ES2718974T3

ES2718974T3 - Mecanismo de bombeo autoinflable

Info

Publication number: ES2718974T3
Application number: ES15774042T
Authority: ES
Inventors: Benjamin J Krempel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2019-07-05
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: US20170174016A1; EP3126163A4; EP3126163B1; WO2015153227A1; EP3126163A1; US10005327B2

Description

DESCRIPCIÓN

Mecanismo de bombeo autoinflable

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a neumáticos autoinflables. Más específicamente, la invención se refiere a un elemento de compresión para un sistema de neumático autoinflable.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existe una necesidad desde hace mucho tiempo de mejorar la fiabilidad de los neumáticos y la resistencia al desinflado en bicicletas y otros vehículos con ruedas. Se han hecho muchos intentos para atenuar los neumáticos desinflados con sistemas autoinflables que incluyen diseños de pistón en cilindro, diseños montados en la llanta y diseños montados en el buje. El diseño del pistón en el cilindro tiene varias desventajas que incluyen mala calidad de conducción y manejo, un bulto notorio en la superficie del neumático, elementos mecánicos complicados que son propensos a romperse y un volumen de bombeo limitado. Los diseños montados en la llanta y en el buje tienen defectos que incluyen caro de fabricar y usar, que requieren la instalación de un técnico calificado, considerados como un producto especializado o equipo opcional, y no son compatibles con otros equipos montados en el buje.

El documento WO2014030075 describe un tubo interior autoinflable con una banda no elástica que rodea el perímetro de definición del tubo interior. La banda limita la expansión del tubo interior dentro de la cámara de la llanta del neumático y crea una zona de baja presión a lo largo de la longitud de la cámara donde se coloca un mecanismo de bombeo. A medida que la rueda gira, el mecanismo de bombeo se aplasta entre el tubo interior y el neumático empujando de este modo el aire a lo largo de su longitud. El aire comprimido se utiliza para inflar el tubo interior y mantener la presión adecuada del neumático. Lo que se necesita es un dispositivo de compresión fiable, económico y eficaz para sistemas de neumáticos autoinflables.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente descripción proporciona un dispositivo de compresión tal como se expone en la reivindicación 1. Las características ventajosas se proporcionan en las reivindicaciones dependientes.

Para satisfacer las necesidades de la técnica, se proporciona un dispositivo de compresión para un neumático autoinflable que incluye una primera superficie hecha de un material de memoria flexible, donde la primera superficie está conectada mecánicamente a una cámara de bombeo, donde la primera superficie incluye un primer brazo, un segundo brazo y un fulcro en un plano X-Y, donde el fulcro está dispuesto entre el primer brazo y el segundo brazo, una longitud en forma de arco en un plano Y-Z que está configurado para amoldarse a una superficie interior de un neumático, un primer estado, donde cuando está en el primer estado, la primera superficie se amolda a una superficie interior presurizada y sin carga del neumático, y un segundo estado, donde cuando está en el segundo estado, la primera superficie se aplasta radialmente hacia afuera alrededor del fulcro mediante el primer brazo y el segundo brazo, donde el cambio entre el primer estado y el segundo estado da como resultado que el aire sea aspirado desde la atmósfera y empujado a través de la cámara de bombeo.

De acuerdo con un aspecto de la invención, una segunda superficie está dispuesta sobre la primera superficie, donde la segunda superficie incluye un material elástico que tiene una sección transversal curvada en un plano X-Y y una longitud en forma de arco en un plano Y-Z.

En otro aspecto de la invención, la cámara de bombeo incluye una cámara de bombeo sellada neumáticamente. En un aspecto adicional de la invención, la cámara de bombeo está configurada para albergar un lumen sellado neumáticamente.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, la longitud en forma de arco abarca una circunferencia completa de la superficie interior del neumático, o abarca un segmento de la circunferencia de la superficie interior del neumático. En otro aspecto más de la invención, el fulcro incluye una bisagra.

De acuerdo con un aspecto de la invención, el fulcro incluye un espesor reducido del material de memoria flexible en relación con el espesor del segundo brazo y el primer brazo.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, la segunda superficie y la primera superficie son anisotrópicas con una mayor rigidez en el plano X-Y en comparación con el plano Y-Z.

En otro aspecto de la invención, el dispositivo de compresión está unido de manera inamovible a un tubo interior. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Las FIGs.1A-1B muestran un dispositivo de compresión para un neumático autoinflable, de acuerdo con un modo de realización de la invención.

Las FIGs.1C-1D muestran un dispositivo de compresión que abarca una circunferencia parcial del neumático y una circunferencia completa del neumático, respectivamente, de acuerdo con los modos de realización de la invención. La FIG. IE muestra un dispositivo de compresión implementado en un neumático y un tubo interior, de acuerdo con modos de realización de la invención.

La FIG.2 muestra un modelo mecánico del dispositivo de compresión representado como un mecanismo de 4 barras, de acuerdo con un modo de realización de la invención.

La FIG. 3 muestra el dispositivo de compresión con la cavidad de compresión que forma una carcasa y un elemento de sellado en su interior, de acuerdo con un modo de realización de la invención.

La FIG. 4 muestra el dispositivo de compresión con la cavidad de compresión que forma una carcasa y un lumen separado insertado en la misma, de acuerdo con un modo de realización de la invención.

La FIG. 5 muestra el dispositivo de compresión que tiene un material elástico separado y una cámara de bombeo integrada en la extrusión del tubo interior, de acuerdo con un modo de realización de la invención.

Las FIGs.6A-6B muestran el dispositivo de compresión implementado en un neumático con un tubo interior y sin un tubo interior, respectivamente, de acuerdo con los modos de realización de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La invención es un mecanismo de compresión o bombeo autoinflable para su uso en bicicletas y otras aplicaciones similares con ruedas. En un modo de realización, el mecanismo de compresión descansa sobre la superficie interior del neumático. A medida que el neumático gira y se deforma bajo la carga de la rueda, el mecanismo de bombeo se aplasta y empuja el aire hacia el neumático. Cuando el neumático vuelve a su forma original, el mecanismo de bombeo regresa a su forma original aspirando aire de la atmósfera. El mecanismo de bombeo funciona circunferencialmente alrededor del interior del neumático. La invención emplea una superficie inferior rígida que tiene brazos de palanca que se dividen a lo largo de la longitud de la superficie inferior, lo que permite que los brazos de la palanca se muevan fácilmente alrededor de un fulcro al mismo tiempo que mantiene una calidad de conducción excelente.

Un sistema de neumático autoinflable aspira aire de la atmósfera y lo empuja hacia el neumático mientras el neumático está en movimiento. Una serie de una o más válvulas de retención aseguran que el aire se mueva solo unidireccional a través del sistema. En un modo de realización, se proporciona un dispositivo de compresión que está dispuesto en el neumático, donde el dispositivo de compresión funciona en un lumen, o tiene una estructura de lumen como parte del dispositivo, que está en contacto neumático con la atmósfera.

De acuerdo con un modo de realización, las FIGs.1A-1B muestran el dispositivo de compresión 100 para un neumático autoinflable que incluye un material elástico 102 que tiene una sección transversal curvada en un plano X-Y y una longitud en forma de arco en un plano Y-Z, donde la longitud en el plano Y-Z está configurada para amoldarse a una superficie interior de un neumático 200.El dispositivo 100 tiene además un material de memoria flexible 104 que está dispuesto sobre el material elástico 102, donde el material elástico 104 incluye una sección transversal en el plano X-Y que tiene un segundo brazo 106, un primer brazo 108 y un fulcro 110, donde el fulcro 110 está dispuesto entre el segundo brazo 106 y el primer brazo 108.De acuerdo con la invención, las FIGs.1C-1D muestran el dispositivo que tiene una longitud en forma de arco en el plano Y-Z que está configurado para amoldarse a la superficie interior del neumático 200, donde se muestra el dispositivo de compresión 100 que abarca una circunferencia parcial del neumático y una circunferencia completa, respectivamente. Según se muestra en la FIG. 1A, la invención tiene un segundo estado donde una sección transversal del material elástico 102 y el material de memoria flexible 104 incluye una cámara de bombeo 112 dispuesta entre ellos, y la FIG. IB muestra que el dispositivo 100 tiene un primer estado donde el material elástico 102 y el material de memoria flexible 104 aplastan la cámara de bombeo 112 de acuerdo con el movimiento del segundo brazo 106 y el primer brazo 108 alrededor del fulcro 110, donde el aplastamiento de la cámara de bombeo 112 forma un elemento de bombeo para el neumático autoinflable 200.

En un modo de realización, la FIG. 2 muestra un modelo mecánico del dispositivo de compresión representado como un mecanismo de 4 barras. Según se muestra, las bisagras incorporadas en el dispositivo de compresión permiten que el dispositivo de compresión se mueva más libremente. En modos de realización adicionales, el dispositivo de compresión incorpora bisagras vivas del mismo material o de materiales diferentes desde los brazos segundo y primero. La colocación de una bisagra en el fulcro es fundamental para la eficacia y el funcionamiento del dispositivo de compresión. Las bisagras en los puntos en el centro y los extremos del material elástico son menos importantes debido a los pequeños cambios de ángulo en estas ubicaciones.

Un aspecto clave del dispositivo de compresión es la rigidez del material de memoria flexible, lo que da como resultado una calidad de conducción excelente. Normalmente se esperaría que un material rígido soportara la carga directamente y no se flexionara, ya que los brazos segundo y primero están curvados en el plano X-Y y se proyectan en un arco en el plano Y-Z. Sin embargo, este no es el caso. El segundo brazo 106 y el primer brazo l08 del material de memoria flexible crean un excelente perfil de conducción sin puntos altos o crestas. Cuando se aplica una carga a la rueda, el segundo y el primer brazo se doblan fácilmente fuera del camino y permiten que la fuerza se concentre en la compresión de la cámara de bombeo 112 tal como se muestra en las FIGs.1A-1B y las FIGs.6A-6B.

Cuando los brazos segundo y primero se mueven desde la posición sin carga a la posición con carga, la cámara 112 se aplasta, empujando así el aire a través de una cámara sellada, o a través de un lumen 204 dispuesto en la cámara de bombeo 112, en la dirección de rotación. Una serie de una o más válvulas unidireccionales aseguran que el aire se mueva a través del sistema de neumático autoinflable 200 en una dirección. El mecanismo está en la posición sin carga, en el presente documento conocido como el segundo estado, cuando el neumático 200 está presurizado y no se deforma por una carga colocada en el neumático 200.El mecanismo se encuentra en la posición con carga, en el presente documento conocido como el primer estado, cuando el neumático está despresurizado y deformado por una carga colocada en el neumático 200.El neumático con carga 200 se aplana y se ensancha en el área del neumático 200 en contacto con la superficie de conducción, tal como se muestra en las FIGs.1A-1B y las FIGs.6A-6B. Es este cambio de forma que la invención permite el bombeo del aire. En la posición de segundo estado sin carga, la forma redonda del neumático 200 soporta los brazos segundo y primero del dispositivo de compresión 100.La geometría y las propiedades del material elástico y el material de memoria flexible soportan la cámara de bombeo para que no se aplaste en el entorno presurizado del neumático 200.En la posición de primer estado con carga, los brazos segundo y primero se aplanan girando alrededor del fulcro y el ángulo incluido del segundo y primer brazo aumenta 20-60 grados cuando se ve desde la vista en sección transversal de la FIG. 1A. En un modo de realización, el dispositivo de compresión se ha diseñado para cerrarse cuando el ángulo interno se abre 20 grados. La utilización de cambios de ángulo más pequeños permite que el dispositivo de compresión funcione cuando hay menos deformación del neumático. Los neumáticos se deforman menos bajo una presión más alta y cuando soportan menos carga. El cambio de ángulo cierra la cámara de bombeo 112 a medida que los brazos segundo y primero presionan el segundo material elástico. Debido a que los brazos de palanca segundo y primero son significativamente más anchos que el segundo material elástico, hay una multiplicación de fuerza considerable. Esto permite que el dispositivo de compresión genere una presión más alta que la presión encontrada en el neumático 200.El aumento de la relación de anchura entre el segundo y el primer brazo y el segundo material elástico 102 aumenta la multiplicación de la fuerza. Otro aspecto favorable de la invención es que la cámara de bombeo 112 se aplasta horizontalmente de la misma manera que el neumático 200.Esto es favorable porque la presión dentro del neumático 200 trabaja junto con los brazos de palanca para bombear el aire.

En modos de realización adicionales, el dispositivo de compresión se coloca en la superficie exterior de un tubo interior 202 que tiene una cámara de bombeo integrada 114, tal como se muestra en la FIG.5, o el dispositivo de compresión y la cámara de bombeo se colocan fuera del tubo interior tal como se muestra en la FIG. 6A. La invención se puede usar en un neumático 200 con un tubo interior, tal como se muestra en la FIG. 6A, o sin un tubo interior, tal como se muestra en la FIG. 6B. Los brazos de palanca 208, 206 se mantienen en posición por la presión de aire dentro del tubo interior, tal como se muestra en la FIG. 6A, o la superficie interior del tubo interior tal como se muestra en la FIG. 5. En el modo de realización que se muestra en la FIG. 6A, el dispositivo de compresión se coloca fuera del tubo interior y se mantiene en posición por el exterior del tubo interior y la superficie interior del neumático 200.En el caso de que no se use un tubo interior, tal como se muestra en la FIG. 6B, el dispositivo de compresión se mantiene en su lugar por la presión dentro del neumático 200.La superficie inferior de los brazos segundo y primero se amolda a la forma presurizada y sin carga del interior del neumático 200.La invención también puede incluir un material de baja fricción en la superficie del segundo y primer brazo que toca el neumático 200.También se puede usar un material de baja fricción en el interior del neumático 200 para minimizar aún más la fricción entre estas superficies.

En otro modo de realización, el dispositivo de compresión rodea completamente el neumático 200, tal como se muestra en la FIG. ID, o puede rodear parcialmente el neumático 200, tal como se muestra en la FIG. 1C, por ejemplo, la longitud del dispositivo de compresión en el plano Y-Z puede ser tan corta como 10 mm. Cada modo de realización debe ponderar un número de variables como peso, equilibrio, volumen de bombeo, presión de bombeo máxima, vida útil y coste para optimizar la aplicación prevista.

La fuerza mecánica de los brazos segundo y primero aumenta al aumentar la rigidez. Esto se puede hacer a través de la elección del material o aumentando el espesor y la anchura del brazo de palanca en el plano X-Y. Cuanto mayor es la rigidez del brazo de palanca, más fuerza se puede generar. Sin embargo, como el brazo de palanca también tiene un componente en el plano Y-Z, el sistema debe equilibrar el beneficio del sistema en las tres dimensiones.

La estructura del segundo material elástico 102 está dictada por los tres requisitos siguientes. Segundo, su objetivo principal es resistir la presión en el neumático 200 a la presión máxima y no aplastarse. Primero, durante el ciclo de compresión no debe fallar debido a la tensión. Y tercero, debe satisfacer correctamente los requisitos de fiabilidad y duración. El material elástico superior no tiene los mismos requisitos de rigidez que el material de memoria flexible.

En un modo de realización 300, el segundo material elástico y la cámara de bombeo 114 están integrados en la extrusión del tubo interior, tal como se muestra en la FIG. 5. En este modo de realización, el material ubicado encima de la cámara de bombeo debe realizar correctamente las tres funciones del material elástico mencionadas anteriormente y debe resistir el ensanchamiento para generar las presiones suficientemente altas requeridas por la cámara de bombeo.

La invención tiene beneficios adicionales ya que también reduce los neumáticos desinflados debido a un pinchazo. En el modo de realización que se muestra en la FIG. ID, donde el mecanismo de bombeo gira completamente alrededor de la circunferencia principal del neumático 200, hay una mejora significativa en la resistencia a un pinchazo, donde la resistencia a un pinchazo es proporcionada por el material de memoria flexible. Esto es importante debido a la dificultad de diferenciar entre un neumático 200 desinflado a partir de la difusión lenta del aire y un neumático 200 desinflado a partir de un pinchazo con un objeto afilado. La FIG. IE muestra un dispositivo de compresión implementado en un neumático 200 y un tubo interior, de acuerdo con modos de realización de la invención.

El dispositivo de compresión puede estar hecho de materiales rígidos o semirrígidos, donde la eficacia mecánica de la invención se ve mejorada por los brazos segundo y primero que tienen mayor rigidez. Los materiales de memoria flexible incluyen cauchos y plásticos, incluidos ABS, Nylon, Delrin, PEEK, caucho natural, NBR, TPE, fibra de vidrio, Kevlar, aramida, fibra de carbono, elastómeros, elastómeros de poliéster termoplásticos, Hytrel, Zytel, polímeros, copolímeros, resinas y cualquier otro material disponible comercialmente.

Otros modos de realización incluyen la separación de la función de bombeo de la función de sellado en el sistema, tal como se muestra en la FIG. 4. Aquí, la cámara de bombeo forma una carcasa y se utiliza un lumen separado del elemento de sellado 206 en la carcasa, tal como se muestra en la FIG.4 y la FIG.3, respectivamente. El elemento de sellado 206 puede extruirse, moldearse por inyección o producirse por cualquier otro procedimiento. El elemento de sellado 206 se puede optimizar para el durómetro, la geometría, el desgaste, la capacidad de fabricación y cualquier otra consideración.

La FIG. 4 muestra un modo de realización con un lumen separado incorporado dentro de la cámara de bombeo. Esto concentra aún más la fuerza de cierre en un área aún más pequeña y podría tener una aplicación donde se requieren presiones aún mayores. El tubo puede estar hecho de una variedad de materiales que incluyen PVC, Tygon, silicona, caucho sintético, caucho natural, elastómeros o cualquier otro tipo de material. En un modo de realización de prototipo ejemplar, el tubo utilizado era un tubo de caucho natural con un diámetro interior de 1,5 mm y un diámetro exterior de

3,0 mm. El área dentro de la cámara de bombeo, pero fuera del tubo externo puede estar a 0 bar, 1 bar o incluso la presión dentro del tubo interior. El material de memoria flexible fue construido con material de barras de PVC de 2,2 mm de espesor que se formó con calor para coincidir con el perfil interno de un neumático 200 de 38 mm x 700 mm.

El arco curvado del material de memoria flexible mide 28 mm en el plano X-Y. La longitud del arco en el plano Y-Z mide 1 m. El material elástico fue construido con una barra de PVC de 1,0 mm de espesor de manera similar. El arco curvado del material elástico mide aproximadamente 10 mm en el plano X-Y. Las dos superficies se unieron en las juntas de la bisagra utilizando un tejido de nailon y un adhesivo de cianoacrilato.

En un modo de realización adicional, la cámara de bombeo es el espacio completo entre el material elástico y el material de memoria flexible o solo parte del espacio entre el material elástico y el material de memoria flexible. Por ejemplo, la cámara de bombeo puede tener espacios a cada lado de la misma que se recogen en el área entre el material elástico y el material de memoria flexible. Esto permite reducir el área de la sección transversal de la cámara de bombeo y sirve como otro modo de realización para aumentar la presión máxima generada del sistema.

Otro prototipo similar en sección transversal en la FIG 1 está diseñado para funcionar en un neumático de 38 mm de ancho por 700 mm de diámetro. En este modo de realización, la longitud del arco del material de memoria flexible es de 30 mm de ancho en el plano X-Y. El material de memoria flexible alcanza su espesor máximo de 1 mm justo antes

del fulcro 110 y se reduce a 0,1 mm a medida que el material de memoria flexible se extiende hacia afuera en el plano X-Y. Ambos lados del material de memoria flexible son simétricos y están unidos en el centro con una bisagra viva 110.El material elástico se coextruye con el material de memoria flexible. El material elástico tiene 10 mm de ancho en el plano X-Y y 0,5 mm de espesor. En su estado sin carga, el material elástico y el material de memoria flexible forman una cámara de 1 mm de alto por 9 mm de ancho. El prototipo requiere que el ángulo interno del material de memoria flexible se abra 20 grados para que la cámara se cierre. El prototipo se extiende 0,5 m en el plano Y-Z.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de compresión (100) para un neumático autoinflable (200), que comprende un material de memoria flexible (104), en el que dicho material de memoria flexible (104) está conectado mecánicamente a una cámara de bombeo (112), en el que dicho material de memoria flexible (104) está configurado para amoldarse a una superficie interior de un neumático, en el que dicho material de memoria flexible (104) comprende:

a. un primer brazo (108), un segundo brazo (106) y una bisagra (110) en un plano X-Y que tiene una superficie en forma de arco curvado configurada para entrar en contacto con una superficie interior de un neumático (200), en el que dicho primer brazo (108) y dicho segundo brazo (106) están unidos simétricamente por dicha bisagra (110); b. una longitud en forma de arco en un plano Y-Z que está configurado para amoldarse a una superficie interior de un neumático (200);

c. un primer estado, en el que cuando está en dicho primer estado, dicho material de memoria flexible (104) se amolda a una superficie interior sin carga y presurizada de dicho neumático (200); y

d. un segundo estado, en el que cuando está en dicho segundo estado, dicho material de memoria flexible (104) se aplasta radialmente hacia afuera alrededor de dicha bisagra (110) por dicho primer brazo (108) y dicho segundo brazo (106), en el que dicha cámara de bombeo (112) se define por un espacio entre un material elástico (102) que se extiende entre una superficie interior de dicho primer (108) y segundo brazos (106) de dicho material de memoria flexible (104) y dicha superficie interior de dicho material de memoria flexible (104), en el que una forma de arco curvado en dicho plano X-Y de dicho material elástico (102) es opuesta a dicha superficie en forma de arco curvado de dicho material de memoria flexible (104) en dicho plano X-Y que está configurado para estar en contacto con dicha superficie interior del neumático, en el que la cámara de bombeo (112) comprende una longitud en forma de arco en un plano Y-Z.

2. El dispositivo de compresión (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha cámara de bombeo (112) comprende una cámara de bombeo sellada neumáticamente.

3. El dispositivo de compresión (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha cámara de bombeo (112) está configurada para albergar un lumen sellado neumáticamente (204).

4. El dispositivo de compresión (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha longitud en forma de arco abarca una circunferencia completa de dicha superficie interior del neumático, o abarca un segmento de dicha circunferencia de dicha superficie interior del neumático.

5. El dispositivo de compresión (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha bisagra (110) comprende un espesor reducido de dicho material de memoria flexible (104) en relación con el espesor de dicho segundo brazo (106) y dicho primer brazo (108).

6. El dispositivo de compresión (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho material elástico (102) y dicho material de memoria flexible (104) son anisotrópicos con una mayor rigidez en dicho plano X-Y en comparación con dicho plano Y-Z.

7. Dispositivo de compresión (100) según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de compresión está unido de forma inamovible a un tubo interior.