ES2768449A1 - Cilindro de gas - Google Patents

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Abstract

Cilindro de gas que comprende un eje central (100.1), un cuerpo principal (1) que define un hueco interior cilíndrico, y un pistón (2) adaptado para desplazarse entre una posición de reposo (2P1) y una posición de compresión. El pistón (2) comprende una base (2.0) y un vástago principal (2.1) que se extiende a partir de la base (2.0). En el hueco interior del cuerpo principal (1) se delimita una primera cámara (1.1) debajo de la base (2.0) y una segunda cámara (1.2) encima de dicha base (2.0). El cilindro (100) comprende un camino de liberación para comunicar las dos cámaras (1.1, 1.2) entre sí, y un dispositivo de liberación (8) que bloquea dicho camino en una posición (8P1) de bloqueo y que está configurado para abandonar dicha posición (8P1) cuando la presión en la primera cámara (1.1) es igual o superior a un valor umbral predeterminado.

Description

DESCRIPCIÓN
Cilindro de gas
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se relaciona con cilindros o amortiguadores de gas.
ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA
El uso de amortiguadores en diferentes aplicaciones, como en prensas mecánicas, por ejemplo, es ampliamente conocido. Cuando el troquel superior de la prensa baja, el amortiguador amortigua este desplazamiento (al menos el final de este desplazamiento).
En su origen, un amortiguador de este tipo comprendía un resorte que comprimía por la acción de la prensa, y que, cuando el troquel superior retornaba a su posición inicial, se descomprimía. Cuanto mayor era la fuerza que tenía que ejercer la prensa mayor tenía que ser el resorte, o se tenían que emplear una pluralidad de resortes. Esto implicaba una limitación en la fuerza máxima de las prensas.
Para evitar esta limitación, se empezaron a emplear cilindros de gas a modo de amortiguadores. Estos cilindros comprenden un cuerpo, un pistón desplazable en el cuerpo, en ambas direcciones, una cámara en el interior del cuerpo y bajo el pistón y que comprende un gas compresible, y una cámara sobre el pistón. Ambas cámaras estaban incomunicadas.
El empleo de cilindros de gas permitió aumentar la fuerza de la prensa, puesto que para una misma fuerza que la permitida por un resorte un cilindro de gas requiere unas dimensiones menores.
Es posible encontrar cilindros de gas con las dos cámaras comunicadas, como es el caso del cilindro divulgado en US5823513A, por ejemplo. En este caso, cuando el pistón baja actuado por la prensa, la fuerza de bajada (presión en la cámara inferior) parte de la fuerza de tarado del cilindro, y ésta va en aumento hasta que llega a su carrera final. Cuando retorna, la fuerza desciende hasta la fuerza de tarado. La comunicación entre las dos cámaras permite controlar la fuerza durante el retroceso del pistón, en particular retardar el comienzo del retroceso.
EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención es el de proporcionar un cilindro de gas, según se define en las reivindicaciones.
El cilindro de gas que comprende un eje central, un cuerpo principal que define un hueco interior cilíndrico, y un pistón adaptado para desplazarse por el hueco interior en una dirección longitudinal entre una posición de reposo y una posición de compresión. El pistón comprende una base cilíndrica y un vástago principal que se extiende longitudinalmente a partir de la base, y comprende un extremo que sobresale del cuerpo principal con el pistón en la posición de reposo.
En el hueco interior del cuerpo principal se delimita una primera cámara debajo de la base del pistón y una segunda cámara encima de dicha base, y el cilindro comprende un fluido gaseoso al menos en la primera cámara.
El cilindro comprende además un camino de liberación que comunica fluídicamente las dos cámaras delimitadas en el cuerpo principal, y un dispositivo de liberación que está alojado en el camino de liberación, que bloquea dicho camino de liberación en una posición de bloqueo, impidiendo la comunicación fluídica entre ambas cámaras a través de dicho camino de liberación, y que permite dicha comunicación en una posición de liberación.
El dispositivo de liberación está configurado para estar en la posición de bloqueo cuando la presión en la primera cámara es inferior a un valor umbral predeterminado, y para pasar a la posición de liberación cuando dicha presión iguala o supera dicho valor umbral.
De esta manera, a medida que baja el pistón y comprime el fluido presente en la primera cámara, la presión en dicha primera cámara aumenta hasta llegar al valor umbral determinado, momento a partir el fluido gaseoso presente en la primera cámara empieza a pasar a la segunda cámara mientras sigue bajando el pistón. Así, a pesar de que el pistón sigue descendiendo, la presión de la primera cámara, y por lo tanto, del cilindro, no sigue aumentado, lo que permite disponer de un cilindro tarado a una presión máxima que se mantiene obtiene antes de que el pistón realice todo su recorrido de bajada. Esto permite ofrecer un cilindro que cumple los requisitos exigidos pero con un ratio de compresión menor, siendo así más seguro.
Estas y otras ventajas y características de la invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de la descripción detallada de la invención.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 muestra una vista en sección de una realización preferente del cilindro de gas de la invención con un pistón de dicho cilindro en una posición de reposo.
La figura 2 muestra una vista en sección del cilindro de la figura 1, con el pistón en una posición de compresión.
La figura 3 muestra una comparación de la evolución de las fuerzas de un cilindro según la invención y de un cilindro del estado de la técnica, partiendo de dos cilindros tarados a la misma fuerza de tarado.
La figura 4 muestra una comparación de la evolución de las fuerzas de un cilindro según la invención y de un cilindro del estado de la técnica, partiendo de dos cilindros con las mismas dimensiones.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Tal y como se muestra en las figuras 1 y 2, el cilindro 100 de gas comprende un eje central 100.1, un cuerpo principal 1 que define un hueco interior, un pistón 2 adaptado para desplazarse por el hueco interior en una dirección longitudinal L en ambos sentidos, entre una posición de reposo 2P1 (figura 1) y una posición de compresión 2P2 (figura 2), y un fluido gaseoso compresible en el hueco interior del cuerpo principal 1.
El pistón 2 comprende una base 2.0 cilíndrica con un diámetro sustancialmente igual al diámetro del hueco interior definido por el cuerpo principal 1, y un vástago principal 2.1 que se extiende longitudinalmente a partir de la base 2.0, que es concéntrico a la base 2.0, que comprende un diámetro menor al diámetro de la base 2.0 y un extremo que sobresale del cuerpo principal 1 con el pistón 2 en la posición de reposo 2P1. El cilindro 100 comprende una primera cámara 1.1 delimitada en el cuerpo principal 1 bajo el pistón 2 y una segunda cámara 1.2 delimitada en dicho cuerpo principal 1 sobre el pistón 2, y el fluido gaseoso compresible al menos en la primera cámara 1.1.
Con el pistón 2 en la posición de reposo 2P1, el fluido gaseoso está dispuesto en la primera cámara 1.1. En líneas generales, a medida que el pistón 2 avanza (desciende) hacia la posición de compresión 2P2 el fluido gaseoso se va comprimiendo, y se descomprime cuando el pistón 2 retrocede hacia la posición de reposo 2P1.
El cilindro 100 comprende un camino de liberación 6 a través del pistón 2, para comunicar entre sí la primera cámara 1.1 y la segunda cámara 1.2, y un dispositivo de liberación 8 alojado en el camino de liberación 6. El dispositivo de liberación 8 bloquea el camino de liberación 6 estando en una posición de bloqueo 8P1, impidiendo así la comunicación fluídica entre ambas cámaras 1.1 y 1.2 a través de dicho camino de liberación 6, y permite dicha comunicación en una posición de liberación 8P2 distinta a la posición de bloqueo 8P1. Se puede interpretar como posición de liberación 8P2 cualquier posición del dispositivo de liberación diferente a la posición de bloqueo 8P1, de tal manera que, cuando el dispositivo de liberación 8 abandona la posición de bloqueo 8P1, dicho dispositivo de liberación 8 se encuentra en la posición de liberación 8P2.
El dispositivo de liberación 8 está configurado para estar en la posición de bloqueo 8P1 cuando la presión en la primera cámara 1.1 es inferior a un valor umbral predeterminado y para abandonar dicha posición 8P1 cuando dicha presión iguala o supera dicho valor umbral.
El camino de liberación 6 comprende una cámara de liberación 6.0 comunicada con la primera cámara 1.1 y con la segunda cámara 1.2, y el dispositivo de liberación 8 está alojado en la cámara de liberación 6.0 y configurado para bloquear la comunicación fluídica de la cámara de liberación 8 con la primera cámara 1.1 estando en la posición de bloqueo 8P1. En una realización preferente, la cámara de liberación 6.0 es concéntrica al cilindro 100, es decir, comparte el mismo eje central 100.1 que el cilindro 100.
En la realización preferente, el dispositivo de liberación 8 comprende un elemento de bloqueo 8.0 y un resorte 8.1 fijado al pistón 2 y al elemento de bloqueo 8.0. El elemento de bloqueo 8 está flotante, y su posición en la cámara de liberación 6.0 depende del resorte 8.1 al que está unido. El resorte 8.1 está tarado al valor umbral de la presión de la primera cámara 1.1, de tal manera que la fuerza que ejerce sobre el elemento de bloqueo 8.0 es sustancialmente igual a dicho valor umbral. Así, mientras que la presión en la primera cámara 1.1 no llegue a dicho valor umbral, el resorte 8.1 se mantiene descomprimido (en reposo) obligando al elemento de bloqueo 8 a permanecer en su posición de bloqueo 8P1 y a bloquear, por lo tanto, el camino de liberación 6. Sin embargo, cuando se alcanza y supera dicha presión en la primera cámara 1.1, la fuerza que ejerce el resorte 8.1 no puede con dicha presión y se comprime o contrae, provocando el desplazamiento del elemento de bloqueo 8 a su posición de liberación 8P2. Con el elemento de bloqueo 8 en dicha posición de liberación 8P2, el fluido gaseoso de la primera cámara 1.1 empieza a pasar hacia la segunda cámara 1.2 a través del camino de liberación 6, liberándose la presión de la primera cámara 1.1, que no sube de dicho valor umbral. Esta situación se da cuando durante el trayecto del pistón 2 hacia su posición de compresión 2P2.
En la realización preferente, el elemento de bloqueo 8.0 y el resorte 8.1 están dispuestos en la cámara de liberación 6.0 de tal manera que dicho elemento de bloqueo 8.0 se desplaza verticalmente para cambiar de posición.
La cámara de liberación 6.0 está comprendida en la base 2.0 y en el vástago principal 2.1 del pistón 2, comprendiendo el cilindro 100 al menos un orificio 2.11 en el vástago principal 2.1, que comunica la cámara de liberación 6.0 con la segunda cámara 1.2. En la realización preferente dicho orificio 2.11 es perpendicular al eje central 100.1 del cilindro 100, y el cilindro 100 comprende una pluralidad de orificios 2.11 distribuidos alrededor del eje central 100.1, preferentemente de manera homogénea.
El cilindro 100 puede comprender además al menos un camino adicional 3 que comunica fluídicamente entre sí la primera cámara 1.1 y la segunda cámara 1.2, y un elemento antirretorno 4 alojado en dicho camino adicional 3. El elemento antirretorno 4 está configurado para permitir el paso de un fluido a su través desde la segunda cámara 1.2 a la primera cámara 1.1, pero no desde la primera cámara 1.1 a la segunda cámara 1.2.
De esta manera, durante el descenso del pistón 2 el fluido gaseoso presente en la primera cámara 1.1 no puede pasar a la segunda cámara 1.2 a través del camino adicional 3, y sólo lo hará a través del camino de liberación 6 cuando el valor de la presión en dicha primera cámara 1.1 llegue al valor umbral. Sin embargo, cuando el pistón 2 asciende hacia su posición de reposo 2P1 el fluido gaseoso presente en la segunda cámara sí puede pasar a través del camino adicional 3, pero no a través del camino de liberación 6 (o no al menos durante gran parte de la subida, porque el valor del valor de la presión de la primera cámara 1.1 baja del valor umbral). Esto implica que la velocidad de subida del pistón 2 se determina por el diámetro del vástago principal 2.1, que es el que ofrece resistencia a este desplazamiento ascendente del pistón 2, pudiéndose seleccionar aquel diámetro que se requiera en función de la aplicación para la que se requiera el cilindro 100 de una manera muy sencilla y simple. Así, se obtiene un cilindro 100 con una fuerza de subida que puede ser menor que la fuerza de empuje o bajada, lo que permite comprender un golpe final menor, por ejemplo.
En las figuras 3 y 4 se muestran dos ejemplos de la evolución de las fuerzas con el cilindro 100 de la invención, que se representa con la línea 100E, en comparación con la evolución de un cilindro del estado de la técnica, que se representa con la línea PAE, para una misma fuerza de tarado en la figura 3 (ambos cilindros de 5 toneladas, 5 TN) y para una misma dimensión en la figura 4. Por misma dimensión hay que interpretar un mismo diámetro exterior del cuerpo principal del cilindro correspondiente.
Como se puede ver, la fuerza de bajada o empuje (tramos A en ambas figuras 3 y 4), con el cilindro 100 de la invención, gracias al camino de liberación 6 y al dispositivo de liberación 8 se mantiene sustancialmente estable en un valor igual o aproximadamente igual al valor de la fuerza de tarado del cilindro 100, mientras que en el cilindro del estado de la técnica esta fuerza de empuje o bajada aumenta desde la fuerza de tarado correspondiente hasta una fuerza final determinada (8 toneladas en el ejemplo de la figura 3). Sin embargo, durante la subida (tramos B en ambas figuras), en el cilindro 100 de la invención la fuerza de subida desciende notablemente (hasta un valor determinado por el diámetro correspondiente del vástago principal 2.1, hasta 0,75 TN en el caso del ejemplo de la figura 3), mientras que en el cilindro del estado de la técnica dicha fuerza de subida desciende de nuevo hasta la fuerza de tarado. Como puede verse, en el cilindro 100 de la invención no se supera la fuerza de tarado, por lo que el diseño del cilindro 100, a diferencia de lo que ocurre con el cilindro del estado de la técnica, no tiene que prever fuerzas mayores a la fuerza de tarado (más allá de, en todo caso, una pequeña tolerancia o margen de seguridad), lo que implica, por ejemplo, una reducción en el tamaño del mismo para un cilindro con una misma fuerza de tarado (figura 3), o un cilindro con una fuerza de tarado superior para un cilindro con unas dimensiones iguales (figura 4).
Este hecho tiene la ventaja adicional de que en el cilindro 100 se generan temperaturas inferiores a la que se generan en el cilindro del estado de la técnica, puesto que cuanto menor es la fuerza de subida menor es la resistencia que se realiza y menor, por lo tanto, la temperatura que se genera. El alcanzar una menor temperatura implica una menor fatiga de los materiales del cilindro 100, lo que repercute en un menor desgaste y una vida útil mayor.
Sin embargo, como al bajar el pistón 2 el camino adicional 3 permanece cerrado, la fuerza de bajada del pistón 2 se determina por el diámetro de la base 2.0 del pistón 2, que es la que ofrece resistencia a dicho desplazamiento, dando como resultado un pistón 2 con una gran fuerza de empuje, pero con una fuerza de subida menor que, además, se puede ajustar en función de la aplicación (independientemente de si se mantiene o no la fuerza de empuje).
En la realización preferente el camino principal 3 se corresponde con un orificio pasante realizado en la base 2.0 del pistón 2, que comprende además un eje central paralelo al eje central 100.1 del cilindro 100. En la realización preferente el cilindro 100 comprende una pluralidad de orificios pasantes (de caminos adicionales 3) distribuidos de manera homogénea alrededor del eje central 100.1 del cilindro 100.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Cilindro de gas que comprende un eje central (100.1), un cuerpo principal (1) que define un hueco interior cilíndrico, y un pistón (2) adaptado para desplazarse por el hueco interior en una dirección longitudinal (L) entre una posición de reposo (2P1) y una posición de compresión (2P2), comprendiendo el pistón (2) una base (2.0) y un vástago principal (2.1) que se extiende longitudinalmente a partir de la base (2.0), y delimitándose, en el hueco interior del cuerpo principal (1), una primera cámara (1.1) debajo de la base (2.0) del pistón (2) y una segunda cámara (1.2) encima de dicha base (2.0) , y comprendiendo el cilindro (100) un fluido gaseoso compresible al menos en la primera cámara (1.1), caracterizado porque el cilindro (100) comprende un camino de liberación (6) a través del pistón (2) para comunicar entre sí la primera cámara (1.1) y la segunda cámara (1.2), y un dispositivo de liberación (8) que está alojado en el camino de liberación (6), que bloquea dicho camino de liberación (6) en una posición de bloqueo (8P1) impidiendo la comunicación fluídica entre ambas cámaras (1.1, 1.2) a través de dicho camino de liberación (6), y que permite dicha comunicación en una posición de liberación (8P2), estando dicho dispositivo de liberación (8) configurado para estar en la posición de bloqueo (8P1) cuando la presión en la primera cámara (1.1) es inferior a un valor umbral predeterminado y para pasar a la posición de liberación (8P2) cuando dicha presión iguala o supera dicho valor umbral.
2. Cilindro según la reivindicación 1, en donde el camino de liberación (6) comprende una cámara de liberación (6.0) comunicada con la primera cámara (1.1) y con la segunda cámara (1.2), estando el dispositivo de liberación (8) alojado en la cámara de liberación (6.0) y configurado para bloquear la comunicación fluídica de la cámara de liberación (6.0) con la primera cámara (1.1) estando en la posición de bloqueo (8P1).
3. Cilindro según la reivindicación 2, en donde el dispositivo de liberación (8) comprende un elemento de bloqueo (8.0) y un resorte (8.1) fijado al pistón (2) y al elemento de bloqueo (8.0), estando dicho resorte (8.1) tarado al valor umbral de la presión de la primera cámara (1.1) y estando dicho resorte (8.1) configurado para provocar el desplazamiento del elemento de bloqueo (8.0) en el interior de la cámara de liberación (6.0) cuando se comprime y descomprime, estando el dispositivo de liberación (8) en la posición de bloqueo (8P1) cuando el resorte (8.1) está descomprimido.
4. Cilindro según la reivindicación 3, en donde el elemento de bloqueo (8.0) y el resorte (8.1) están dispuestos en la cámara de liberación (6.0) de tal manera que dicho elemento de bloqueo (8.0) se desplaza verticalmente para cambiar de posición.
5. Cilindro según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en donde la cámara de liberación (6.0) está comprendida en la base (2.0) y en el vástago principal (2.1) del pistón (2), comprendiendo el cilindro (100) al menos un orificio (2.11) en el vástago principal (2.1) del pistón (2), que comunica la cámara de liberación (6.0) con la segunda cámara (1.2).
6. Cilindro según la reivindicación 5, en donde el orificio (2.11) que comunica la cámara de liberación (6.0) con la segunda cámara (1.2) es perpendicular al eje central (100.1) del cilindro (100).
7. Cilindro según la reivindicación 5 o 6, que comprende una pluralidad de orificios (2.11) distribuidos alrededor del eje central (100.1) del cilindro (100), que comunican la cámara de liberación (6.0) con la segunda cámara (1.2).
8. Cilindro según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende al menos un camino adicional (3) que comunica fluídicamente las dos cámaras (1.1, 1.2) delimitadas en el cuerpo principal (1), y un elemento antirretorno (4) alojado en dicho camino adicional (3), estando dicho elemento antirretorno (4) configurado para permitir el paso de un fluido a su través desde la segunda cámara (1.2) a la primera cámara (1.1) pero no desde la primera cámara (1.1) a la segunda cámara (1.2).
9. Cilindro según la reivindicación 8, en donde el camino principal (3) se corresponde con un orificio pasante realizado en la base (2.0) del pistón (2).
10. Cilindro según la reivindicación 9, en donde el orificio pasante comprende un eje central paralelo al eje central (100.1) del cilindro (100).
11. Cilindro según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, que comprende una pluralidad de caminos adicionales (3) distribuidos de manera homogénea alrededor del eje central (100.1) del cilindro (100).
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