ES2299996T3 - Accionamiento moto-hidraulico, en especial para unidades de accionamiento de giro, orientacion o lineal asi como procedimiento para el mismo. - Google Patents
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Abstract
Unidad de giro u orientación (10, 32) con un accionamiento (10, 32) que presenta un émbolo de trabajo (16), en el cual pueden actuar medios hidráulicos a presión, alojado en un cilindro (12) de una carcasa (14) y desplazable en dirección axial, estando el émbolo de trabajo (16) funcionalmente unido a través de un acoplamiento giratorio de tal manera con una pieza orientable apoyada de forma giratoria en la carcasa, prevista para la disposición de medios de sujeción, que el movimiento del émbolo de trabajo (16) en dirección axial origina un movimiento de orientación de la pieza orientable, estando dispuestos en el émbolo de trabajo (16) medios mecánicos de acoplamiento (22, 24) acoplables de tal manera con un motor (30) que mediante el motor (30) es posible frenar y/o accionar el émbolo de trabajo (16) en dirección axial.
Description
Accionamiento moto-hidráulico,
en especial para unidades de accionamiento de giro, orientación o
lineal así como procedimiento para el mismo.
La invención se refiere a una unidad de giro u
orientación con un accionamiento, así como a un procedimiento para
el servicio de una unidad de este tipo. La unidad de giro u
orientación presenta un émbolo de trabajo alojado en un cilindro de
una carcasa y desplazable en dirección axial en el cual pueden
actuar medios a presión hidráulicos.
Unidades de giro u orientación de este tipo con
los accionamientos correspondientes se emplean ampliamente en la
técnica de automatización, ya que debido a los medios a presión
hidráulicos, en particular neumáticos, tienen una densidad de
potencia muy alta. Puede estar previsto que el émbolo de trabajo
esté unido funcionalmente a través de un acoplamiento giratorio con
una pieza orientable, apoyada de forma giratoria en la carcasa. De
esta manera se consigue mediante el movimiento del émbolo en
dirección axial un movimiento de orientación de la pieza
orientable. En la pieza orientable pueden estar dispuestos por
ejemplo medios de sujeción que permiten coger piezas de trabajo y
desplazarlas mediante la pieza orientable.
Para poder desplazar el émbolo a una determinada
posición nominal, del estado de la técnica es conocido usar
amortiguadores que frenan o delimitan el movimiento lineal del
émbolo de trabajo en dirección axial. El uso de amortiguadores
conlleva una serie de desventajas. En particular a presiones más
altas, los amortiguadores no pueden resistir los esfuerzos. Los
amortiguadores tienen además la desventaja de sufrir un desgaste.
Por lo tanto no puede garantizarse que durante un uso prolongado de
amortiguadores puedan lograrse factores de amortiguación
reproducibles.
Además, los amortiguadores son relativamente
caros, requieren en el interior o exterior del accionamiento un
espacio de construcción correspondiente y limitan la potencia del
accionamiento.
El uso de amortiguadores tiene además la
desventaja de que el émbolo, o la carga transportada con el
accionamiento, no puede desplazarse a cualquier posición, por lo
que no es posible posicionarla libremente. Un posicionamiento sólo
puede conseguirse a través del montaje de un amortiguador o de un
tope correspondiente en un determinado lugar. Una modificación del
posicionamiento sólo puede lograrse mediante modificación de la
posición del amortiguador o del tope. Por este motivo, los
accionamientos conocidos e inicialmente descritos tienen una
flexibilidad muy baja.
El objetivo de la presente invención consiste en
perfeccionar una unidad de giro u orientación del tipo inicialmente
mencionado de tal manera que se mantenga por un lado una elevada
densidad de potencia y que por otro lado aumente la facilidad de
posicionamiento y de esta manera la flexibilidad del
accionamiento.
Este objetivo se consigue con una unidad de giro
u orientación con las características de la reivindicación 1. Con
el uso de un motor, que acciona y/o frena a través de los medios de
acoplamiento el movimiento del émbolo de trabajo en dirección
axial, puede conseguirse un frenado o accionamiento del émbolo de
trabajo prácticamente en cada posición. De esta manera aumenta la
flexibilidad del accionamiento; el émbolo de trabajo puede
posicionarse libremente y es posible detener y/o arrancar el mismo
en cualquier posición. Esto permite prescindir de los respectivos
amortiguadores o topes que deben garantizar el desplazamiento a una
posición nominal. El desplazamiento a una posición nominal puede
conseguirse mediante un frenado apropiado del movimiento del émbolo
de trabajo.
Por lo tanto, conforme a la invención está
previsto que el émbolo de trabajo esté funcionalmente unido a través
de un acoplamiento giratorio con una pieza orientable, apoyada de
forma giratoria en la carcasa. En lo anteriormente expuesto es
ventajoso que la pieza orientable pueda frenarse en cualquier
posición de giro, es decir, a cualquier ángulo de giro.
Un accionamiento o frenado selectivo del émbolo
de trabajo mediante el motor permite conseguir además un
posicionamiento o ajuste exacto de la posición del émbolo de
trabajo en el cilindro y de esta manera un posicionamiento exacto
de la carga a transportar. El motor, que puede estar configurado
como motor eléctrico, es conforme a la invención apropiado para
mover el émbolo de trabajo a una posición nominal, es decir, frenar
el mismo y, dado el caso, accionarlo y desplazarlo con ajuste fino
a la posición nominal.
De la técnica de automatización se conocen
accionamientos en los cuales un movimiento giratorio generado
mediante un motor eléctrico se transforma en un movimiento lineal,
por ejemplo con un accionamiento de husillo o un accionamiento de
cremallera. Las ventajas de estos accionamientos son entre otras la
posibilidad de posicionar libremente la carga transportada y su
comportamiento de reacción rápido. No obstante, es desventajosa su
densidad de potencia muy baja. Para poder mover dinámicamente
cargas pesadas, se requieren motores muy potentes para los que
deben proporcionarse espacios de construcción lo suficientemente
grandes. Asimismo, debe tenerse en cuenta que los medios de
acoplamiento mecánicos usados están sometidos a grandes fuerzas
debidas a cargas pesadas. Por lo tanto, sufren un fuerte
desgaste.
La combinación conforme a la invención de un
accionamiento con un fluido, que tiene una elevada densidad de
potencia, y el acoplamiento del émbolo de trabajo con un motor para
accionar y/o frenar el émbolo de trabajo reúne de manera hasta
ahora desconocida las ventajas de accionamientos con fluidos y en
particular de accionamientos eléctricos. Se mantiene la elevada
densidad de potencia de los accionamientos con fluidos y
adicionalmente se aprovecha la flexibilidad de los principios de
accionamiento con motores.
Como fluido puede emplearse en particular un gas
como por ejemplo aire o un líquido hidráulico como por ejemplo
aceite hidráulico.
Una configuración particularmente ventajosa de
la invención se consigue cuando los medios mecánicos de acoplamiento
comprenden una tuerca de husillo o una barra de husillo dispuesta
en el émbolo de trabajo y una barra de husillo o una tuerca de
husillo accionable mediante el motor. El motor puede estar en unión
funcional directa o indirecta, por ejemplo a través de un
engranaje, con la tuerca de husillo o la barra de husillo. En
particular puede usarse un husillo de recirculación de bolas. La
previsión de una barra de husillo y una tuerca de husillo facilitan
la realización de relaciones de transmisión favorables que permiten
accionar o frenar apropiadamente el émbolo de trabajo. Asimismo,
una tuerca de husillo o una barra de husillo puede disponerse de
manera ventajosa en el émbolo, en particular en uno de sus lados
frontales. La barra de husillo penetra por el espacio de cilindro
correspondiente y está funcionalmente unido con el motor en el lado
opuesto al émbolo. Por lo tanto, no se requiere espacio de
construcción adicional.
Según otra forma de realización de la invención
es concebible que los medios mecánicos de acoplamiento comprendan
una cremallera dispuesta en el émbolo de trabajo y un piñón
accionable mediante el motor. También de esta manera es posible
accionar o frenar el émbolo de trabajo ventajosamente en dirección
axial. La cremallera penetra ventajosamente por el espacio de
cilindro en dirección axial, por lo que tampoco en este caso es
preciso prever espacio de construcción adicional.
Asimismo, conforme a la invención puede estar
previsto que los medios de acoplamiento mecánicos comprendan una
rueda helicoidal accionada de forma giratoria por el émbolo de
trabajo a través de un acoplamiento giratorio y un tornillo sin fin
accionable mediante el motor y engranado con la rueda helicoidal.
Esta forma de realización puede tener un tipo de construcción
compacto en particular en dirección longitudinal.
Para conseguir un tipo de construcción compacto
es concebible que el motor pueda ser abridado o estar abridado en
la carcasa. Tanto como en la carcasa y/o en el motor pueden estar
previstas para este fin secciones de brida correspondientes. No
obstante, el motor puede estar configurado también como motor de eje
hueco que puede estar dispuesto por lo menos parcialmente en el
interior del émbolo de trabajo.
En una forma de realización preferida de la
invención está prevista una unidad de regulación y/o control que
controla el motor en función de la posición y/o de la variación
temporal de la posición del émbolo de trabajo y/o de la respectiva
presión y/o de la variación temporal de la respectiva presión en los
espacios de presión del cilindro. El control puede llevarse a cabo
con ayuda de sistemas de medición que determinan directamente la
posición del émbolo de trabajo o la posición de un elemento cuyo
movimiento está acoplado con el émbolo de trabajo, por ejemplo un
medio de sujeción. Ventajosamente, la unidad de regulación y/o
control es programable. Para este fin pueden introducirse
posiciones nominales predeterminadas a las que el émbolo de trabajo
se desplaza mediante la actuación de medios a presión en el émbolo
de trabajo y mediante el frenado y/o posicionamiento del émbolo de
trabajo con ayuda del motor. Durante el movimiento del émbolo de
trabajo mediante la aplicación de presión en el mismo, el motor
puede girar libremente sin corriente o puede favorecer el movimiento
originado por la aplicación de presión.
Conforme a la invención también es concebible
que esté prevista una unidad de regulación y/o control que al
alcanzar una carga límite del motor controla la respectiva presión
en los espacios de presión del cilindro de tal manera que la carga
del motor se reduzca y/o se favorezca el movimiento del émbolo de
trabajo realizado o pretendido con el motor. Cuando se alcanza una
posición nominal predeterminada del émbolo de trabajo, es posible
influir en el movimiento del émbolo de trabajo mediante reducción de
la presión en el respectivo espacio de presión o mediante la
aplicación de contrapresión en el émbolo de trabajo y/o mediante
frenado del movimiento con una activación y una alimentación
apropiada de corriente al motor. Cuando la carga del motor es
demasiado grande, los espacios de presión se controlan de tal
manera que se favorezca el movimiento del émbolo de trabajo
mediante el motor y se reduzca la carga del motor. El movimiento del
motor funciona por lo tanto con servocontrol. Esto tiene la ventaja
de que puede emplearse un motor dimensionado de forma relativamente
pequeña para el desplazamiento exacto del émbolo de trabajo a
posiciones nominales, incluso cuando deben transportarse cargas
pesadas con el émbolo de trabajo.
La carga del motor puede determinarse por
ejemplo mediante supervisión de la corriente absorbida por el motor.
También es concebible que en el eje del motor esté dispuesto un
sensor de par de giro que permita determinar el par de giro del
motor y de esta manera la carga que actúa en el mismo. Otra
posibilidad consiste en determinar la carga mediante el momento de
reacción del motor, por ejemplo con los respectivos sensores en el
apoyo del motor o mediante captación de la desviación de un motor
apoyado de forma giratoria o libremente colgado.
Se ha demostrado ventajoso que el medio de
acoplamiento presente una alta relación de transmisión. La previsión
de un medio de transmisión con una alta relación de transmisión
permite el uso de motores dimensionados de forma pequeña, en
particular de motores eléctricos con un par de giro bajo. El par de
giro de salida bajo del motor se transforma mediante la relación de
transmisión en un par de giro convenientemente alto. De esta manera
es posible que los motores dimensionados de forma pequeña resistan
también a presiones relativamente altas en el espacio de cilindro.
Esto permite frenar el movimiento del cilindro de trabajo.
La invención se refiere además a un
procedimiento para el servicio de una unidad conforme a la
invención, girando el motor por lo menos en gran medida libre de
carga o favorece el movimiento del émbolo de trabajo cuando se
ejerce presión en el cilindro para desplazar el émbolo de trabajo y
al alcanzar o poco antes de alcanzar una posición nominal del
émbolo de trabajo, el motor se activa para frenar el movimiento del
émbolo de trabajo. En particular es posible reducir la presión de
forma apropiada en el cilindro o establecer una contrapresión en el
espacio de presión correspondiente. También es posible cancelar la
presión en el respectivo espacio de presión. El frenado se lleva a
cabo de tal manera que el émbolo de trabajo alcanza la posición
nominal.
Otros detalles y características de la invención
se desprenden de la siguiente descripción en la que la invención se
explica y describe más detalladamente con referencia a un ejemplo de
realización representado en el dibujo.
En las figuras se muestran:
Fig. 1 Vista en corte longitudinal de un primer
accionamiento conforme a la invención.
Fig. 2 Vista de una segunda forma de realización
de la invención.
En la figura 1 se muestra en vista longitudinal
un accionamiento 10 conforme a la invención. El accionamiento 10
puede estar previsto para una unidad de giro u orientación. El
accionamiento 10 presenta un cilindro 12 en una carcasa 14. El
cilindro 12 está representado como cilindro continuo de una sola
pieza. No obstante, conforme a la invención también es concebible
que el cilindro 12 comprenda varias secciones de cilindro
constituidas cada una por un tubo cilíndrico. En el cilindro 12
está dispuesto un émbolo de trabajo 16 que divide el cilindro 12 en
dos espacios de presión 18 y 19. En los espacios de presión 18 y 19
puede aplicarse alternativamente un medio a presión de tal manera
que el émbolo 16 se mueva en dirección axial. El émbolo 16 está
acoplado de forma directa o indirecta con medios apropiados para
mover piezas de trabajo.
Cuando el accionamiento 10 se emplea en una
unidad de accionamiento de giro u orientación, el émbolo de trabajo
16 está unido ventajosamente respecto a la función a través de un
acoplamiento giratorio no representado con una pieza orientable
apoyada de forma giratoria en la carcasa 14. Durante un movimiento
del émbolo de trabajo en dirección axial tiene lugar un giro o una
orientación de la pieza orientable.
En un lado frontal del émbolo de trabajo 16 está
prevista una tuerca de husillo 22 unida de forma rígida al giro con
el émbolo de trabajo 16. En la tuerca de husillo 22 está dispuesta
de forma giratoria una barra de husillo 24 cuyo extremo libre 26
opuesto al émbolo 16 está dispuesto en un eje de accionamiento 28 de
un motor eléctrico 30. La barra de husillo 24 es por lo tanto
accionable de forma giratoria mediante el motor eléctrico 30.
Durante el giro de la barra de husillo 24 se facilita un movimiento
del émbolo de trabajo 16 en dirección axial debido a la tuerca de
husillo 22 acoplada con la barra de husillo 24. Naturalmente, la
tuerca de husillo puede estar dispuesta también acoplada de forma
rígida al giro en el eje de salida 28 del motor eléctrico 30. En
este caso, la barra de husillo 24 debe disponerse de forma rígida al
giro en el émbolo 16.
La barra de husillo 24 y la tuerca de husillo 22
forman medios de acoplamiento mecánicos mediante los cuales el
motor eléctrico 30 puede accionar o frenar el émbolo de trabajo 16
en dirección axial.
Entre la barra de husillo 24 y la tuerca de
husillo 22 puede existir tal relación de transmisión que entre la
barra de husillo 24 y la tuerca de husillo 22 no se produzca un
autobloqueo. De esta manera está garantizado que el eje de husillo
24 pueda girar libremente durante un movimiento del émbolo 16 por la
aplicación de presión en los espacios de presión 18 ó 20. En este
caso, el motor 30 está ventajosamente desconectado; el rotor del
motor sigue girando libre de carga.
La relación de transmisión es además tan alta
que un dimensionamiento relativamente pequeño del motor eléctrico
es suficiente para frenar el movimiento del émbolo 16 mediante el
motor 30.
Ventajosamente, el accionamiento 10 comprende
una unidad de regulación y control no representada que regula
convenientemente la aplicación de presión en los espacios de presión
18 y 20 así como la activación del motor eléctrico 30. Poco antes
de que el émbolo de trabajo 16 alcance una posición nominal, que se
puede especificar libremente, es posible disminuir la presión en el
espacio de presión 18 ó 20 correspondiente o establecer una
contrapresión y activar el motor eléctrico 30 de tal manera que
frene el movimiento del émbolo de trabajo 16. Esto permite
garantizar una posición nominal especificada del émbolo de trabajo
16 o del medio unido con el émbolo de trabajo 16. Ventajosamente
existen sistemas de medición que captan la posición real del émbolo
de trabajo o la posición real de un medio acoplado con el émbolo de
trabajo 16.
La ventaja del accionamiento 10 conforme a la
invención consiste en que presenta por un lado una elevada densidad
de potencia y, por otro lado, facilita un posicionamiento libre muy
flexible del émbolo de trabajo 16 o de la carga transportada con el
mismo, respectivamente. La elevada densidad de potencia se consigue
mediante la aplicación de presión en los espacios de presión 18,
20. Esto permite mover cargas pesadas con altas velocidades del
émbolo. No obstante, está garantizada una elevada flexibilidad. Los
medios de acoplamiento mecánico y el motor eléctrico permiten
posicionar libremente cargas pesadas.
Cuando se alcanza una posición nominal del
émbolo de trabajo 16, se influye en el movimiento del émbolo de
trabajo 16 mediante reducción de la presión en el espacio de presión
o mediante aplicación de contrapresión en el émbolo de trabajo y/o
frenado del movimiento mediante activación apropiada y suministro de
corriente al motor 30. Cuando en el motor 30 actúa una carga
demasiado alta, los espacios de presión 18, 20 se controlan de tal
manera que el motor 30 favorezca el movimiento del émbolo de trabajo
16 y se reduzca de esta manera la carga que actúa en el motor 30.
El movimiento del motor 30 funciona por lo tanto con servocontrol.
La carga que actúa en el motor puede captarse por ejemplo mediante
un sensor de par de giro en el eje de motor.
En la figura 2 se muestra un accionamiento de
orientación 32 con dos émbolos de trabajo ocultos en esta figura,
alojados en los cilindros 12 de una carcasa 14 en los cuales pueden
aplicarse medios a presión hidráulicos y desplazables en dirección
axial. En el émbolo de trabajo están dispuestos medios de
acoplamiento mecánicos unidos con el motor 30 de tal manera que el
motor 30 pueda frenar y/o accionar el émbolo de trabajo. Los medios
mecánicos de acoplamiento comprenden en este caso una rueda
helicoidal 34 apoyada de forma giratoria en la carcasa 12 y
acoplada con el émbolo de trabajo y/o con su vástago de émbolo por
medio de un acoplamiento giratorio y un tornillo sin fin 36
accionable mediante el motor 30 y engranado con la rueda helicoidal
34.
Claims (15)
1. Unidad de giro u orientación (10, 32) con un
accionamiento (10, 32) que presenta un émbolo de trabajo (16), en
el cual pueden actuar medios hidráulicos a presión, alojado en un
cilindro (12) de una carcasa (14) y desplazable en dirección axial,
estando el émbolo de trabajo (16) funcionalmente unido a través de
un acoplamiento giratorio de tal manera con una pieza orientable
apoyada de forma giratoria en la carcasa, prevista para la
disposición de medios de sujeción, que el movimiento del émbolo de
trabajo (16) en dirección axial origina un movimiento de
orientación de la pieza orientable, estando dispuestos en el émbolo
de trabajo (16) medios mecánicos de acoplamiento (22, 24)
acoplables de tal manera con un motor (30) que mediante el motor
(30) es posible frenar y/o accionar el émbolo de trabajo (16) en
dirección axial.
2. Unidad (10) de acuerdo con la reivindicación
1 caracterizada porque los medios mecánicos de acoplamiento
(22, 24) comprenden una tuerca de husillo (22) o una barra de
husillo dispuesta en el émbolo de trabajo (16) y una barra de
husillo (24) o una tuerca de husillo accionable mediante el motor
(30).
3. Unidad (10) de acuerdo con la reivindicación
2 caracterizada porque la tuerca de husillo (22) está unida
de forma rígida al giro con el émbolo de trabajo (16) y porque en la
tuerca de husillo (22) está dispuesta de forma giratoria una barra
de husillo (24) cuyo extremo libre (26) opuesto al émbolo de trabajo
(16) está dispuesto de forma rígida al giro en un eje de
accionamiento (28) del motor (30).
4. Unidad (10) de acuerdo con la reivindicación
3 caracterizada porque el extremo libre de la barra de
husillo (24) opuesto al motor (30) se encuentra dentro del émbolo
de trabajo (16) configurado de forma cerrada en el lado opuesto al
motor (30).
5. Unidad (10) de acuerdo con la reivindicación
1 caracterizada porque los medios mecánicos de acoplamiento
comprenden una cremallera dispuesta en el émbolo de trabajo y un
piñón accionable mediante el motor.
6. Unidad (32) de acuerdo con la reivindicación
1 caracterizada porque los medios de acoplamiento mecánicos
comprenden una rueda helicoidal (34) accionada de forma giratoria
por el émbolo de trabajo (14, 16) a través de un acoplamiento
giratorio y un tornillo sin fin (36) accionable mediante el motor
(30) y engranado con la rueda helicoidal (34).
7. Unidad (10, 32) de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque los medios
de acoplamiento (22, 24) funcionan sin autobloqueo.
8. Unidad (10, 32) de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque el motor
(30) puede ser abridado o estar abridado en la carcasa (14) o estar
alojado en el interior de la carcasa (14).
9. Unidad (10, 32) de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque está
prevista una unidad de regulación y/o control que controla el motor
(30) en función de la posición y/o de la variación temporal de la
posición del émbolo de trabajo (16) y/o de la respectiva presión y/o
de la variación temporal de la respectiva presión en los espacios
de presión (18, 20) del cilindro.
10. Unidad (10, 32) de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque está
prevista una unidad de regulación y/o control que al alcanzar una
carga límite del motor (30) controla la respectiva presión en los
espacios de presión (18, 18) del cilindro de tal manera que la carga
del motor se reduce y/o se favorece el movimiento del émbolo de
trabajo (16) realizado o pretendido con el motor (30).
11. Unidad (10, 32) de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque los medios
de acoplamiento presentan una elevada relación de transmisión.
12. Procedimiento para el servicio de una unidad
(10, 32) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11
caracterizado porque al cargar el cilindro (12) para
desplazar el émbolo de trabajo (16) el motor (30) gira por lo menos
en gran medida libre de carga o favorece el movimiento del émbolo de
trabajo (16) y porque al alcanzar o poco antes de alcanzar una
posición nominal del émbolo de trabajo (16) el motor (30) se activa
para frenar el movimiento del émbolo de trabajo (16).
13. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 12 caracterizado porque al alcanzar o poco
antes de alcanzar una posición nominal del émbolo de trabajo (16)
se reduce la presión en el respectivo espacio de presión (18, 20)
del cilindro y/o se establece una contrapresión.
14. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 12 ó 13 caracterizado porque el motor (30) se
controla en función de la posición y/o de la variación temporal de
la posición del émbolo de trabajo (16) y/o de la respectiva presión
y/o de la variación temporal de la respectiva presión en los
espacios de presión (18, 20) del cilindro.
15. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 12, 13 ó 14 caracterizado porque al alcanzar
una carga límite del motor se controla la respectiva presión en los
espacios de presión (18, 20) del cilindro de tal manera que se
reduce la carga del motor y/o se favorece el movimiento del émbolo
de trabajo (16) realizado o pretendido mediante el motor (30).
Applications Claiming Priority (2)
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