ES2710614T3 - Válvula hidráulica con un elemento de filtro anular sujeto mediante un resorte helicoidal - Google Patents

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Abstract

Válvula (10) hidráulica que comprende: un cuerpo (20) de válvula que tiene una perforación (21) longitudinal dentro de la cual está formada un primer rebaje (29) anular que tiene una primera superficie (27) circunferencial a través de la cual se abre un primer orificio (28) de fluido; un elemento (44) de válvula alojado de manera móvil dentro de la perforación longitudinal para controlar el flujo de fluido a través del primer orificio de fluido; y, una banda (82) filtrante que tiene una pluralidad de aberturas (84) a su través; haciendo tope la banda filtrante contra la primera superficie circunferencial; caracterizada porque la válvula hidráulica comprende además un resorte (90) helicoidal con espiras (92) separadas que enganchan la banda filtrante para mantener de ese modo la banda filtrante haciendo tope contra la primera superficie circunferencial.

Description

DESCRIPCION
Valvula hidraulica con un elemento de filtro anular sujeto mediante un resorte helicoidal
Antecedentes de la invencion
1. Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a valvulas hidraulicas, y mas particularmente a valvulas de tipo carrete que tienen un filtro integrado para que fluya fluido a traves de la valvula.
2. Descripcion de la tecnica relacionada
Una amplia variedad de maquinas tienen elementos moviles que se hacen funcionar mediante un accionador hidraulico. Por ejemplo, un motor de combustion interna tiene un arbol de levas que esta acoplado mecanicamente para rotar con el ciguenal y que abre y cierra valvulas de admision y escape del cilindro. Tradicionalmente, la sincronizacion del arbol de levas se fijaba a un ajuste que producfa el mejor funcionamiento para todos los estados de funcionamiento del motor. Sin embargo, se ha reconocido que el rendimiento del motor puede mejorarse si la sincronizacion de la valvula varfa en funcion de la velocidad del motor, la carga del motor y otros factores. Por tanto, esta usandose un accionador hidraulico en algunos motores para variar la relacion de acoplamiento del arbol de levas con el ciguenal. Una valvula accionada por solenoide controla la aplicacion de fluido a presion para hacer funcionar el accionador hidraulico.
A lo largo del tiempo, el fluido hidraulico que fluye a traves de una maquina porta pequenas partfculas, tales como fragmentos de metal procedentes de los componentes del motor. Esas partfculas pueden bloquear orificios en la valvula o pueden llegar a alojarse de modo que impidan el movimiento de los componentes de la valvula. Las partfculas tambien pueden afectar adversamente al funcionamiento de otros elementos del sistema hidraulico. Algunas valvulas anteriores incorporaban pantallas para impedir que las partfculas pequenas entraran en la valvula. El documento EP1447602 da a conocer una valvula de control de flujo de aceite para un sincronizador de leva. La valvula de control de flujo de aceite comprende una valvula de retencion para impedir un flujo de retorno de aceite desde el sincronizador de leva hasta el sistema de aceite de un motor. Este documento da a conocer ademas el uso de un filtro dispuesto dentro de la valvula de control de flujo de aceite, aguas debajo de la valvula de retencion. El documento WO2008/034879 da a conocer una valvula de control de aceite con una disposicion de valvula de retencion integrada dotada de un filtro, que se abre y se cierra dependiendo de un desequilibrio de presion seleccionado en el fluido en la valvula de retencion.
Sumario de la invencion
Una disposicion de valvula comprende un cuerpo con una perforacion longitudinal dentro de la cual esta formado un rebaje anular interior. El rebaje anular tiene una superficie circunferencial a traves de la cual se abre un orificio de fluido. Una banda filtrante con una pluralidad de aberturas a su traves hace tope contra la superficie circunferencial del rebaje. La banda filtrante se extiende a lo largo de una abertura de un orificio de fluido hacia el interior del rebaje anular. Preferiblemente, la banda filtrante tiene forma de anillo y especfficamente, por ejemplo, puede ser una tira de material doblada formando un cilindro con extremos solapantes.
Un resorte helicoidal, ubicado dentro del rebaje, retiene la banda filtrante contra la superficie circunferencial. El resorte helicoidal tiene espiras separadas que enganchan la banda filtrante y ejercen una fuerza radial hacia el exterior que mantiene la banda filtrante haciendo tope contra la superficie circunferencial.
Un elemento de valvula, tal como un carrete, por ejemplo, se aloja de manera deslizante dentro de la perforacion longitudinal para controlar el flujo de fluido a traves del orificio de fluido.
En una realizacion de la disposicion de valvula, el rebaje anular tiene dos superficies laterales en lados opuestos de la superficie circunferencial, y el resorte helicoidal engancha ambas superficies laterales. Por ejemplo, el resorte helicoidal puede tener un primer extremo en el que dos espiras hacen tope entre sf, y tiene un segundo extremo opuesto en el que otro par de espiras hacen tope entre sf. Los extremos primero y segundo del resorte enganchan las dos superficies laterales del rebaje y por tanto el resorte se extiende a traves de toda la anchura de ese rebaje.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es una vista en seccion transversal longitudinal a traves de una valvula electrohidraulica que incorpora un conjunto de filtro segun la presente invencion;
la figura 2 es una vista en seccion transversal a traves de la valvula a lo largo de la lfnea 2-2 en la figura 1; la figura 3 es una seccion ampliada de la figura 1 que muestra una zona donde el orificio de entrada se abre hacia el interior de la perforacion de valvula y un conjunto de filtro en esa ubicacion;
la figura 4 ilustra una lamina filtrante que es un componente del conjunto de filtro;
la figura 5 muestra la lamina filtrante doblada formando una banda tal como se produce tras insertarse en la valvula; y
la figura 6 muestra un resorte de retencion usado para sujetar la banda filtrante en su sitio dentro de la valvula. Descripcion detallada de la invencion
La presente invencion se describira en el contexto de una valvula 10 electrohidraulica a modo de ejemplo representada en las figuras 1 y 2, sin embargo debe entenderse que la invencion puede ponerse en practica con otros tipos de valvulas. La valvula 10 electrohidraulica tiene un cuerpo 20 de valvula tubular que durante su uso se inserta en una abertura 22 en un colector 24. El cuerpo 20 de valvula tubular tiene una perforacion 21 longitudinal en la que se abren una pluralidad de orificios. Un conducto 26 de suministro en el colector 24 transporta fluido a presion desde una bomba u otra fuente hasta una pluralidad de orificios 28 de entrada en el cuerpo 20 de valvula. Aunque la valvula 10 a modo de ejemplo tiene seis orificios 28 de entrada en la figura 2, pueden proporcionarse otras cantidades de orificios. Cada orificio 28 de entrada se abre a traves de una superficie 27 circunferencial interior hacia el interior de un primer rebaje 29 anular formado en la superficie curvada de la perforacion 21 longitudinal del cuerpo de valvula. Una pluralidad de orificios 30 y 32 de trabajo primero y segundo en el cuerpo 20 de valvula tubular proporcionan trayectorias de fluido entre la perforacion 21 longitudinal y los conductos 34 y 36 de colector que conducen a un accionador hidraulico que se acciona por el fluido. Los orificios 30 y 32 de trabajo primero y segundo se abren hacia el interior de rebajes 31 y 33 anulares segundo y tercero, respectivamente, en la superficie curvada de la perforacion 21 longitudinal. Al igual que con los orificios de entrada, puede haber una pluralidad de primeros orificios 30 de trabajo y una pluralidad de segundos orificios 32 de trabajo separados radialmente alrededor de la perforacion 21. En el extremo interior de la abertura 22 de colector, un conducto 25 de retorno se comunica con un orificio 35 de salida en el cuerpo de valvula para transportar fluido de vuelta a un deposito del sistema hidraulico. Un elemento de valvula en forma de un carrete 44 esta alojado de manera deslizante dentro de la perforacion 21 longitudinal en el cuerpo 20 de valvula y tiene una ranura 46 anular exterior. En posiciones seleccionadas del carrete, la muesca 46 anular exterior proporciona una trayectoria de fluido entre los orificios 28 y 35 de entrada y salida y los dos orificios 30 y 32 de trabajo, y por tanto entre los conductos de colector asociados. En una posicion media del desplazamiento del carrete que se ilustra en la figura 1, el orificio 28 de entrada esta cerrado desde ambos orificios 30 y 32 de trabajo que tambien se bloquean por pistones en el carrete 44. Un conducto 48 central se extiende a traves del carrete 44 entre los extremos 47 y 49 opuestos y en posiciones de carrete hacia la izquierda proporciona una trayectoria entre el primer orificio 30 de trabajo y el orificio 35 de salida. Un cabezal 54 sobresale del extremo 49 hacia el exterior del carrete 44 de valvula y tiene una abertura 53 a su traves. Un resorte 50 de valvula desvfa el extremo hacia el interior del carrete 44 lejos de una boquilla 52 en un extremo del cuerpo 20 de valvula en que esta ubicado el orificio 35 de salida.
La valvula 10 tambien incluye un accionador 51 lineal unido al extremo opuesto del cuerpo 20 de valvula. El accionador 51 lineal tiene un alojamiento 55 exterior de metal que encierra una bobina 58 de solenoide enrollada en un arrollamiento 60 no magnetico. Dos piezas 64 y 66 polares magneticamente conductoras se extienden hacia el interior de extremos opuestos del arrollamiento 60 y tienen ambas una abertura central que se extiende a su traves. Un embolo 70 de accionador esta alojado de manera deslizante dentro de aberturas centrales de las piezas 64 y 66 polares y por tanto dentro de la abertura central de la bobina 58 de solenoide. El embolo 70 de accionador incluye un inducido 72 cilfndrico de material ferromagnetico y un elemento 74 de empuje tubular que esta sujeto en una abertura a traves del inducido 72. El elemento 74 de empuje sobresale hacia el exterior desde el accionador 51 lineal y hace tope contra el cabezal 54 del carrete 44 de valvula.
Cuando se aplica corriente electrica a la bobina 58 de solenoide, se produce un campo electromagnetico que acciona el inducido 72 y el elemento 74 de empuje hacia el carrete 44 de valvula. Esta accion hace que el carrete de valvula se mueva contra la fuerza de desviacion del carrete 50 de valvula y que se deslice de ese modo en la perforacion 21 longitudinal del cuerpo 20 de valvula. Por ejemplo, la bobina 58 de solenoide puede accionarse por una serial electrica modulada por ancho de pulso (PWM) que tiene un ciclo de trabajo que varfa de manera convencional para mover el carrete 44 a diferentes posiciones deseadas en el cuerpo 20 de valvula. La senal PWM se aplica al accionador 51 lineal a traves de un conector 57.
Con referencia continuada a la figura 1, un filtro 80 independiente esta ubicado en cada rebaje 29, 31 y 33 anular en la perforacion 21 longitudinal del cuerpo 20 de valvula para filtrar fluido que fluye a traves de los orificios 28 de entrada y los orificios 30 y 32 de trabajo primero y segundo. Con referencia particular a la figura 4, cada filtro 80 comprende una tira 81 rectangular fina (por ejemplo, de 0,1 mm de grosor) de metal que tiene una pluralidad de aberturas 84 entre sus dos superficies principales. Por ejemplo, puede emplearse un procedimiento de grabado fotolitografico convencional para formar aberturas de un tamano suficientemente pequeno como para impedir que partfculas no deseadas entren y afecten adversamente al funcionamiento de la valvula 10. La tira 81 se dobla formando una curva, solapandose una primera seccion 86 de extremo con una segunda seccion 88 de extremo, formando de ese modo una banda 82 filtrante anular, tal como se muestra especfficamente en la figura 5.
Tal como se muestra en la figura 1, una banda 82 filtrante independiente se sujeta contra la superficie 27 circunferencial curvada de cada rebaje 29, 31 y 33 anular mediante un resorte 90 de retencion helicoidal. Los detalles de uno de los resortes 90 de retencion se ilustran en la figura 6. Las espiras o vueltas 92 centrales del resorte helicoidal estan separadas, mientras que dos espiras 94 y 96 en cada extremo de la helice hacen tope entre si, formando de ese modo una superficie 97 y 98 de extremo generalmente plana, respectivamente. La espira mas exterior esta cerrada, lo que significa que el extremo 99 del hilo metalico, que forma el resorte, toca el hilo metalico cerca del comienzo de la espira mas exterior y no esta separada como lo estan las espiras 92 centrales. Alternativamente, cada superficie 97 y 98 de extremo plano podrfa estar formada por solo una unica espira cerrada.
Con referencia adicional a las figuras 1, 2 y 3, cuando el resorte 30 de retencion esta instalado en uno de los rebajes 29, 31 y 33 anulares, los extremos planos enganchan las paredes 95 laterales anulares en lados opuestos de la superficie 27 circunferencial del rebaje. Como resultado, el resorte 90 de retencion se extiende a traves de la anchura del rebaje 29, 31 o 33 respectivo y sujeta los bordes de la banda 82 filtrante asociada contra la superficie 27 circunferencial. Por tanto, la abertura del orificio 28 de entrada o los orificios 30 o 32 de trabajo respectivos hacia el interior del rebaje esta cubierta estrechamente por la banda 82 filtrante. Esta restriccion de la banda 82 filtrante por el resorte 90 de retencion helicoidal impide que la presion y el flujo de fluido desde el orificio respectivo colapsen la banda lejos de la superficie 27 circunferencial y abran una trayectoria de fluido alrededor del filtro 80. El resorte 90 de retencion helicoidal tambien impide que la presion y el flujo muevan una banda 82 filtrante parcialmente fuera del rebaje 29, 31 o 33 respectivo y hacia el interior de la ranura 46 anular, donde la banda filtrante interferirfa con el movimiento de deslizamiento del carrete 44 de valvula. Esta retencion se logra mediante las espiras del resorte 90 de retencion helicoidal que aplican fuerza uniformemente a traves de toda la anchura de la banda 82 filtrante. Los extremos planos del resorte 90 de retencion que enganchan las paredes 95 laterales anulares en lados opuestos de la superficie 27 circunferencial del rebaje impiden que el resorte de retencion se deslice a traves de la anchura de la banda 82 filtrante.
Los filtros 80 se insertan uno a uno en el cuerpo 20 de valvula antes de que el carrete 44 se coloque en la perforacion 21 longitudinal. Para este proceso puede emplearse una herramienta en forma de embudo. La herramienta tiene un tubo largo que se inserta en la perforacion 21 longitudinal, estando colocado un extremo abierto del tubo adyacente al rebaje 29, 31 o 33 particular en que va a colocarse el filtro. Una banda 82 filtrante cilfndrica se inserta en el embudo y se empuja hacia el interior del tubo de la herramienta, contrayendo de ese modo el diametro de la banda, permitiendo que la banda se deslice a traves del tubo. En ultima instancia, la banda 82 filtrante se empuja fuera del extremo de la herramienta y hacia el interior del rebaje en la perforacion 21 longitudinal. En ese momento, la elasticidad de la banda 82 filtrante hace que se expanda diametralmente hacia el interior del rebaje hasta que la banda descansa contra la superficie 27 circunferencial curvada. Entonces se usa un proceso similar para colocar un resorte 90 de retencion en el mismo rebaje. Cuando el resorte 90 de retencion se expande diametralmente tras la salida de la herramienta de insercion, los bordes circunferenciales exteriores de cada espira de la helice ejercen una fuerza radial hacia el exterior contra la banda 82 filtrante, sujetando adicionalmente la banda contra la superficie 27 circunferencial curvada del rebaje. Los extremos planos del resorte 90 de retencion instalado enganchan las paredes 95 laterales anulares opuestas del rebaje para centrar el resorte en el rebaje. En el estado instalado, las espiras 94 y 96 que hacen tope en esos extremos de la espira de retencion sujetan los bordes de la banda 82 filtrante contra la superficie 27 circunferencial del rebaje. La fuerza de esa sujecion impide que la presion en el orificio respectivo doble la banda lejos de la superficie 27 circunferencial.
Aunque la presente banda filtrante se ha descrito en el contexto de uso en una valvula de carrete electrohidraulica, debe entenderse que la banda puede usarse en otros tipos de valvulas. Ademas, la valvula puede tener un numero mayor o menor de orificios y por tanto de rebajes en la perforacion longitudinal del cuerpo de valvula.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Valvula (10) hidraulica que comprende:
un cuerpo (20) de valvula que tiene una perforacion (21) longitudinal dentro de la cual esta formada un primer rebaje (29) anular que tiene una primera superficie (27) circunferencial a traves de la cual se abre un primer orificio (28) de fluido;
un elemento (44) de valvula alojado de manera movil dentro de la perforacion longitudinal para controlar el flujo de fluido a traves del primer orificio de fluido; y,
una banda (82) filtrante que tiene una pluralidad de aberturas (84) a su traves;
haciendo tope la banda filtrante contra la primera superficie circunferencial;
caracterizada porque la valvula hidraulica comprende ademas un resorte (90) helicoidal con espiras (92) separadas que enganchan la banda filtrante para mantener de ese modo la banda filtrante haciendo tope contra la primera superficie circunferencial.
2. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 1, en la que el resorte helicoidal ejerce una fuerza radial sobre la banda filtrante que mantiene la banda filtrante haciendo tope contra la primera superficie circunferencial.
3. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 1, en la que la banda filtrante comprende una lamina (81) con extremos (86, 88) opuestos, en la que la lamina esta conformada para dar un cilindro con los extremos opuestos solapantes.
4. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 1, en la que el primer rebaje anular tiene dos superficies (95) laterales en lados opuestos de la primera superficie circunferencial; y el resorte helicoidal engancha ambas superficies laterales.
5. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 1, en la que el resorte helicoidal tiene extremos opuestos, y tiene una espira (94, 96) cerrada en cada extremo.
6. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 1, en la que el resorte helicoidal tiene un extremo en el que dos espiras hacen tope entre si.
7. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 1, en la que el resorte helicoidal tiene un primer extremo en el que dos espiras (94) hacen tope entre si, y tiene un segundo extremo en el que otras dos espiras (96) hacen tope entre si.
8. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un accionador (51) acoplado operativamente para mover el elemento de valvula en diferentes posiciones dentro de la perforacion longitudinal.
9. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 1, en la que el cuerpo de valvula comprende ademas un segundo rebaje (31) anular que tiene una segunda superficie (27) circunferencial y un segundo orificio (30) de fluido que se abre a traves de la segunda superficie circunferencial;
una segunda banda (82) filtrante que tiene una pluralidad de aberturas (84) a su traves y esta ubicada dentro del segundo rebaje anular que hace tope contra la segunda superficie circunferencial y que se extiende a lo largo de una abertura del segundo orificio de fluido a traves de la segunda superficie circunferencial; y
un segundo resorte (90) helicoidal con espiras separadas y que retiene la segunda banda filtrante contra la segunda superficie circunferencial.
10. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 9, en la que el primer resorte helicoidal ejerce una fuerza radial sobre la primera banda filtrante, y el segundo resorte helicoidal ejerce una fuerza radial sobre la segunda banda filtrante.
11. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 9, en la que cada una de las bandas filtrantes primera y segunda comprende una tira (81) de material con extremos (86, 88) opuestos en la que la tira esta conformada para dar un cilindro con los extremos opuestos solapantes.
12. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 9, en la que:
el primer rebaje (29) anular tiene superficies (95) laterales primera y segunda en lados opuestos de la primera superficie (27) circunferencial, y el primer resorte (90) helicoidal engancha las superficies laterales primera y segunda; y
el segundo rebaje anular tiene superficies (95) laterales tercera y cuarta en lados opuestos de la segunda superficie (27) circunferencial, y el segundo resorte (90) helicoidal engancha las superficies laterales tercera y cuarta.
13. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 9, en la que cada uno de los resortes (90) helicoidales primero y segundo tiene un primer extremo en el que dos espiras (94) hacen tope entre si y un segundo extremo en el que otras dos espiras (96) hacen tope entre si.
14. Valvula hidraulica segun la reivindicacion 9, que comprende ademas un accionador (51) acoplado operativamente para mover el elemento de valvula en diferentes posiciones dentro de la perforacion longitudinal.
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