ES2334239T3 - Absorbedor de choques para herramientas moviles. - Google Patents
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Abstract
Un absorbedor de choques (1) para máquinas que tienen una herramienta móvil (2), absorbedor de choques (1) que comprende: a) una carcasa (3) con una primera cámara (4) llena de un líquido hidráulico presurizado y b) al menos un primer pistón (7) que se dispone de forma móvil dentro de la carcasa (3) y se dispone en un primer extremo (8) de la misma para poder recibir un golpe desde una herramienta móvil (2) y mediante su movimiento transmitir la energía cinética del golpe al líquido hidráulico en la primera cámara (4) y c) medios (4b, 22, 24, 38, 39, 41) para devolver el primer pistón (7) a su posición de partida, después del golpe, de manera que el primer pistón (7) es capaz de recibir un nuevo golpe, comprendiendo el medio para devolver el primer pistón (7) una cámara (4, 5) con un líquido hidráulico presurizado que actúa sobre un área superficial (24, 41) del primer pistón (7) en una dirección tal que el primer pistón (7) se presiona en una dirección hacia su posición de partida, caracterizado por que el primer pistón (7) está provisto de al menos un elemento de detención (14) dispuesto para encontrarse con un área superficial limitante en la carcasa (3), de manera que los movimientos del pistón (7) están limitados en una dirección opuesta a la dirección del golpe, de manera que el primer pistón (7) alcanza una posición final proximal, según se observa respecto a la herramienta móvil (2), cuando el elemento de detención (14) del primer pistón (7) se encuentra con dicha área superficial limitante (15), por que el absorbedor de choques comprende un segundo pistón (17) dispuesto para moverse en la carcasa (3) y donde el segundo pistón (17) se dispone en un primer extremo (18) del mismo para entrar en contacto directo con la herramienta móvil (2) y un segundo extremo (19) del mismo para orientar el primer extremo (8) del primer pistón (7), de manera que un golpe desde la herramienta móvil puede transmitirse al primer pistón (7) a través del segundo pistón (17) y por que, cuando el primer pistón (7) está en su primera posición final, que es proximal respecto a la herramienta móvil (2), por que el primer extremo (8) del primer pistón (7) y el segundo extremo (19) del segundo pistón (17) se extienden ambos hacia una cámara común (20) que se llena con un líquido hidráulico presurizado y en el que el absorbedor de choques se ha diseñado de manera que en una posición de partida para el absorbedor de choques, pueda existir un hueco (D) entre el primer extremo (8) del primer pistón (7) y el segundo extremo (19) del segundo pistón, de manera que el segundo pistón (17) debe moverse a una cierta distancia (D) antes de poder transmitir un golpe desde la herramienta móvil (2) al primer pistón (7).
Description
Absorbedor de choques para herramientas
móviles.
La presente invención se refiere a un absorbedor
de choques para una herramienta móvil, principalmente un absorbedor
de choques hidráulico y pretende usarse particularmente como un
absorbedor de choques en máquinas que trabajan en un ciclo que
tienen una herramienta móvil. El absorbedor de choques de acuerdo
con la invención pretende usarse principalmente en máquinas para
cortar y perforar metales y otros materiales en forma de cables,
barras, perfiles, tiras y similares.
Las máquinas que usan energía cinética para
diversas operaciones de trabajo tales como corte y perforación han
existido desde hace mucho tiempo y en muchas formas diferentes.
Muchas de ellas tienen en común que una masa móvil, tal como un
ariete, se acelera rectilíneamente para golpear una herramienta
móvil, tal como una herramienta de perforación o corte que coopera
con una herramienta fija para realizar la operación de trabajo
actual, tal como una operación de corte. La herramienta móvil tiene
una cierta velocidad restante y de esta manera una cierta energía
cinética restante después de la operación de trabajo, es decir, una
energía residual. Esta energía residual debe absorberse mediante un
absorbedor de choques. Dicho absorbedor de choques a menudo se
sitúa en el lado opuesto a la herramienta móvil, según se observa
desde el ariete. Se conocen diversos tipos de absorbedores de
choques a partir de, por ejemplo, la Patente de Estados Unidos Nº
4.339.975, la Patente de Estados Unidos Nº 4.311.086 y la Patente
de Estados Unidos Nº 5.673.601.
La Patente de Estados Unidos Nº 4319504 describe
un dispositivo de amortiguación para fuerzas que ocurren
abruptamente en una cizalla o máquina de prensado con cizalla. El
dispositivo de amortiguación descrito en esta patente presenta un
pistón de amortiguación hidráulico que coopera con una herramienta
móvil y un pistón de control unido de forma ajustable a una parte
estacionaria de la máquina. El pistón de amortiguación puede
deslizarse coaxialmente en el cilindro de amortiguación unido a la
parte estacionaria de la máquina en la que el pistón de control
sobresale también coaxialmente. El pistón de control coopera con un
cilindro de control construido en el pistón de amortiguación. Una
cámara de presión anular que rodea el pistón de control y su
vástago del pistón se construye entonces entre una base del cilindro
de amortiguación y la cara final opuesta del pistón de
amortiguación. La base contiene también una línea de conexión para
el suministro y descarga del medio presurizado hacia la cámara de
presión anular 29. El pistón de control se guía hacia el cilindro
de control mientras que puede ocurrir el paso del medio presurizado
entre ellos.
La Patente de Estados Unidos Nº 4233872 describe
un sistema para absorción de choques hidráulico en una prensa de
perforación o corte. El sistema descrito en esta patente comprende
un cilindro de amortiguación que está a una presión preestablecida
suministrada por una bomba, estando la cámara de presión del
cilindro conectada con una válvula de amortiguación. La válvula de
amortiguación tiene un elemento de amortiguación de tipo pistón que
incluye un miembro regulador, cuya construcción y diseño proporciona
un ajuste dependiente de presión de dicho miembro regulador en una
carcasa al producirse el movimiento axial del miembro regulador.
Cuando la operación de trabajo se termina y la
herramienta móvil se ha frenado de una manera que es adecuada para
el proceso y de una forma tan suave como sea posible para la
maquinaria, la herramienta móvil debe devolverse a su posición
inicial para poder realizar un nuevo golpe de trabajo. Cuando esto
tiene lugar, puede suministrarse nuevo material hacia delante para
la siguiente operación de trabajo.
Por consiguiente, tienen que manejarse dos
funciones en conexión con las máquinas con herramientas móviles. En
primer lugar, hay que ser capaz de frenar el movimiento de la
herramienta móvil después de la operación de trabajo (tal como una
operación de corte). En segundo lugar, hay que ser capaz de devolver
la herramienta móvil antes de la siguiente operación de trabajo. El
intercambio entre estas dos funciones puede maniobrarse activamente
desde el sistema de control de la máquina, o pasivamente, sin
interferencia desde unidades externas. La variante activa requiere
una sincronización precisa y un conocimiento del tamaño de la
energía residual para asegurar que toda la energía cinética se
absorbe realmente antes de un intercambio de la función. Un
absorbedor de choques pasivo maneja esto por sí mismo e intercambia
las funciones cuando la absorción de choque se ha completado y es
momento de devolver la herramienta.
Es deseable que un absorbedor de choques para
máquinas cinéticas absorba tanto como sea posible de la energía
residual suministrada y devuelva tan poco como sea posible. Los
diseños que usan elastómeros o aire tienen todos la característica
de que una gran parte de la energía residual se devuelve a la
herramienta móvil, con lo que la herramienta rebota contra el
absorbedor de choques en lugar de ralentizarse y detenerse. Diversos
absorbedores hidráulicos conocidos también tienen este
inconveniente, parcialmente debido a la compresibilidad del líquido
hidráulico, cuyo efecto se subestima fácilmente.
Una propiedad deseable de un absorbedor de
choques para máquinas de corte cinéticas es que el absorbedor de
choques ralentiza el movimiento de la herramienta tan poco como sea
posible durante el movimiento inicial de la herramienta, cuando
tiene lugar la operación de corte real. Es óptimo si la herramienta
no se ralentiza en absoluto, por ejemplo si la parte del absorbedor
de choques que se aplica contra la herramienta para ralentizar su
movimiento no está en absoluto en contacto con la herramienta cuando
el ariete golpea la herramienta, sino que se aplica sólo después de
una corta distancia de movimiento. Dicho dispositivo es muy difícil
de realizar sin tener que hacer al absorbedor de choques activo.
Esto se debe a que el retorno de la herramienta requiere algún
dispositivo que en realidad lleve la herramienta móvil a su posición
de retorno. Un absorbedor de choques sin una energía de retorno es
difícil de fabricar de una forma tan rápida y fiable como un
absorbedor de choques que utiliza una energía de retorno forzada.
Por consiguiente, la herramienta móvil a menudo se hace volver
mediante un dispositivo que presiona la herramienta móvil contra un
elemento de detención y, de esta manera, alinea las herramientas
fijas y móviles. Para que resulte el caso óptimo, este dispositivo
debe extraerse después de que el material se haya hecho pasar a
través de las herramientas pero antes de que el ariete golpee la
herramienta, un periodo de tiempo de aproximadamente 10 a 100
milisegundos, dependiendo del tamaño de la máquina. Esto es casi
imposible, aunque un fallo de funcionamiento de dicho dispositivo
puede dar como resultado una avería, alteraciones de las
operaciones o la producción de componentes defectuosos.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un absorbedor de choques mejorado para máquinas que
tienen una herramienta móvil que es capaz de ralentizar el
movimiento rápido, absorber la energía cinética y devolver la
herramienta móvil a su punto de partida. Adicionalmente, un objetivo
de la invención para el absorbedor de choques es ralentizar el
movimiento de la herramienta móvil tan poco como sea posible en el
comienzo de una operación de trabajo. Estos y otros objetivos
pueden realizarse mediante la presente invención que queda clara a
partir de la siguiente descripción.
La invención se refiere a un absorbedor de
choques hidráulico para máquinas que trabajan en un ciclo y que
tienen una herramienta móvil. El absorbedor de choques comprende una
carcasa con una primera cámara que está llena con un líquido
hidráulico, y al menos un primer pistón dispuesto de forma que puede
moverse en la carcasa. El pistón se dispone en un primer extremo
del mismo para recibir un golpe desde una herramienta móvil y
mediante su movimiento transmitir energía cinética del golpe al
líquido hidráulico en la primera cámara. El absorbedor de choques
comprende también medios para devolver el primer pistón a su
posición de partida, después del golpe, de manera que el pistón
puede recibir un nuevo golpe. Dichos medios para devolver el primer
pistón pueden comprender una cámara con un líquido hidráulico
presurizado que actúa sobre un área superficial del primer pistón
en una dirección tal que el pistón se presione en una dirección
hacia su posición de partida.
En una realización de la invención, el pistón se
dispone para tener sus extremos situados en diferentes cámaras,
eligiéndose las áreas de los extremos de los pistones y la presión
en las dos cámaras de manera que una fuerza compresiva desde el
líquido hidráulico actúa para devolver el pistón a su posición de
partida. Ambas cámaras pueden conectarse entonces a una fuente de
un líquido hidráulico presurizado, fuente que es común para las dos
cámaras. Un extremo distal del pistón, según se observa en la
dirección del golpe, tendrá entonces una mayor área superficial,
mientras que un extremo proximal del pistón, según se observa en la
dirección de golpe, tendrá una menor área superficial de manera que
la fuerza compresiva resultante del líquido hidráulico se esfuerza
para devolver el pistón a su posición de partida.
De acuerdo con otra realización, dicha primera
cámara puede dividirse en una subcámara que es distal en relación
con el primer extremo del pistón y una subcámara que es proximal en
relación con el primer extremo del pistón. Dichos medios para
devolver el primer pistón a su posición de partida después del golpe
pueden comprender entonces un casquillo en el primer pistón,
casquillo que tiene un área superficial distal y un área superficial
proximal, área superficial proximal que es menor que el área
superficial distal.
En una realización preferida, el absorbedor de
choques de acuerdo con la invención comprende una carcasa que tiene
una primera cámara llena con un líquido hidráulico presurizado, y
una segunda carcasa llena con un líquido hidráulico presurizado. La
segunda cámara se conecta con la primera cámara a través de una
primera válvula sin retorno que se dispone para abrirse cuando la
presión en la segunda cámara es mayor que la presión en la primera
cámara. El absorbedor de choques comprende adicionalmente al menos
un primer pistón que se dispone para poder moverse en la carcasa y
que se dispone en un primer extremo de la misma para poder recibir
un golpe desde una herramienta móvil. Un segundo extremo de dicho
primer pistón se sitúa en la segunda cámara, con lo que un golpe
desde una herramienta móvil puede hacer que dicho primer pistón se
mueva hacia adentro en la segunda cámara, aumentando de esta manera
la presión en la segunda cámara a un nivel al que la primera
válvula sin retorno se abre. Cuando la primera válvula sin retorno
se abre, el líquido hidráulico presurizado empezará a fluir desde
la segunda cámara a la primera cámara. La primera cámara tiene
adicionalmente (en las realizaciones preferidas) una salida
adaptada para permitir el flujo hacia dentro y el flujo hacia fuera
del líquido hidráulico hacia o desde, respectivamente, la primera
cámara. En las realizaciones preferidas, la primera válvula sin
retorno puede cargarse mediante uno o más elementos elásticos que
presionan la primera válvula sin retorno hacia una posición
cerrada.
En realizaciones ventajosas, la segunda cámara
está conectada, mediante una segunda válvula sin retorno, a una
fuente de un líquido hidráulico presurizado de manera que la segunda
válvula sin retorno se abre cuando la presión en la segunda cámara
disminuye a un nivel predeterminado. Las realizaciones sin embargo
son concebibles en las que la segunda válvula sin retorno y su
conexión con una fuente de líquido hidráulico presurizado no se
usa.
En las realizaciones preferidas, la carcasa está
provista de una tercera cámara y en este caso el primer pistón está
provisto de al menos un elemento de detención dispuesto para
encontrarse con un área superficial limitante de la tercera cámara.
De esta manera, el movimiento del pistón está limitado en una
dirección opuesta a la dirección del golpe, de manera que el primer
pistón alcanzará una posición final proximal, como se observa
respecto a la herramienta móvil, cuando el elemento de detención del
primer pistón se encuentra con dicha área superficial
limitante.
En las realizaciones preferidas, la tercera
cámara es una cámara llena de gas en la que la presión
preferiblemente es la misma que la presión atmosférica.
La invención está destinada principalmente a un
absorbedor de choques pasivo. En las realizaciones preferidas de la
invención, el absorbedor de choques comprende un segundo pistón - un
pistón absorbedor de choques - que preferiblemente se apoye
continuamente contra la herramienta móvil. El segundo pistón se
dispone para moverse dentro de la carcasa y se dispone en un primer
extremo de la misma para entrar en contacto directo con la
herramienta móvil, y en un segundo extremo de la misma para orientar
el primer extremo del primer pistón, de manera que un golpe de la
herramienta móvil puede transmitirse al primer pistón mediante el
segundo pistón. Preferiblemente, el segundo pistón o el pistón de
absorción de choques tiene un peso y diámetro mínimos (debería
observarse sin embargo que el peso y el diámetro está influido por
diversos factores, tales como una resistencia requerida).
Adecuadamente, puede chocar contra la herramienta móvil mediante una
fuerza bastante moderada, suficiente sólo para asegurar que la
herramienta vuelve en un periodo de tiempo suficientemente corto.
Cómo de largo es este periodo de tiempo y cuánto tiempo pasa
mientras la herramienta bloquea el suministro hacia delante de
material nuevo, puede depender de diversos factores tales como la
velocidad de producción máxima deseada.
La carcasa está provista adecuadamente de una
cuarta cámara en la que el primer extremo del primer pistón se
extiende cuando el primer pistón alcanza su posición final, que es
proximal en relación con la herramienta móvil. En una realización
preferida, la cuarta cámara se llena con un líquido hidráulico
presurizado. Puede existir un hueco entre el primer extremo del
primer pistón y el segundo extremo del segundo pistón, cuando el
absorbedor de choques está en una posición de partida. Después, el
segundo pistón debe moverse una cierta distancia antes de que pueda
transmitir un golpe desde la herramienta móvil al primer pistón.
El segundo extremo del segundo pistón y el
primer extremo del primer pistón preferiblemente tienen áreas
superficiales planas que son paralelas entre sí. En este caso, las
áreas superficiales finales son preferiblemente del mismo
tamaño.
La cuarta cámara puede conectarse mediante una
tercera válvula sin retorno a una fuente de un líquido hidráulico
presurizado de manera que la tercera válvula sin retorno se abre
cuando la presión en la cuarta cámara disminuye a un nivel
predeterminado. En este caso, la segunda cámara y la cuarta cámara
se conectan adecuadamente a la misma fuente de líquido hidráulico
presurizado.
En una realización ventajosa particular de la
invención la salida de la primera cámara está conectada a un
acumulador para líquido hidráulico: el acumulador puede usarse entre
otras cosas para contribuir a dirigir la herramienta móvil.
Adecuadamente, la cuarta cámara tiene una salida
dispuesta para permitir el flujo de entrada y el flujo de salida de
líquido hidráulico, hacia y desde, respectivamente, la cuarta
cámara. En realizaciones ventajosas de la invención, la salida de
la cuarta cámara está conectada también a un acumulador para líquido
hidráulico.
En su segundo extremo, el primer pistón tiene un
área superficial final que en las realizaciones ventajosas es mayor
que el área superficial del primer extremo.
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 1 es una representación esquemática de
una máquina de corte cinética que usa un absorbedor de choques que
puede ser un absorbedor de choques de acuerdo con la presente
invención.
La Figura 2 muestra la misma máquina de corte
que la Figura 1 pero aquí inmediatamente después de que la máquina
haya realizado una operación de golpeo.
La Figura 3 muestra, en sección transversal de
acuerdo con A-A en la Figura 1, el absorbedor de
choques de acuerdo con la invención en una primera posición antes
de que la herramienta móvil haya realizado su carrera. Aquí, el
absorbedor de choques está en una posición de reposo.
La Figura 4 es un aumento de algunos detalles de
la Figura 3.
La Figura 5 muestra una vista que corresponde a
la Figura 3 pero en la que la herramienta móvil ha realizado una
carrera y el absorbedor de choques de acuerdo con la invención ha
empezado a recibir el golpe desde la herramienta móvil.
La Figura 6 muestra una vista que corresponde a
la Figura 3 y a la Figura 5, en la que el primer pistón ha empezado
a presionar hacia la segunda cámara mediante el golpe de la
herramienta móvil.
La Figura 7 muestra una vista que corresponde a
la Figura 6, en la que la primera válvula sin retorno se ha abierto
y el líquido hidráulico fluye desde la segunda cámara y hacia la
primera cámara.
La Figura 8 muestra una posición en la que la
primera válvula sin retorno está empezando a cerrarse.
La Figura 9 muestra una posición en la que la
primera válvula sin retorno ha regresado a una posición cerrada,
pero en la que el primer pistón no ha vuelto aún a su posición de
partida.
La Figura 10 muestra una posición en la que los
pistones están a punto de volver.
La Figura 11 muestra una posición en la que la
herramienta móvil está a punto de alinearse en la posición
apropiada.
La Figura 12 muestra el absorbedor de choques y
la herramienta móvil una vez que están de nuevo en la posición de
partida para una nueva operación de golpeo.
La Figura 13 muestra en perspectiva un diseño
concebible de la primera válvula sin retorno.
La Figura 14 muestra una realización de la
invención en la que es posible variar la distancia que el segundo
pistón se mueve antes de entrar en contacto con el primer
pistón.
La Figura 15 muestra una parte de la realización
mostrada en la Figura 14, en mayor detalle.
La Figura 16 muestra otra realización más de la
invención, en la que a la primera cámara del absorbedor de choques
se le ha dado un diseño diferente.
La Figura 17 es un aumento de una parte de la
Figura 16.
A continuación, la invención se explicará con
referencia a un caso en el que la invención se usa en relación con
una máquina de corte cinética para cables y barras. Debería
entenderse, sin embargo, que el absorbedor de choques de acuerdo
con la invención puede usarse también para otras máquinas que
trabajan en un ciclo y que tienen una herramienta móvil. La Figura
1 muestra una pieza de trabajo W en forma de un cable o barra W que
se ha suministrado hacia delante hacia una máquina con una
herramienta fija F y una herramienta móvil 2. La herramienta móvil
2 tiene un orificio de paso 31 para el cable o la barra W, y también
hay un orificio de paso correspondiente en la herramienta fija F.
Después, la pieza de trabajo W puede llevarse a pasar a través de
la herramienta fija F y hacia la herramienta móvil 2. En relación
con la herramienta móvil 2, hay un pistón P que es capaz de
realizar una operación de golpeo contra la herramienta móvil 2. La
Figura 2 muestra cómo el pistón P ha realizado un golpe contra la
herramienta móvil 2, de manera que la herramienta móvil 2 ya no
está más en su posición original. La herramienta fija F, sin
embargo, está aún en su posición original. Los orificios de paso en
la herramienta fija F y la herramienta móvil 2 no se alinearán
entonces más. La parte de la pieza de trabajo W que está dentro de
la herramienta móvil 2 se ha desplazado del resto de la pieza de
trabajo W. Como se muestra en la Figura 2, la herramienta móvil 2
golpeará al absorbedor de choques 1. El absorbedor de choques 1
debería ser capaz entonces de frenar el movimiento de la herramienta
móvil 2 y, más preferiblemente, también debería ser capaz de
devolver la herramienta móvil 2 a su posición de partida. Tan
pronto como la herramienta móvil 2 se haya devuelto a su posición de
partida, de manera que los orificios de paso de las herramientas
estén alineados, la pieza de trabajo W puede suministrarse hacia
delante. A menos que ya se haya retirado, la parte cortada
previamente de la pieza de trabajo, que queda en la herramienta
móvil, se empujará cuando la pieza de trabajo W se suministra hacia
delante.
Una realización ventajosa de la invención se
describirá ahora con mayor detalle con referencia a las Figuras 3 y
4. La Figura 3 muestra un absorbedor de choques hidráulico 1 para
máquinas que trabajan en un ciclo. La Figura 3 muestra, en el
extremo inferior de la misma, una herramienta móvil 2, cuyo
movimiento pretende frenar el absorbedor de choques de acuerdo con
la invención. El absorbedor de choques 1 comprende una carcasa 3 que
tiene una primera cámara 4. La primera cámara 4 está llena de un
líquido hidráulico presurizado. La carcasa 3 también tiene una
segunda cámara 5, que también está llena de un líquido hidráulico
presurizado. La segunda cámara 5 está conectada con la primera
cámara 4 a través de una primera válvula sin retorno 6 que se
dispone para abrirse cuando la presión en la segunda cámara 5 es
mayor que la presión en la primera cámara 4. Los dibujos muestran
cómo uno o más conductos/canales 35 conectan la primera cámara 4 con
la segunda cámara 5 y cómo la primera válvula sin retorno 6 se
sitúa en conexión con una salida para el canal o canales 35, salida
que conduce hacia la primera cámara 4 cuando la primera válvula sin
retorno 6 está abierta. El absorbedor de choques comprende
adicionalmente al menos un primer pistón 7 que se dispone para
moverse hacia la carcasa 3. El primer pistón 7 se dispone en un
primer extremo 8 del mismo para poder recibir un golpe desde una
herramienta móvil 2. Un segundo extremo 9 del primer pistón 7 está
situado en la segunda cámara 5. Un golpe desde una herramienta
móvil 2 hará entonces que dicho primer pistón 7 se mueva hacia
dentro hacia la segunda cámara 5. De esta manera, la presión en la
segunda cámara 5 se elevará a un nivel al que la primera válvula sin
retorno 6 se abre, y el líquido hidráulico presurizado empieza a
fluir desde la segunda cámara 5 hacia la primera cámara 4. La
primera cámara 4 tiene adicionalmente una salida 10 dispuesta para
permitir el flujo de entrada y de salida de líquido hidráulico
hacia y desde respectivamente la primera cámara 4. En realizaciones
ventajosas de la invención, la segunda cámara 5 está conectada,
mediante una segunda válvula sin retorno 11 a una fuente 12 de
líquido hidráulico presurizado de manera que la segunda válvula sin
retorno 11 se abre cuando la presión en la segunda cámara 5
disminuye a un nivel predeterminado.
En las realizaciones preferidas, la carcasa 3
está provista de una tercera cámara 13. Después, el primer pistón 7
puede estar provisto de al menos un elemento de detención 14
dispuesto para encontrarse con un área superficial limitante 15 de
la tercera cámara 13. Después, el movimiento 7 del pistón puede
limitarse en una dirección opuesta a la dirección del golpe. El
primer pistón 7, por consiguiente, alcanzará una posición final que
es proximal en relación a la herramienta móvil 2 cuando el elemento
de detección 14 del primer pistón 7 se encuentra con dicha área
superficial limitante 15. En una realización preferida, dicho
elemento de detención 14 puede ser un área superficial menor 14 en
una parte superior del primer pistón 7, parte superior del pistón
que tiene un diámetro mayor. En la práctica, puede ser adecuado
usar pistones que tienen una forma cilíndrica circular, incluso
aunque otras formas también son concebibles. Después, el elemento de
detención 14 puede conseguirse mediante el pistón 7 que tiene un
diámetro de transición desde un diámetro más pequeño hasta un
diámetro más grande. Debería observarse, sin embargo, que el
elemento de detención podría formarse de cualquier otra manera. El
área superficial limitante 15 de la tercera cámara 13 se muestra
aquí como el área superficial superior de un anillo 30 que está
situado sobre la parte inferior de la tercera cámara 13. El anillo
30 puede hacerse de un elastómero tal como goma. Esto dará como
resultado una frenada más suave del primer pistón 7 durante el
retorno.
En las realizaciones preferidas de la invención,
la tercera cámara 13 es una cámara llena de gas 13 en la que la
presión preferiblemente es la misma que la presión atmosférica.
El absorbedor de choques 1 podría comprender
ventajosamente un segundo pistón 17 dispuesto en la carcasa 3. El
segundo pistón 17 se dispone entonces en un primer extremo 18 del
mismo para entrar en contacto directo con la herramienta móvil 2 y
en un segundo extremo 19 del mismo para enfrentarse al primer
extremo 8 del primer pistón 7. De esta manera, un golpe de la
herramienta móvil 2 puede transmitirse al primer pistón 7 a través
del segundo pistón 17. Ventajosamente, el segundo pistón 17 podría
tener un reborde que evite que el pistón 17 se empuje fuera del
absorbedor de choques 1 si el absorbedor de choques se presuriza por
error sin que el pistón 17 golpee contra una herramienta 2.
La carcasa 3 puede tener adicionalmente una
cuarta cámara 20 en la que se extiende el primer extremo 8 del
primer pistón 7 cuando el primer pistón 7 alcanza su posición final,
que es proximal en relación con la herramienta móvil 2. Después, la
cuarta cámara 20 se llena con un líquido hidráulico presurizado.
Como se observa mejor en la Figura 4, se dispone un hueco D entre
el primer extremo 8 del primer pistón 7 y el segundo extremo 19 del
segundo pistón 17, en una posición de partida para el absorbedor de
choques 1. Después, el segundo pistón 17 debe moverse a una cierta
distancia D antes de que pueda transmitir un golpe desde la
herramienta móvil 2 al primer pistón 7. El segundo extremo 19 del
segundo pistón 17 y el primer extremo 8 del primer pistón
preferiblemente tienen áreas superficiales planas 22, 23 que son
paralelas entre sí. Las áreas superficiales finales 22, 23 son
preferiblemente del mismo tamaño. La Figura 3, por ejemplo, muestra
cómo la cuarta cámara 20 puede conectarse a una fuente 12 de
líquido hidráulico presurizado. La conexión puede comprender una
tercera válvula sin retorno 25 y puede diseñarse de manera que la
tercera válvula sin retorno 25 se abra cuando la presión en la
cuarta cámara 20 disminuye a un nivel predeterminado. En las
realizaciones preferidas, la segunda cámara 5 y la cuarta cámara 20
se conectan adecuadamente a la misma fuente 12 de líquido hidráulico
presurizado. En los dibujos, se muestra que el área superficial
superior 23 del segundo pistón 17 es del mismo tamaño que el área
superficial inferior 22 del primer pistón 7. Sin embargo, es
concebible que el área superficial inferior 22 del primer pistón 7
sea de igual tamaño que el área de la sección transversal del
vástago del pistón del segundo pistón 17. En este caso, se consigue
la ventaja de que no se transporta aceite hacia dentro o hacia
fuera de la cuarta cámara 20 cuando los dos pistones 7, 17 se mueven
simultáneamente.
En una realización ventajosa particular, la
salida 10 de la primera cámara 7 está conectada a un acumulador 26
para líquido hidráulico. Un acumulador que es adecuado para este
propósito lo comercializa, entre otros HYDAC INTERNATIONAL GmbH que
tiene la dirección Postfach 1251 Sulzbach/Saar, Alemania. HYDAC
comercializa un tipo de acumulador que se denomina acumulador de
recinto cerrado (del alemán: "High-Flow
Blasenspeicher"). Un tipo adecuado particular de acumulador
es el tipo de acumulador de HYDAC denominado "Acumulador de
recinto cerrado de alto flujo" (del alemán:
"High-Flow Blasenspeicher"). En Suecia,
dichos acumuladores pueden adquirirse en HYDAC Fluidteknik AB que
tiene la dirección Karlsbodavägen 39, Mariehäll, Box 20112,
S-16102 BROMMA. Debería entenderse, sin embargo,
que HYDAC sólo es un suministrador de los muchos existentes y que
los acumuladores de recinto cerrado adecuados pueden obtenerse
también a partir de otros suministrados. El acumulador 26 que se
dispone para recibir el líquido hidráulico de la primera cámara 4
puede usarse para dirigir el pistón P que se usa para dar un golpe
con la herramienta móvil 2.
En las realizaciones que tienen una cuarta
cámara, la cuarta cámara 20 también puede tener una salida 27 que
se dispone para permitir el flujo de entrada y el flujo de salida
del líquido hidráulico hacia o desde, respectivamente la cuarta
cámara 20. La salida 27 de la cuarta cámara 20 puede conectarse
entonces a un acumulador 28 para líquido hidráulico. Este
acumulador también puede ser, por ejemplo, un acumulador de recinto
cerrado de alto flujo de HYDAC.
En las realizaciones preferidas de la invención,
la primera válvula sin retorno 6 puede cargarse mediante al menos
un elemento elástico 29 que presiona la primera válvula sin retorno
6 hacia una posición cerrada. Dicho al menos un elemento elástico
29 puede ser, por ejemplo un número de resortes anulares 29.
En las realizaciones preferidas de la invención,
el primer pistón 7 tiene un área superficial final 24 en su segundo
extremo 9, área superficial final 24 que es mayor que el área
superficial final 22 del primer extremo 8.
La función del absorbedor de choques de acuerdo
con la invención se explicará ahora con referencia a las Figuras 3
y 4 y las Figuras 5-12. La Figura 3 muestra el
absorbedor de choques 1 y la herramienta móvil 2 en el punto
temporal t_{0}, en una posición de partida antes de una operación
de golpeo. El segundo pistón 17 se apoya directamente sobre la
herramienta móvil 2 y la herramienta móvil 2 está a una distancia
L_{0} desde un una parte inferior de la carcasa 3. Como queda
claro a partir de la Figura 4, el extremo inferior del primer pistón
7 está a una distancia D desde el extremo superior del segundo
pistón 17. La presión en la primera cámara 4 es preferiblemente
alta, adecuadamente una presión de la magnitud de
10-30 MPa (100-300 bar). En una
realización contemplada por el inventor, la presión en la primera
cámara puede ser de 20 MPa o aproximadamente 20 MPa. En la segunda
cámara 5 hay preferiblemente una menor presión que en la primera
cámara 4. La presión en la segunda cámara 5 es adecuadamente
0,1-10 MPa y preferiblemente 1-5
MPa. Por consiguiente, la válvula sin retorno 6 se mantiene cerrada
y no puede moverse ningún líquido hidráulico desde la segunda cámara
5 a la primera cámara 4. Adicionalmente, un número de resortes
anulares fuertes 29 están actuando sobre la primera válvula sin
retorno 6, para evitar adicionalmente que la válvula sin retorno 6
se abra. Se observa que la válvula sin retorno 6 evita también que
el líquido hidráulico (adecuadamente un aceite hidráulico) vaya de
la primera cámara 4 a la segunda cámara 5. También la cuarta cámara
20 se llena con un líquido hidráulico presurizado, en la práctica
normalmente un líquido hidráulico. La cuarta cámara 20 está
conectada adecuadamente a la misma fuente de presión que la segunda
cámara 5 y, en consecuencia, tiene una presión de la magnitud de
1-5 MPa. Conectando la cuarta cámara a la misma
fuente de líquido hidráulico presurizado que la segunda cámara, se
obtiene la ventaja de que el número de fuentes de presión puede
minimizarse. Un goteo de aceite constante a través del regulador
33, al tanque, asegura que el líquido en la cuarta cámara 20 no se
calentará o que el aire o las partículas no se acumularán en la
cuarta cámara 20. La Figura 5 muestra la situación en el punto
temporal t_{1}, inmediatamente después de que la herramienta móvil
2 haya recibido un golpe desde abajo y haya empezado a moverse
hacia arriba hacia el absorbedor de choques 1. Como consecuencia del
golpe, el segundo pistón 17 se ha movido hacia arriba y se ha
encontrado con el área superficial final inferior 22 del primer
pistón 7. Entonces, el segundo pistón tiene que moverse contra una
cierta resistencia, ya que la cuarta cámara 20 está presurizada.
Una cierta cantidad de líquido hidráulico/aceite presionará entonces
hacia fuera de la cuarta cámara 20 a través de su salida 27. El
aceite que presiona hacia fuera puede conducirse a un acumulador 28
o hacerse pasar a través de un regulador a un tanque de aceite 32.
La resistencia encontrada por el segundo pistón 17, sin embargo, es
muy pequeña y el pistón puede moverse casi sin impedimentos. Por
consiguiente, la herramienta móvil 2 no se ve muy afectada en su
movimiento. La Figura 5 muestra la distancia L_{1}, entre la
herramienta móvil 2 y la parte inferior de la carcasa 3. Se observa
que la distancia L_{1} en la Figura 5 es algo menor que la
distancia L_{0} en la Figura 3. Debería entenderse que, en la
práctica, el segundo pistón 17 puede moverse muy rápido, hasta
aproximadamente 15 metros por segundo. Esta presurización rápida
conducirá a una compresión del aceite antes de que tenga tiempo de
presionarse hacia fuera de la cuarta cámara 20, lo que a su vez
significa que la presión sube. Por consiguiente, la salida 27 debe
tener un área de sección transversal suficientemente grande para
poder recibir el flujo de aceite que resulta cuando el segundo
pistón se presiona hacia dentro en la cuarta cámara. Si ese no es
el caso, la presión subirá rápido y será demasiado alta, lo que
puede dar como resultado una frenada prematura demasiado grande del
movimiento de la herramienta 2.
La Figura 6 muestra la situación en un punto
temporal algo posterior t_{2} del proceso de absorción de choques.
El segundo pistón 17 ha empezado a forzar al primer pistón 7 para
moverse hacia arriba a través de la segunda cámara 5. Como
resultado, la presión subirá en la segunda cámara 5. La presión en
la segunda cámara 5, sin embargo, no es suficientemente alta para
que la primera válvula sin retorno 6 se abra. También, la
herramienta móvil 2 continúa su movimiento y la distancia es ahora
L_{2} entre la herramienta móvil 2 y la parte inferior de la
carcasa 3. La distancia L_{2} es menor que la distancia L_{1} en
la Figura 5. Como el primer pistón 7 ha empezado a moverse hacia
arriba, la parte superior del pistón 7 no se apoyará más contra el
área superficial limitante inferior 15 para la tercera cámara. Como
la tercera cámara está llena con gas (adecuadamente aire) a presión
atmosférica, en lugar de llenarla con líquido hidráulico, se evita
el riesgo de cavitación.
La Figura 7 muestra la situación en un punto
temporal t_{3} después de la situación en la Figura 6, es decir,
t_{3} es un punto posterior en el tiempo a t_{2}. En el punto
temporal mostrado en la Figura 7, el segundo pistón 7 se ha movido
un poco más hacia la segunda cámara 5. La distancia entre la
herramienta móvil 2 y la parte inferior de la carcasa 3 se ha hecho
más pequeña y se muestra como L_{3}, donde L_{3} es menor que
la distancia L_{2} en la Figura 6. En la práctica, esto significa
que el aceite hidráulico en la segunda cámara 5 se ha expuesto a
una compresión del orden del 1-3%. Esto da como
resultado un aumento considerable de la presión en la segunda
cámara 5, con lo que la presión aumenta desde un nivel de partida de
1-5 MPa a un nivel que supera la presión en la
primera cámara 4. En la práctica, esto puede significar que la
presión en la segunda cámara 5 sube todo su recorrido hasta 50 MPa.
Después, los resortes anulares 29 y la presión en la primera cámara
4 no pueden mantener más la primera válvula sin retorno 6 en una
posición cerrada, con lo que la primera válvula sin retorno 6 se
abre y el líquido hidráulico empieza a fluir desde la segunda cámara
5 a la primera cámara 4. Como queda más claro a partir de la Figura
13, la primera válvula sin retorno 6 puede comprender un cuerpo
circular con forma de disco que tiene una gran abertura central y
una pluralidad de canales 34, canales 34 a través de los cuales
puede fluir el líquido hacia fuera. El líquido hidráulico puede
fluir también hacia fuera hacia la primera cámara 4 por debajo del
cuerpo con forma de disco que está indicado mediante las flechas en
la Figura 7. Cuando el líquido hidráulico a alta presión se fuerza
hacia la primera cámara 4, la presión en la primera cámara 4
aumentará. Después, el líquido hidráulico empezará a forzarse fuera
de la primera cámara 4 a través de la salida 10. En principio, la
salida 10 puede cerrarse mediante una válvula que se dispone de una
forma bastante sencilla para permitir que el líquido hidráulico
salga cuando la presión supera un cierto nivel predeterminado.
Dicha válvula puede ser una válvula sin retorno. De acuerdo con una
realización preferida de la invención, la salida 10 está conectada a
un acumulador 26. El acumulador 26 es preferiblemente un acumulador
de recinto cerrado, tal como un acumulador de recinto cerrado que
puede obtenerse en HYDAC GmbH. El acumulador 26 recibirá el líquido
hidráulico a una alta presión, desde la primera cámara 4 y, de esta
manera, almacenará energía que podrá usarse, por ejemplo, para
activar la herramienta móvil 2. En la práctica, esta
"recuperación" significa que no es necesario que la capacidad
de la fuente de presión sea tan grande como lo que sería necesario
en otros casos.
La Figura 8 muestra la situación en un punto
temporal aún posterior, el punto temporal t_{4}, que es posterior
a t_{3}. El movimiento de la herramienta móvil 2 se ha detenido
ahora y el líquido hidráulico en la segunda cámara 5 no se
comprimirá adicionalmente. La presión empezará entonces a disminuir.
La primera válvula sin retorno 6 empieza a cerrarse bajo la
influencia de los resortes anulares 29. La Figura 9 muestra la
situación en el punto temporal t_{5} inmediatamente después de
que la primera válvula sin retorno 6 se haya cerrado (t_{5} es
posterior a t_{4}). Ahora, la presión en la primera cámara 4 ha
disminuido al mismo nivel que antes de que la primera válvula sin
retorno 6 se abriera. En la segunda cámara 5, sin embargo, hay una
alta presión que está por encima del nivel de presión inicial en la
segunda cámara 5. La presión en la segunda cámara 5 actúa sobre el
área superficial final superior 24 del primer pistón. El primer
pistón 7 se apoya contra el segundo pistón 17 que, a su vez, se
apoya contra la herramienta móvil 2. En consecuencia, la presión en
la segunda cámara 5 actuará para devolver la herramienta móvil 2 a
su posición inicial.
La Figura 10 muestra la situación en un punto
temporal aún posterior, el punto temporal t_{6}, que es posterior
al punto temporal t_{5}. Como queda claro a partir de la Figura
10, los dos pistones 7, 17 se han presionado de vuelta y, de esta
manera, también la herramienta móvil 2. La distancia entre la
herramienta móvil 2 y la parte inferior de la carcasa 3 ha
aumentado a L_{2}. Como consecuencia de esto, el primer pistón 7
se ha empujado parcialmente fuera de la segunda cámara 5,
disminuyendo la presión en la segunda cámara 5. Finalmente, la
presión disminuirá al nivel de presión original en la segunda cámara
5. El nivel de presión original, sin embargo, se mantendrá abriendo
la segunda válvula sin retorno 11, si la presión en la segunda
cámara 5 cayera por debajo del nivel de presión original. La
segunda cámara 5 está conectada, a través de la segunda válvula sin
retorno 11, a una fuente de líquido hidráulico presurizado,
adecuadamente aceite hidráulico. De esta manera, la presión en la
segunda cámara 5 continuará forzando los pistones 7, 17 y la
herramienta móvil 2 a volver.
La Figura 11 muestra la situación en un punto
temporal aún posterior. El punto temporal t_{7}, que es posterior
al punto temporal t_{6}. El movimiento del primer pistón 7 se ha
detenido ahora, habiéndose encontrado con el área superficial
limitante 30. El segundo pistón 17 y la herramienta móvil 2, sin
embargo, continuarán moviéndose, parcialmente debido a la inercia.
De esta manera, el segundo pistón 17 perderá contacto con el primer
pistón 7. El líquido hidráulico presurizado en la cuarta cámara 20
puede actuar entonces sobre el área superficial limitante superior
23 del segundo pistón, con lo que presiona el pistón 17 y la
herramienta 2 hacia abajo. El pistón 7 no presionará hacia arriba,
ya que el área superficial superior 24 del pistón 7 es mayor que el
área superficial inferior 22 del pistón 7 mientras que la presión es
la misma en las cámaras 5, 20. Se observa, por supuesto, que la
relación entre las áreas superficiales 22, 24 no es decisiva como
lo es la relación entre el accionamiento hacia arriba y la fuerza de
accionamiento hacia abajo. Lo que es decisivo es el producto de la
presión y el área superficial. Si la presión por ejemplo era mayor
en la segunda cámara 2 que en la cuarta cámara 20, las áreas
superficiales 22, 24 podrían ser iguales y la función aún sería la
misma. Junto con esto, el volumen en la cuarta cámara 20 aumenta
algo y, de esta manera, la presión disminuiría si no se
suministrara nuevo líquido hidráulico presurizado. Se añade aceite
principalmente desde el acumulador 26 y sólo es necesario sustituir
el aceite que fluye fuera a través del regulador 33 mediante la
válvula sin retorno 25. Mediante la tercera válvula sin retorno 25,
la cuarta cámara 20 está conectada con una fuente 12 del líquido
hidráulico presurizado, adecuadamente la misma fuente de líquido
hidráulico presurizado que está conectada a la segunda cámara 5. La
Figura 11 muestra cómo la tercera válvula sin retorno 25 se abre en
el mismo punto temporal t_{8} que es posterior a t_{7}. La
segunda válvula sin retorno 11 sin embargo está cerrada.
Finalmente, la Figura 12 muestra cómo el absorbedor de choques ha
vuelto completamente a su posición de partida t_{9}, que es
posterior al punto temporal t_{8}. También, la tercera válvula sin
retorno 25 está cerrada ahora (debería entenderse, sin embargo, que
el cierre de la tercera válvula sin retorno 25 en este caso
normalmente no es completo, ya que el flujo constante desde el
regulador 13 debe ser capaz de entrar). La herramienta 2 puede
hacer ahora su siguiente operación de golpeo. Debe entenderse que el
transcurso de acontecimientos mencionado anteriormente es muy
rápido, con lo que en la práctica la operación de golpeo, la
absorción del choque y el retorno de la herramienta puede tardar tan
poco como 2-10 milisegundos. Dependiendo del tamaño
de la máquina, entre otras cosas, el tiempo para la operación de
golpeo, la absorción del choque y el retorno, sin embargo, puede
ser mayor. En algunos casos reales, el tiempo total de la operación
de golpeo, la absorción del choque y el retorno puede ser entre
100-500 milisegundos.
Durante todo el tiempo que el primer pistón 7 se
fuerza hacia dentro hacia la segunda cámara 5, la fuerza que actúa
sobre su área superficial final superior 24 ralentizará el
movimiento de la herramienta móvil. La fuerza es la presión por el
área del área superficial final superior 24 del primer pistón 7.
La energía consumida es la fuerza por la
distancia que se mueve la herramienta (F en Newton y S en
metros):
-
101
Adicionalmente, W = P*V, donde P = presión y V =
volumen desplazado.
Para una P variable:
Antes de que la válvula sin retorno 6 haya
subido, la presión P en la segunda cámara 5 puede ser
considerablemente mayor que la presión HP en la primera cámara 4,
pero disminuirá a HP cuando la válvula sin retorno 6 haya subido.
En el equilibrio, la sobrepresión en el interior y el flujo hacia
fuera desde la segunda cámara 5 están en armonía con la altura de
elevación de la válvula sin retorno 6 y el sistema se equilibra por
sí mismo a una presión relativamente constante en la segunda cámara
5.
También son concebibles realizaciones en las que
la segunda cámara 5 no está conectada a una fuente 12 de líquido
hidráulico presurizado. En las realizaciones preferidas de la
invención, la segunda cámara 5, sin embargo, está conectada a una
fuente de líquido hidráulico presurizado. De esta manera, se obtiene
la ventaja de que es más fácil devolver el sistema a su posición
original, después de una operación de golpeo.
Con referencia a las Figuras 14 y 15, se
describirá ahora otra realización de la invención. Las Figuras 14 y
15 muestran que el primer pistón 7 tiene un canal axial 107, en el
que se dispone una aguja 103. La aguja 103 se dispone estacionaria,
preferiblemente se dispone estacionaria respecto a la carcasa 3. La
aguja 103 tiene un área superficial cónica 104 en uno de sus
extremos. Se dispone al menos un canal 102 dentro de la carcasa 3 y
se extiende hacia dentro hacia el primer pistón 7, para desembocar
en una cámara anular 105 dentro de la carcasa 3, cámara anular 105
que rodea el primer pistón 7. Uno o más canales radiales 106 dentro
del primer pistón 7 conectan la cámara anular 105 con el canal
axial 107 en el primer pistón 7. La realización mostrada en las
Figuras 14 y 15 pretende dar la posibilidad de variar la distancia
D, es decir, la distancia que el segundo pistón debe moverse antes
de entrar en contacto con el primer pistón 7 y que comience la
verdadera frenada. Las Figuras 14 y 15 muestran un estado
estacionario o una posición de partida correspondiente a la
posición en la Figura 3. La presión externa P_{2} se controla
mediante la válvula de ajusta de presión 101. La presión externa
P_{2} dará como resultado un flujo de líquido hidráulico, tal como
aceite, que alcanza la cámara anular 105 a través del canal 102 en
la carcasa 3. A partir de la cámara 105, el líquido hidráulico
fluye a través del canal o canales radiales 106 hasta un regulador
110 formado a partir del canal axial 107 y la aguja 103 con su área
superficial cónica 104. La presión caerá desde el mayor nivel
P_{2} al menor nivel P_{3} cuando el líquido hidráulico pasa a
través del regulador 110 por el canal 107 y fuera hacia la cuarta
cámara 20. Desde allí, el líquido hidráulico puede continuar
fluyendo a través del regulador 33 hasta un tanque T. Para que el
primer pistón 7 sea estacionario, la presión P_{3} debe
equilibrarse mediante la presión P_{1} por encima del pistón, de
manera que:
P_{1}A_{1}
=
P_{3}A_{2}.
Donde P_{1} = la presión en la segunda cámara
5, A_{1} = el área del área superficial superior 24 en el pistón,
P_{3} = la presión en la cuarta cámara 20 y A_{2} = el área del
área superficial 22 en el pistón 7.
Después, hay un equilibrio de fuerzas para el
primer pistón 7. Si el pistón 7 se mueve ahora "hacia arriba"
(hacia abajo como se observa en los dibujos) a partir de una
influencia externa, el área abierta del regulador variable 110
disminuirá y el flujo a través del regulador 110 disminuirá. De esta
manera, el flujo a través del regulador constante 33 disminuirá,
con lo que la presión P_{3} disminuye. A su vez, esto dará como
resultado una fuerza neta dirigida hacia abajo sobre el pistón. En
consecuencia, el pistón 5 tenderá a mantenerse en su posición. Una
fuerza que se aplica "hacia arriba" dará como resultado una
mayor fuerza "hacia abajo".
Una variación de la distancia D tiene lugar de
la siguiente manera. Aumentando la presión P_{2} fluirá más
líquido hidráulico pasado el regulador variable 110, que a su vez
conduce a un aumento del flujo a través del regulador 33. Después,
la presión P_{3} aumentará, lo que hace que el primer pistón 7 se
mueva hacia arriba en la Figura 15, de manera que la distancia D
aumenta. Cuando el pistón 7 se mueve hacia arriba, el área abierta
del regulador variable 110 disminuirá y el flujo a través del
regulador 110 disminuirá. El flujo a través del regulador 110
disminuirá hasta que las presiones P_{3} y P_{1} se equilibren
de nuevo entre sí. Posteriormente, puede suponerse que pasa el
mismo flujo que antes a través del regulador variable 110 pero a
una mayor pérdida de carga sobre el regulador 110, ya que su área
abierta ha disminuido porque P_{3} se forma a partir del flujo a
través del regulador 33 y A_{1}P_{1} = A_{2}P_{3}, justo
como en el caso anterior.
En todas las realizaciones descritas
anteriormente, puede suponerse que la fuerza de frenado es
esencialmente constante una vez que la primera válvula sin retorno
6 se ha abierto.
Se describirá ahora otra realización más con
referencia a las Figuras 16 y 17. En las realizaciones de acuerdo
con las Figuras 16 y 17, son concebibles variantes en las que una
presión igual y/o una presión esencialmente igual existe en las dos
cámaras 4 y 20. Son concebibles también realizaciones en las que hay
una mayor presión en la primera cámara 4 y una menor presión en la
cámara inferior 20. La Figura 16 muestra esquemáticamente que la
primera cámara o cámara superior 4 tiene una fuente diferente 52 de
líquido hidráulico presurizado; mientras que la cámara inferior 20
(correspondiente a la cuarta cámara 20 en la Figura 3) tiene una
fuente diferente 12 de líquido hidráulico. La fuente 52 de líquido
hidráulico puede disponerse para suministrar líquido hidráulico a
una alta presión, tal como 10-30 MPa, mientras que
la fuente 12 de líquido hidráulico presurizado puede disponerse
para suministrar líquido hidráulico a una menor presión, tal como
1-5 MPa. Debe observarse sin embargo, que en la
realización en la Figura 16, las fuentes 12 y 52 del líquido
hidráulico pueden disponerse para suministrar líquido hidráulico a
una presión igual. También es concebible que la fuente 52 de líquido
hidráulico se elimine y la fuente 12 del líquido hidráulico está
conectada a ambas cámaras 4, 20. En la realización mostrada en las
Figuras 16 y 17, la primera cámara 4 se ha dividido en una parte
superior 4b y una parte inferior 4a (debería entenderse en relación
con esto, que "superior" e "inferior", respectivamente y
"hacia arriba" y "hacia abajo" respectivamente, se
refieren a lo que en los dibujos se muestra como las partes
"superior" e "inferior" respectivamente. La parte
"superior" 4b podría denominarse también parte "distal" y
la parte "inferior" parte "proximal" en relación, por
ejemplo, con la herramienta de ariete 2 o en relación con el
extremo del pistón 7 en una o alguna de las otras cámaras). En las
Figuras 16 y 17, la parte de cámara superior 4b está estrechada en
la dirección hacia arriba limitándose mediante una pared 38 que se
estrecha en la dirección hacia arriba, tal como una pared cónica
38. La función de esta realización no se basa en dicha válvula sin
retorno 6 con un elemento de resorte asociado 29 que se muestra en
las realizaciones de acuerdo con las Figuras 1-15.
En lugar de ello, el primer pistón 7 se dispone para extenderse
hacia la primera cámara 4. En esta realización, el primer pistón 7
está provisto de un casquillo 39. El casquillo 39 tiene una área
superficial superior 41 que está orientada hacia la parte de la
cámara superior o la cámara inferior 4b y el área superficial
inferior 42 que está orientada hacia la parte de cámara inferior
4a. El área superficial inferior 42 es menor que el área
superficial superior 41. Como en las realizaciones previas, el
primer pistón 7 es preferiblemente cilíndrico y también su
casquillo 39 es preferiblemente cilíndrico. Las Figuras 16 y 17
muestran que la pared cilíndrica 45 del casquillo 39 se extiende
desde la parte de cámara inferior 4a y hacia la parte de cámara
superior 4b. Después, se forma un hueco estrecho entre la pared 45
del casquillo 39 y la pared cónica 38. Preferiblemente, uno o más
canales 46 pasan a través del casquillo 39. En las realizaciones
preferidas, hay una válvula de una vía 40 en el canal o canales 46,
válvula de una vía 40 que se dispone para permitir un flujo a través
del canal o canales 46, desde la parte de cámara inferior 4a a la
parte de cámara superior 4b, pero para contrarrestar o prevenir un
flujo a través del canal o canales 46 en una dirección desde la
parte de cámara superior 4b hasta la parte de cámara inferior 4a.
La parte 7a del pistón 7 que en las Figuras 16 y 17 se sitúa por
debajo del casquillo 39 se sitúa para deslizarse hacia una abertura
47 en la carcasa 3 que tiene una cierta longitud y, de esta manera,
puede actuar como una guía para el primer pistón 7. La parte 7b del
pistón 7 que en las Figuras 16 y 17 se sitúa por encima del
casquillo 39 es más estrecha que la parte del pistón 7 que se sitúa
por debajo del collar 7. Por ejemplo, puede tener un diámetro D4 que
es menor que el diámetro D2 de la parte del pistón 7 que se sitúa
por debajo del casquillo 39. La parte superior y más estrecha 7b del
pistón 7 se dispone para deslizarse en una abertura 48 en la
carcasa 3, abertura 48 que es de una cierta longitud y actúa como
una guía superior para el pistón 7. La Figura 17 muestra la
realización de acuerdo con las Figuras 16 y 17 que trabaja de
acuerdo con lo siguiente. Un golpe desde la herramienta 2 alcanzará
al primer pistón 7, opcionalmente mediante un segundo pistón 17. El
primer pistón 7 se moverá entonces hacia dentro hacia la cámara 4.
La parte superior y más estrecha 7b del pistón 7 empezará a salir de
la primera cámara 4 al mismo tiempo que la parte del pistón 7a con
un mayor diámetro D2 empezará a penetrar en la cámara 4. Esto
requiere que el líquido hidráulico se empuje y, de esta manera, el
movimiento del pistón 7 encontrará una resistencia que da como
resultado una absorción del choque. Al mismo tiempo, el casquillo 39
penetra en la parte superior de la cámara 4b, lo que conduce a que
el líquido hidráulico se presione desde la parte superior de la
cámara 4b hacia la parte inferior de la cámara 4a a través del
hueco entre el casquillo 39 y la pared cónica 38. Como la pared 38
se está estrechando, el hueco entre el casquillo 39 y la pared 38
sin embargo empezará a disminuir a medida que el casquillo 39
penetre adicionalmente hacia la parte de cámara superior 4b. De esta
manera, la resistencia y la absorción de choques aumentarán
progresivamente. Cuando toda la energía del golpe se haya
absorbido, el primer pistón 7 estará en una posición superior (o
distal). La presión es igual en ambos lados del casquillo 39, pero
el área superficial superior 41 en el casquillo 39 es mayor que el
área superficial inferior 42, ya que el diámetro D2 de la parte de
pistón inferior es mayor que el diámetro D4 de la parte superior
del pistón. De esta manera, la fuerza en el área superficial
superior 41 superará a la fuerza que actúa en la dirección opuesta
sobre el área superficial inferior 42. De esta manera, el pistón 7
se presionará de nuevo en la dirección hacia su posición de
partida. Durante el movimiento de retorno, el líquido hidráulico
también podrá fluir a través del canal o canales 46 en el casquillo
39 ya que la válvula de una vía (o las válvulas de una vía) 40 lo
permitirán. El líquido hidráulico, sin embargo, no puede fluir a
través del canal o canales 46 cuando el casquillo 39 se mueve hacia
arriba en la Figura 17 (en la parte de cámara superior 4b). Que el
líquido hidráulico (preferiblemente aceite) pueda fluir no sólo a
través del hueco entre el casquillo 39 y la pared cónica 38 sino
también a través del canal o canales 46, facilita el movimiento de
retorno, de manera que puede ser más rápido.
En esta realización (si la presión es igual en
las cámaras 4 y 20) como se muestra en la Figura 16, puede haber un
conducto desde la primera cámara 4 hasta la cámara 20 que en esta
realización corresponde a la cuarta cámara 20 en la realización de
acuerdo con las Figuras 3-13. La Figura 16 muestra
que una válvula sin retorno o una válvula de una vía 44 está
situada en el conducto 43. En el caso de que surjan presiones muy
altas, "picos de presión", temporalmente en la primera cámara
4, hay un riesgo de que dichos picos de presión en algunos casos
tengas efectos negativos sobre diversas partes del sistema. En
dichos casos, el conducto 43 permite que la cámara 4 se alivie en
un cierto grado mediante la cámara 20. La válvula sin retorno 44,
sin embargo, evitará que el líquido hidráulico (tal como aceite)
fluya desde la cámara 20 hasta la primera cámara 4. Si el conducto
43 interconecta las cámaras 4 y 20, el líquido hidráulico desde la
primera cámara 4 puede recibirse también en el acumulador 28 que
está conectado a la salida para la cámara 20. Debe observarse, sin
embargo, que la primera cámara 4 podría conectarse, mediante la
salida 10 a un acumulador 26 propio, de la misma manera a la
mostrada por ejemplo en la Figura 5. Dicho acumulador 26 podría
funcionar entonces y emplearse exactamente de la misma manera que
el acumulador 26 en la realización de acuerdo con las Figuras
3-13. La Figura 16 sin embargo muestra una variante
en la que la salida 10 de la primera cámara 4 a través del regulador
49 conduce a un tanque 32 para la acumulación de líquido
hidráulico. Si la válvula o válvulas sin retorno 43 no estuvieran,
la presión del segundo pistón 17 en la cámara 20 podría dar lugar a
un aumento de presión en la primera cámara 4 que podría afectar al
primer pistón 7 en una dirección hacia abajo, que debería
evitarse.
En la realización de acuerdo con las Figuras 16
y 17, el movimiento hacia abajo del pistón 7 podría limitarse
mediante un anillo espaciador 30, por ejemplo, podría observarse que
en la realización mostrada en la Figura 16 la cámara 13 es
adecuadamente una cámara llena de gas (tal como aire), gas que
preferiblemente está a presión atmosférica o al menos tiene una
presión menor que la presión en la primera cámara 4.
La invención descrita en la presente solicitud
de patente es un absorbedor de choques pasivo. Es hidráulico y
autoajustable. Es capaz de absorber básicamente toda la energía del
golpe para almacenarla como energía potencial a usar en otras
partes de la máquina, principalmente para la aceleración del
ariete.
Mediante la invención, se consigue la ventaja de
que el movimiento de la herramienta móvil puede ralentizarse de una
manera que absorbe básicamente toda la energía del golpe. Además, la
invención proporciona la posibilidad de un retorno eficaz de la
herramienta. Usando dos pistones que están separados inicialmente
uno de otro, se obtiene la ventaja de que el movimiento de la
herramienta se ralentiza inicialmente muy poco. Usando acumuladores,
se obtiene la ventaja, entre otras cosas, de que la energía
recuperada del golpe podría usarse para un nuevo golpe.
Debe observarse que la invención puede definirse
también en términos de un método de absorción de choques que golpea
sobre una herramienta móvil, con lo que el método consiste en las
siguientes etapas naturales del uso del absorbedor de choques de
acuerdo con la invención independientemente de si dichas etapas se
han mencionado explícitamente o no.
Debe entenderse que la invención puede definirse
en términos de una estructura que comprende una herramienta móvil y
un absorbedor de choques.
Debe observarse que los diversos principios para
absorber choques mostrados en las realizaciones pueden usarse
independientemente de si el absorbedor de choques se dispone para
devolver el pistón o pistones o no. Por consiguiente, el principio
de absorción de choques progresivos mostrado en la Figura 16 y 17
podría usarse también si las dos áreas superficiales 41, 42 del
casquillo 39 fueran iguales. Podría disponerse entonces un
dispositivo diferente para el movimiento de retorno. Mediante dicha
disposición, sería posible absorber eficazmente la energía del
golpe incluso aunque el problema respecto al movimiento de retorno
no se resolviera.
Debe observarse que la idea de usar dos pistones
7, 17 que están separados inicialmente uno de otro podría usarse
independientemente de que el absorbedor de choques esté diseñado
otra manera.
Debería observarse que el concepto de usar un
acumulador de presión para manipular la energía de un golpe para
que pueda usarse para la herramienta móvil, o alguna otra
herramienta, puede usarse también para otros tipos de absorbedores
de choque distintos de los mostrados en las realizaciones descritas
anteriormente.
Claims (15)
1. Un absorbedor de choques (1) para máquinas
que tienen una herramienta móvil (2), absorbedor de choques (1) que
comprende:
a) una carcasa (3) con una primera cámara (4)
llena de un líquido hidráulico presurizado y
b) al menos un primer pistón (7) que se dispone
de forma móvil dentro de la carcasa (3) y se dispone en un primer
extremo (8) de la misma para poder recibir un golpe desde una
herramienta móvil (2) y mediante su movimiento transmitir la
energía cinética del golpe al líquido hidráulico en la primera
cámara (4) y
c) medios (4b, 22, 24, 38, 39, 41) para devolver
el primer pistón (7) a su posición de partida, después del golpe,
de manera que el primer pistón (7) es capaz de recibir un nuevo
golpe, comprendiendo el medio para devolver el primer pistón (7)
una cámara (4, 5) con un líquido hidráulico presurizado que actúa
sobre un área superficial (24, 41) del primer pistón (7) en una
dirección tal que el primer pistón (7) se presiona en una dirección
hacia su posición de partida, caracterizado por que el primer
pistón (7) está provisto de al menos un elemento de detención (14)
dispuesto para encontrarse con un área superficial limitante en la
carcasa (3), de manera que los movimientos del pistón (7) están
limitados en una dirección opuesta a la dirección del golpe, de
manera que el primer pistón (7) alcanza una posición final proximal,
según se observa respecto a la herramienta móvil (2), cuando el
elemento de detención (14) del primer pistón (7) se encuentra con
dicha área superficial limitante (15), por que el absorbedor de
choques comprende un segundo pistón (17) dispuesto para moverse en
la carcasa (3) y donde el segundo pistón (17) se dispone en un
primer extremo (18) del mismo para entrar en contacto directo con
la herramienta móvil (2) y un segundo extremo (19) del mismo para
orientar el primer extremo (8) del primer pistón (7), de manera que
un golpe desde la herramienta móvil puede transmitirse al primer
pistón (7) a través del segundo pistón (17) y por que, cuando el
primer pistón (7) está en su primera posición final, que es
proximal respecto a la herramienta móvil (2), por que el primer
extremo (8) del primer pistón (7) y el segundo extremo (19) del
segundo pistón (17) se extienden ambos hacia una cámara común (20)
que se llena con un líquido hidráulico presurizado y en el que el
absorbedor de choques se ha diseñado de manera que en una posición
de partida para el absorbedor de choques, pueda existir un hueco (D)
entre el primer extremo (8) del primer pistón (7) y el segundo
extremo (19) del segundo pistón, de manera que el segundo pistón
(17) debe moverse a una cierta distancia (D) antes de poder
transmitir un golpe desde la herramienta móvil (2) al primer pistón
(7).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un absorbedor de choques de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado por que el primer pistón (7)
se dispone con sus extremos situados en diferentes cámaras (5, 20),
eligiéndose las áreas superficiales (24, 22) de los extremos del
pistón (7) y la presión en las dos cámaras (5, 20) de manera que
actúa una fuerza resultante para devolver el primer pistón (7) a su
posición de partida.
3. Un absorbedor de choques (1) de acuerdo con
la reivindicación 2 caracterizado por que las dos cámaras (5,
20) están conectadas a una fuente (12) de líquido hidráulico
presurizado que es común para las dos cámaras (5, 20) y por que un
extremo distal del primer pistón (7) según se observa en la
dirección del golpe tiene una mayor área superficial (24) mientras
que un extremo proximal del primer pistón (7), según se observa en
la dirección del golpe, tiene una menor área superficial (22) de
manera que la fuerza compresiva resultante del líquido hidráulico
procura hacer volver al primer pistón (7).
4. Un absorbedor de choques de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado por que la primera cámara (4)
está dividida en una subcámara (4b) que es distal respecto al
primer extremo del pistón y una subcámara (4a) que es proximal
respecto al primer extremo del primer pistón (7) y por que dichos
medios para devolver el primer pistón (7) a su posición de partida
después del golpe comprenden un casquillo (39) en el primer pistón
(7), casquillo que tiene un área superficial distal (41) y un área
superficial proximal (42), área superficial proximal (42) que es
menor que el área superficial distal (41).
5. Un absorbedor de choques (1) de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado por que la carcasa (3) del
absorbedor de choques está provista de una segunda cámara (5) llena
de un líquido hidráulico presurizado, estando conectada dicha
segunda cámara (5) a la primera cámara (4) mediante una primera
válvula sin retorno (6) dispuesta para abrirse cuando la presión en
la segunda cámara (5) sea mayor que la presión en la primera cámara
(4), de manera que el segundo extremo (9) del primer pistón se sitúa
en la segunda cámara (5) de manera que un golpe desde una
herramienta móvil (2) puede hacer que dicho primer pistón (7) se
mueva hacia dentro hacia la segunda cámara (5), aumentando de esta
manera la presión en la segunda cámara (5) a un nivel al que la
primera válvula sin retorno (6) se abre, de manera que el líquido
hidráulico presurizado empieza a fluir desde la segunda cámara (5)
hasta la primera cámara (4) y la primera cámara (4) tiene una salida
(10) dispuesta para permitir el flujo de entrada y el flujo de
salida del líquido hidráulico hacia y desde, respectivamente, la
primera cámara (4).
6. Un absorbedor de choques (1) de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado por que la segunda cámara
(5) está conectada, mediante una segunda válvula sin retorno (11), a
una fuente (12) de un líquido hidráulico presurizado de manera que
la segunda válvula sin retorno (11) se abre cuando la presión en la
segunda cámara (5) está por debajo de un nivel predeterminado.
7. Un absorbedor de choques (1) de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado por que la carcasa (3)
está provista de una tercera cámara (13) y por que el área
superficial limitante (15) es un área superficial dentro de la
tercera cámara.
8. Un absorbedor de choques de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado por que la tercera cámara
(13) es una cámara llena de gas (13) en la que la presión
preferiblemente es la misma que la presión atmosférica.
9. Un absorbedor de choques (1) de acuerdo con
la reivindicación 1 caracterizado por que el segundo extremo
(19) del segundo pistón (17) y el primer extremo (8) del primer
pistón tienen áreas superficiales planas (22, 23) que son paralelas
entre sí y áreas superficiales finales (22, 23) que son
preferiblemente del mismo tamaño.
10. Un absorbedor de choques (1) de acuerdo con
la reivindicación 9, caracterizado por que la cuarta cámara
(20) está conectada, a través de una tercera válvula sin retorno
(25), a una fuente (12) de un líquido hidráulico presurizado, de
manera que la tercera válvula sin retorno (25) se abre cuando la
presión en la cuarta cámara (20) está por debajo de un nivel
predeterminado.
11. Un absorbedor de choques de acuerdo con la
reivindicación 10 caracterizado por que la segunda cámara (5)
y la cuarta cámara (20) están conectadas a la misma fuente (12) de
líquido hidráulico presurizado.
12. Un absorbedor de choques (1) de acuerdo con
la reivindicación 6 caracterizado por que la salida (10) de
la primer cámara (4) está conectada a un acumulador (26) para
líquido hidráulico.
13. Un absorbedor de choques (1) de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado por que la cuarta cámara
(20) tiene una salida (27) dispuesta para permitir la salida de
líquido hidráulico cuando la presión en la cuarta cámara (20)
supera un determinado nivel de presión.
14. Un absorbedor de choques (1) de acuerdo con
la reivindicación 13 caracterizado por que la salida (27) de
la cuarta cámara (20) está conectada a un acumulador (28) para
líquido hidráulico.
15. Un absorbedor de choques de acuerdo con la
reivindicación 6 caracterizado por que la primera válvula sin
retorno (6) se carga mediante al menos un elemento elástico (29)
que presiona la primera válvula sin retorno (6) hacia una posición
cerrada.
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