ES2549921T3 - Accionamiento lineal - Google Patents

Abstract

Accionamiento lineal que comprende - una carcasa (1) con una placa extrema (EP) y una placa frontal (SP), - un pistón (2) dispuesto de forma móvil en el interior de la carcasa y unido con un vástago de pistón (KS), - en el que la placa extrema (EP) fijamente unida con la carcasa (1) presenta una alimentación central para un primer medio (M1) que penetra en el interior de la carcasa, - en el que la placa extrema (EP) o la carcasa (1) presenta un órgano de evacuación para el primer medio fluido (M1) y un órgano de alimentación y evacuación para un segundo medio fluido (M2), - en el que la placa frontal (SP) fijamente unida con la carcasa (1) presenta una abertura para el paso del vástago de pistón (KS) hacia fuera de la carcasa (1), y en el que la placa frontal (SP) está sellada por un primer sistema de fuelle (7) con respecto al pistón móvil (2), - en el que el pistón (2) presenta en el interior de la carcasa (1) un ensanchamiento sustancialmente cilíndrico que está dispuesto alrededor de la alimentación central, caracterizado por que - al menos un elemento flexible (6) une el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón (2) y el conducto de alimentación central para hacer posible un movimiento lineal del pistón (2) dentro de la carcasa (1), sin que pueda producirse una torsión del pistón (2) o una inclinación dentro de la carcasa (1), y por que un segundo sistema de fuelle (3) está dispuesto entre el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón (2) y la placa extrema (EP) o la carcasa (1) de tal manera que se forman así en el interior del actuador dos cavidades (4, 5) separadas una de otra de manera hermética a gas, - estando unidos los órganos de alimentación y evacuación para el primer medio fluido (M1) con la primera cavidad (5) y estando unidos los órganos de alimentación y evacuación para el segundo medio fluido (M2) con la segunda cavidad (4).

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DESCRIPCIÓN

Accionamiento lineal.

La invención concierne a un accionamiento lineal, especialmente un accionamiento lineal de doble efecto para su utilización como actuador en un experimento de fusión.

Estado de la técnica

En el marco de los experimentos de fusión internacionales ITER se pretende crear una instalación de fusión que pueda lograr una ganancia de energía neta. Como precursor del ITER se construyó primero el JET (= Joint European Torus = Toro Común Europeo), un llamado Tokamak, que representa actualmente el experimento de fusión más grande a escala mundial y que sirve como banco de pruebas en el que se han ensayado la validez y viabilidad de numerosas opciones científicas y tecnológicas a las que pertenecen especialmente también diversos métodos de diagnóstico.

Actualmente, se prosiguen numerosos estudios de diseño de conceptos para el sistema de diagnóstico ITER-CXRS, en donde se ha desarrollado adicionalmente como centro de gravedad la "Opción de Referencia" para los componentes en el enchufe de puerto CXRS. Pertenecen a ésta como componentes esenciales un obturador que puede ser cerrado rápidamente (< 1 s) por un actuador neumático para proteger el primer espejo contra erosión y deposición, así como un tubo extraíble que lleva en su punta el obturador y el primer espejo y que hace posible por manipulación remota un cambio más frecuente del primer espejo.

Asimismo, se han desarrollado para la opción de referencia CXRS conceptos para un cartucho con las dos funciones de apantallamiento de neutrones y bastidor de soporte para la estructura óptica, así como, finalmente, para los portaespejos, los cuales, junto con la sujeción y ajuste precisos de los espejos, hacen posible también su enfriamiento y calentamiento en vacío. Acompañando al desarrollo de conceptos para los componentes, se han realizado estudios detallados para la carga con neutrones y para la activación de los componentes del enchufe de puerto. Los estudios referentes a la longevidad del primer espejo se han continuado mediante experimentos sobre erosión y deposición, así como mediante cálculos de modelos para la transferencia de los resultados a las condiciones del ITER.

La actuadórica designa un sector parcial de la técnica de accionamiento, en donde el término actórica significa en general la generación de un movimiento o deformación y, por tanto, se emplea en muchas disciplinas técnicas, tal como, por ejemplo, la técnica de regulación, la técnica de automatización o la mecatrónica.

Los llamados actores (convertidores; también: actuadores) convierten señales electrónicas, por ejemplo de un ordenador de control, en movimiento mecánico u otras magnitudes físicas e intervienen así regulando en el sistema de regulación y/o prefijan magnitudes nominales.

En sentido clásico, la actórica puede ser aquí cualquier clase de generación de movimiento, especialmente también, aparte de la biológica (estimulación de una fibra muscular) y electromecánica (rotación de un árbol o translación del componente lineal de un sistema lineal), el movimiento mecánico. En el movimiento puramente mecánico se diferencia, además, entre un movimiento neumático por medio de un cilindro neumático y un movimiento hidráulico por medio de un cilindro hidráulico.

Los accionamientos lineales son sistemas de accionamiento que generan un movimiento lineal. Pertenecen a los accionamientos lineales, entre otros, las transmisiones de husillo, los motores lineales, los cilindros electromecánicos (por ejemplo, electromotor con transmisión de husillo), los cilindros neumáticos, los cilindros hidráulicos, los muelles de compresión de gas, los accionamientos de cremallera y los accionamientos de correa dentada.

Un cilindro neumático es un cilindro de accionamiento que funciona por medio de un gas, especialmente por medio de aire comprimido. A diferencia del cilindro neumático, que trabaja con un gas de trabajo, en un cilindro hidráulico la energía de un líquido hidráulico, que es suministrado por un acumulador de presión hidráulico o una bomba hidráulica, es convertida en una fuerza fácilmente controlable que actúa en línea recta.

Se diferencia básicamente entre cilindros que pueden ser solicitados en un lado y en ambos lados con aire comprimido o con el líquido hidráulico, llamados también cilindros de simple efecto o de doble efecto. Los cilindros de simple efecto tienen solamente un lado de pistón que es solicitado con aire comprimido o líquido hidráulico. Se puede producir así trabajo solamente en una dirección. El movimiento de retroceso se efectúa por la acción de la masa propia o de una fuerza extraña (por ejemplo, un muelle). En los cilindros de doble efecto están presentes dos superficies de pistón opuestas. El cilindro tiene así dos direcciones de movimiento activas.

Aparte de cilindros neumáticos que presentan vástagos de pistón, se conocen también cilindros de fuelle. Dado que estos no presentan un vástago de pistón en el interior, se puede reducir por ello netamente la altura de montaje. Los cilindros de fuelle se utilizan frecuentemente en lugar de cilindros de acero hidráulicos como cilindros de apriete en

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condiciones ambiente difíciles y duras. Los cilindros de fuelle son elementos de forma estable hechos de elastómeros de altas prestaciones con portadores de resistencia textiles vulcanizados. En aplicaciones en vacío se utilizan también cilindros de fuelle de acero fino. Los cilindros de fuelle generan el movimiento predominantemente lineal por el batanado de la envoltura exterior altamente flexible. El fuelle no tiene sitios de rozamiento (juntas) mecánicos movidos uno con respecto a otro. Por este motivo, no se produce un rozamiento de adherencia (efecto de pegado-deslizamiento). Los cilindros de fuelle reaccionan por ello inmediata y uniformemente incluso a pequeñas variaciones de presión. Los cilindros de fuelle pueden utilizarse generalmente sin desgaste incluso en condiciones ambiente adversas, tales como suciedad, polvo, granulado o fango.

Los cilindros de fuelle pueden hacerse funcionar en aplicaciones neumáticas tanto con aire comprimido como con otros medios gaseosos, tal como, por ejemplo, nitrógeno. En rangos de baja presión es admisible también el empleo de medios hidráulicos, como, por ejemplo, agua y glicol. Se conoce por el documento EP 1 532 872 B1, por ejemplo, un dispositivo para compactar tabaco en el que se utilizan dos cilindros de fuelle solicitables individualmente para desplazar linealmente un elemento de compactación en direcciones opuestas.

Se conoce por el documento DE 35 42 547 A1 un cilindro de fuelle según el preámbulo de la reivindicación 1.

Asimismo, se conoce por el documento GB 2 258 498 A un accionamiento lineal con una carcasa dotada de una placa extrema y una placa frontal, en el que está dispuesto en el interior de la carcasa un pistón construido como móvil y unido con un vástago de pistón. El vástago está unido con la placa extrema a través de un primer sistema de fuelle y forma una cavidad exterior y una cavidad interior. La placa extrema fijamente unida con la carcasa presenta al menos un órgano de alimentación y evacuación para un medio líquido para la cavidad interior. Asimismo, la placa extrema fijamente unida con la carcasa presenta otro órgano de alimentación y evacuación para un medio gaseoso para la cavidad exterior. El medio gaseoso puede llegar, además, a la cavidad entre el pistón y la placa frontal con ayuda de un órgano adicional de alimentación y evacuación por el pistón. La placa frontal fijamente unida con la carcasa presenta una abertura para el paso del vástago de pistón hacia fuera de la carcasa y está sellada con respecto al pistón móvil por medio de un segundo sistema de fuelle.

Para la aplicación de un accionamiento lineal como actuador en un experimento de fusión se han de cumplir requisitos especiales. Todos los sistemas ópticos del ITER se basan en espejos metálicos. Estos están expuestos directamente a un chorro de plasma y, por tanto, están sometidos a la erosión y a procesos de deposición que influyen persistentemente sobre sus propiedades ópticas, tal como, por ejemplo, la reflectividad. Esto repercute regularmente de forma negativa sobre las señales espectroscópicas. Por tanto, estos espejos se protegen por medio de un obturador controlado por un actuador, que se abre solamente en momentos determinados y admite así el chorro de plasma sobre el espejo. La apertura y el cierre tienen que efectuarse rápidamente (< 1 s) y la vida útil de tal actuador deberá ser lo más larga posible, ya que no puede preverse un cambio regular y éste sólo puede llevarse a cabo con un coste desproporcionadamente elevado.

En [1] se describe un nuevo estudio de conceptos para una disposición de ensayo para el experimento ITER, en el que se describe como componente esencial un tubo extraíble que lleva en su punta el obturador y el primer espejo y que hace posible por manipulación remota un cambio más frecuente del primer espejo. El obturador es controlado por un actuador neumático. El actuador presenta dos fuelles, un fuelle interior y un fuelle exterior. El fuelle interior actúa como un cilindro neumático con una longitud de carrera de aproximadamente 2 mm. Tan pronto como se pone el actuador bajo presión, los dos brazos del obturador son curvados hacia fuera por medio de dos placas elásticas, con lo que se abre el obturador. El fuelle exterior, junto con el fuelle interior, proporciona una seguridad doble con respecto al vacío. De esta manera, se puede evitar un rozamiento del pistón en vacío contra la pared interior de la carcasa. Las únicas superficies que están expuestas todavía a un rozamiento se encuentran ventajosamente en el volumen interior del actuador lleno de un medio. La construcción del actuador está limitada a tres movimientos de giro y dos desviaciones, y, por tanto, admite solamente un movimiento a lo largo del eje.

En la figura 1 puede encontrarse una representación del funcionamiento de un actuador, tal como éste se utiliza actualmente en el sistema de diagnóstico cCXRS para el reactor de fusión experimental Tokamak del ITER. Este actuador trabaja según el mismo principio que el que ya se utiliza en la industria. Se trata aquí de un actuador neumático lineal de simple efecto en el que un pistón (2) realiza el movimiento deseado (flecha doble) en el interior de un cilindro (1). Sin embargo, a diferencia de los actuadores conocidos por la industria, éste presenta para las condiciones extremas en los experimentos ITER un fuelle doble (3) en lugar de juntas que sellen contra un medio. A través de la entrada central se introduce un medio fluido M1 para mover el pistón. Éste presiona el pistón en dirección (+). El movimiento contrario (-) se materializa por efecto de la fuerza elástica del fuelle. El fuelle doble puede ser solicitado con un gas de prueba que sirve para detectar una falta de estanqueidad entre las cavidades del vacío y del primero medio M1. Desventajosamente, al moverse el pistón se produce un rozamiento a lo largo de las superficies que están identificadas en la figura con (R).

Asimismo, se conoce por presentaciones no publicadas hasta ahora acerca de un sistema de diagnóstico de dispersión del divertor Thomson del ITER un actuador como el que puede apreciarse en la figura 2. Se trata también aquí de un actuador neumático lineal de simple efecto en el que un pistón (2) realiza el movimiento deseado (flecha doble) en el interior de un cilindro (1). En este caso, el fuelle (3) se hace cargo del sellado con respecto al

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medio fluido (M1), que es dejado entrar y salir por un controlador de presión a través de una abertura central. En esta realización el pistón (2) no sólo puede realizar un movimiento lineal a lo largo de la flecha doble, sino que es desventajosamente posible también un ligero movimiento de giro del pistón y un movimiento de inclinación dentro del cilindro, tal como se insinúa en la figura 2 por medio de las demás flechas. Para superar esta desventaja sería necesario un cojinete liso adicionalmente dispuesto.

Problema y solución

El problema de la invención consiste en proporcionar un accionamiento lineal de poco mantenimiento que trabaje con precisión y con una larga vida útil incluso en condiciones ambiente extremas, tales como altas temperaturas, vacío ultraalto, radiación térmica, campos electromagnéticos y flujo de neutrones. El accionamiento lineal deberá ser adecuado como servomotor para un disparador de diafragma/cierre o como mecanismo de accionamiento para un movimiento de sensor. Asimismo, deberá poder hacerse funcionar con fluidos diferentes, es decir, gases o bien líquidos.

El problema de la invención se resuelve con un dispositivo según la reivindicación principal. En las reivindicaciones subordinadas a ésta se pueden encontrar ejecuciones ventajosas del dispositivo.

Objeto de la invención

El actuador según la invención hace posible ventajosamente un movimiento lineal de doble efecto sin rozamiento y sin lubricación. Está concebido especialmente para uso en un ambiente extremo, tal como, como, por ejemplo, altas temperaturas de hasta 40ºC, vacío ultraalto < 10-6 Pa, radiación térmica, campos electromagnéticos y flujos de neutrones. Por tanto, es especialmente adecuado para utilizarlo como motor lineal para un obturador o como accionamiento lineal para un sensor en un experimento ITER.

El actuador puede adoptar diferentes tamaños y ser hecho funcionar con fluidos diferentes. La carrera del pistón del actuador depende aquí en principio de los requisitos de construcción, concretamente el espesor de pared, el diámetro interior o exterior, el material y el número de elementos flexibles que constituyen especialmente la invención. La relación aproximada entre el diámetro exterior y la carrera está generalmente en el intervalo de 40 a

100. En una forma de realización especial el actuador según la invención está diseñado particularmente para pequeños movimientos rápidos en el intervalo de -5 a +10 mm.

Debido al rozamiento y la lubricación inexistentes, el actuador según la invención es especialmente longevo y fiable. Además, el flujo de fluido necesario para controlar el actuador puede ser utilizado al mismo tiempo para la refrigeración del actuador y las piezas circundantes.

El actuador presenta una carcasa sustancialmente cilíndrica con una placa extrema, una placa frontal y un pistón dispuesto de forma móvil en el interior de la carcasa y unido con un vástago de pistón.

Mientras que en la construcción de maquinaria se entiende un pistón como un componente móvil que forma juntamente con un componente estacionario una cavidad cerrada y cuyo volumen puede ser variado, en el marco de la invención el término pistón se emplea para un componente móvil que se encuentra en el interior de la carcasa del actuador, pero que, debido a sus dimensiones, no se aplica a la pared de la carcasa de una manera hermética a gas y, por tanto, no forma juntamente con ésta dos cavidades cerradas. No obstante, el pistón según la invención presenta un vástago de pistón unido fijamente con él y, en ambos lados, una superficie de pistón.

La placa extrema fijamente unida con la carcasa comprende los conductos de alimentación y evacuación para dos medios fluidos. Dado que el actuador según la invención está configurado como un actuador de doble efecto, se produce un movimiento positivo del pistón con ayuda de un primer medio y se produce activamente el movimiento contrario negativo con ayuda de un segundo medio.

El conducto de alimentación para el movimiento positivo del pistón está dispuesto en el centro y penetra en el interior de la carcasa. Los conductos de alimentación y evacuación para el segundo medio están previstos ventajosamente en el borde exterior de la placa extrema.

La placa frontal unida también fijamente con la carcasa presenta una abertura a través de la cual se conduce el vástago de pistón hacia fuera de la carcasa. La abertura no está sellada por ninguna junta con respecto al vástago de pistón móvil. El sellado con respecto al vástago de pistón móvil se efectúa por un sistema de fuelle que une la placa frontal de la carcasa y el pistón. El pistón presenta en el interior de la propia carcasa un ensanchamiento sustancialmente cilíndrico que se extiende alrededor del conducto de alimentación central del primer medio fluido.

Unos elementos flexibles, que están fijamente unidos tanto con el conducto de alimentación axial del primer medio fluido como con el ensanchamiento cilíndrico del pistón, hacen posible un movimiento lineal del pistón dentro de la carcasa, sin que pueda producirse una torsión del pistón o una inclinación dentro de la carcasa. El ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón se mantiene a una distancia radial fija alrededor del conducto de alimentación central por medio de al menos un elemento flexible, siendo posible en cierto grado un movimiento del pistón

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(carrera) a lo largo del conducto de alimentación central debido a la flexibilidad de los alimentos. Ventajosamente, están dispuestos varios elementos flexibles a lo largo del conducto de alimentación central. Mediante el guiado por el elemento flexible o los elementos flexibles se asegura que el pistón pueda realizar tan sólo un movimiento exactamente lineal a lo largo del eje de la carcasa o del conducto de alimentación central.

La formación de dos cavidades dentro de la carcasa del actuador, la cual es necesaria para el movimiento del pistón de doble efecto, se asegura mediante otro sistema de fuelle flexible que une el ensanchamiento cilíndrico del pistón con la placa extrema o con la carcasa del actuador de una manera hermética a gas. Se crean así dos cavidades dentro del actuador.

La primera cavidad para el primer medio fluido es limitada por la parte central de la placa extrema, el sistema de fuelle, el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón y la superficie interior del pistón. En la placa extrema está previsto un conducto de evacuación para el primer medio.

La segunda cavidad para el segundo medio fluido es limitada por la parte exterior de la placa extrema, la pared exterior de la carcasa, la placa frontal, el primer sistema de fuelle, la superficie exterior del pistón y eventualmente una parte del ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón y el segundo sistema de fuelle flexible.

Por consiguiente, junto a la alimentación central para el primer medio fluido se encuentra la salida para el primer medio fluido en la parte central de la placa extrema, mientras que la alimentación y la salida para el segundo medio pueden estar dispuestas ventajosamente en la zona exterior de la placa extrema o incluso en la carcasa del actuador.

Los elementos flexibles no deberán formar una superficie cerrada entre el conducto de alimentación central y el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón, sino que presentan al menos unos orificios o aberturas a través de los cuales el primer medio fluido, que llega por la alimentación central, puede circular a lo largo del espacio intermedio entre la alimentación central y el ensanchamiento cilíndrico del pistón en dirección a la placa extrema. La geometría y el número de aberturas se han calculado, por un lado, de modo que pueda tener lugar un cambio de medio rápido, pero, por otro lado, no estén amenazadas la estabilidad y la función del mantenimiento de distancia y el guiado del ensanchamiento cilíndrico del pistón a lo largo del conducto de alimentación central.

En la realización más sencilla de un elemento flexible éste consiste en una banda elástica. La utilización de al menos tres bandas elásticas que están dispuestas radialmente a distancia casi igual entre la alimentación central del primer medio y el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón, puede ser suficiente para asegurar el centrado requerido del ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón alrededor del conducto de alimentación central y hacer posible al mismo tiempo el movimiento lineal necesario del pistón a lo largo del conducto de alimentación central. Otra ejecución sería, por ejemplo, un elemento elástico de forma de disco.

Una ejecución especialmente ventajosa del elemento elástico prevé un elemento elástico de forma de disco que presenta al menos dos acodamientos y que está así construido de manera semejante a un fuelle y, por tanto, admite un movimiento lateral de una manera especialmente sencilla. El funcionamiento del actuador según la invención es como sigue: Para una dirección de movimiento positiva del pistón se conduce el primer medio fluido al actuador a través del conducto de alimentación central. El conducto de evacuación del primer medio puede ser entonces cerrado o al menos reducido, con lo que se establece como suma una presión positiva. Cuando aumenta la presión en el espacio para el primer medio, se presiona el pistón para alejarlo de la placa extrema y llevarlo hacia fuera del actuador. Siempre que esté abierta la salida para el segundo medio, el segundo medio fluido puede ser expulsado al mismo tiempo del espacio para el segundo medio llevándolo fuera del actuador por el conducto de evacuación.

Recíprocamente, para un movimiento negativo del pistón se introduce activamente el segundo medio fluido en el anillo exterior del actuador formado por la pared de la carcasa y el ensanchamiento cilíndrico del pistón, con lo que el pistón, especialmente el ensanchamiento cilíndrico, es presionado alejándolo del lado frontal. Se comprime entonces el espacio para el primer medio fluido y este primer medio fluido es retirado al menos parcialmente del actuador a través del conducto de evacuación.

En aplicaciones en las que desempeñan un papel los flujos de neutrones, puede surgir la necesidad de una refrigeración para el actuador. En una ejecución del procedimiento el primer medio y/o el segundo se utilizan en tal caso al mismo tiempo como medio refrigerante. Así, se puede asegurar que, con independencia de si se desea un movimiento positivo o negativo del pistón, se produzcan siempre un cierto flujo de medio a través del actuador y, por tanto, un efecto de refrigeración. Esto significa, por ejemplo, que para un aumento de presión del primer medio se puede reducir solamente el conducto de evacuación del mismo para garantizar un caudal de medio, aun cuando éste sea pequeño. En el caso en el que el segundo medio funciona también como refrigerante se puede producir también, por ejemplo, el aumento del primer medio contra una pequeña presión (por ejemplo, 0,5 bares) del segundo medio, la cual se consigue haciendo que, a pesar de un movimiento positivo deseado, se introduzca activamente el segundo medio en el actuador.

En una realización ventajosa del actuador la carcasa del propio actuador está configurada como un cilindro. El

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conducto de alimentación central para el primer medio es entonces un conducto de alimentación axial. Una carcasa cilíndrica es sencilla de fabricar, presenta menos problemas de junta que una carcasa paralelepipédica y es más adecuada en el aspecto reotécnico para mover rápidamente medios fluidos en su interior. Asimismo, se puede minimizar de este modo el volumen del espacio exterior para el segundo medio, lo que también es ventajoso para un control rápido.

Otra ejecución ventajosa del actuador prevé que el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón esté unido con dicho pistón a través de un disco perpendicular al eje. La ventaja de este disco perpendicularmente dispuesto es que representa una superficie de ataque especialmente grande para tanto el primer medio como el segundo medio y, por consiguiente, es posible una conversión rápida en energía de movimiento mediante un aumento de la presión de uno de los dos medios.

Ventajosamente, el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón está previsto también como una construcción cilíndrica. Se pueden utilizar así elementos flexibles idénticos a lo largo del conducto de alimentación axial, ya que la distancia a puentear entre el conducto de alimentación central y el ensanchamiento cilíndrico es siempre idéntica.

En otra realización ventajosa del actuador el elemento flexible está previsto al final del ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón o al principio del conducto de alimentación central. Un elemento flexible de esta clase en este sitio y el guiado del pistón en el lado frontal hacen posible ventajosamente un movimiento casi exactamente lineal del pistón.

En una realización ventajosa del actuador están previstos unos elementos flexibles en al menos dos sitios del conducto de alimentación central. Particularmente ventajosa es la disposición de un elemento flexible adicional al final del conducto de alimentación axial. Solamente a través de estos dos elementos se puede garantizar un guiado seguro del pistón en el interior de la carcasa del actuador.

Según los requisitos, un experto puede elegir el número óptimo de elementos flexibles. Naturalmente, en lugar de un elemento de forma de disco, dos o más bandas elásticas radialmente dispuestas pueden asumir también el cometido del elemento flexible.

En una realización muy sencilla de la invención el elemento flexible comprende al menos dos muelles o bandas elásticas que están dispuestos radialmente alrededor de la alimentación central entre ésta y el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón. Los muelles mantienen radialmente el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón a una misma distancia de la alimentación central y, por tanto, admiten solamente un movimiento del pistón a lo largo del eje de la alimentación central.

La magnitud de la desviación máxima del pistón se determina, por un lado, por la elasticidad del elemento flexible y también, condicionado por la clase de construcción, por el espacio libre que puede ocupar el pistón en el interior de la carcasa del actuador. Para la aplicación en los experimentos ITER se aspira, por ejemplo, a una desviación del vástago de pistón por el actuador en el intervalo de típicamente -1 a +2 mm.

En otra realización ventajosa del actuador el elemento flexible está realizado en forma de un elemento a modo de disco con una escotadura central, que contacta la alimentación central con su diámetro interior y el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón con su diámetro exterior. Este elemento puede plegarse ventajosamente "a manera de acordeón" de una manera semejante a como lo hace un fuelle de pliegues. Se hace posible así dentro de ciertos límites el movimiento lineal del pistón a lo largo del eje de la alimentación central, sin que se influya sobre la distancia radial. Para la compensación de presión y para el transporte del primer medio dentro del primer espacio estos elementos flexibles presentan unas aberturas correspondientes que hacen posible un rápido intercambio de materia para posibilitar así unos rápidos tiempos de conmutación del actuador.

Como material para el elemento flexible son adecuados especialmente una aleación de titanio (Ti6A1-4V), acero inoxidable 316 L(N) o bien Alloy 718. Las propiedades importantes del material para un uso como elemento flexible en la invención son en este caso un módulo de elasticidad no demasiado alto, una alta tensión admisible y una buena capacidad de soldadura.

Para el campo de utilización a altas temperaturas por encima de 80ºC son adecuados como medio fluido primero o segundo especialmente helio o argón gaseosos. Para rápidos tiempos de conmutación o reacción del actuador se ha encontrado que es favorable que se utilicen medios no compresibles en calidad de medios fluidos primero y/o segundo. Por el contrario, como medio fluido primero o segundo son adecuados también agua y aceite cuando las temperaturas de utilización están por debajo de 80ºC.

En otra ejecución ventajosa del actuador éste presenta órganos de comprobación de la hermeticidad a gas entre el segundo medio y el vacío. Esto es necesario especialmente cuando se trabaja contra vacío con una atmósfera que contiene tritio. En este caso, el primer sistema de fuelle está construido como un sistema de fuelle doble. En el interior de este sistema de fuelle doble se encuentra una especie de gas de prueba. El sistema de fuelle doble está

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unido a través de un sistema de conductos que penetra desde el lado frontal en el interior del sistema de fuelle doble. Por tanto, mediante una comprobación del gas de prueba se puede detectar si se presenta una falta de hermeticidad entre las cavidades del vacío y del segundo medio.

Parte especial de la descripción

A continuación, se explica la invención con más detalle ayudándose de algunas figuras y ejemplos de realización, sin que se deba producir así una limitación del campo de protección. En las figuras significan:

1 Carcasa de actuador con placa extrema (EP) y placa frontal (SP) 2 Pistón con vástago de pistón (KS) unido con él 3 Segundo sistema de fuelle para sellado entre el primer medio y el segundo 4 Cavidad para el segundo medio fluido 5 Cavidad para el primer medio fluido 6 Elemento flexible 7 Primer sistema de fuelle para sellado entre el segundo medio y el ambiente en el lado del pistón;

puede estar construido eventualmente con doble pared M1, M2 Medios fluidos primero y segundo M3 Gas de prueba R Superficie de rozamiento

Muestran:

La figura 1, un cilindro de doble efecto de [1],

La figura 2, un actuador de simple efecto de una presentación no publicada del ITER,

La figura 3, una forma de realización del actuador según la invención,

La figura 4, una forma de realización del actuador según la invención con gas de prueba,

La figura 5, diferentes formas de realización del elemento flexible según la invención y

La figura 6, un ejemplo de aplicación del actuador según la invención para controlar un obturador para experimentos ITER.

En la figura 5 se representa el principio de funcionamiento del elemento flexible según la invención. Los elementos flexibles (6), especialmente en forma de bandas, muelles, segmentos o elementos a modo de disco con y sin acodamiento, unen el conducto de alimentación central (3) con el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón (2). Sirven, por un lado, para el centrado del ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón alrededor del conducto de alimentación central, pero admiten un movimiento lateral debido a su elasticidad.

Formas imaginables y adecuadas para los elementos flexibles según la invención son, por ejemplo, bandas elásticas, muelles precurvados o elementos de forma de disco con y sin acodamientos.

En la figura 6 se muestra un campo de utilización posible del actuador según la invención. El actuador se utiliza en el marco de un experimento ITER para controlar un obturador. Las condiciones ambiente en el lado del pistón son extremas: temperaturas de hasta 400ºC, vacío ultraalto < 10-6 Pa, radiación térmica, campos electromagnéticos y flujos de neutrones. El actuador según la invención está en condiciones de abrir o cerrar el obturador dentro de aproximadamente 0,7 segundos. La configuración especial del obturador de 1 metro de longitud hace posible, para un movimiento de carrera del actuador de sólo 2 mm, una abertura del obturador de aproximadamente 50 mm.

Literatura citada en la solicitud

[1] Sadakov S, Baross T, Biel W, Borsuk V, Hawkes N, von Hellermann M, Gille P, Kiss G, Koning J, Knaup M el al.; “Conceptual design of the ITER upper port plug for charge exchange diagnostic”, Fusion Engineering and Design 84 (2009) 1671-1675.

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   REIVINDICACIONES

   1. Accionamiento lineal que comprende

   -una carcasa (1) con una placa extrema (EP) y una placa frontal (SP),

   -un pistón (2) dispuesto de forma móvil en el interior de la carcasa y unido con un vástago de pistón (KS),

   -en el que la placa extrema (EP) fijamente unida con la carcasa (1) presenta una alimentación central para un primer medio (M1) que penetra en el interior de la carcasa,

   -en el que la placa extrema (EP) o la carcasa (1) presenta un órgano de evacuación para el primer medio fluido (M1) y un órgano de alimentación y evacuación para un segundo medio fluido (M2),

   -en el que la placa frontal (SP) fijamente unida con la carcasa (1) presenta una abertura para el paso del vástago de pistón (KS) hacia fuera de la carcasa (1), y en el que la placa frontal (SP) está sellada por un primer sistema de fuelle (7) con respecto al pistón móvil (2),

   -en el que el pistón (2) presenta en el interior de la carcasa (1) un ensanchamiento sustancialmente cilíndrico que está dispuesto alrededor de la alimentación central, caracterizado por que

   -al menos un elemento flexible (6) une el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón (2) y el conducto de alimentación central para hacer posible un movimiento lineal del pistón (2) dentro de la carcasa (1), sin que pueda producirse una torsión del pistón (2) o una inclinación dentro de la carcasa (1), y por que

   un segundo sistema de fuelle (3) está dispuesto entre el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón (2) y la placa extrema (EP) o la carcasa (1) de tal manera que se forman así en el interior del actuador dos cavidades (4, 5) separadas una de otra de manera hermética a gas,

   -estando unidos los órganos de alimentación y evacuación para el primer medio fluido (M1) con la primera cavidad

   (5) y estando unidos los órganos de alimentación y evacuación para el segundo medio fluido (M2) con la segunda cavidad (4).

2. 2.

   Accionamiento lineal según la reivindicación 1, caracterizado por que el segundo sistema de fuelle (3) está formado entre el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón (2) y la placa extrema (EP) del actuador.

3. 3.

   Accionamiento lineal según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que el segundo sistema de fuelle (3) contacta con el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón (2) cerca del vástago de pistón (KS).

4. 4.

   Accionamiento lineal según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que al menos dos elementos flexibles unen el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón (2) y el conducto de alimentación central en sitios diferentes de dicho conducto de alimentación central.

5. 5.

   Accionamiento lineal según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que los elementos flexibles (6) están configurados como bandas elásticas.

6. 6.

   Accionamiento lineal según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que los elementos flexibles (6) están configurados en forma de discos y presentan cada uno de ellos al menos un pliegue.

7. 7.

   Accionamiento lineal según la reivindicación 6, caracterizado por que los elementos flexibles (6) presentan aberturas para la conducción de un medio fluido.

8. 8.

   Accionamiento lineal según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el ensanchamiento sustancialmente cilíndrico del pistón (2) presenta una forma cilíndrica que está unida con el vástago de pistón (KS) a través de un disco dispuesto perpendicularmente a éste.

9. 9.

   Accionamiento lineal según las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado por que la carcasa del actuador (1) es de configuración cilíndrica.

10. 10.

    Accionamiento lineal según las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que todos los órganos de alimentación y evacuación para los dos medios fluidos (M1, M2) están dispuestos en la placa extrema (EP).

11. 11.

    Accionamiento lineal según las reivindicaciones 1 a 10, que comprende un primer sistema de fuelle (7) construido con doble pared, que puede ser solicitado con un gas de prueba a través de un conducto que desemboca desde el lado frontal en el interior del sistema de fuelle.

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