ES2301804T3 - Valvula no proporcional de regulacion de caudal para una bomba celular de paletas. - Google Patents
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Abstract
Válvula para una bomba (2), que comprende un muelle (3) cuya longitud (4) no varía proporcionalmente en función de la fuerza (5) actuante sobre dicho muelle (3), presentando el muelle (3) al menos una primera zona de longitud (6) con una primera constante elástica (7) y una segunda zona de longitud (8) con una segunda constante elástica (9), siendo la primera constante elástica (7) más pequeña que la segunda constante elástica (9), caracterizada porque la válvula (1) es una válvula de regulación de caudal (10) de una bomba celular de paletas (11) y el muelle (3) se aplica con su primera zona de longitud (6) a un tramo axial (13) - configurado como un mandril de guía (12) - de un pistón de control (14) dispuesto en un taladro de válvula (15) de la válvula de regulación de caudal (10) y la segunda zona de longitud (8) del muelle (3) está dispuesta dentro del taladro de válvula (15) en la dirección radial de un taladro de compensación de presión (16'') de una cámara de regulación (17), apantallando así el taladro de compensación de presión.
Description
Válvula no proporcional de regulación de caudal
para una bomba celular de paletas.
La invención concierne a una válvula para una
bomba con un muelle según el preámbulo de la reivindicación 1.
El documento DE 199 48 446 A1 describe un muelle
para una válvula de bomba, especialmente para una válvula de
aspiración de una bomba de un sistema de frenado regulado. El muelle
para activar los tiempos de apertura de la válvula de aspiración de
una bomba de pistón presenta una pequeña rigidez elástica en la zona
de trabajo dentro de la cual se abre la válvula, mientras que en la
zona de trabajo dentro de la cual el muelle comienza a cerrar la
válvula, se aprovecha una gran rigidez del muelle. Se hace así que
se pueda desarrollar un proceso de cierre rápido de la válvula.
El documento DE 19915555 revela una bomba
celular de paletas con una válvula de regulación de caudal.
Se conocen válvulas de regulación de caudal para
regular el flujo de fluido proveniente de una bomba celular de
paletas en función de la temperatura y de las propiedades físicas
del material fluido. En este caso, un pistón de control está
alojado de forma axialmente desplazable en un taladro de válvula
realizado preferiblemente en una carcasa de una bomba celular de
paletas. La válvula de regulación de caudal está formada a la manera
de una balanza de presión, estando solicitado el pistón de control
en un lado con una presión de funcionamiento de la bomba celular de
paletas y con una presión entregada a un consumidor, tal como, por
ejemplo, a un mecanismo de dirección. A este fin, en el taladro de
válvula desemboca un canal para conducir fluido que está sometido a
la presión de la bomba celular de paletas. El fluido llega a un
consumidor a través de una abertura de estrangulación prevista en
un tornillo de válvula situado dentro del taladro de válvula. La
abertura de estrangulación es variada en su sección transversal, en
función del recorrido, por una prolongación del pistón de control
que atraviesa dicha abertura.
El pistón de control está solicitado en su otro
lado alejado de la prolongación con un muelle cuya fuerza elástica
actúa sobre un mandril de guía del pistón de control y presiona este
pistón de control contra la abertura de estrangulación. El muelle
está posicionado dentro de una cámara de regulación que está
solicitada por un taladro de compensación de presión con un fluido
sometido a presión. El muelle posee una característica elástica
constante, lo que significa un compromiso entre una fuerza necesaria
para abrir la abertura de estrangulación y una fuerza elástica para
regular la sección transversal de estrangulación a altos caudales
volumétricos del fluido a través de la válvula de regulación de
caudal. Se presenta así, por ejemplo para una bomba auxiliar de
dirección concebida como bomba celular de paletas, una presión no
óptima, en general demasiado pequeña, en el canal de presión
existente entre cámaras celulares de paletas del lado de impulsión
de la bomba auxiliar de dirección y el consumidor. Además, las
espiras de muelle dispuestas a muy poca distancia una de otra
dificultan una entrada de fluido sin ningún estorbo en la cámara de
regulación a través del taladro de compensación de presión.
El grado de llenado de una bomba auxiliar de
dirección de esta clase no es óptimo a caudales volumétricos
elevados y la evolución de la curva característica de la bomba
auxiliar de dirección en este rango de caudal
volumétrico-número de revoluciones no es lineal.
Además, se incrementa la demanda de potencia a menores caudales
volumétricos.
La invención se basa en el problema de crear una
válvula concebida como válvula de regulación de caudal para una
bomba auxiliar de dirección mediante la cual se haga posible un
caudal volumétrico uniforme de un fluido a lo largo de un amplio
rango de caudales volumétricos.
El problema se resuelve con una válvula dotada
de las características de la reivindicación 1.
Como quiera que el muelle que solicita al
mandril de guía del pistón de control con una fuerza de presión
presenta una zona de longitud con una primera constante elástica y
una zona de longitud con una segunda constante elástica, siendo la
segunda constante elástica más grande que la primera constante
elástica, se hace que se aplique al pistón de control una fuerza de
apertura óptima - adaptada a la curva característica de la
respectiva bomba celular de paletas - para la estrangulación de la
válvula de regulación de caudal y que se aplique también a dicho
pistón, especialmente a altos caudales volumétricos y altos números
de revoluciones de la bomba celular de paletas, una fuerza elástica
tal que exista una alta presión de fluido en el lado de impulsión de
la bomba celular de paletas. Se produce así un alto grado de
llenado de la bomba celular de paletas.
Para hacer posible que el fluido proveniente del
taladro de compensación de presión entre libremente en la cámara de
regulación que contiene el muelle, sin que ninguna espira de este
muelle apantalle en medida considerable el taladro de compensación
de presión, se ha previsto disponer la segunda zona de longitud del
muelle en la dirección radial del taladro de compensación de
presión. Se hace de esta manera que un tramo del muelle que se
recalca en menor grado durante el funcionamiento de la válvula de
regulación de caudal y, por tanto, cuyas espiras elásticas no se
transforman en un bloque, venga a quedar situado en el taladro de
compensación de presión apantallando este taladro.
Puede ser conveniente colocar la primera zona de
longitud del muelle alrededor del mandril de guía del pistón de
control. De esta manera, un pistón de control provisto de una
pequeña longitud de guía, dispuesto con riesgo de vuelco en el
taladro de válvula, es bien guiado y centrado durante sus
movimientos de carrera por las espiras estrechamente aplicadas de
la zona blanda de la longitud del muelle. En estado abierto de la
estrangulación, un pistón de control montado de esta manera está
adicionalmente estabilizado por el propio muelle.
Puede ser conveniente que el muelle esté
provisto de una tercera zona de longitud que presente una constante
elástica diferente de la que muestran la primera y la segunda zonas
de longitud. La tercera zona de longitud del muelle puede unirse a
la primera zona de longitud. Puede ser conveniente que la tercera
zona de longitud del muelle esté provista de la misma constante
elástica que la de la primera zona de longitud.
De esta manera, se puede representar el muelle
en dirección axial con unas zonas de longitud primera y tercera
dispuestas simétricamente con respecto a la segunda zona de
longitud, con lo que este muelle puede ser incorporado durante el
montaje con independencia de su dirección.
En una forma de realización especialmente
preferida de la válvula el muelle presenta ocho espiras elásticas,
teniendo la primera zona de longitud 2,6 espiras elásticas, la
segunda zona de longitud 1,8 espiras elásticas y la tercera zona de
longitud 2,6 espiras elásticas. La válvula de regulación de caudal
está dimensionada aquí de modo que el muelle tenga aproximadamente
una longitud de 25,5 mm en una posición de aplicación del pistón de
control a la abertura de estrangulación de la válvula de regulación
de caudal. Por el contrario, en una posición formando bloque, en la
que el mandril de guía del pistón de control se aplica a una pared
de la carcasa, la longitud del muelle es todavía de aproximadamente
13,5 mm. La fuerza elástica máxima asciende a aproximadamente 68 N
y la fuerza elástica en la "posición de apertura" del pistón de
control es de aproximadamente 35 N.
La constante elástica de las zonas de longitud
primera y/o tercera del muelle asciende preferiblemente a alrededor
de 2,0 N/mm y la constante elástica de la segunda zona de longitud
del muelle asciende a aproximadamente 5,7 N/mm.
Se muestra a continuación un ejemplo de
realización de la invención con ayuda del dibujo. En el dibujo
representan:
La figura 1, una sección transversal a través de
una bomba celular de paletas con la válvula de regulación de caudal
según la invención,
La figura 2, una sección a través de la válvula
de regulación de caudal de la figura 1 en estado cerrado,
La figura 2a, una sección transversal a través
de la válvula de regulación de caudal de la figura 1 en estado
abierto, La figura 2b, una sección transversal a través de la
válvula de regulación de caudal de la figura 1 en la posición de
longitud de pandeo del pistón de control,
La figura 2c, una sección transversal a través
de la válvula de regulación de caudal de la figura 1 en la posición
de longitud de bloque,
La figura 3, una vista ampliada de un muelle
para la válvula de regulación de caudal y
La figura 4, la fuerza elástica de un muelle
para la válvula de regulación de caudal de la figura 1 registrada
en función de la longitud del muelle.
En la figura 1 se muestra una sección
transversal a través de una bomba 2 concebida como una bomba celular
de paletas 11 de doble carrera. Transversalmente al eje 22 del
árbol de la bomba celular de paletas 11 se extiende por
aproximadamente toda la anchura de una carcasa 23 de dicha bomba
celular de paletas 11 una válvula 1 concebida como una válvula de
regulación de caudal 10. A este fin, la carcasa 23 está provista de
un taladro de válvula 15 en el que está dispuesto en forma
axialmente desplazable un pistón de control 14 con una prolongación
24. El taladro de válvula 15 está cerrado en un lado por una pared
25 de la carcasa y en su extremo opuesto está provisto de un
tornillo de válvula 26 al que se puede conectar un consumidor, tal
como, por ejemplo, un mecanismo de dirección. En el taladro de
válvula 15 desemboca en una cámara de presión 27 dispuesta entre el
tornillo de válvula 26 y una superficie 28 de balanza de presión del
pistón de control 14 un canal de presión, no mostrado, a través del
cual entra en el taladro de válvula 15 el fluido 29 sometido a
presión generado por la bomba celular de paletas 11.
La carcasa 23 presenta un canal de
estrangulación 30 que establece una comunicación de fluido de la
cámara de presión 27 con una cámara de regulación 17 dispuesta en
el lado trasero 32 del pistón de control 14 a través de un taladro
de compensación de presión 16 (taladro de estrangulación) de la
cámara de presión 27 y un taladro de compensación de presión 16' de
la cámara de regulación 17. El pistón de control 14 es solicitado
por un muelle 3 configurado como un muelle helicoidal de compresión
33 contra un tramo axial 13 configurado como un mandril de guía 12.
El muelle 3 se apoya en la pared 25 de la carcasa y en el mandril de
guía 12 del pistón de control 14, haciendo la fuerza elástica 5 que
la superficie 28 de balanza de presión del pistón de control 14
cierre la abertura de estrangulación 21 del tornillo de válvula 26
en la posición de reposo de la válvula de regulación de caudal 10.
La presión aplicada en la cámara de regulación 17 entre el pistón de
control 14 y la pared 25 de la carcasa produce una fuerza que tiene
la misma dirección que la fuerza elástica 5 y que contrarresta la
presión reinante en la cámara de presión 27, con lo que, debido a
las condiciones geométricas existentes en la válvula de regulación
de caudal, se abre la abertura de estrangulación 21 a partir de una
presión determinada del fluido 29 que entra en el taladro de
válvula. Por tanto, el pistón de control forma una balanza de
presión.
Para abrir de la manera deseada la abertura de
estrangulación 21 que es atravesada por la prolongación 24 con una
secuencia específica de secciones transversales, pero para
mantenerla limitadamente abierta a altos caudales volumétricos a
través de la abertura de estrangulación con una evolución progresiva
de la fuerza del muelle y, por tanto, con una contrapresión no
linealmente ascendente sobre la superficie 28 de balanza de presión
y sobre la prolongación 24, se utiliza un muelle equipado de manera
conocida con al menos dos zonas de longitud 6, 8 dotadas de
constantes elásticas diferentes 7, 9. La segunda zona de longitud 8
del muelle 3, que en el ejemplo de realización mostrado en las
figuras 1 a 3 tiene el mismo diámetro exterior que la primera zona
de longitud, viene a aplicarse en dirección radial a un lugar
contiguo al taladro de compensación de presión 16' de la cámara de
regulación 17.
Debido a su pequeño número de espiras elásticas
20 - éste asciende a 1,8 en el ejemplo de realización en contraste
con 2,6 para la primera zona de longitud 6 -, la distancia de las
espiras en la segunda zona de longitud 8 es grande, con lo que el
taladro de compensación de presión 16' no es apantallado por el
muelle 3. Casi sin impedimento puede entrar y salir fluido de la
cámara de regulación 17, de modo que no se originan por ello
movimientos estocásticos del pistón de control.
En el ejemplo de realización mostrado se une a
la segunda zona de longitud 8 una tercera zona de longitud 18 del
muelle 3 con la misma constante elástica 7 que la primera zona de
longitud 6. El número de espiras elásticas 20 de la tercera zona de
longitud 18 asciende a 2,6. La distancia de las espiras es la misma
que en la primera zona de longitud (véase la figura 3). Al
producirse una carrera del pistón de control 14 se recalcan
primeramente las espiras de las zonas de longitud primera y tercera,
con lo que las espiras de la primera zona de longitud del muelle
estabilizan así al pistón de control 14 amenazado de vuelco y se
aplican estrechamente a su mandril de guía 12.
La segunda zona de longitud del muelle 3 varía
poco su posición axial con respecto al taladro de compensación de
presión 16'. Al proseguir la carrera del pistón de control 14 hasta
más allá de una posición de longitud de pandeo (véanse la figura 2b
y la figura 4) se recalca la segunda zona de longitud 8 del muelle
3. Resulta así un aumento desproporcionado de la fuerza elástica 5
sobre el pistón de control, con lo que se mantienen en un nivel
alto la presión de la cámara de presión 27 y, por tanto, también la
presión de la bomba celular de paletas. Por consiguiente, se mejora
el grado de llenado de la bomba celular de paletas a altos caudales
volumétricos y se mantiene lineal la curva característica de la
bomba celular de paletas mediante el empleo del muelle 3 según la
invención.
Como muestra la figura 2, la longitud 4 del
muelle 3 asciende a aproximadamente 25,5 mm en una posición del
pistón de control 14 en la que su superficie 28 de balanza de
presión se aplica a la abertura de estrangulación 21 del tornillo
de válvula 26 (posición de aplicación). La fuerza elástica 5
asciende en esta posición a aproximadamente 29 N (véase la figura
4).
En una "posición de apertura" del pistón de
control 14 mostrada en la figura 2a la longitud 4 del muelle 3 es
de aproximadamente 22,5 mm y la fuerza elástica 5 asciende a
aproximadamente 35 N.
En la "posición de longitud de pandeo" del
pistón de control mostrada en la figura 2b la longitud 4 del muelle
3 es de aproximadamente 17,5 mm y la fuerza elástica 5 asciende a
aproximadamente 45 N.
En la "posición de longitud de bloque"
mostrada en la figura 2c, en la que el mandril de guía 12 del pistón
de control 14 se aplica a la pared 25 de la carcasa, la longitud 4
del muelle 3 es de 13,5 mm y la fuerza elástica asciende a
aproximadamente 68 N.
Como se representa en la figura 3, el muelle
tiene un diámetro de alambre de 1,5 mm y un diámetro de espira de
aproximadamente 15 mm. El diámetro máximo D_{d} del mandril
asciende a 13 mm y el diámetro mínimo D_{h} del casquillo es de
aproximadamente 17 mm.
- 1
- Válvula
- 2
- Bomba
- 3
- Muelle
- 4
- Longitud
- 5
- Fuerza
- 6
- Primera zona de longitud
- 7
- Primera constante elástica
- 8
- Segunda zona de longitud
- 9
- Segunda constante elástica
- 10
- Válvula de regulación de caudal
- 11
- Bomba celular de paletas
- 12
- Mandril de guía
- 13
- Tramo axial de 14
- 14
- Pistón de control
- 15
- Taladro de válvula
- 16, 16'
- Taladro de compensación de presión
- 17
- Cámara de regulación
- 18
- Tercera zona de longitud
19
- 20
- Espira elástica
- 21
- Abertura de estrangulación
- 22
- Eje de árbol
- 23
- Carcasa
- 24
- Prolongación
- 25
- Pared de la carcasa
- 26
- Tornillo de válvula
- 27
- Cámara de presión
- 28
- Superficie de balanza de presión
- 29
- Fluido
- 30
- Canal de estrangulación
31
- 32
- Lado trasero de 14
- 33
- Muelle helicoidal de compresión
- D
- Diámetro de alambre
- D_{d}
- Diámetro máximo del mandril
- D_{h}
- Diámetro mínimo del casquillo.
Claims (13)
1. Válvula para una bomba (2), que comprende un
muelle (3) cuya longitud (4) no varía proporcionalmente en función
de la fuerza (5) actuante sobre dicho muelle (3), presentando el
muelle (3) al menos una primera zona de longitud (6) con una
primera constante elástica (7) y una segunda zona de longitud (8)
con una segunda constante elástica (9), siendo la primera constante
elástica (7) más pequeña que la segunda constante elástica (9),
caracterizada porque la válvula (1) es una válvula de
regulación de caudal (10) de una bomba celular de paletas (11) y el
muelle (3) se aplica con su primera zona de longitud (6) a un tramo
axial (13) - configurado como un mandril de guía (12) - de un
pistón de control (14) dispuesto en un taladro de válvula (15) de la
válvula de regulación de caudal (10) y la segunda zona de longitud
(8) del muelle (3) está dispuesta dentro del taladro de válvula
(15) en la dirección radial de un taladro de compensación de presión
(16') de una cámara de regulación (17), apantallando así el taladro
de compensación de presión.
2. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque la primera zona de longitud (6) del
muelle (3) está colocada alrededor del mandril de guía (12).
3. Válvula según una de las reivindicaciones 1 ó
2, caracterizada porque el muelle (3) presenta una tercera
zona de longitud (18) con una constante elástica distinta de la que
tiene la segunda zona de longitud (8).
4. Válvula según la reivindicación 3,
caracterizada porque la tercera zona de longitud (18) del
muelle (3) presenta la misma constante elástica (7) que la primera
zona de longitud (6) de dicho muelle (3).
5. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a
4, caracterizada porque el muelle (3) presenta siete espiras
elásticas (20).
6. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a
5, caracterizada porque el número de espiras elásticas (20)
de la primera zona de longitud (6) es de 2,6, el número de espiras
elásticas (20) de la segunda zona de longitud (8) es de 1,8 y el
número de espiras elásticas (20) de la tercera zona de longitud (18)
es de 2,6.
7. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a
6, caracterizada porque la longitud (4) del muelle (3) en la
posición de aplicación del pistón de control (14) a una abertura de
estrangulación (21) de la válvula de regulación de caudal (10)
asciende a aproximadamente 25,5 mm.
8. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a
7, caracterizada porque la longitud (4) del muelle (3) en la
posición de bloque del pistón de control (14) asciende a
aproximadamente 13,5 mm.
9. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a
8, caracterizada porque la fuerza elástica máxima del muelle
(3) asciende a aproximadamente 68 N.
10. Válvula según una de las reivindicaciones 1
a 9, caracterizada porque la fuerza elástica del muelle (3)
en la posición de apertura de la válvula de regulación de caudal
(10) asciende a aproximadamente 35 N.
11. Válvula según una de las reivindicaciones 1
a 10, caracterizada porque la primera constante elástica (7)
asciende a aproximadamente 2,0 N/mm.
12. Válvula según una de las reivindicaciones 1
a 11, caracterizada porque la segunda constante elástica (9)
asciende a aproximadamente 5,7 N/mm.
13. Válvula según una de las reivindicaciones 1
a 12, caracterizada porque el número de espiras elásticas
(20) de la primera zona de longitud (6) del muelle (3) es de 5,2 y
el número de espiras elásticas (20) de la segunda zona de longitud
(8) de dicho muelle (3) es de 1,8, y dicha primera zona de longitud
(6) abraza al mandril de guía (12).
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| DE19915555A1 (de) * | 1999-04-07 | 2000-10-12 | Zahnradfabrik Friedrichshafen | Verdrängerpumpe |
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2003
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