ES2231483T3 - Dispositivo y unidad destinados a bloquear el deslizamiento del vastago de un actuador lineal. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo para el bloqueo unidireccional del deslizamiento de un vástago cilíndrico de un actuador lineal (10), incluyendo: - un cuerpo exterior fijo (22) asegurado o adaptado para ir fijado a un extremo de una caja (12) del actuador (10) en una tal disposición que circunde el vástago (18); - medios que definen, en el cuerpo (22), una serie de superficies en cuña mirando radialmente hacia al interior (40) que convergen hacia un eje longitudinal del cuerpo (22); - una correspondiente serie de miembros rotativos en cuña consistentes en rodillos en cuña en forma de diábolo (42) que tiene dos porciones extremas cilíndricas (44) y una porción intermedia (46) que es cóncava según una generatriz en forma de un arco de círculo que tiene un radio que corresponde al semidiámetro del vástago (18), a fin de rodar acoplados con el vástago, pudiendo formar cuña dichos rodillos (42) entre las citadas superficies en cuña convergentes (40) y el vástago (18) como resultado de su rodaje hasta una posición en cuña en una dirección y como resultado de una constricción en su acoplamiento con las superficies en cuña (40) y el vástago (18); - un pistón anular de desbloqueo (36) que puede deslizarse longitudinalmente en el cuerpo fijo (22) y que coopera con las porciones cilíndricas extremas (44) de los rodillos en cuña (42) para forzar el retroceso de los rodillos a una posición sin cuña; y - medios elásticos de repulsión (48, 58) que tienden a forzar los rodillos (542) a retroceder a su posición en cuña.

Description

Dispositivo y unidad destinados a bloquear el deslizamiento del vastago de un actuador lineal.

El presente invento hace referencia, en primer lugar a un dispositivo para el bloqueo unidireccional de un vástago cilíndrico de un actuador lineal, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Se conoce un dispositivo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 a través del documento WO-97/30291, en el cual las porciones cóncavas intermedias de rodillos en forma de diábolo se hallen acopladas de manera rotativa con un vástago cilíndrico del actuador.

En este conocido dispositivo, las superficies en cuña definidas dentro del cuerpo externo del actuador están formadas por trayectorias planas convergentes en las cuales ruedan las porciones cilíndricas extremas de los rodillos.

En esta conocida disposición, los rodillos están sujetos a esfuerzos de flexión por las fuerzas en cuña, igual como el caso de una viga que se apoye por ambos extremos (las porciones cilíndricas de los rodillos) y esté cargada en el centro (sobre la porción cóncava intermedia de los rodillos).

Dichos esfuerzos de flexión a veces han dado origen, en uso experimental, a fisuras y roturas de los rodillos en la parte más limitada de la forma diábolo.

Tales fisuras y roturas puede evitarse haciendo los rodillos de materiales de acero, con tratamientos térmicos que tienen un elevado coste y que sería conveniente reducir.

Conociendo el peligro de fisuras y roturas de los rodillos, estos requieren costosos controles de calidad antes de montarlos, a fin de poder rechazar desde el principio los rodillos que muestran, en su sección intermedia, fisuras u otros defectos que podrían constituir generadores de esfuerzos.

El principal objeto del invento es precisamente proporcionar un dispositivo de bloqueo del tipo considerado, que permita el uso de rodillos en forma de diábolo hechos de materiales poco costosos, incluso distintos de los materiales de acero, por ejemplo de material sintético, gracias a la ausencia de esfuerzos de flexión en tales rodillos.

De acuerdo con el invento, dicho objeto se consigue mediante un dispositivo de bloqueo como el reivindicado.

En un dispositivo de bloqueo de acuerdo con el invento los rodillos están sujetos únicamente a fuerzas de compresión diametrales entre dos superficies convexas de cuña, por un lado la superficie del vástago y, por otro lado la correspondiente superficie en cuña entre el cuerpo externo fijado.

Como se comprende, un cuerpo de revolución sujeto a esfuerzos de compresión por fuerzas en cuña que actúan sobre el mismo tan solo diametralmente es capaz de resistir dichas fuerzas mucho mejor de lo que haría el mismo cuerpo si se sometiese a esfuerzos de flexión, bajo condiciones de fuerza equivalentes.

Esto permite elegir para los rodillos, bajo condiciones de fuerza equivalentes, un acero de menor calidad o incluso, en ciertos casos, un material sintético que tenga una buena resistencia tanto a la compresión como al desgaste, tal como por ejemplo un politetraflouretileno.

Si se utilizan rodillos del mismo material de acero que el conocido en la técnica anterior, la disposición reivindicada permite obtener un dispositivo de bloqueo que posee un factor de seguridad más alto.

Además, dado que los posibles defectos superficiales de los rodillos no influyen en su capacidad para resistir la compresión, también los controles de calidad, que en todo caso han de llevarse a cabo sobre los rodillos antes de su montaje, pueden representar un menor coste.

El invento también hace referencia a una unidad para el bloqueo unidireccional del deslizamiento del vástago de un actuador lineal, el cual incluye un par de dispositivos de bloqueo como el reivindicado, así como un actuador lineal que incluya uno de dichos dispositivos o la citada unidad.

A lo largo de la presente descripción y en las reivindicaciones, los términos "axial", "radial", "cordal", sus derivados, así como términos similares, indican direcciones con respecto al eje del vástago del actuador.

El invento resultará más evidente a la lectura de la siguiente descripción, hecha con referencia a los dibujos adjuntos, facilitados a modo de ejemplo no limitativo, en los cuales:

La figura 1 es una sección longitudinal, tomada en el plano diametral indicado I-I en la figura 2, de un dispositivo de bloqueo unidireccional de acuerdo con una forma de realización preferida del invento, mostrado en un estado desbloqueado;

La figura 2 es una sección transversal tomada a una mayor escala en el plano indicado II-II de la figura 1;

La figura 3 es una vista de despiece, en perspectiva, del mismo dispositivo;

La figura 4 es una sección longitudinal, similar a la figura 1, en la cual se muestra el mismo dispositivo en estado bloqueado; y

La figura 5 es una sección longitudinal que corresponde a las figuras 1 y 4, la cual muestra una unidad de bloqueo unidireccional.

Haciendo referencia a las figuras 1 y 4, el número 10 indica un actuador lineal, del cual tan sólo se ha representado un extremo del mismo, al cual va fijado un dispositivo de bloqueo de acuerdo con el invento, que será descrito más adelante.

El actuador puede ser un actuador de fluido hidráulico o neumático, o bien un actuador electromagnético.

El cilindro o caja del actuador 10 se ha indicado con la referencia 12, y la denominada "nariz" del cilindro se indica con la referencia 14.

La "nariz" 14 está circundada por un separador anular 16.

Un vástago móvil del actuador se indica con la referencia 18 y se extiende a partir de la "nariz" 14.

Un dispositivo de acuerdo con el invento, para el bloqueo unidireccional del vástago 18, viene indicado globalmente con la referencia 20.

El dispositivo de bloqueo 20 incluye un cuerpo exterior fijo, indicado globalmente con la referencia 22.

El cuerpo fijo 22 está constituido por una sucesión de elementos que se mantienen juntos formando un paquete, conjuntamente con el separador 16, por medio de tirantes roscados 26.

Haciendo referencia a la figura 3, así como a las figuras 1 y 4, el paquete de elementos del cuerpo 22 incluye un par de bloques prismáticos 28, 30, los cuales constituyen los cabezales opuestos, y un separador anular 32 que constituye el cilindro.

Una inserción anular 34, cuya configuración y función serán aclaradas más abajo, está situada entre el cilindro 32 y el bloque 30.

Hay un pistón anular en forma de disco 32 que puede deslizarse dentro del cilindro 32.

Un costado del pistón 36 (el izquierdo en la figura 1) está adaptado para recibir un fluido a presión procedente de la puerta 38 en el bloque 30.

Haciendo más particular referencia a las figuras 2 y 3, la inserción 34 tiene superficies en cuña 40 formadas en la misma, que en la forma de realización representada se encuentran en número de tres, dispuestas a 120º entre sí.

Las superficies en cuña miran radialmente hacia al interior y convergen hacia al eje longitudinal del cuerpo 22 y del vástago 18.

Un ángulo de convergencia preferido de las superficies 40 está comprendido entre 9 y 15º.

Existen miembros giratorios en cuña, constituidos por rodillos en forma de diábolo 42, cuyos ejes tiene una dirección cordal, dispuestos entre cada una de las superficies en cuña 40 y el vástago 18.

Cada uno de dichos rodillos 42 tiene dos porciones extremas cilíndricas 44 y una porción intermedia cóncava 46.

Las porciones cóncavas 46 están formadas según una generatriz que tiene la forma de un arco de círculo de un diámetro que corresponde al diámetro del vástago 18, a fin de rodar acopladas a este último.

A su vez, todas las superficies en cuña convergentes 40 de la inserción 34 tienen una sección transversal en forma de un arco de círculo cuyo radio de curvatura corresponde al radio de curvatura del perfil longitudinal curvado de las porciones cóncavas intermedias 46 de cada rodillo así como al semidiámetro del vástago 18.

Tan solo la porción cóncava intermedia 46 de cada rodillo 42 está acoplada, por un lado, con la superficie cilíndrica del vástago 18 y, por otro lado, con la correspondiente superficie en cuña convexa 42. Las porciones extremas cilíndricas 44 de los rodillos 42, aun cuando no tiene función respecto a las cuñas, dado que no se acoplan ni con la superficie cilíndrica del vástago 18 ni con las superficies convexas 40, poseen no obstante dos funciones específicas que se describirán más adelante.

Volviendo a hacer referencia a las figuras 1 a 4, el dispositivo de bloqueo incluye medios elásticos de repulsión que tienden a forzar los rodillos 42 a una posición de cuña (a la izquierda de las figuras 1 y 4).

Dicha posición de cuña puede verse en la figura 4. Preferiblemente, tal como se ha representado, los medios de repulsión comprenden un manguito 48 con una porción a modo de casquillo 50 que puede deslizarse longitudinalmente sobre el vástago 18 y una pared radial constituida por una porción de disco
52.

Esta porción a modo de disco 52 tiene una cara frontal anular radial 54 que se acopla con las porciones extremas cilíndricas 44 de los rodillos 42, por los motivos que se aclararán más abajo.

Los medios de repulsión comprenden además medios de empuje elásticos interpuestos entre una superficie anular 56 formada en el bloque 30 y una superficie radial anular enfrentada 58 (figuras 1 y 4) que está formada en la porción a modo de disco 52 en su costado opuesto al de la cara anular 54 que se acopla con las porciones cilíndricas 44 de los rodillos 42.

Preferiblemente, tal como puede verse en la figura 3, los medios de empuje elásticos consistente en un muelle de compresión helicoidal 58 con espiras de alambre plano ondulado, fabricado por la Smalley Steel Ring Company de Wheeling, Illinois, EE.UU.

Las porciones extremas cilíndricas 44 de los rodillos 42 también tienen otra función, que será descrita a continuación.

Un dispositivo como el representado en las figuras 1 a 4 puede suministrarse como complemento para actuadores de diferentes tipos.

Cuando el dispositivo de bloqueo 20 no va montado en un actuador, el espacio entre los rodillos 42 queda vacío, dado que no existe el vástago 18.

De no tomar algunas medidas específicas, los rodillos 42 podrían no estar en su sitio y el montaje del dispositivo de bloqueo sobre el actuador constituiría una tarea embarazosa.

Para evitar que los rodillos 42 se desplacen radialmente hacia al interior cuando no existe el vástago 18, el pistón 32 y el disco 52 del manguito tienen proyecciones anulares radialmente al interior, 60 y 62 respectivamente, las cuales presentan un perfil a modo de pico sustancialmente triangular.

Las proyecciones 60, 62 se acoplan a ambos costados de las porciones extremas cilíndricas 44 de los rodillos 42, constituyendo así un apoyo que mantiene las porciones cóncavas 46 acopladas con las superficies en cuña convexas 40, también a falta del vástago 18.

En las figuras 1, 2, 3 y 4 se muestra un interruptor de proximidad 64 que va insertado radialmente en el bloque 30 y detecta la posición de la porción a modo de casquillo 50 del manguito 48 para enviar una señal eléctrica indicativa la posición bloqueada o desbloqueada del dispositivo.

Supondremos que el dispositivo se halla inicialmente en la condición desbloqueada de la figura 1. En esta condición existe presión en la cara del pistón 36 alejada de los rodillos 46, y el pistón 36 está totalmente desplazado a la derecha de la figura.

Por tanto, el pistón 36 mantiene los rodillos 46 y el manguito 48 en la posición a mano derecha, venciendo el empuje de los resortes 58.

En tales condiciones, los rodillos 42 no forman cuña y el vástago 18 puede deslizarse libremente hacia atrás y hacia adelante.

Haciendo referencia a la figura 4, si se desea evitar que el vástago 18 retroceda en la dirección de la flecha A al final de un recorrido predeterminado de salida en dirección de la flecha B, se elimina la presión aplicada al pistón 36 a través de la puerta 38, con lo cual el pistón 36 retrocede en el sentido de la flecha C, debido al empuje ejercido por el resorte 58 a través de la porción a modo de disco 52 y los rodillos 52.

Bajo la acción del resorte 58, la porción a modo de disco 52 del manguito 48 fuerza los rodillos respectivos 48 a la posición de cuña de la figura 4, en la cual los mismos se acoplan fuertemente a las superficies convergentes 40, así como a la superficie externa del vástago 18.

El vástago 18 no ve impedido su movimiento de avance según la flecha B, dado que dicho movimiento tiende a separar la cuña de los rodillos 42. Sin embargo, cuando dicho movimiento se detiene, cualquier intento por parte del vástago 18 para moverse en sentido opuesto, indicado por la flecha A, únicamente aumentará el efecto de cuña de los rodillos 42, de modo que no es posible el citado movimiento en el sentido de la flecha A.

Para mover el vástago 18 basta simplemente con admitir presión en la cara del pistón 36 que queda separada de los rodillos, a través de la puerta 38, de manera que el pistón 48 se moverá en sentido opuesto, indicado por la flecha D en la figura 4. Al hacerlo, el pistón 36 fuerza los rodillos 42 a la posición de desbloqueo de la figura 1, venciendo la fuerza del resorte 58.

Tal como se ha mencionado antes, el interruptor de proximidad, que detecta la posición de la porción a modo de casquillo 50 del manguito 48, detecta las condiciones de bloqueo y desbloqueo del dispositivo.

En las figuras 1 y 4, el dispositivo ha sido representado en una disposición en virtud de la cual se adapta para bloquear el movimiento hacia adentro del vástago 18.

El mismo dispositivo también se presta para montar en un actuador en una disposición gracias a la cual sirve para bloquear el recorrido del vástago hacia afuera.

Tal como puede verse en las figuras 1 y 4, ambos bloques 28 y 30 tienen, en sus extremos separados uno del otro, una protuberancia anular de posicionamiento, 66 y 68 respectivamente.

En las figuras 1 y 4, la protuberancia 6 se aloja dentro de un asiento anular que está definido por una cara frontal anular 70 de la "nariz" 14 y por una superficie periférica anular radialmente hacia adentro 72 del separador anular 16.

Para colocar el dispositivo de bloqueo en la condición en que sirve para cerrar el movimiento hacia afuera del vástago 18, es suficiente con invertir la posición del dispositivo y colocar la protuberancia 68 dentro del asiento 70-72.

Ahora se hará referencia a la figura 5 para describir una unidad, de acuerdo con el invento, para el bloqueo bidireccional del deslizamiento del vástago de un actuador lineal.

La unidad de bloqueo bidireccional de la figura 5 comprende un par de dispositivos de bloqueo unidireccionales similares al representado en las figuras 1 a 4, los cuales actúan en sentidos axialmente opuestos.

El cuerpo 22a del dispositivo de la figura 5 comprende un paquete de elementos entre los cuales hay un par de bloques extremos 30a, 30b, ambos equivalentes al bloque 30 de las figuras 1, 3 y 4, un par de inserciones 34a, 34b, con superficies en cuña que están inclinadas en direcciones opuestas, y un separador anular 32a.

Los elementos principales de estos dos dispositivos han sido indicados con los mismos números de referencia que en las figuras 1 a 4.

Tal como se observará, el separador anular 32a tiene la función de un cilindro para un par de pistones de desbloqueo 36 que actúan en direcciones opuestas y son alimentados con un fluido a presión para desbloquear simultáneamente los dos dispositivos, procedente de una puerta común 38a que existe en una inserción anular central 28a, cuya función es equivalente a la función del bloque 28 de las figuras1, 3 y 4.

Basta decir, con referencia a la figura 5, que para bloquear el movimiento del vástago 18 en ambas direcciones, la presión aplicada a los pistones 38 a través de la puerta 38a se eliminará para dejar que los resortes 58 fuercen los rodillos 42 a la posición de cuña. Para desbloquear el vástago 18, se admitirá presión a los pistones 38 a través de la puerta 38a de manera que los pistones 36 forzarán los rodillos 42 hacia atrás hasta la posición sin cuña, venciendo la fuerza de los resortes 58.

En una forma de realización alternativa de una unidad de bloqueo bidireccional, no representada, la unidad puede estar preparada para el bloqueo y desbloqueo selectivo de uno u otro de los dispositivos.

En este caso, la puerta 38a será sustituida por dos puertas distintas, una para cada pistón.

Claims (12)

1. Un dispositivo para el bloqueo unidireccional del deslizamiento de un vástago cilíndrico de un actuador lineal (10), incluyendo:

-

un cuerpo exterior fijo (22) asegurado o adaptado para ir fijado a un extremo de una caja (12) del actuador (10) en una tal disposición que circunde el vástago (18);

-

medios que definen, en el cuerpo (22), una serie de superficies en cuña mirando radialmente hacia al interior (40) que convergen hacia un eje longitudinal del cuerpo (22);

-

una correspondiente serie de miembros rotativos en cuña consistentes en rodillos en cuña en forma de diábolo (42) que tiene dos porciones extremas cilíndricas (44) y una porción intermedia (46) que es cóncava según una generatriz en forma de un arco de círculo que tiene un radio que corresponde al semidiámetro del vástago (18), a fin de rodar acoplados con el vástago, pudiendo formar cuña dichos rodillos (42) entre las citadas superficies en cuña convergentes (40) y el vástago (18) como resultado de su rodaje hasta una posición en cuña en una dirección y como resultado de una constricción en su acoplamiento con las superficies en cuña (40) y el vástago (18);

-

un pistón anular de desbloqueo (36) que puede deslizarse longitudinalmente en el cuerpo fijo (22) y que coopera con las porciones cilíndricas extremas (44) de los rodillos en cuña (42) para forzar el retroceso de los rodillos a una posición sin cuña; y

-

medios elásticos de repulsión (48, 58) que tienden a forzar los rodillos (542) a retroceder a su posición en cuña;

-

caracterizado por el hecho de que las superficies en cuña convergentes (40) que hay definidas en el cuerpo (22) son superficies convexas que tienen secciones transversales en forma de un arco de círculo cuyo radio de curvatura corresponde al radio de curvatura del perfil longitudinal curvado de las porciones intermedias cóncavas (46) de cada rodillo (42) así como al semidiámetro del vástago (18), y en que cada una de dichas superficies convexas (40) está acoplada con la porción intermedia cóncava (46) de uno de los rodillos en cuña (42).

2. Un dispositivo de bloqueo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichos medios de repulsión comprenden:

-

un manguito deslizable longitudinalmente (48) que tiene una cara frontal anular (54) y está acoplado con las porciones cilíndricas extremas (44) de los rodillos (42); y

-

medios elásticos de empuje (50) interpuestos entre las superficies anulares (55, 56) enfrentadas, del cuerpo fijo (52) y el manguito (48).

3. Un dispositivo de bloqueo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la cara frontal anular (54) y dicha superficie anular enfrentada (55) que pertenece al manguito (48) están formadas en los costados opuestos de una porción radial anular en forma de disco radialmente hacia fuera (52) del manguito (48).

4. Un dispositivo de bloqueo de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado por el hecho de que los medios elásticos de empuje consisten en un resorte helicoidal de compresión (58).

5. Un dispositivo de bloqueo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el resorte helicoidal (58) es de un tipo con espiras onduladas.

6. Un dispositivo de bloqueo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que por lo menos el pistón de desbloqueo (36) o por lo menos el manguito (48) de los medios de repulsión tiene una proyección anular radialmente hacia adentro (60, 62) que se acopla con las porciones cilíndricas extremas (44) de cada rodillo (42) para evitar el desplazamiento radial hacia adentro del vástago (18).

7. Un dispositivo de bloqueo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que la o cada proyección anular (60, 62) tiene un perfil a modo de pico sustancialmente triangular.

8. Un dispositivo de bloqueo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el cuerpo fijo (22) consiste en una sucesión de elementos (28, 30, 32, 34) que están apretados juntos formando un paquete mediante tirantes roscados (26).

9. Un dispositivo de bloqueo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el cuerpo fijo (22) comprende, en sucesión, un primer bloque (28) que tiene la función de un cabezal, un separador anular (32) que tiene la función de un cilindro para el pistón de desbloqueo (36), una inserción anular (34) en la que hay formadas las superficies en cuña (40), y un segundo bloque (30) que tiene la función de un cabezal.

10. Un dispositivo de bloqueo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que tanto el primer bloque (28) como el segundo bloque (30) tienen formaciones de posicionamiento idénticas (66, 68) una u otra de las cuales está preparada para adaptarse de manera indiferente a un extremo de un actuador (10) para colocar el dispositivo para el bloqueo del vástago (18) del actuador en sentido hacia adentro o en sentido hacia afuera del movimiento del vástago (18).

11. Una unidad para el bloqueo unidireccional del deslizamiento del vástago (18) de un actuador lineal, caracterizada por el hecho de que comprende un par de dispositivos de bloqueo unidireccional (20) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes y actuando en direcciones opuestas axialmente.

12. Un actuador lineal comprendiendo un dispositivo para bloquear el deslizamiento de un vástago de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 o una unidad de bloqueo de acuerdo con la reivindicación 11.