ES2764455T3 - Procedimiento de producción de colectores de servoválvulas y colector con galería de flujo curvilíneo de construcción de una sola pieza - Google Patents

Procedimiento de producción de colectores de servoválvulas y colector con galería de flujo curvilíneo de construcción de una sola pieza Download PDF

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Abstract

Un procedimiento de producción de un colector (2, 100) de servoválvula, en el que el colector (2, 100) incluye una cavidad (12, 102) cilíndrica dentro del colector (2, 100), la cavidad (12, 102) está dispuesta para acomodar una bobina, caracterizado porque el colector de servoválvula se forma utilizando un proceso de fabricación aditiva y el procedimiento incluye la etapa de: formar por lo menos una galería (4, 6, 8, 10) de flujo curvilíneo dentro del colector (2, 100) de una sola pieza durante el proceso de fabricación aditiva, en el que dicha galería (4, 6, 8, 10) de flujo curvilíneo sigue una trayectoria no lineal en el espacio tridimensional, de manera que la galería se curva dentro del colector y la curvatura de dicha galería (4, 6, 8, 10) de flujo varía a lo largo de la mayoría de la longitud de la galería.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de producción de colectores de servoválvulas y colector con galería de flujo curvilíneo de construcción de una sola pieza
Campo técnico
La presente invención se refiere a mejoras relacionadas con la fabricación de colectores de servoválvulas.
Antecedentes de la invención
Las servoválvulas se usan en una amplia variedad de industrias para controlar el movimiento de actuadores hidráulicos o neumáticos en respuesta a una señal de entrada y se emplean en industrias donde se requiere un control preciso de un actuador, por ejemplo, en industria aeroespacial. Las servoválvulas alteran el flujo de un fluido a través de la válvula para controlar la posición, velocidad, aceleración o fuerza generada por un actuador, por ejemplo, un cilindro o motor hidráulico o neumático.
Una servoválvula comprende típicamente un elemento móvil (carrete) y un elemento fijo. El movimiento relativo de estos dos elementos controla el flujo de fluido a través de la válvula.
Un colector de fluido se puede definir como cualquier elemento que proporciona por lo menos una ruta de flujo para fluidos entre una o más entradas de fluido y una o más salidas de fluido. Como tal, se encuentran múltiples en muchas aplicaciones diferentes. Un colector de servoválvula típico difiere de los colectores en general en que debe acomodar una bobina móvil dentro de una cavidad formada dentro del colector. Como es la posición de la bobina dentro de la cavidad la que controla el flujo de fluido a través de la servoválvula, las dimensiones internas del colector, y en particular de la cavidad y los puertos de flujo que se abren en la cavidad, deben producirse con tolerancias estrictas en para lograr el grado de precisión necesario en el control del flujo.
En contraste con los colectores que se pueden encontrar en otras aplicaciones, el tamaño es comúnmente un factor clave en el diseño de la válvula servo. Por ejemplo, en aplicaciones aeroespaciales, las limitaciones de espacio y peso dentro de una aeronave pueden imponer restricciones severas sobre el tamaño de la servoválvula que puede acomodarse.
Una servoválvula de distribución también puede incluir más cavidades en las que pueden insertarse uno o más dispositivos de gestión de flujo. Los dispositivos de gestión de flujo, por ejemplo, las válvulas de retención, los limitadores de flujo y los filtros de fluido actúan para alterar el flujo y garantizar el buen funcionamiento del sistema de fluido del que forma parte el colector.
Típicamente, los colectores de servoválvulas se crean mediante procesos de fabricación sustractivos. Por ejemplo, se puede crear un colector de servoválvula eliminando material de una palanquilla mediante mecanizado. Alternativamente, se puede crear un colector de servoválvula mediante una combinación de procesos de fundición y fabricación sustractiva. Por ejemplo, la forma básica del colector puede fundirse y luego crearse las rutas de flujo eliminando el material mediante mecanizado (por ejemplo, perforación). Cuando se requiere una mayor precisión, se puede insertar un manguito dentro del múltiple para aislar las características de precisión de las distorsiones de presión y térmica dentro del múltiple y para permitir el uso de diferentes materiales, por ejemplo, materiales que tienen propiedades mecánicas mejoradas o están disponibles a un coste menor. Tales procesos de fabricación son relativamente complejos e implican una serie de pasos, así como una variedad de técnicas de producción diferentes. Estos procesos de fabricación también imponen limitaciones sobre el tipo de colector que se puede producir. En consecuencia, sería ventajoso proporcionar un proceso de fabricación mejorado que sea menos complejo y permita una mayor flexibilidad en el diseño de los colectores de servoválvulas. También sería ventajoso proporcionar un colector mejorado que explote la mayor flexibilidad ofrecida por dicho proceso de fabricación mejorado.
El documento US 2011/0020856 divulga un dispositivo de perfusión incluyendo por lo menos un recipiente de la muestra para las celdas, el recipiente de la muestra que tiene una entrada y una salida. El recipiente recibe líquido de prueba a través de la entrada y descarga el líquido a través de la salida. Se puede proporcionar un colector que tenga una pluralidad de entradas de líquido, válvulas de control y salidas de líquido para que el flujo de líquidos desde los recipientes de origen a los recipientes de muestra se pueda variar y controlar.
El documento WO 2013/033726 divulga una plataforma de dispositivo microfluídico que incluye un colector de válvula adaptado para suministrar una presión programable a una pluralidad de puertos, una cámara de celda que tiene control ambiental programable y una interfaz de chip a mundo.
Sumario de la invención
De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento de producción de un bloque de servoválvulas, en el que el colector se forma utilizando un proceso de fabricación aditivo que tiene las características de la reivindicación 1 a continuación. En un segundo aspecto de la invención, se proporciona un colector de servoválvula que tiene las características de la reivindicación 6 a continuación. Las características opcionales pero preferidas se exponen en las reivindicaciones dependientes.
La fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, es un término aplicado a procesos mediante los cuales se fabrican artículos tridimensionales mediante la acumulación de capas sucesivas de material en diferentes formas. Esto contrasta con las técnicas de fabricación tradicionales (conocidas como fabricación sustractiva), como el fresado o la perforación en el que se elimina el material para crear la forma final de un artículo. El uso de una técnica de fabricación aditiva permite que el colector tenga una construcción de una sola pieza, al tiempo que incorpora las características incluidas en un colector producido utilizando técnicas de fabricación tradicionales. Además, la flexibilidad de diseño ofrecida por las técnicas de fabricación aditiva significa que el diseño del colector en sí mismo puede mejorarse. Por lo tanto, el uso de técnicas de fabricación aditiva puede dar como resultado un diseño mejorado de colector que es más fácil de producir.
Por lo menos una galería de flujo curvilíneo puede formarse dentro del colector durante su producción. El procedimiento incluye además el paso de: formar por lo menos una galería de flujo curvilíneo dentro de un colector de una sola pieza durante el proceso de fabricación aditiva. Por lo tanto, el diseño de la válvula puede mejorarse mediante el uso de un proceso de fabricación aditiva para crear una galería de flujo curvilíneo dentro del colector. Variar la curvatura de las galerías permite optimizar la disposición de las galerías dentro del múltiple. Las galerías de flujo curvilíneo pueden estar más apretadas dentro del cuerpo del colector que las galerías rectilíneas, reduciendo así el espacio ocupado por el colector. La variación gradual de la curvatura de las galerías al conectar las rutas de flujo también permite mantener el impulso del fluido (en comparación con la pérdida de impulso experimentada cuando un fluido debe fluir alrededor de una curva en ángulo recto, por ejemplo).
El colector mismo puede formar por lo menos una característica de control de flujo. La por lo menos una característica de control de flujo puede formarse dentro del colector durante su producción. La por lo menos una característica de control de flujo puede formarse como una sola pieza con el cuerpo múltiple. El procedimiento también puede incluir el paso de: formar por lo menos una característica de control de flujo como parte de un colector de una sola pieza durante el proceso de fabricación aditiva.
La función de control de flujo formado como parte de un colector de una sola pieza puede ser un filtro de fluido. Por lo tanto, el procedimiento puede incluir el paso de: formar un filtro de fluido dentro de un colector de una sola pieza durante el proceso de fabricación aditiva.
La función de control de flujo formado como parte de un colector de una sola pieza puede ser un limitador de flujo. Por lo tanto, el procedimiento puede incluir el paso de: formar un limitador de flujo dentro de un colector de una sola pieza durante el proceso de fabricación aditiva.
La función de control de flujo formado como parte de un colector de una sola pieza puede ser un manguito. Por lo tanto, el procedimiento puede incluir el paso de: formar un manguito dentro de un colector de una sola pieza durante el proceso de fabricación aditiva.
Por lo tanto, el proceso de fabricación del colector puede mejorarse aún más (simplificado) utilizando el proceso de fabricación aditivas para formar características de flujo como parte del colector de una sola pieza. Además, el rendimiento de un colector de una sola pieza puede mejorarse al incluir características de control en el mismo. Una válvula de retención puede estar formado por lo menos en parte por el colector de una sola pieza. Por lo tanto, el procedimiento puede incluir el paso de: formar por lo menos parte de una válvula de retención, por ejemplo, un elemento de válvula móvil, dentro de un colector de una sola pieza durante el proceso de fabricación aditiva.
El procedimiento de formación de la válvula de retención puede incluir una o más de las siguientes etapas:
• proporcionar un colector de una sola pieza utilizando el proceso de fabricación aditivo que incluye una cavidad, que se define por una superficie interna del colector, que tiene una porción de posicionamiento de la válvula y una abertura de válvula;
• proporcionar un elemento de válvula que incluye por lo menos una protuberancia dentro de la cavidad utilizando el proceso de fabricación aditiva; y/o
• ejercer una fuerza sobre el elemento de la válvula de tal manera que por lo menos una protuberancia del elemento de la válvula se enganche en la porción de localización de la válvula, ubicando así el elemento de la válvula dentro de la cavidad;
• ejercer una fuerza sobre el elemento de la válvula de manera que el elemento de la válvula se ponga en contacto con la superficie interna del colector que define la abertura de la válvula.
El elemento de válvula puede desplazarse axialmente dentro de la cavidad de tal manera que por lo menos una protuberancia se acopla a la porción de posicionamiento de la válvula. El elemento de válvula puede estar torcido dentro de la cavidad de manera que la por lo menos una protuberancia se enganche en la porción de localización de la válvula.
La válvula de porción de posicionamiento puede ser un área de la cavidad que tiene un diámetro reducido. El procedimiento puede implicar empujar o tirar del elemento de válvula de manera que la por lo menos una protuberancia se fuerce más allá del área de diámetro reducido. El procedimiento puede implicar el paso de torcer el elemento de válvula de modo que por lo menos una protuberancia pase el área de diámetro reducido. Por lo tanto, el procedimiento puede implicar ejercer una fuerza sobre el elemento de válvula, en una primera dirección, de modo que por lo menos una protuberancia del elemento de válvula pase el área de diámetro reducido. Por lo tanto, el elemento de válvula puede ubicarse dentro de la cavidad por el contacto entre la protuberancia y el área de diámetro reducido.
Las etapas de localizar el elemento de válvula dentro de la cavidad y con lo que el elemento de válvula en contacto con la superficie interna del colector que define la abertura de la válvula se puede llevar a cabo simultáneamente. Por lo tanto, el procedimiento puede incluir el paso de ejercer una fuerza sobre el elemento de la válvula, en una primera dirección, de modo que por lo menos una protuberancia del elemento de la válvula pase el área de diámetro reducido y el elemento de la válvula se ponga en contacto con la superficie interna del colector que define la apertura de la válvula.
La porción de posicionamiento de la válvula puede ser una cavidad formada por la superficie interna de la cavidad. La porción de localización de la válvula puede ser una ranura en la superficie interna de la cavidad. Por ejemplo, la porción de ubicación de la válvula puede ser una ranura en forma de L de manera que la porción de ubicación de la válvula y la protuberancia formen un accesorio de bayoneta.
El elemento de válvula puede ser elásticamente deformable. El elemento de válvula puede actuar como un resorte de compresión. El procedimiento puede incluir el paso de comprimir axialmente el elemento de válvula. El elemento de válvula puede actuar como un resorte de torsión. El procedimiento puede incluir el paso de torcer un extremo del elemento de válvula con respecto al otro extremo del elemento de válvula.
El elemento de válvula se puede deformar elásticamente a medida que pasa el área de diámetro reducido. El elemento de válvula puede deformarse radialmente a medida que pasa el área de diámetro reducido. Por lo tanto, los lados del elemento de la válvula pueden empujarse hacia adentro a medida que pasan el área de diámetro reducido antes de volver a su forma original una vez que han pasado. Una vez que la por lo menos una protuberancia del elemento de la válvula ha pasado el área de diámetro reducido, la válvula de retención puede mantenerse en un primer estado, axialmente comprimido, por contacto con la superficie interna del colector. El elemento de válvula puede mantenerse en un estado comprimido axialmente como resultado del acoplamiento entre la porción de localización de la válvula y la por lo menos una protuberancia. En el primer estado, el contacto de la por lo menos una protuberancia en un primer extremo del elemento de válvula contra la superficie interna del colector en el área de diámetro reducido y el contacto de un segundo extremo opuesto del elemento de válvula contra la superficie interna del colector que define la abertura de la válvula puede mantener el elemento de la válvula en un estado comprimido. Por lo tanto, el área de diámetro reducido puede evitar que el elemento de válvula se expanda.
Un lápiz se puede insertar en la cavidad con el fin de fuerza ejercen sobre el elemento de válvula en la primera dirección. Alternativamente, la fuerza utilizada para impulsar el elemento de válvula en la primera dirección puede generarse por presión hidráulica. Por ejemplo, se puede insertar una esfera en la cavidad sobre el elemento de la válvula y bajo la acción de un fluido presurizado, la esfera puede presionar sobre el elemento de la válvula activando así la lengüeta de bloqueo.
A fin de que un fluido fluya a través de la válvula de retención, la presión del fluido debe generar una fuerza suficiente sobre el elemento de válvula para comprimir el elemento de válvula adicional y de ese modo crear un espacio entre la superficie interna de la cavidad que define la apertura de válvula y el elemento de la válvula permitiendo que el fluido fluya a través de la válvula.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un colector que incluye por lo menos una galería flujo curvilíneo, caracterizado porque el colector es de una sola construcción de una pieza. Por lo tanto, el diseño del distribuidor puede mejorarse sin aumentar la complejidad del proceso de fabricación.
El colector puede incluir por lo menos una galería de flujo. Cada galería puede formar una ruta de flujo de fluido. La galería de flujo puede formar una ruta de flujo entre una entrada de fluido y una salida de fluido. Por lo tanto, el fluido puede fluir a lo largo de la galería de fluidos. El colector puede incluir una pluralidad de galerías de fluidos. Puede ser que por lo menos una galería de flujo no sea recta, sino que siga una ruta no lineal en el espacio tridimensional. Por lo tanto, la galería puede curvarse dentro del colector. El colector puede incluir por lo menos una galería de flujo en la que la curvatura de la galería varía a lo largo de la mayor parte de la longitud de la galería. El colector puede incluir por lo menos una galería de flujo con una curvatura continuamente variable. La galería curvilínea puede incorporarse en la forma del múltiple producido por el proceso de fabricación aditiva.
A medida que el proceso de fabricación aditivo implica la acumulación de capas de material con el fin de formar una forma acabada, puede haber limitaciones en cuanto al grado de voladizo (el tamaño de una proyección horizontal sin una capa de soporte a continuación) que se puede lograr en Un artículo producido utilizando este procedimiento. Por lo tanto, puede ser que el gradiente de los lados de la mitad de la galería de flujo (la mitad superior durante la producción) sea más pronunciado que el gradiente de los lados en la otra mitad (la mitad inferior durante la producción) de la galería. Puede ser que la sección transversal de por lo menos una galería no sea circular. Puede ser que por lo menos una galería tenga una sección transversal en forma de lágrima.
La sección transversal de por lo menos una galería puede variar a lo largo de por lo menos una parte de la longitud de la galería. Por lo tanto, la por lo menos una galería de flujo puede tener una sección transversal variable. De esta manera, el empaque de las galerías dentro del colector de servoválvula puede optimizarse mientras se mantiene el impulso del fluido. La sección transversal de la galería puede variar a lo largo de la mayoría de la longitud de la galería. La variación en la sección transversal de la galería puede incorporarse en la forma del múltiple producido por el proceso de fabricación aditiva.
El por lo menos una galería de flujo se puede ramificar en dos subgalerías. Una subgalería puede tener un área de sección transversal reducida en comparación con la galería de la que se bifurca. La por lo menos una galería de flujo puede ramificarse en más de dos subgalerías. Por ejemplo, la por lo menos una galería de flujo puede ramificarse en tres subgalerías. Dos o más subgalerías pueden fusionarse para formar una sola galería. Por lo tanto, el colector puede contener una pluralidad de galerías y subgalerías que se ramifican y se fusionan entre sí.
El colector puede incorporar una característica de control de flujo. La característica de control de flujo puede incorporarse en la forma del colector producido por el proceso de fabricación aditiva. Por lo tanto, el diseño del múltiple puede mejorarse sin agregar complejidad al proceso de fabricación.
La función de control de flujo puede ser un filtro de fluido. Por lo tanto, un colector puede filtrar el fluido que fluye a través de él sin requerir ningún componente adicional. El filtro de fluido puede incorporarse en la forma del colector producido por el proceso de fabricación aditiva. El filtro de fluido puede comprender una pluralidad de rutas de flujo de filtro formados dentro del colector.
El filtro puede estar en la forma de una rejilla incorporada en una sola pieza del colector. La rejilla puede comprender una pluralidad de paredes de filtro de intersección que definen agujeros entre ellas. Los agujeros de la rejilla pueden ser redondos. Por lo tanto, las secciones transversales de las rutas de flujo del filtro pueden ser redondas. Los agujeros de la rejilla pueden ser cuadrados. Por lo tanto, las secciones transversales de las rutas de flujo del filtro pueden ser cuadradas. La rejilla puede estar ubicada en una galería de flujo transversal a la dirección del flujo. La rejilla puede extenderse axialmente en la dirección del flujo. Las paredes del filtro pueden extenderse axialmente en la dirección del flujo. La longitud axial de una pared de filtro puede ser mucho mayor que su grosor. Por lo tanto, el filtro puede ser relativamente fuerte en la dirección del flujo. La longitud de una pared de filtro puede ser más de cinco veces su grosor. Por ejemplo, la longitud de una pared de filtro puede ser 10 veces su grosor.
El filtro de fluido puede ser en forma de cúpula. Por lo tanto, la corriente puede empujar partículas grandes hacia el borde del filtro.
La función de control de flujo puede ser un limitador de flujo. El limitador de flujo puede incorporarse en la forma del colector. Por lo tanto, el rendimiento del colector puede mejorarse sin la necesidad de componentes adicionales. El limitador de flujo puede incluir uno o más rutas de flujo que tienen una pluralidad de cambios bruscos de dirección de manera que se promueva la transición al flujo turbulento. La ruta de flujo puede incluir una curva de por lo menos 90 grados en una distancia de menos de 5 mm. El limitador de flujo puede estar formado por una pluralidad de deflectores. Cada deflector puede extenderse desde el lado de la galería de flujo perpendicular a la dirección del flujo. El limitador de flujo puede comprender por lo menos un par de deflectores. Cada par puede comprender dos deflectores, un deflector que se extiende desde cada lado de la galería de flujo para formar un orificio entre los dos deflectores. La trayectoria de flujo enrevesada del limitador de flujo puede permitir que se logre una resistencia de flujo dada con un orificio más grande entre los deflectores. Por lo tanto, el limitador de flujo permite la promoción de flujo turbulento sin el uso de orificios de restricción de flujo relativamente pequeños que se usan típicamente en tales dispositivos. Por lo tanto, el limitador de flujo puede promover el flujo turbulento del fluido sin ser susceptible a la contaminación que puede bloquear dichos orificios de pequeño diámetro.
La servoválvula puede incluir además una bobina. La bobina puede estar ubicado dentro de una cavidad cilíndrica dentro del colector. La bobina se puede montar concéntricamente dentro de la cavidad del colector. Por lo tanto, se puede formar una cavidad anular entre la bobina y la superficie interna del colector que define la cavidad.
Un puerto de fluido puede estar situado en la superficie interna del colector que define la cavidad. El puerto de fluido puede ser una entrada de fluidos o una salida de fluidos. El puerto de fluido puede tener una sección transversal no circular. El puerto de fluido puede ser de forma alargada. Es decir que el puerto de fluido puede extenderse sobre una distancia circunferencial mayor que la distancia axial. Por ejemplo, el puerto de fluido puede tener una sección transversal sustancialmente rectangular. El puerto de fluido puede ser una ranura sustancialmente rectangular en la superficie interna del colector que define la cavidad. Por lo tanto, el puerto de fluido puede ser mucho más pequeño en la dirección axial y, por lo tanto, permitir que las características correspondientes de la bobina y el colector se empaqueten más estrechamente en esa dirección que un puerto de fluido típico, cilíndrico.
La característica de control de flujo puede ser un manguito. El manguito puede estar ubicado dentro de la cavidad del colector. El manguito puede tener una forma sustancialmente cilíndrica. El manguito puede ser hueco. La bobina, el manguito y la cavidad del colector pueden ser concéntricos. La bobina puede estar ubicada dentro del manguito. El manguito puede dividir la cavidad anular que rodea la bobina en por lo menos dos zonas anulares concéntricas. Puede ser que el manguito no se extienda a lo largo de la mayor parte de la longitud de la bobina. El manguito puede dividir la cavidad anular que rodea la bobina en por lo menos dos zonas anulares concéntricas sobre una porción de la longitud de la bobina.
La cavidad del colector puede incluir por lo menos una entrada de fluido a través de la cual un fluido presurizado ingresa en la cavidad. Cerca de cada entrada de fluido puede haber una zona de alta presión. Cada zona de alta presión puede tener un manguito. El manguito puede actuar para equilibrar a presión la interfaz entre cualquier fluido entrante y la bobina. La superficie interna del colector puede incluir una pluralidad de entradas de fluido. Una cavidad del colector puede contener una pluralidad de manguitos. Los manguitos pueden estar separados longitudinalmente a lo largo de la bobina. La zona anular central puede estar entre la superficie interna del manguito y la superficie externa de la bobina. La zona anular externa puede estar entre la superficie más externa del manguito y la superficie interna del colector que forma la cavidad. Por lo tanto, una bobina puede montarse concéntricamente dentro de una porción del colector de manera que se forme una cavidad anular entre la bobina y el colector y la característica de control de flujo es un manguito que divide la cavidad anular en por lo menos dos zonas anulares concéntricas a lo largo de una porción de la longitud de la bobina. Cada manguito puede incluir una o más aberturas para permitir que el fluido fluya hacia la zona anular central desde la zona anular externa. Un manguito puede incluir una sola abertura, que se extiende alrededor de la circunferencia del manguito. Alternativamente, un manguito puede incluir una pluralidad de orificios, separados alrededor de la circunferencia del manguito, para permitir que el fluido fluya desde la zona anular exterior hacia la zona anular central. La cavidad del colector puede incluir por lo menos una salida de fluido a través de la cual el fluido sale de la cavidad. Por lo menos una entrada de fluido y la por lo menos una salida de fluido se pueden formar en la superficie interna del colector que define la cavidad. Las entradas y salidas de fluido pueden estar conectadas a un sistema hidráulico externo a través de las galerías de flujo de fluido contenidas dentro del colector. Por lo tanto, se puede utilizar la servoválvula para controlar un sistema hidráulico externo. La superficie interna del colector puede incluir una pluralidad de entradas de fluido y una pluralidad de salidas de fluido que permiten conectar la cavidad a través de las galerías de flujo del colector con una pluralidad de sistemas hidráulicos externos.
Se puede incluir una válvula de retención dentro del colector. La válvula de retención puede estar formada por lo menos en parte por el colector. La válvula de retención puede incluir una cavidad definida por una superficie interna del colector y un elemento de válvula. El elemento de válvula puede ser elásticamente deformable. Es decir, el elemento de válvula puede cambiar de forma bajo una carga y, por lo tanto, almacenar energía mecánica. Cuando se retira la carga, el elemento de la válvula puede volver a su forma original. El elemento de válvula puede ser axialmente compresible. Por lo tanto, la longitud del elemento de válvula se puede reducir bajo carga. El elemento de válvula puede ser radialmente compresible. Por lo tanto, el radio del elemento de válvula se puede reducir cuando está sujeto a una carga. El elemento de válvula puede ser torsionalmente deformable. Por lo tanto, un extremo del elemento de válvula puede girar con relación al otro cuando está sujeto a una carga.
La cavidad puede formar parte de una trayectoria de flujo dentro del colector. Un extremo de la cavidad puede incluir una abertura de válvula. La abertura de la válvula se puede definir por la superficie interna del colector. La cavidad también puede incluir una porción de localización de válvula. La porción de localización de la válvula puede definirse por la superficie interna del colector. La porción de localización de la válvula puede ser una región de diámetro reducido. La superficie interna de la cavidad puede incluir por lo menos una proyección. La superficie interna del colector puede incluir una única proyección que se extiende circunferencialmente alrededor de la cavidad. Alternativamente, la superficie interna del colector puede incluir una o más proyecciones individuales, dispuestas circunferencialmente alrededor de la cavidad. Por lo tanto, la región de diámetro reducido puede estar formada mediante por lo menos una proyección en la superficie interna del colector. Por lo menos una proyección puede tener una sección transversal triangular. El diámetro de la cavidad se puede reducir gradualmente hasta un punto de diámetro mínimo a medida que disminuye la distancia al resorte. Más allá del punto de diámetro mínimo, el diámetro puede aumentar de manera relativamente abrupta a medida que continúa reduciéndose la distancia desde el resorte. La forma de la cavidad puede corresponder a la forma del elemento de válvula. La cavidad puede ser sustancialmente simétrica.
El elemento de válvula puede estar situado dentro de la cavidad. El elemento de válvula puede formarse dentro de la cavidad durante el proceso de fabricación aditiva. La superficie en un primer extremo del elemento de válvula puede incluir por lo menos una protuberancia. El otro, segundo extremo, del elemento de válvula puede ser axialmente desplazable con respecto al primer extremo. Alternativamente, el otro segundo extremo del elemento de válvula puede girar axialmente con respecto al primer extremo. La superficie externa del elemento de válvula puede incluir una única protuberancia que se extiende circunferencialmente alrededor del elemento de válvula. Alternativamente, la superficie externa del elemento de válvula puede incluir una o más protuberancias individuales, dispuestas circunferencialmente alrededor de la cavidad. El elemento de válvula puede tener púas. El elemento de válvula puede ser sustancialmente simétrico. El elemento de válvula puede ser más flexible que el colector.
En un primer estado el segundo extremo del elemento de válvula puede estar en contacto con la superficie interna del colector que define la abertura de la válvula. Por lo tanto, en el primer estado, el segundo extremo del elemento de válvula puede estar bloqueando la abertura de la válvula de manera que el fluido no pueda fluir a través de la abertura de la válvula. En el primer estado, el elemento de válvula se puede ubicar dentro del colector por el contacto entre la porción de localización de válvula y la por lo menos una protuberancia. En el primer estado, la por lo menos una protuberancia en el elemento de válvula puede estar en contacto con la superficie interna de la cavidad del colector en el área de diámetro reducido. En el primer estado, por lo menos una protuberancia en el elemento de válvula puede estar en contacto con la por lo menos una proyección en la superficie interna de la cavidad del colector en el área de diámetro reducido. Por lo tanto, en el primer estado, el elemento de válvula puede comprimirse entre la superficie interna del colector en la abertura de la válvula y el área de diámetro reducido.
En un segundo estado, puede ser que el segundo extremo del elemento de válvula no esté en contacto con la superficie interna de la cavidad del colector que define la abertura de la válvula. En el segundo estado puede haber un espacio entre la superficie interna de la cavidad del colector y el elemento de la válvula. Por lo tanto, en la segunda posición, el espacio entre la superficie interna de la cavidad del colector y el segundo extremo del elemento de válvula puede permitir que el fluido fluya a través de la válvula de retención. En el segundo estado, por lo menos una protuberancia en el elemento de válvula puede permanecer en contacto con la superficie interna del colector en el área de diámetro reducido. El área de diámetro reducido puede evitar que el elemento de la válvula se expanda lejos de la abertura de la válvula. El elemento de válvula puede incluir una o más galerías de flujo que permiten que el fluido fluya a través del elemento de válvula en la región de diámetro reducido. El colector puede incluir una o más galerías de flujo que permiten que el fluido fluya dentro del colector en la región de diámetro reducido.
El elemento de válvula puede cambiar desde el primer estado hasta el segundo estado cuando se ejerce sobre él una fuerza de compresión. La fuerza de compresión puede actuar sobre el elemento de válvula en una segunda dirección, opuesta a la primera dirección. Por lo tanto, la válvula de retención solo puede abrirse cuando el fluido que fluye en la segunda dirección ejerce suficiente fuerza sobre el elemento de la válvula para comprimir aún más el elemento de la válvula y abrir un espacio entre el elemento de la válvula y la superficie interna del colector que define la abertura de la válvula.
Alternativamente, el elemento de válvula puede cambiar desde el primer estado al segundo estado cuando se ejerce sobre él una fuerza de torsión que. Por lo tanto, la válvula de retención solo puede abrirse cuando el fluido ejerce una fuerza suficiente sobre el elemento de la válvula para hacer girar aún más un extremo del elemento de la válvula y crear así un espacio entre el elemento de la válvula y la superficie interna del colector que define la abertura de la válvula.
El elemento de válvula puede tener una construcción de una única pieza. El elemento de válvula puede incluir por lo menos una región deformable. La región deformable puede comprender un resorte formado como una parte con el resto del elemento de válvula. El resorte puede formarse como una parte con el resto del elemento de la válvula utilizando un proceso de fabricación aditiva. La región deformable puede comprender una región de espesor reducido. El elemento de válvula puede incluir una región deformable que acomode la deformación axial. El elemento de válvula puede incluir una región deformable que acomode la deformación radial. El elemento de válvula puede incluir por lo menos una región rígida que es sustancialmente más rígida que por lo menos una región deformable. Por ejemplo, el elemento de válvula puede incluir dos regiones rígidas unidas entre sí por una o más regiones deformables. Se entenderá que, dado que el elemento de válvula puede producirse utilizando un proceso de fabricación aditiva, las regiones deformables pueden tener una configuración diferente a las regiones rígidas, pero aun así formar una sola pieza. Un colector puede incluir más de una característica de control de flujo. Un colector puede incluir más de un tipo de característica de control de flujo. Por ejemplo, un colector de una sola pieza puede incluir cualquier combinación de un filtro de fluido, un limitador de flujo y un manguito. Un colector de una sola pieza puede incluir una válvula de retención y uno cualquiera de un filtro de fluido, un limitador de flujo y un manguito.
Los colectores de acuerdo con el segundo aspecto de la invención se pueden producir de acuerdo con el procedimiento del primer aspecto de la invención.
Cualquier característica descrita con referencia a un aspecto de la invención son igualmente aplicables a cualquier otro aspecto de la invención, y viceversa.
Descripción de los dibujos
A continuación se describirán diversas realizaciones de la invención, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una representación de un colector de una sola pieza que incluye una pluralidad de galerías de flujo;
La figura 2a es una vista esquemática de un colector de una sola pieza que incluye un filtro de fluido;
La figura 2b es una vista esquemática en sección transversal del filtro de fluido de la figura 2a;
La figura 3 es una vista esquemática en sección transversal de un colector de una sola pieza que incluye un limitador de flujo;
La figura 4 es una vista esquemática en sección transversal de un colector de una sola pieza que incluye un manguito;
La figura 5 es una vista esquemática en sección transversal de un colector de una sola pieza que incluye una válvula de retención.
Descripción detallada
La figura 1 muestra un colector 2 que contiene las galerías 4, 6, 8, 10 de flujo conectadas a una cavidad 12 central. Las galerías de flujo son curvas y se doblan dentro del cuerpo del colector para que estén bien apretadas. La relación de aspecto de la sección transversal de cada galería 4, 6, 8 y 10 varía a lo largo de su longitud como las curvas de la galería. Dos de las galerías 4, 6, se dividen en dos ramas, 4a y 4b y 6a y 6b, respectivamente.
La curvatura de las galerías de flujo les permite empaquetarse más eficientemente dentro del cuerpo del colector y, por lo tanto, reduce el tamaño del colector en general. Variar la relación de aspecto de las galerías a medida que se curvan ayuda a mantener el impulso del fluido. Ramificar las galerías ayuda a empacar eficientemente las galerías dentro del cuerpo del colector y también ofrece la oportunidad de utilizar diferentes dispositivos de control de flujo en diferentes ramas si es necesario.
La figura 2a muestra una vista esquemática de un filtro 30 de fluido formado como parte de un colector 32 de una sola pieza. El filtro 30 de fluido comprende una matriz 34 sólida que contiene múltiples agujeros 36, los agujeros tienen una sección transversal cuadrada.
La figura 2b muestra una vista en sección transversal del filtro 30 de fluido formado dentro de una sección de un colector 32 de una sola pieza. El filtro de fluido está ubicado dentro de una galería 38 de flujo. La matriz 34 sólida se extiende a lo ancho de la galería 38 de flujo. El extremo corriente arriba de la matriz 34 sólida está abovedado. La matriz 34 sólida y los agujeros 36 contenidos en ella se extienden axialmente a lo largo de la galería 38 de flujo. Por lo tanto, los agujeros 36 forman rutas de flujo de fluido que son rectangulares cuando se ven en sección transversal en la Figura 2b.
La figura 3 muestra una vista en sección transversal de un limitador 40 de flujo formado como parte de un colector 42 de una sola pieza dentro de una galería 48 de flujo. El limitador 40 de flujo comprende una pluralidad de deflectores 44, dispuestos en pares, los pares están separados longitudinalmente a lo largo de la galería 48 de flujo. Los deflectores 44 son rectangulares cuando se ven en sección transversal en la Figura 3. Los deflectores 44 de cada par se extienden perpendicularmente desde cualquier lado de la galería 48 de flujo para formar una abertura 46 de válvula. La ubicación transversal del orificio 46 varía para cada par. Por lo tanto, los orificios 46 no están alineados a lo largo de la línea central, sino que forman una trayectoria de flujo enrevesada por la galería de flujo. La figura 4 muestra una vista en sección transversal del colector 100 de una sola pieza para utilizar en una servoválvula que incluye dos manguitos 108 formados como parte del colector 100. Una cavidad 102 cilíndrica está formada dentro del colector 100 y contiene una bobina 104 cilíndrica. Los manguitos 108 están separados longitudinalmente a lo largo del eje de la bobina 104. La cavidad 102 está dividida por cada manguito en dos zonas 102a, 102b anulares concéntricas. La primera zona, 102a, se forma entre la superficie de la bobina 104 y la superficie más interna del manguito 108 que se forma como parte del colector de una sola pieza. La segunda zona, 102b se forma entre la superficie más externa del manguito 108 que se forma como parte del colector de una sola pieza y la pared de la superficie interna del colector 100. Visto en sección transversal, cada manguito 108 cilíndrico aparece como cuatro protuberancias rectangulares que se extienden, paralelas al eje longitudinal de la bobina 104. Asociado con cada manguito, y extendiéndose circunferencialmente, un espacio 106 permite que el fluido pase entre las dos zonas 102a y 102b anulares. Un puerto 110 de entrada está en comunicación fluida con la zona 102b anular y con la zona 102a anular a través del espacio 106. La presencia del manguito ayuda a mantener un equilibrio de presión dentro del colector en la interfaz entre la bobina y la válvula de entrada. La formación del manguito como parte del colector utilizando técnicas de fabricación aditiva permite la mejora en el rendimiento asociado con la inclusión de un manguito en el colector para ser retenido sin aumentar la complejidad del proceso de fabricación. La figura 5 muestra una vista en sección transversal de una válvula 201 de retención formada en parte por un colector 200. Un elemento 204 de válvula está ubicado dentro de una cavidad 202. Una protuberancia 208 está ubicada en un extremo del elemento 204 de válvula y está en contacto con una proyección 210 de la superficie interna del colector que define la cavidad 202. El extremo opuesto del elemento de válvula es cónico y está en contacto con la superficie interna cónica del colector que define una abertura 206 de válvula. La protuberancia 208 es en el mismo lado de la proyección 210 que la abertura 206 de válvula. La protuberancia 208 se extiende circunferencialmente alrededor del elemento de la válvula y es triangular cuando se muestra en sección transversal en la Figura 5. La proyección 210 se extiende circunferencialmente alrededor de la superficie interna del colector 202 y es triangular cuando se muestra en sección transversal en la Figura 5. La forma de la proyección 210 es tal que el diámetro de la cavidad se reduce gradualmente hacia la abertura 206 de válvula antes de aumentar abruptamente en una distancia muy corta. Los lados 212 del elemento 204 de válvula son paralelos entre sí. La protuberancia 208 está en contacto con la superficie interna del colector 200 que forma la cavidad 202. El elemento 204 de válvula incluye un par de elementos 212 de resorte deformables que conectan el extremo cónico del elemento de válvula al extremo del elemento 204 de válvula que contiene la proyección 208. En este primer estado, el elemento de válvula deformable se comprime entre la abertura 206 de válvula y la proyección 210 y, por lo tanto, se comprimen los elementos 212 de resorte. El contacto entre el extremo cónico del elemento 204 de válvula y la superficie interna del colector que define la abertura 206 de válvula impide que el flujo de fluido pase por la válvula.
Durante la instalación, el elemento de válvula flexible está ubicado en la cavidad con la protuberancia 208 en el lado opuesto de la proyección 210 a la abertura 206 de válvula. Se ejerce fuerza sobre el elemento 204 de válvula de tal manera que se mueve hacia la abertura 206 de válvula por lo que se comprimen los elementos 212 de resorte. Se sigue ejerciendo fuerza sobre el elemento 204 de válvula hasta que la protuberancia 208 está en el otro lado de la proyección 210. Es posible que la protuberancia 208 pase la proyección 210 debido a que los lados 212 delgados del elemento de válvula son flexibles y se deforman de tal manera que ya no son paralelos. Esta deformación es ayudada por la forma de la proyección que gradualmente reduce el diámetro de la cavidad.
Se evitará que el fluido que fluye a través de la válvula 201 de retención pase por la abertura 206 de válvula que está bloqueada por el elemento 204 de válvula hasta que los elementos 212 de resorte estén suficientemente comprimidos por la presión hidráulica generada por el fluido para crear un espacio entre la superficie que define la abertura 206 de válvula y el extremo del elemento 204 de válvula. En presencia de suficiente presión hidráulica, el elemento 206 de válvula se comprime de tal manera que el extremo cónico se mueve hacia la proyección 210 creando así un espacio entre el elemento 204 de válvula y la superficie interna del colector 200 que forma la abertura 206 de válvula de tal manera que el fluido pueda fluir a través de la válvula. El fluido que fluye en la dirección opuesta no podrá pasar a través de la válvula de retención debido al contacto entre el extremo cónico y la superficie interna del colector que define la abertura 206 de válvula.
Mientras que la presente invención se ha descrito e ilustrado con referencia a realizaciones particulares, los expertos en la técnica apreciarán que la invención se presta a muchas variaciones diferentes que no se ilustran específicamente aquí. Cuando en la descripción anterior, se mencionan números enteros o elementos que tienen equivalentes conocidos, obvios o previsibles, entonces dichos equivalentes se incorporan aquí como si se establecieran individualmente. Se debe hacer referencia a las reivindicaciones para determinar el verdadero alcance de la presente invención. El lector también apreciará que los enteros o las características de la invención que se describen como preferibles, ventajosos, convenientes o similares son opcionales y no limitan el alcance de las reivindicaciones independientes.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento de producción de un colector (2, 100) de servoválvula, en el que el colector (2, 100) incluye una cavidad (12, 102) cilíndrica dentro del colector (2, 100), la cavidad (12, 102) está dispuesta para acomodar una bobina, caracterizado porque el colector de servoválvula se forma utilizando un proceso de fabricación aditiva y el procedimiento incluye la etapa de:
formar por lo menos una galería (4, 6, 8, 10) de flujo curvilíneo dentro del colector (2, 100) de una sola pieza durante el proceso de fabricación aditiva, en el que dicha galería (4, 6, 8, 10) de flujo curvilíneo sigue una trayectoria no lineal en el espacio tridimensional, de manera que la galería se curva dentro del colector y la curvatura de dicha galería (4, 6, 8, 10) de flujo varía a lo largo de la mayoría de la longitud de la galería.
2. Un procedimiento de producción de un colector de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el procedimiento incluye la etapa de:
formar por lo menos una característica de control de flujo como parte del colector de una sola pieza durante el proceso de fabricación aditiva.
3. Un procedimiento de producción de un colector de acuerdo con la reivindicación 2, en el que por lo menos una característica de control de flujo es una de un filtro de fluido o un limitador de flujo o en el que una bobina está montada concéntricamente dentro de una porción del colector de tal manera que se forma una cavidad anular entre la bobina y el colector y por lo menos una característica de control de flujo es un manguito que divide la cavidad anular en por lo menos dos zonas anulares concéntricas a lo largo de una porción de la longitud de la bobina.
4. Un procedimiento de producción de un colector de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el procedimiento incluye las siguientes etapas:
- formar una cavidad dentro del colector durante el proceso de fabricación aditiva, la cavidad se define por una superficie interna del colector, la cavidad tiene una porción de localización de válvula y una abertura de válvula, y - proporcionar un elemento de válvula ubicado dentro de la cavidad, el elemento de válvula es elásticamente deformable, y en el que el elemento de válvula está ubicado dentro de la cavidad por la porción de localización de válvula, de tal manera que la abertura de válvula está bloqueada por el elemento de la válvula.
5. Un procedimiento de producción de un colector de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la porción de localización de válvula es un área de diámetro reducido y el elemento de la válvula está ubicado dentro de la cavidad, de tal manera que el elemento de válvula se comprime entre la abertura de la válvula y el área de diámetro reducido.
6. Un colector (2, 100) de servoválvula que incluye una cavidad cilíndrica dispuesta para acomodar una bobina y caracterizado porque el colector (2, 100) es una construcción de una sola pieza y comprende por lo menos una galería (4, 6, 8, 10) de flujo curvilíneo, en el que dicha galería (4, 6, 8, 10) de flujo curvilíneo sigue una trayectoria no lineal en un espacio tridimensional, de tal manera que la galería se curva dentro del colector y la curvatura de dicha galería (4, 6, 8, 10) de flujo varía a lo largo de la mayoría de la longitud de la galería.
7. Un colector de acuerdo con la reivindicación 6, en el que por lo menos una galería de flujo tiene una sección transversal variable y/o en la que por lo menos una galería se ramifica en dos sub-galerías.
8. Un colector de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, en el que el colector de una sola pieza incorpora una característica de control de flujo.
9. Un colector de acuerdo con la reivindicación 8, en el que una bobina está montada concéntricamente dentro de una porción del colector de tal manera que se forma una cavidad anular entre la bobina y el colector, y la característica de control de flujo es un manguito que divide la cavidad anular en por lo menos dos zonas anulares concéntricas a lo largo de una porción de la longitud de la bobina.
10. Un colector de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la característica de control de flujo es un filtro de fluido, en el que el filtro de fluido es opcionalmente una rejilla, que comprende una pluralidad de paredes de filtro que se cruzan y la longitud de una pared de filtro es más del doble de su espesor.
11. Un colector de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la característica de control de flujo es un limitador de flujo.
12. Un colector de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, en el que el distribuidor incluye una cavidad y un elemento de válvula ubicado dentro de la cavidad.
13. Un colector según la reivindicación 12, en el que la cavidad incluye una porción de ubicación de válvula y una abertura de válvula, y el elemento de válvula es elásticamente deformable y en el que el elemento de válvula está ubicado dentro de la cavidad por la porción de localización de válvula de tal manera que la abertura de válvula está bloqueada por el elemento de la válvula.
14. Un colector de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la porción de localización de válvula es un área de diámetro reducido y el elemento de la válvula está ubicado dentro de la cavidad de tal manera que el elemento de la válvula está comprimido entre la abertura de la válvula y el área de diámetro reducido y en el que el elemento de válvula elásticamente deformable incluye opcionalmente por lo menos un resorte de compresión.
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