ES2285927B2 - Cilindro hidroneumatico. - Google Patents
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Abstract
Cilindro hidroneumático, formado por una cámara neumática (2) y una cámara hidráulica, (4), en las cuales se alojan sendos pistones (5 y 6) que se relacionan por medio de un vástago (5.1) solidario del pistón neumático (5) y que es susceptible de establecer un acoplamiento de inserción respecto de un alojamiento (12) del pistón hidráulico (6) que determina un paso de comunicación entre la parte inferior y la parte superior de la cámara hidráulica (4), estando la parte inferior de dicha cámara hidráulica (4) en comunicación con un depósito volumétrico (7) que recoge de manera elástica el fluido hidráulico, de modo que el desplazamiento neumático del pistón (5), en combinación con la entrada del fluido hidráulico en el depósito volumétrico (7), provoca variaciones de presión en la cámara hidráulica (4), permitiendo determinar un empuje combinado neumático-hidráulico sobre el pistón hidráulico (6).
Description
Cilindro hidroneumático.
La presente invención está relacionada con los
cilindros que utilizan un accionamiento combinado hidráulico y
neumático para la realización de los trabajos de aplicación, por
ejemplo en la perforación de piezas, proponiendo un cilindro de
este tipo que ejecuta por sí mismo el cambio entre los
accionamientos neumático e hidráulico, sin necesidad de elementos
accesorios de control para ello.
Para realizar operaciones de tipo de troquelado,
etc., es habitual la utilización de cilindros neumáticos, los
cuales permiten una gran rapidez de actuación, pero sin embargo el
empleo de estos cilindros tiene una limitación en cuanto a la
fuerza de empuje que se ha de realizar, obligando a equipos de
dimensiones enormes para fuerzas elevadas.
En este sentido, para la realización de
esfuerzos lentos y constantes se recurre a la utilización de
cilindros hidráulicos, existiendo soluciones de accionamiento
combinado, neumático e hidráulico, para determinadas operaciones en
las que se pueden utilizar movimientos de poca fuerza, para la
aproximación y retirada de las herramientas respecto de la posición
de trabajo, y movimientos de mayor fuerza para obtener la fuerza
necesaria de ejecución de las operaciones, por ejemplo en prensas
taladros, etc.
Los mencionados cilindros de acción combinada
hidroneumática realizan el trabajo en fases sucesivas, de manera
que, por ejemplo, en una primera fase se lleva a cabo la
aproximación de la herramienta a la posición de trabajo, en una
segunda fase se realiza la acción del trabajo de la operación a
ejecutar, y en una tercera fase se efectúa el retroceso de retirada
de la herramienta a la posición inicial, empleándose en la primera
y en la tercera fase accionamiento estrictamente neumático,
mientras que en la segunda fase el accionamiento neumático provoca
un efecto multiplicador con accionamiento hidráulico.
Para el cambio de un tipo de accionamiento a
otro, entre las distintas fases operativas de este tipo de
cilindros, se emplean detectores, los cuales controlan la posición
de la herramienta de trabajo en cada uno de los puntos del límite
de las diferentes fases, generando impulsos o señales para provocar
el cambio del tipo de accionamiento que corresponda.
Dicha disposición requiere un sistema de
regulación y control para asegurar la sincronización entre las
diferentes fases de trabajo, siendo necesaria para ello una
instalación más compleja y costosa que con la solución de la
presente invención, además del mantenimiento que dichas
instalaciones convencionales exigen.
De acuerdo con la invención se propone un
cilindro hidroneumático desarrollado con unas características
constructivas y funcionales que permiten su actividad funcional sin
necesidad de incorporar elementos accesorios de control para el.
cambio del accionamiento entre las diferentes fases de trabajo,
proporcionando por lo tanto unas cualidades de instalación y
funcionamiento muy ventajosas.
Este cilindro hidroneumático objeto de la
invención consta de un conjunto que determina unas cámaras
sucesivas en el interior de un cuerpo estructural, aplicándose en
relación con una de dichas cámaras una inyección de aire, mientras
que otra cámara se halla llena de un fluido hidráulico, tal como
aceite.
En la cámara de aire (cámara neumática) se aloja
un pistón neumático, desde el cual sale un vástago que pasa hasta
la cámara de aceite (cámara hidráulica), en donde se relaciona con
un pistón hidráulico provisto con un vástago que sale al exterior
por el extremo de dicha cámara hidráulica, para hacer, él mismo o
mediante la incorporación de un útil accesorio, de herramienta de
trabajo.
Entre el vástago del pistón neumático de la
cámara neumática y el pistón hidráulico que se aloja en la cámara
hidráulica existe una relación de encaje que permite una inserción
parcial del uno en el otro, de manera que el pistón hidráulico de
la cámara hidráulica determina un conducto que establece
comunicación entre una parte y otra de dicha cámara hidráulica,
permitiendo el paso del fluido hidráulico entre esas dos partes, de
manera que dicha comunicación resulta obturada cuando el extremo
del vástago del pistón neumático de la cámara neumática se
introduce en el alojamiento de encaje en el pistón hidráulico de la
cámara hidráulica.
Con ello así, mediante la inyección de aire
comprimido en la parte superior de la cámara neumática, se consigue
el desplazamiento en avance del pistón neumático de dicha cámara
neumática, de manera que el vástago de este pistón neumático va
introduciéndose en la cámara hidráulica, en donde se produce como
consecuencia un aumento de la presión, con lo cual el pistón
hidráulico de dicha cámara hidráulica sufre un empuje que le hace
desplazarse a su vez en avance, de manera que al producirse este
avance el fluido hidráulico pasa de una parte a otra de la
mencionada cámara hidráulica, a través de dicho pistón hidráulico
de la misma.
Cuando el vástago del mencionado pistón
hidráulico de la cámara hidráulica llega a hacer tope en la pieza
sobre la que se ha de llevar a cabo la operación a realizar dicho
pistón hidráulico no puede avanzar más con lo cual se produce un
aumento de la presión en la cámara hidráulica. Este aumento de
presión provoca la apertura del paso de aceite desde la parte
inferior de la cámara hidráulica a un depósito volumétrico. Este
desalojo de aceite permite al vástago del pistón neumático avanzar
en el interior del pistón hidráulico obturando el paso del aceite a
través de dicho pistón hidráulico y aumentando la presión en la
parte superior de la cámara hidráulica debido a la introducción en
ella de una mayor parte del vástago. Lo cual da lugar a un empuje
de gran fuerza para ejecutar la operación de trabajo sobre la pieza
de aplicación.
La cámara hidráulica va comunicada en el extremo
inferior con el depósito volumétrico, el cual está provisto con un
dispositivo que actúa de manera provisional o elástica en contra de
la entrada del fluido hidráulico en dicho depósito volumétrico.
Dicho dispositivo consta de un pistón en el cual en una de sus
partes se aplica una fuerza, bien sea neumática, por medio de un
muelle, etc, mientras que la otra parte está en contacto con el
aceite que pasa al depósito volumétrico desde la parte inferior de
la cámara hidráulica a través del conducto de comunicación entre
ambos.
En un primer momento la sección de empuje del
fluido hidráulico sobre dicho pistón del deposito volumétrico es
pequeña, equivalente a la sección del dispositivo, y la fuerza
aplicada en la otra parte inmoviliza dicho pistón del deposito
volumétrico. Cuando el vástago del pistón hidráulico llega a hacer
tope en la pieza sobre la que se ha de llevar a cabo la operación a
realizar, se produce un aumento de la presión en la cámara
hidráulica, la cual al estar comunicada con el depósito volumétrico
transmite a través del conducto de comunicación dicha presión al
pistón del depósito volumétrico, venciendo así la fuerza ejercida
en la otra parte de éste pistón del conducto volumétrico y
provocando el desplazamiento del mismo. Al desplazarse el pistón del
depósito volumétrico aumenta la sección del empuje del aceite
sobre él, aumentando de esta manera la fuerza del fluido hidráulico
sobre dicho pistón del depósito volumétrico, con una presión menor.
Este desplazamiento del pistón del depósito volumétrico provoca una
caída de presión del fluido hidráulico en la parte inferior de la
cámara hidráulica y en el depósito volumétrico. De esta manera,
llegado el momento de trabajo, se produce el desalojo del fluido
hidráulico de la parte inferior de la cámara hidráulica y esto a su
vez permite al vástago del pistón neumático avanzar en el interior
del pistón hidráulico, obturando el paso del aceite por este último
y aumentando la presión en la parte superior de la cámara
hidráulica debido a la introducción en ella de una mayor parte del
vástago del pistón neumático, lo cual da lugar a un empuje de gran
fuerza para ejecutar la operación de trabajo sobre la pieza de
aplicación.
Resulta así un cilindro hidroneumático que
mediante el accionamiento neumático aplicado en la cámara neumática
permite efectuar de manera rápida la aproximación y retroceso de la
herramienta correspondiente respecto de la posición de trabajo,
mientras que mediante la colaboración de la acción hidráulica actúa
el esfuerzo necesario para ejecutar las operaciones de trabajo a
realizar, determinando los cambios entre una forma y otra de
funcionamiento, en los momentos precisos, por la propia actuación
operativa del cilindro, sin necesidad de ningún control exterior
accesorio.
Por todo ello, dicho cilindro hidroneumático
objeto de la invención resulta de unas características ciertamente
ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente para la
función a la que se halla destinado.
La figura 1 muestra una vista en sección
esquemática del cilindro hidroneumático objeto de la invención en
la posición inicial de reposo.
La figura 2 es una sección del cilindro
hidroneumático en la posición de inyección de aire para el inicio de
la acción operativa de aproximación de la herramienta a la zona de
trabajo.
La figura 3 es una sección del cilindro
hidroneumático en la posición final de la fase de aproximación e
inicio de la operación de trabajo.
La figura 4 es una sección del cilindro
hidroneumático durante la posición de inicio de la operación de
trabajo.
La figura 5 es una sección del cilindro
hidroneumático en la posición final de trabajo.
La figura 6 es una sección del cilindro
hidroneumático en la posición de retroceso para recuperar la
posición inicial de reposo.
El objeto de la invención se refiere a un
cilindro hidroneumático de acción operativa mediante accionamiento
combinado neumático e hidráulico, con unas características que
permiten su funcionamiento en unas condiciones muy ventajosas.
El cilindro hidroneumático preconizado consta de
un conjunto (1) que determina dos cámaras sucesivas (2 y 4), una
de ellas (2) de acción neumática y la otra (4) de acción
hidráulica, incluyendo respectivos pistones (5 y 6) alojados en las
mismas.
La cámara neumática (2) posee en sus extremos
sendas entradas (2.1 y 2.2) para la inyección de aire comprimido
por medio de una fuente de alimentación (8), en tanto que la cámara
hidráulica (4) se halla llena de un fluido hidráulico, tal como
aceite, pudiendo ir en posición intermedia una cámara
complementaria (3), en comunicación con la cámara hidráulica (4) a
través de un paso (9).
El pistón neumático (5) de la cámara neumática
(2) posee un vástago (5.1) que se extiende a través de la cámara
intermedia (3), saliendo por el paso (9) a la cámara hidráulica
(4), en donde determina una relación de encaje respecto del pistón
hidráulico (6) que se aloja en dicha cámara hidráulica (4). El
vástago (5.1) del pistón neumático (5) determina en esta
disposición una obturación del paso (9) que anula la comunicación
entre la cámara intermedia (3) y la cámara hidráulica (4),
poseyendo sin embargo dicho vástago (5.1) del pistón neumático (5)
una escotadura (10), la cual cuando coincide con el paso (9)
permite la comunicación por el mismo entre la cámara intermedia (3)
y la cámara hidráulica (4).
Cuando el cilindro hidroneumático se encuentra
en la posición de reposo (figura 1), la escotadura (10) del
vástago (5.1) del pistón neumático (5) coincide con el paso (9), lo
cual determina una comunicación entre la cámara intermedia (3) y la
cámara hidráulica (4), de manera que desde la cámara hidráulica (4)
se produce una purga del aire que puede hallarse contenido en la
misma, hacia la cámara intermedia (3), saliendo desde ésta el aire
al exterior a través de orificios de purga (11) existentes en la
parte superior de dicha cámara intermedia (3).
El pistón hidráulico (6) de la cámara hidráulica
(4) posee por su parte un vástago (6.1) que sale al exterior por el
extremo de dicha cámara hidráulica (4), determinando, por sí mismo
o mediante un útil accesorio, la herramienta para las operaciones
de trabajo a realizar por el cilindro hidroneumático; definiendo
dicho pistón hidráulico (6) un alojamiento (12) en el que es
susceptible de encajar el extremo del vástago (5.1) del pistón
neumático (5) y a través del cual alojamiento (12) se determina un
conducto que establece comunicación entre las dos partes de la
cámara hidráulica (4) separadas por el mencionado pistón hidráulico
(6), permitiendo el paso del fluido hidráulico entre esas dos
partes, de manera que dicha comunicación se obtura cuando el
extremo del vástago (5.1) del pistón neumático (5) se introduce en
el alojamiento (12).
La cámara hidráulica (4) se establece además
comunicada con un depósito volumétrico (7), a través de un conducto
(13), yendo provisto dicho depósito (7) con un dispositivo que
actúa provisionalmente o de forma elástica en contra de la entrada
del fluido hidráulico desde la cámara hidráulica (4). Según una
realización práctica, el dispositivo de contención provisional de
la entrada del fluido hidráulico en el depósito volumétrico (7),
puede ser, por ejemplo, un émbolo (14) empujado por un muelle (15),
sin que esta realización sea limitativa, ya que para esa función
puede ser utilizado cualquier dispositivo mecánico, neumático,
electro, etc., que permita impedir de manera provisional la entrada
del fluido hidráulico en el depósito volumétrico (7), hasta una
cierta presión.
En tales condiciones, partiendo de la posición
de reposo del cilindro hidroneumático, con el pistón neumático (5)
desplazado al extremo superior de la cámara neumática (2) y el
pistón hidráulico (6) desplazado hasta cerca del extremo superior
de la cámara hidráulica (4), como representa la figura 1,
inyectando aire comprimido por la entrada (2.1) del extremo
superior de la cámara neumática (2), se produce un desplazamiento
del pistón neumático (5) y consiguientemente de su vástago (5.1),
con lo que el extremo de dicho vástago (5.1) del pistón neumático
(5) avanza hacia la cámara hidráulica (4), como representa la
figura 2.
Con ello se produce un aumento de la presión en
la cámara hidráulica (4), ya que al introducirse el vástago (5.1)
del pistón neumático (5) en la parte superior de la cámara
hidráulica (4), ello ocasiona una tendencia a la reducción del
volumen interior de dicha parte superior de la cámara hidráulica
(4) y como consecuencia se produce un aumento de la presión en esa
parte de la cámara hidráulica (4).
Siendo la sección de contacto con el fluido, del
pistón hidráulico (6), mayor en la parte superior que en la
inferior, dicho aumento de presión provoca un desplazamiento de
este pistón hidráulico (6) en avance. Al producirse dicho
desplazamiento del pistón hidráulico (6), el fluido hidráulico pasa
a través de él por el conducto que define el alojamiento (12).
El desplazamiento del pistón neumático (5) y del
pistón hidráulico (6), en esta fase, se produce por lo tanto de
una manera conjunta pero independiente, ya que el pistón neumático
(5) es empujado por la presión neumática de la parte superior de la
cámara neumática (2), mientras que el pistón hidráulico (6) es
empujado por la presión hidráulica de la parte superior de la
cámara hidráulica (4), permaneciendo el extremo del vástago (5.1)
del pistón neumático (5) en relación con la embocadura del
alojamiento (12), sin introducirse completamente hacia el fondo de
éste, de manera que permanece abierta la comunicación de paso del
fluido hidráulico entre la parte inferior y superior de la cámara
hidráulica (4).
Cuando el vástago (6.1) del pistón hidráulico
(6) llega a hacer tope en la pieza sobre la que se ha de llevar a
cabo la operación a realizar, se produce un aumento de la presión
en la cámara hidráulica (4), la cual al estar comunicada con el
depósito volumétrico (7) a través del conducto (13) transmite dicha
presión al pistón (14) del depósito volumétrico (7), venciendo la
resistencia del muelle (15).
En principio el pistón (14) del depósito
volumétrico (7) está apoyado en el fondo interior del depósito
volumétrico (7) con lo que el fluido hidráulico solo actúa sobre él
en la superficie de la embocadura del conducto (13), pero en cuanto
dicho pistón (14) del depósito volumétrico (7) comienza el
movimiento, la sección de empuje del fluido hidráulico sobre ese
pistón (14) del deposito volumétrico (7) aumenta, siendo necesaria
una presión menor del fluido hidráulico para vencer la resistencia
que ofrece dicho pistón (14) del depósito volumétrico (7),
provocando una caída de presión del fluido hidráulico en la parte
inferior de la cámara hidráulica (4) y en el depósito volumétrico
(7). De esta manera y llegado el momento de trabajo se produce el
desalojo del fluido hidráulico de la parte inferior de la cámara
hidráulica (4) y esto a su vez permite al vástago (5.1) del pistón
neumático (5) avanzar en el interior del pistón hidráulico (6),
obturando el alojamiento (12) y aumentando la presión en la parte
superior de la cámara hidráulica (4) debido a la introducción en
ella de una mayor parte del vástago (5.1) del pistón neumático (5)
lo cual da lugar a una multiplicación hidráulica que provoca un
empuje de gran fuerza para ejecutar la operación de trabajo sobre
la pieza de aplicación.
Al introducirse el extremo del vástago (5.1) del
pistón neumático (5) en el alojamiento (12) del pistón hidráulico
(6), se produce la obturación del conducto de paso de comunicación
entre la parte inferior y la parte superior de la cámara hidráulica
(4), con lo que la progresiva entrada del vástago (5.1) del pistón
neumático (5) en la parte superior de dicha cámara hidráulica (4)
produce un aumento de la presión en esa parte superior de la cámara
hidráulica (4), que no se compensa en la parte inferior, de manera
que sobre el pistón hidráulico (6) se origina un empuje hidráulico
que da lugar a una gran fuerza de empuje del propio pistón
hidráulico (6).
Con ello se produce un empuje que hace que el
vástago (6.1) del pistón hidráulico (6) actúe con una gran fuerza
sobre la pieza de aplicación (16), realizando la operación de
trabajo a efectuar, como representa la figura 5.
El momento de apertura de paso de fluido al
depósito volumétrico (7) se puede regular aumentando o disminuyendo
la fuerza ejercida en el pistón (14) de dicho depósito volumétrico
(7) desde la parte superior del mencionado depósito volumétrico
(7), aumentando o disminuyendo a su vez la presión de fluido
hidráulico necesaria para vencer esta fuerza. La longitud de
carrera de fuerza puede ser regulada limitando el volumen de fluido
hidráulico que entra en el depósito volumétrico (7), limitando el
recorrido del pistón (14) del mismo.
Una vez que se ha producido la acción del
cilindro hidroneumático en la ejecución de la operación prevista
sobre la pieza de aplicación (16), según lo descrito, dejando libre
la entrada superior (2.1) de la cámara neumática (2) y aplicando
una inyección de aire comprimido por la entrada inferior (2.2), se
produce el retorno del pistón neumático (5) a la posición inicial,
de manera que el extremo del vástago (5.1) de dicho pistón
neumático (5) sale hasta la embocadura del alojamiento (12) del
pistón hidráulico (6) y desde esa posición arrastra, mediante unas
pestañas de enganche (no representadas), al pistón hidráulico (6),
llevándole a su vez hasta la posición inicial.
El desplazamiento del pistón hidráulico (6)
hacia la posición inicial, deja sin presión la parte inferior de
la cámara hidráulica (4) del cilindro hidroneumático, con lo que el
fluido hidráulico retorna desde el depósito volumétrico (7) a dicha
parte inferior de la cámara hidráulica (4), recuperándose
totalmente el estado inicial del cilindro hidroneumático para una
nueva operación de trabajo, como representa la figura 6.
Claims (1)
1. Cilindro hidroneumático, destinado para
realizar una acción combinada mediante accionamiento neumático y
accionamiento hidráulico, caracterizado porque consiste en
un conjunto (1) que determina dos cámaras, una cámara neumática (2)
en la que se aplica un accionamiento neumático, una cámara
hidráulica (4) que se halla llena de un fluido hidráulico y un
depósito volumétrico (7) comunicado con la cámara hidráulica (4).
Las cámaras neumática (2) e hidráulica (4) alojan sendos pistones
neumático (5) e hidráulico (6), los cuales se relacionan entre sí
por medio de un vástago neumático (5.1) solidario del pistón
neumático (5) de la cámara neumática (2) y susceptible de
establecer un acoplamiento de inserción respecto del pistón
hidráulico (6) de la cámara hidráulica (4), de modo que el
desplazamiento neumático del pistón neumático (5) provoca mediante
el vástago neumático (5.1) de dicho pistón neumático (5) un aumento
de presión en la cámara hidráulica (4), provocando, el
desplazamiento por empuje hidráulico del pistón hidráulico (6), y el
paso durante dicho desplazamiento del fluido hidráulico de la parte
inferior a la parte superior de la mencionada cámara hidráulica
(4), preferentemente a través de un alojamiento (12) del propio
pistón hidráulico (6) de la cámara hidráulica (4) en el que es
susceptible de encajar el extremo del vástago (5.1) del pistón
neumático (5). El citado paso de comunicación entre la parte
inferior y la parte superior de la cámara hidráulica (4), situadas
las partes a ambos lados del pistón hidráulico (6), se obtura
cuando el extremo del vástago (5.1) del pistón neumático (5) se
introduce en ese alojamiento (12) del pistón hidráulico (6). El
depósito volumétrico (7) comunicado con la cámara hidráulica (4)
está provisto de un dispositivo que obtura de manera provisional o
elástica la entrada del mismo, de modo que en el depósito
volumétrico (7) se recoge el fluido hidráulico de la parte inferior
de la cámara hidráulica (4) cuando el empuje del fluido hidráulico
supera la fuerza de obturación de la entrada de dicho depósito
volumétrico (7) y una vez abierta se mantiene el paso abierto, por
el aumento de superficie que presenta al fluido, aunque disminuya
la presión del mismo.
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