ES2225460T3 - Actuador lineal. - Google Patents
Actuador lineal.Info
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- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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Abstract
Actuador lineal, que comprende: - dos cámaras (5), las cuales en su interior contienen un líquido operativo; - dos elementos móviles (4), uno para cada una de las dos cámaras (5), cada uno de los cuales elementos móviles (4) delimita un lado de la cámara (5) y es axialmente móvil a lo largo de un asiento de deslizamiento hermético de dos asientos de deslizamiento herméticos de la cámara (5), los dos elementos móviles (4) estando conectados entre sí de manera que un movimiento de uno de los elementos móviles (4) determine un movimiento del otro de los elementos móviles (4); al menos uno de los elementos móviles (4) siendo destinado a ser conectado a un dispositivo externo; - una bomba (10) que transfiere de manera reversible el líquido operativo desde una de las dos cámaras (5) hacia la otra de las dos cámaras (5) a través de un conducto de alimentación (6), de manera de mover los dos elementos móviles (4) selectivamente en una u otra dirección; - un conducto de recirculación (7) que pone encomunicación las dos cámaras (5), para permitir que se establezca una circulación de circuito cerrado, especialmente en una situación donde los dos elementos móviles (4) están detenidos y la bomba (10) está funcionando, donde un cuerpo principal (2) que exhibe, en sus dos extremos opuestos, dichos dos asientos de deslizamiento herméticos dispuestos coaxialmente, dichos asientos de deslizamiento herméticos tienen la misma área transversal, el conducto de alimentación (6) y el conducto de recirculación (7) están dispuestos entre las dos cámaras (5) y se hallan dentro del cuerpo principal (2), cada uno de los conductos (6 y 7) desembocando a los costados de las cámaras (5) lo cuales costados son opuestos a los costados de las cámaras (5) que están delimitados por los elementos móviles (4).
Description
Actuador lineal.
Específica, si bien no exclusivamente, la
presente invención se puede utilizar para acoplamientos de
engranajes usados, por ejemplo, en tomas de fuerza aplicadas a
transmisiones de vehículos.
En particular, el actuador lineal de la presente
invención, cuando se aplica a un acoplamiento de engranajes, debe
estar en condiciones de controlar una operación según una exacta
secuencia de vinculación, donde un engranaje axialmente móvil se
lleva en contacto con una rueda dentada axialmente fija y se
mantiene presionado contra esta última hasta que, por efecto de una
rotación relativa, los dientes de una rueda coinciden con los de la
otra, teniendo lugar así el acoplamiento. El actuador de la presente
invención, además, debe incluir una etapa de final de carrera, en la
cual se completa el acoplamiento, y una carrera de retorno para el
desacoplamiento.
La técnica conocida ha propuesto muchas y
distintas soluciones de actuadores lineales, en condiciones de
llevar a cabo tales funciones: por ejemplo, el documento EP
0.936.380 describe un actuador que resuelve una serie de problemas y
desventajas dados en los actuadores de la técnica anterior.
El documento de la técnica conocida más cercano,
GB 2.359.871, publica un actuador lineal, el cual comprende:
- dos cámaras, las cuales en su interior
contienen un líquido operativo;
- dos elementos móviles, uno para cada una de las
dos cámaras, cada uno de los cuales elementos móviles delimita un
lado de la cámara y es axialmente móvil a lo largo de un asiento de
deslizamiento hermético con un asiento de deslizamiento hermético de
la cámara, los dos elementos móviles estando conectados entre sí de
manera que un movimiento de uno de los elementos móviles determine
un movimiento del otro de los elementos móviles; al menos uno de los
elementos móviles siendo destinado a ser conectado a un dispositivo
externo;
- una bomba que transfiere el líquido operativo
de una de las dos cámaras a la otra de las dos cámaras a través de
un conducto de alimentación, para mover los dos elementos móviles en
una dirección;
- un conducto de recirculación que pone en
comunicación las dos cámaras, permitiendo así que se establezca una
circulación de circuito cerrado, especialmente en la situación donde
los dos elementos móviles están detenidos y la bomba está
funcionando.
Sin embargo las soluciones de la técnica
conocida, incluida la del documento EP 0.936.380, se pueden mejorar
de distintas maneras.
En primer lugar, se pueden realizar mejoras
relacionadas con simplicidad de fabricación y reducción de masa.
En segundo lugar se puede mejorar la facilidad de
maniobra del operador.
En tercer lugar, hay posibilidades de mejorar la
fiabilidad de funcionamiento.
El objetivo principal de la presente invención es
el de obviar las restricciones y desventajas mencionadas arriba de
la técnica conocida.
Una ventaja de la presente invención es que
proporciona un actuador de construcción sencilla y de masa
reducida.
Otra ventaja está dada por la facilidad e
inmediatez con que se puede maniobrar y controlar el actuador.
Otra ventaja está dada por la fiabilidad del
actuador de la presente invención.
Esos objetivos y ventajas y aún otros se logran
en su totalidad mediante la presente invención, tal como está
caracterizada por las reivindicaciones que están más adelante.
Otras características y ventajas de la presente
invención se pondrán aún más de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue de una realización preferida pero no
exclusiva de la invención, ilustrada a título puramente
ejemplificador y no limitativo mediante las figuras de los dibujos
anexos, en los cuales:
- la figura 1 es un corte transversal de una
realización de la presente invención según la línea
I-I de la figura 2;
- la figura 2 muestra el corte transversal según
la línea II-II de la figura 1;
- la figura 3 muestra el corte transversal según
la línea III-III de la figura 2.
Con referencia a las figuras de los dibujos, el
numeral 1 denota en su totalidad un actuador lineal que comprende un
cuerpo principal (2) que soporta en sus dos extremos opuestos dos
manguitos cilíndricos y coaxiales (3). Cada manguito (3) en su
interior exhibe un asiento de deslizamiento para un elemento
axialmente móvil (4), o pistón, que tiene al menos un anillo de
retención lateral. Los dos asientos de deslizamiento opuestos, así
como los dos elementos móviles (4) que se deslizan dentro de esos
asientos, son coaxiales y sus secciones transversales tienen la
misma área.
El actuador (1) tiene dos cámaras opuestas,
cilíndricas y de volumen variable (5), llenadas con el líquido
operativo. Cada cámara (5) está delimitada lateralmente por cada uno
de los dos asientos de deslizamiento, y está delimitada en sus
extremos por dos bases contrapuestas: una base móvil definida por
una cara interna del elemento móvil (4) y una base fija situada en
el cuerpo principal (2).
Entre las dos cámaras de configuración variable
(5) se han colocado dos conductos: un primer conducto de
alimentación (6) y un segundo conducto de recirculación (7). Ambos
conductos (6 y 7) ponen en comunicación recíproca las dos cámaras
(5) llenas de líquido. Cada conducto (6 y 7) tiene extremos opuestos
que desembocan en las cámaras (5) en correspondencia de las bases
fijas extremas del cuerpo principal (2).
El conducto de recirculación (7), que pone en
comunicación las dos cámaras (5), se puede realizar de manera
diferente a la configuración mostrada en las figuras de los dibujos.
Por ejemplo, se podría realizar aumentando la sección transversal
del diámetro interior que constituye el alojamiento de la varilla de
conexión (9) más allá de la sección transversal estrictamente
necesaria para permitir un acoplamiento relativo deslizante
axialmente.
Cada elemento móvil (4) exhibe, en la cara
interna que delimita una cámara (5), un rebaje (8) que asegura que
la cámara (5) nunca alcance el volumen cero, ni siquiera en la
posición de final de carrera del elemento móvil (4) (a la derecha en
la figura 3; a la izquierda en la figura 1).
Los dos elementos móviles (4) están
interconectados en dependencia recíproca de suerte que cuando uno se
mueve se desplaza también el otro. En otros términos, si uno
cualquiera de los elementos móviles (4) se ve sometido a una fuerza
que provoca su movimiento, también se moverá el otro elemento móvil
(4).
Preferentemente la conexión entre los dos
elementos móviles (4) es rígida, como en la realización descrita, en
la cual los elementos móviles (4) están solidariamente conectados
entre sí por medio de al menos una varilla de conexión rígida (9)
que se extiende en una dirección paralela al eje de desplazamiento
de los elementos móviles (4). La varilla de conexión (9) tiene
extremos opuestos que están fijados a los dos elementos móviles (4),
vinculando así los elementos móviles (4) recíproca y solidariamente.
La varilla de conexión (9) está introducida en un orificio pasante
presentado por el cuerpo principal (2), en el cual se puede deslizar
axialmente.
Una bomba (10) transfiere de manera reversible el
líquido de una cámara a la otra a través del conducto de
alimentación (6), moviendo selectivamente los elementos móviles (4)
en una u otra dirección. La bomba (10) está alojada, al menos
parcialmente, en una cavidad interna del cuerpo principal (2). La
bomba (10) de la presente realización es una bomba volumétrica
rotativa que comprende al menos una bomba rotativa que funciona en
el conducto de alimentación (6). La bomba rotativa preferiblemente
(como está ilustrado) es del tipo de engranajes.
La bomba (20) recibe la impulsión a través de un
motor (11) montado en una caja solidaria al cuerpo principal (2). El
conducto de recirculación (7), junto con el conducto de alimentación
(6), configura un circuito hidráulico cerrado que incluye las dos
cámaras (5). Este circuito cerrado es sumamente útil en una
situación en la cual los elementos móviles (4) están detenidos y la
bomba (10) está funcionando, tal como se aclarará abajo.
El conducto de recirculación (7) y el conducto de
alimentación (6) están configurados de manera tal que una pérdida de
carga o perdida de la presión total en el conducto de recirculación
(7) sea mayor que en el conducto de alimentación (6); esta condición
se puede lograr, como se sabe, de varias maneras: por ejemplo, el
diámetro del conducto de recirculación (7) puede ser constante y
menor que el diámetro, también constante, del conducto de
alimentación; o bien el conducto de recirculación (7) puede tener
uno o varios estranguladores. Preferentemente, como en el ejemplo
ilustrado, el conducto de recirculación (7) tendrá tres tramos de
diferentes diámetros unidos por un tramo central de conducto, con
dos cambios bruscos de diámetro donde el tramo central se une con
los tramos de mayor diámetro. Esos cambios bruscos de diámetro
funcionarán como resistencias localizadas. El tramo más angosto del
conducto de recirculación (7) (es decir el tramo central) es menor
que el diámetro, preferentemente constante, del conducto de
alimentación (6). Preferiblemente las pérdidas de carga en el
conducto de recirculación (7) son significativamente mayores y más
pronunciadas que las pérdidas de carga en el conducto de
alimentación (6), con lo cual las resistencias totales (continua o
localizada) al movimiento del líquido a lo largo del conducto de
recirculación (7) son considerablemente mayores que las resistencias
totales a lo largo del conducto de alimentación (6). A tal propósito
el diámetro del tramo central angosto del conducto de recirculación
(7), por ejemplo, puede ser menor que una tercera parte del diámetro
del conducto de alimentación (6), o, preferentemente, menor que una
quinta parte. El diámetro de los tramos finales, más anchos, del
conducto de recirculación (7), por ejemplo, puede ser
aproximadamente el mismo que el diámetro del conducto de
alimentación (6). Asimismo, los dos tramos finales podrían tener el
mismo diámetro que el tramo central.
Al menos uno de los dos elementos móviles (4) (en
este caso el elemento móvil (4) de la izquierda en las figuras 1 y
3) está destinado a ser conectado (por ejemplo mediante una conexión
roscada) con un dispositivo externo, el cual podría ser por ejemplo
una rueda dentada axialmente móvil de un acoplamiento de engranajes
(del tipo conocido y no ilustrado) para una toma de fuerza. A tal
propósito el elemento móvil (4) está provisto de medios adecuados,
del tipo conocido, para poder lograr esta conexión. El actuador
lineal (1), sin embargo, en general se puede utilizar para mandar un
desplazamiento axial reversible de cualquier cursor.
El actuador funciona según se indica a
continuación.
Para mandar el avance de un cursor conectado a
uno de los elementos móviles (4) (en este caso particular por
"avance" se entiende un desplazamiento hacia la izquierda, tal
como está indicado por la flecha F) comenzando a partir de la
posición de final de carrera, totalmente retraída en la cual una
cámara (5) (a la derecha en la figura 1) exhibe un volumen máximo y
la cámara opuesta (5) (a la derecha en la figura 1) exhibe un
volumen mínimo. El funcionamiento de la bomba (10) en una dirección
provoca la transferencia del líquido operativo de una cámara (5) a
la otra cámara (5) a través del conducto de alimentación (6) sobre
el cual trabaja la bomba (10), y el consiguiente desplazamiento de
los elementos móviles (4) en la dirección F. Durante esta etapa si
los elementos móviles (4) (en particular el elemento móvil (4) que
operativamente está asociado al cursor o al dispositivo externo) no
encuentran resistencia (o de todos modos encuentran una resistencia
de baja magnitud) a su movimiento, la carga de líquido a lo largo
del conducto de recirculación (7) será nula o insignificante, o de
todos modos menor que la carga de líquido del conducto de
alimentación (6); de esta manera, los elementos móviles (4) serán
desplazados por la acción de la bomba (10). Si al menos uno de los
elementos móviles (4) encontrara una gran resistencia (por ejemplo,
si, en un acoplamiento de engranajes, la rueda dentada arrastrada
por el actuador encontrara la rueda fija en un punto donde los
dientes de las dos ruedas no estuviesen perfectamente alineados y,
por ende, no se podrían acoplar), entonces los elementos móviles (4)
se detendrían mientras la bomba (10) seguiría girando. En esta
situación de equilibrio se pone en funcionamiento automáticamente
una completa recirculación del líquido, con el resultado de que la
carga de líquido que va en una dirección a lo largo del conducto de
alimentación (6) es substancialmente igual a la carga de líquido que
vuelve a través del conducto de recirculación (7). Ni bien cesa la
resistencia al movimiento de los elementos móviles (4) (por ejemplo,
debido al acoplamiento de las ruedas dentadas mientras una de ellas
gira) los elementos móviles (4) siguen con su movimiento en la
dirección F, por efecto de la transferencia del líquido operativo
desde la bomba (10), hasta alcanzar la posición de final de carrera
totalmente avanzada (que corresponde, por ejemplo, a la situación de
totalmente acoplado). En esta situación (figura 3) la bomba (10)
puede seguir girando, puesto que no es necesaria su detención en el
mismo momento que llega a la posición de final de carrera: si bien
la transferencia de líquido continúa, el retorno del líquido a
través del conducto de recirculación (7) asegura que el líquido sea
suministrado a la bomba (lubricando así la bomba) e impidiendo el
secado de una cámara (5). Entonces, la presencia de un circuito
hidráulico cerrado garantiza el buen funcionamiento del actuador
incluso cuando la bomba está trabajando pero no se están desplazando
los elementos móviles (4).
Para retraer los elementos móviles (4) (por
ejemplo, para desacoplar las ruedas dentadas), sólo hay que impulsar
la bomba (10) en el sentido inverso con respecto al previo (en el
caso específico de la presente realización es suficiente girar la
bomba rotativa en la dirección opuesta, por ejemplo invirtiendo la
polaridad del motor eléctrico que mueve a la bomba (10)), de manera
que el líquido sea transferido de la cámara más llena (5) (a la
izquierda de la figura) a la cámara más vacía (5) (a la derecha de
la figura) a través del conducto de alimentación (6), desplazando
así los elementos móviles (4) hacia una dirección opuesta a F;
también para la etapa de retroceso, cuando se ha alcanzado la
situación de final de carrera (o cualquier otra situación que
provoque la detención de los elementos móviles (4)), la bomba (10)
puede seguir transfiriendo líquido a través del conducto de
alimentación (6), puesto que gracias al conducto de recirculación
(7) está garantizada la circulación continua del líquido.
Para controlar la bomba se puede utilizar un
interruptor de palanca de tres vías (adelante, apagado, atrás), con
la palanca normalmente dejada en la posición central (OFF); si se
quisiera, la posición OFF podría incorporar el retroceso automático.
Otra opción es la de instalar dos botones, uno para el movimiento
hacia delante y uno para el movimiento hacia atrás. La bomba (10)
también se podría operar manualmente, en cuyo caso el operador
podría mantener el dispositivo de accionamiento (palanca, botón u
otro) en la posición activa sin problemas incluso cuando los
elementos móviles (4) del actuador estuviesen detenidos. El operador
podría permitir que el interruptor vuelva a la posición OFF en el
caso que notara, por ejemplo por efecto de la activación de una
correspondiente señal, que los elementos móviles (4) han alcanzado
una posición de final de carrera que corresponde a la finalización
de la operación que se está llevando a cabo (por ejemplo,
acoplamiento o desacoplamiento de engranajes en una toma de
fuerza).
Al actuador se lo puede hacer funcionar como un
cilindro de simple efecto, con una válvula especialmente calibrada
provista en el conducto de recirculación y un resorte de retorno que
actúa coaxialmente sobre el elemento móvil (4) el cual ejerce la
acción directa sobre el acoplamiento por engranajes.
En esta configuración la varilla de conexión (9)
podría no ser necesaria puesto que la acción de arrastre sobre el
elemento móvil (4) opuesto al conectado al dispositivo
(acoplamiento) se podría producir a través de la depresión que se
crearía en la cámara (5) en la cual trabaja el mismo elemento móvil
(4).
Claims (10)
1. Actuador lineal, que comprende:
- dos cámaras (5), las cuales en su interior
contienen un líquido operativo;
- dos elementos móviles (4), uno para cada una de
las dos cámaras (5), cada uno de los cuales elementos móviles (4)
delimita un lado de la cámara (5) y es axialmente móvil a lo largo
de un asiento de deslizamiento hermético de dos asientos de
deslizamiento herméticos de la cámara (5), los dos elementos móviles
(4) estando conectados entre sí de manera que un movimiento de uno
de los elementos móviles (4) determine un movimiento del otro de los
elementos móviles (4); al menos uno de los elementos móviles (4)
siendo destinado a ser conectado a un dispositivo externo;
- una bomba (10) que transfiere de manera
reversible el líquido operativo desde una de las dos cámaras (5)
hacia la otra de las dos cámaras (5) a través de un conducto de
alimentación (6), de manera de mover los dos elementos móviles (4)
selectivamente en una u otra dirección;
- un conducto de recirculación (7) que pone en
comunicación las dos cámaras (5), para permitir que se establezca
una circulación de circuito cerrado, especialmente en una situación
donde los dos elementos móviles (4) están detenidos y la bomba (10)
está funcionando, donde un cuerpo principal (2) que exhibe, en sus
dos extremos opuestos, dichos dos asientos de deslizamiento
herméticos dispuestos coaxialmente, dichos asientos de deslizamiento
herméticos tienen la misma área transversal, el conducto de
alimentación (6) y el conducto de recirculación (7) están dispuestos
entre las dos cámaras (5) y se hallan dentro del cuerpo principal
(2), cada uno de los conductos (6 y 7) desembocando a los costados
de las cámaras (5) lo cuales costados son opuestos a los costados de
las cámaras (5) que están delimitados por los elementos móviles
(4).
2. Actuador lineal según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho que la bomba (10) está, al menos
parcialmente, alojada en una cavidad interna presentada por el
cuerpo principal (2).
3. Actuador lineal según una cualquiera de las
precedentes reivindicaciones, caracterizado por el hecho que
la bomba (10) es una bomba volumétrica rotativa.
4. Actuador lineal según las reivindicaciones 2 y
3, caracterizado por el hecho que la bomba (10) comprende al
menos una bomba rotativa que trabaja en el conducto de alimentación
(6).
5. Actuador lineal según una cualquiera de las
precedentes reivindicaciones, caracterizado por el hecho que
los dos elementos móviles (4) son coaxiales y están solidariamente
conectados entre sí.
6. Actuador lineal según la reivindicación 5, que
comprende una varilla de conexión longitudinal (9) que es paralela a
un eje de los elementos móviles (4), y que tiene extremos opuestos
que están fijados a los dos elementos móviles (4), vinculando
solidariamente entre sí los dos elementos móviles (4), y la cual se
puede deslizar axialmente dentro de un orificio pasante del cuerpo
principal (2) que exhibe los dos asientos de deslizamiento.
7. Actuador lineal según una cualquiera de las
precedentes reivindicaciones, caracterizado por el hecho que
cada elemento móvil de los elementos móviles (4) exhibe, en una cara
que delimita la cámara (5), un rebaje (8) que garantiza que en su
interior nunca habrá un volumen cero del líquido operativo, ni
siquiera en la posición de final de carrera de un elemento móvil de
los elementos móviles (4).
8. Actuador lineal según una cualquiera de las
precedentes reivindicaciones, caracterizado por el hecho que
el conducto de recirculación (7) y el conducto de alimentación (6)
están conformados de manera tal que una pérdida de presión en el
conducto de recirculación (7) sea mayor que una pérdida de presión
en el conducto de alimentación (6).
9. Actuador lineal según una cualquiera de las
precedentes reivindicaciones, caracterizado por el hecho que
el conducto de recirculación (7), que pone en comunicación recíproca
las dos cámaras (5), se puede lograr incrementando una sección
transversal del orificio pasante que aloja a la varilla de conexión
(9) más allá de una sección transversal necesaria para un
acoplamiento axialmente deslizante de la varilla de conexión
(9).
10. Acoplamiento dentado, en particular para una
toma de fuerza, que comprende por lo menos dos ruedas dentadas, al
menos una de las cuales es axialmente móvil en ambas direcciones
para el acoplamiento y desacoplamiento, caracterizado por el
hecho que el actuador lineal (1) está hecho según una cualquiera de
las precedentes reivindicaciones.
Applications Claiming Priority (1)
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