ES2649215T3 - Servo válvula de etapa de control del tipo de chorro - Google Patents

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ES2649215T3 ES16170914.2T ES16170914T ES2649215T3 ES 2649215 T3 ES2649215 T3 ES 2649215T3 ES 16170914 T ES16170914 T ES 16170914T ES 2649215 T3 ES2649215 T3 ES 2649215T3
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Abstract

Servo válvula (70; 170) de etapa de control del tipo de chorro que comprende un eyector (20; 120) para expulsar un chorro de fluido y que se puede desplazar en frente de un deflector (6; 106) capaz de generar un diferencial de presión que se puede aprovechar para desplazar un órgano de distribución de potencia (2) de la servo válvula (70; 170), el eyector extendiéndose radialmente en voladizo desde una columna (21; 121) que se extiende según un eje longitudinal (X) y de la cual es solidaria el eyector (20; 120) estando en comunicación fluida con un conducto central (22; 122) de la columna (21; 121) por el cual el eyector (20; 120) es alimentado con fluido, la columna (21; 121) estando provista de un primer extremo (23; 123) acoplado en el interior de una parte de la servo válvula (70; 170) en la proximidad de una alimentación a presión de ésta y por la cual el fluido es introducido en el interior del conducto central (22; 122) de la columna (21; 121), la columna (21; 121) estando provista de un segundo extremo (24; 124) sometido a la solicitación de un motor de par (26; 126) para aplicar selectivamente sobre la columna (21; 121) un par de giro alrededor del eje longitudinal (X) en un sentido o en otro con relación a una posición de reposo, caracterizada por que el primer extremo (23; 123) se acopla de manera articulada en el interior de una parte de la servo válvula (70; 170).

Description

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DESCRIPCION
Servo valvula de etapa de control del tipo de chorro
La invencion se refiere a una servo valvula que comprende una etapa de control del tipo de chorro.
Antecedente tecnologico de la invencion
Una servo valvula clasica esta constituida por una etapa de control que controla un organo movil de distribucion de potencia de una etapa de potencia. La etapa de potencia tiene por funcion emitir una presion o un caudal proporcional a una instruccion transmitida en la etapa de control.
La etapa de control comprende dos elementos hidraulicos, a saber un emisor hidraulico (boquilla o eyector) y un receptor hidraulico (paleta de ruedas, deflector o receptor fijo) cuya modificacion de su posicion relativa genera diferenciales de presion que son aprovechados para desplazar finamente un organo movil de distribucion de potencia de la etapa de potencia de la servo valvula. Este organo movil de distribucion de potencia desliza en el interior de una camisa cilmdrica implantada en el interior del cuerpo de la servo valvula. Generalmente, la posicion del emisor o del receptor hidraulico esta controlada por un motor de par que desplaza uno de los elementos hidraulicos de la etapa de control en frente del otro. El desplazamiento del organo movil de distribucion de potencia en el interior de su camisa pone entonces en comunicacion un conjunto de canales perforados y de lumbreras cuya disposicion permite distribuir una presion o un caudal, proporcionales al desplazamiento de dicho organo movil de distribucion de potencia.
Las servo valvulas de eyector son muy conocidas por su alta resistencia a una contaminacion del fluido por el hecho de una distancia mas elevada entre el eyector de fluido y el deflector con relacion a la distancia que separa las boquillas y la paleta de ruedas en el interior de una servo valvula de boquillas y paleta de ruedas.
Es conocido realizar tales servo valvulas de eyector poniendo en practica un eyector de fluido solidario con un elemento de torsion empotrado en por lo menos uno de sus dos extremos. Tales servo valvulas requieren la utilizacion de motores de par potentes para aplicar un par de torsion sobre el elemento de torsion a fin de desplazar el eyector de fluido. Tales motores de par se revelan que son muy pesados y consumidores de energfa electrica.
Otro inconveniente conocido de las servo valvulas con etapa de control de chorro es que es necesario canalizar el fluido hasta el eyector pasando por encima la etapa de potencia de la servo valvula y su organo movil de distribucion de potencia. Esto obliga a prever mecanizados costosos que, en vista de las fuertes presiones del fluido de alimentacion, imponen prever sobre grosores consiguientes de material exclusivamente reservados a acoger la canalizacion de alimentacion del fluido al eyector. Asf, existe una parte del volumen de la servo valvula y por lo tanto de su peso, que esta dedicado a la realizacion de este conducto.
Una servo valvula segun el preambulo de la reivindicacion 1 es conocida a partir del documento WO 2012/013808. Objeto de la invencion
La invencion tiene por objeto reducir el peso de una servo valvula de eyector.
Breve descripcion de la invencion
De cara a la realizacion de este objetivo, se propone una servo valvula de etapa de control el tipo de chorro que comprende un eyector para expulsar un chorro de fluido y que se puede desplazar en frente de un deflector capaz de generar un diferencial de presion que se puede aprovechar para desplazar un organo de distribucion de potencia de la servo valvula. El eyector se extiende radialmente en voladizo de una columna que se extiende segun un eje longitudinal y de la cual es solidario el eyector estando en comunicacion fluida con un conducto central de la columna por el cual el eyector es alimentado de fluido. La columna tiene un primer extremo acoplado de manera articulada en el interior de una parte de la servo valvula en la proximidad de una alimentacion de presion de esta y por la cual el fluido es introducido en el interior del conducto central de la columna. La columna tiene un segundo extremo sometido a la solicitacion de un motor de par para aplicar selectivamente sobre la columna un par de giro alrededor del eje longitudinal en un sentido o en otro con relacion a una posicion de reposo.
La solicitacion de la columna se hace en giro y no en torsion, los esfuerzos que se aplican sobre esta son reducidos y es posible instalar un motor de par de potencia, y por lo tanto de masa, reducido.
De forma ventajosa, la servo valvula comprende medios elasticos de retorno de la columna a la posicion de reposo.
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Asf, el retorno de la columna a la posicion de reposo es mas rapida que bajo la influencia unicamente de los elementos magneticos del motor de par. Segun un modo de realizacion particular, los medios de retorno a la posicion comprenden un tubo fino que rodea la columna.
Todavfa de forma ventajosa, el primer extremo de la columna realiza una union de articulacion deslizante con un alojamiento de recepcion de dicho extremo. Esto permite simplificar las operaciones de montaje de la columna evitando tener que realizar una detencion en traslacion de la columna segun su eje longitudinal.
De manera particularmente practica, el alojamiento de recepcion comprende un revestimiento insertado de manera estanca sobre un cuerpo de la servo valvula. Esto permite facilitar las operaciones de ajuste y de apareamiento de la columna y de su alojamiento de recepcion evitando realizar un ajuste sobre el cuerpo mismo de la servo valvula.
De forma ventajosa, el revestimiento se mantiene en posicion por atornillado.
Breve descripcion de las figuras
La invencion se comprendera mejor a la luz de la descripcion que sigue de un modo particular de realizacion de la invencion, con referencia a las figuras siguientes:
- la figura 1 es un esquema del principio de la aplicacion de la invencion a una servo valvula segun un primer modo particular de realizacion de la invencion, el motor de par habiendo sido omitido;
- la figura 2 es una vista en detalle en corte de la zona II - II identificada en la figura 1;
- la figura 3 es una vista en corte segun la lmea III - III de la figura 4 de una servo valvula segun un segundo modo
particular de realizacion de la invencion;
- la figura 4 es una vista en corte segun la lmea IV - IV de la figura 3;
- la figura 5 es una vista analoga a aquella de la figura 4, estando representado el motor de par;
- la figura 6 es una vista de lado parcial de la servo valvula de las figuras 2 a 5;
- la figura 7 es un esquema del principio que muestra las polarizaciones respectivas de la paleta de ruedas y el estator de la servo valvula.
Descripcion detallada de las figuras
Con referencia a las figuras 1 y 2, la invencion se ilustra en este caso en la aplicacion a una servo valvula de regulacion del caudal barometrico de dos etapas de las cuales una etapa de control. Por supuesto, la invencion no esta limitada a esta aplicacion y podna ser utilizada para otros tipos de servo valvulas.
La servo valvula globalmente designada por 70 comprende un cuerpo 1 en el interior del cual esta montado un organo de distribucion de potencia 2 para deslizar en estanqueidad en el interior de un orificio cilmdrico 3 formando la etapa de distribucion. El organo de distribucion de potencia 2 es movil entre dos posiciones extremas y esta conformado para delimitar en el interior del orificio 3 camaras estancadas C1, C2, C3, C4 para poner en comunicacion respectivamente, segun la posicion extrema del organo de distribucion de potencia 2 con relacion a una posicion centrada (oposicion neutra):
- ya sea un puerto de alimentacion P con un primer puerto de utilizacion U1, y un puerto de retorno R con un segundo puerto de utilizacion U2,
- ya sea el puerto de alimentacion P con el segundo puerto de utilizacion U2, y el puerto de retorno R con el primer puerto de utilizacion U1. El control del deslizamiento del organo de distribucion de potencia 2 en el interior del orificio 3 esta asegurado por medio de camaras de control 4, 5 que estan alimentadas con fluido bajo presion por un organo de reparto de presion, en este caso un deflector 6 acoplado en estanqueidad en el interior de un alojamiento 7 del cuerpo 1. El deflector 6 comprende un plano medio central 8 en el cual esta practicado un orificio de reparto 9. El orificio de reparto 9 se pone en comunicacion, a traves de los conductos 10, 11 con las camaras de control 4 y 5.
Resortes (no representados) estan previstos para ejercer una reaccion en contra a las presiones de los controles inducidos sobre el organo de distribucion de potencia 2, a fin de poder sujetar este en posicion.
En frente del plano medio central 8 se extiende un eyector 20 de fluido que expulsa un chorro de fluido hacia el orificio de reparto 9. El eyector 20 se puede desplazar en frente del orificio de reparto 9 de modo que desplaza el punto de impacto del chorro sobre el plano medio central 8, lo que tiene por efecto hacer variar las presiones que reinan en el interior de las camaras de control 4, 5 lo que permite desplazar el organo de distribucion de potencia en
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respuesta al desplazamiento del eyector 20. Todo esto es muy conocido y unicamente se recuerda para situar el contexto de la invencion.
Segun un aspecto esencial de la invencion, el eyector 20 es solidario de una columna 21 y esta fijado en el extremo de una tubuladura 30 que se extiende radialmente desde esta estando en comunicacion fluida con un conducto central 22 de la columna 21 por el cual el eyector 20 es alimentado con fluido. La columna 21 se extiende segun un eje longitudinal X y comprende un primer extremo 23 que esta acoplado de manera articulada en el interior de un alojamiento de recepcion 71 del cuerpo 1 de la servo valvula 70.
Este alojamiento de recepcion 71 esta delimitado por un revestimiento 72 insertado en este caso por atornillado en el interior del cuerpo 1 de la servo valvula 70. El revestimiento 72 es de forma cilmdrica de eje X y comprende una parte 73 en forma de disco en su primer extremo 74 y que descansa sobre una parte plana 75 de una camara 45 en el interior de la cual se extiende la tubuladura 30. La cara exterior del revestimiento 72 comprende una junta torica 77 recibida en el interior de un alojamiento anular 78 del cuerpo 1 de la servo valvula 70 y que asegura la estanqueidad del revestimiento 72 sobre el cuerpo 1. El revestimiento 72 comprende un mandrinado axial 79 que se extiende desde el primer extremo 74 del revestimiento hasta su segundo extremo 80 y en el interior del cual esta acoplado en giro y en deslizamiento el primer extremo 23 de la columna 21. La union asf definida entre el cuerpo 1 de la servo valvula 70 y la columna 21 corresponde a una union articulada deslizante. El mandrinado 79 se extiende entre la camara 45 y un conducto de alimentacion 81 en union fluida con el puerto de alimentacion P de manera que alimenta el conducto central 22 de la columna 21. El conducto de alimentacion 81 esta ilustrado en lmea de puntos en la figura 1 y puede estar directamente taladrado en el interior del cuerpo 1 de la servo valvula 70. El primer extremo 23 de la columna 21 esta idealmente implantado en el interior de una parte del cuerpo 1 en la proximidad de la alimentacion a presion. Esto permite suprimir la necesidad de hacer pasar uno o varios conductos de alimentacion del eyector 20 por encima del conjunto de distribucion.
Como es visible en la figura 2, la superficie exterior del extremo 23 de la columna 21 comprende tres gargantas 82 perifericas de expansion. Estas gargantas 82 asf como el ajuste diametral de la columna 23 en el interior del mandrinado 79 permiten dominar la fuga interior de fluido entre el conducto 81 y la camara 45.
La columna 21 comprende un segundo extremo 24 que es solidario del rotor 25 de un motor de par 26 en el cual el estator 27 esta fijado sobre el cuerpo 1.
Asf, cuando el motor de par 26 es alimentado, provoca un giro de la columna 21 alrededor de su eje longitudinal X, provocando un desplazamiento angular del eyector 20 en frente del orificio de reparto 9 de modo que el impacto del chorro producido por el eyector 20 se desplaza con relacion al orificio de reparto 9.
El desplazamiento del punto de impacto del chorro es debil y se puede asimilar a una traslacion segun la tangente a la trayectoria del eyector 20. Una gran proporcionalidad se mantiene entre el desplazamiento y el par impuesto por el motor de par 26 sobre la columna y por lo tanto con la corriente de alimentacion de este.
Cuando el motor de par 26 no es alimentado, el rotor 25 vuelve, por equilibrado de las masas magneticas, a su posicion de reposo y el chorro producido por el eyector 20 impacta en el plano medio central 8 del deflector en un lugar para el cual las presiones en el interior de las camaras de control 4, 5 se equilibran. A este efecto, el deflector 6 esta provisto de un medio de regulacion que permite su colocacion precisa en el interior del alojamiento 9 en frente del eyector. La union articulada deslizante de la columna 21 sobre el cuerpo 12 de la servo valvula opone una resistencia muy debil al desplazamiento del eyector 20 en frente del orificio de reparto 9. La potencia electrica absorbida por el motor de par 26 es debil frente a los motores de par de la tecnica anterior. Es por lo tanto posible utilizar un motor de par que desarrolle una potencia mecanica mas debil y por lo tanto que tenga una masa reducida.
Esta disposicion asf como la reduccion del volumen del cuerpo 1 de la servo valvula 70 reservada al conducto de alimentacion 81 permite obtener una servo valvula 70 muy ligera y que consuma menos energfa electrica que las servo valvulas de la tecnica anterior.
Segun, ahora, un segundo modo particular de realizacion ilustrado en las figuras 3 y 4 y en las cuales las referencias de los elementos comunes con aquellos de la figura 1 se han aumentado en una centena, la servo valvula 170 comprende, como anteriormente, un cuerpo 101 en el interior del cual esta montado deslizante un organo de distribucion de potencia 102. La etapa de control comprende un deflector 106 y un eyector 120 que es solidario con una columna 121 estando montado en el extremo de una tubuladura 130 que se extiende radialmente desde la columna 121. La columna 121 tiene un primer extremo que realiza una union articulada deslizante en el interior del cuerpo 101, y un segundo extremo 124 sometido a la accion de un motor de par 126. La columna 121 comprende un conducto central 122 que permite poner en comunicacion fluida el eyector 120 y el puerto de alimentacion P por el primer extremo 123 a traves del conducto central 122 y de la tubuladura 130. Se constata en este caso todavfa que el extremo 23 de la columna esta implantado en la proximidad de la alimentacion a presion de la servo valvula.
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En este caso y segun un aspecto particular de la invencion, la columna 121 esta rodeada de un tubo fino 190 que se extiende desde una placa base 128 fijada en estanqueidad sobre el cuerpo de la servo valvula hasta un pie 129 que viene a encerrar el extremo 124 de la columna. El pie 129 y dicho extremo estan fijados uno al otro de modo que en el momento de un giro provocado por el motor de par 126, el tubo fino 120 trabaja en torsion. Esta disposicion permite asegurar la estanqueidad de la camara 145 en el interior de la cual el inyector 120 expulsa el fluido, sin recurrir a una junta de estanqueidad que frota al nivel del extremo 24 de la columna cooperando con el motor de par 190 y susceptible de crear una histeresis. El tubo fino 190 devuelve de manera elastica la columna 121 a su posicion de reposo y permite mejorar la reactividad de la servo valvula 70 con relacion a un retorno a la posicion de reposo exclusivamente realizado por efecto magnetico del motor de la 126 sobre el estator 127.
Segun otro aspecto particular de la invencion, la retraccion elastica entre el organo de distribucion de potencia 102 y el eyector 120 esta asegurada en este caso por una varilla 132 flexible que se extiende entre el eyector 120 y el organo de distribucion de potencia 102. La varilla se extiende paralelamente a la columna 121.
El motor de par 126 se mantiene detallado con relacion a las figuras 4 y 6. Este comprende una paleta de ruedas 150 que comprende dos brazos opuestos 150a, 150b y que esta unida al pie 129 por atornillado. La paleta de ruedas 150 esta rodeada por una armadura ferromagnetica que comprende dos flancos 151, 152 que estan unidos en la parte superior por un iman permanente 153 polarizado Norte -Sur segun la figura 4.
Como es visible en la figura 6, los flancos 151, 152 presentan caras activas 155, 156 que estan inmediatamente en frente de caras de la paleta de ruedas 150, dejando unicamente un pequeno entre hierro, esto, por una parte y por la otra del eje longitudinal X. El iman permanente 153 genera entonces flujos magneticos, que pasan por las caras activas 155, 156 y se vuelven a cerrar cada uno en el interior de uno de los brazos de la paleta de ruedas 150 por una parte y por la otra del eje. Siendo los flujos iguales, la paleta de ruedas no sufre par alguno.
Bobinas 157, 158 dispuestas para rodear cada uno de los brazos de la paleta de ruedas 150 estan alimentadas en oposicion, se produce asf sobre la paleta de ruedas 150 un par proporcional al producto de la intensidad de alimentacion de las bobinas 157 y del numero de vueltas de estas para generar un flujo magnetico en el seno de la paleta de ruedas de manera que se obtiene una polarizacion Norte sobre la parte 150a y una polarizacion Sur sobre la parte 150b (vease la figura 7). De este modo se crea sobre la paleta de ruedas 150 un par que provoca el giro de la columna 121 y la torsion del tubo 190.
Por supuesto, este giro de la columna 121 es muy debil, del orden de algunas decimas de grado. Sera suficiente invertir el sentido de la corriente de alimentacion de las bobinas para invertir el sentido del giro.
La invencion por supuesto no esta limitada a lo que acaba de ser descrito, sino que engloba cualquier variante que entre dentro del ambito definido por las reivindicaciones.
En particular:
- aunque en este caso la columna este montada en paralelo con un tubo fino que se puede cometer a torsion, se podna evitar este montaje si se consigue asegurar la estanqueidad de la camara en el interior de la cual el eyector envfa el fluido. En particular, se podna utilizar un fuelle, una junta capaz de deformarse en torsion sin deslizamiento ni rozamiento y que no presente histeresis;
- aunque en este caso el revestimiento este insertado por atornillado sobre el cuerpo de la servo valvula, la invencion se aplica igualmente a otros modos de union del revestimiento sobre el cuerpo de la servo valvula como por ejemplo la soldadura, el encolado, soldadura blanda, el engaste, ciertos de estos modos permitiendo pasar de junta de estanqueidad;
- aunque en este caso la estanqueidad este asegurada por una junta torica alojada en el interior de una garganta anular, la invencion se aplica igualmente a otros tipos de juntas de estanqueidad estaticas como por ejemplo una junta plana o de cualquier seccion;
- aunque en este caso la union entre el cuerpo de la servo valvula y la columna sea del tipo articulado deslizante, la invencion se aplica igualmente a una union del tipo articulado simple;
- aunque en este caso el primer extremo de la columna este recibido en el interior de un alojamiento de recepcion de un revestimiento insertado sobre el cuerpo de la servo valvula, la invencion se aplica igualmente a una columna recibida en el interior de un alojamiento de recepcion directamente realizado en el interior del cuerpo de la servo valvula;
- aunque en este caso la columna comprende tres gargantas de expansion, la invencion se aplica igualmente a una columna que comprenda un numero diferente de gargantas de expansion como por ejemplo, una, dos o mas de tres;
5 - aunque en este caso la columna este rodeada de un tubo fino que se puede someter a torsion, la invencion se
aplica igualmente a otros medios elasticos de retorno a la posicion de reposo como por ejemplo un resorte de espiras o un manguito de elastomero.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Servo valvula (70; 170) de etapa de control del tipo de chorro que comprende un eyector (20; 120) para expulsar un chorro de fluido y que se puede desplazar en frente de un deflector (6; 106) capaz de generar un diferencial de presion que se puede aprovechar para desplazar un organo de distribucion de potencia (2) de la servo valvula (70; 170), el eyector extendiendose radialmente en voladizo desde una columna (21; 121) que se extiende segun un eje longitudinal (X) y de la cual es solidaria el eyector (20; 120) estando en comunicacion fluida con un conducto central (22; 122) de la columna (21; 121) por el cual el eyector (20; 120) es alimentado con fluido, la columna (21; 121) estando provista de un primer extremo (23; 123) acoplado en el interior de una parte de la servo valvula (70; 170) en la proximidad de una alimentacion a presion de esta y por la cual el fluido es introducido en el interior del conducto central (22; 122) de la columna (21; 121), la columna (21; 121) estando provista de un segundo extremo (24; 124) sometido a la solicitacion de un motor de par (26; 126) para aplicar selectivamente sobre la columna (21; 121) un par de giro alrededor del eje longitudinal (X) en un sentido o en otro con relacion a una posicion de reposo, caracterizada por que el primer extremo (23; 123) se acopla de manera articulada en el interior de una parte de la servo valvula (70; 170).
  2. 2. Servo valvula (70; 170) segun la reivindicacion 1 comprendiendo medios elasticos (190) de retorno de la columna (121) a la posicion de reposo.
  3. 3. Servo valvula (70; 170) segun la reivindicacion 2 en la cual los medios elasticos (127) de retorno a la posicion comprenden un tubo fino (190) que rodea la columna (121).
  4. 4. Servo valvula segun la reivindicacion 1 en la cual el primer extremo (23; 123) de la columna (21) realiza una union articulada deslizante con un alojamiento de recepcion (71) de dicho extremo (23).
  5. 5. Servo valvula (70; 170) segun la reivindicacion 4 en la cual el alojamiento de recepcion (71) esta delimitado por un revestimiento (72) insertado de forma estanca sobre un cuerpo (1) de la servo valvula (70; 170).
  6. 6. Servo valvula (70; 170) segun la reivindicacion 5 en la cual el revestimiento (72) esta insertado sobre el cuerpo de la servo valvula (70; 170) por atornillado.
  7. 7. Servo valvula segun la reivindicacion 5 en la cual el revestimiento (72) comprende una junta estatica (77).
  8. 8. Servo valvula segun la reivindicacion 1 en la cual el primer extremo (23) de la columna (21) comprende por lo menos una garganta de expansion (82).
  9. 9. Servo valvula (70; 170) segun la reivindicacion 3 en la cual el segundo extremo (24; 124) de la columna esta empotrado sobre un pie (129) terminal del tubo fino (190) que rodea la columna (121), el tubo fino (190) siendo solidario de una placa base (128) que encierre con estanqueidad una camara (145) en el interior de la cual el eyector (120) expulsa el fluido.
  10. 10. Servo valvula (70; 170) segun la reivindicacion 1 en la cual el motor de par comprende una paleta de ruedas (150) que tiene dos brazos opuestos que estan sometidos a la accion electromagnetica de un iman permanente (153), el motor de par comprendiendo dos bobinas (157, 158) que rodean cada una un brazo de la paleta de ruedas y alimentada en oposicion para generar una polarizacion opuesta de los brazos de la paleta de ruedas de manera que se crea sobre la paleta un par.
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