8. 8. Sistema di variazione della rigidezza della molla di una sospensione secondo le rivendicazioni 1-7 che prevede l’adattamento in manuale.
9. 9. Sistema di variazione della rigidezza della molla di una sospen sione secondo le rivendicazioni 1-7 che prevede radattamento con motore elettrico.
10. 10. Sistema di variazione della rigidezza della molla di una sospensione secondo le rivendicazioni 1-9 adattabile a sospensioni di qualsiasi veicolo quali ad esempio automobili, camion, camper, biciclette, quad, motociclette e motocicli.
11. 11. Sistema di variazione della rigidezza della molla di una sospensione secondo le rivendicazioni 1-9 adattabile a qualunque sistema meccanico in cui siano presenti molle e in cui ci sia la necessità di variarne la rigidezza.
12. 12. Sistema di variazione della rigidezza della molla di una sospensione secondo le rivendicazioni 1-11 utilizzabile anche come meccanismo di regolazione del precarico della molla.