ES2826125A1 - Pistón de una máquina hidráulica y máquina de pistón hidráulico - Google Patents
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Abstract
Se describe un pistón (1) de una máquina de pistón hidráulico, teniendo el pistón (1) un hueco (2) rodeado por una pared (3) y un inserto (4) dispuesto en el hueco (2). Este tipo de pistón se utiliza para tener una máquina de pistón con alta eficiencia a bajos costos. Para esto, se disponen al menos dos anillos flexibles (12, 13) entre el inserto (4) y la pared (3).
Description
DESCRIPCIÓN
Pistón de una máquina hidráulica y máquina de pistón hidráulico
La presente invención se refiere a un pistón de una máquina de pistón hidráulico, teniendo el pistón un hueco rodeado por una pared y un inserto dispuesto en el hueco.
Además, la invención se refiere a una máquina de pistón hidráulico.
Una máquina de pistón es una máquina con desplazamiento positivo y puede ser, por ejemplo, en forma de una máquina de pistón axial.
Dicha máquina se utiliza, por ejemplo, para bombear un líquido como agua. Aunque el agua se considera generalmente como un fluido incompresible, de hecho, es ligeramente compresible. La compresibilidad del agua disminuye la eficiencia de la máquina.
Con el fin de reducir los efectos negativos de la compresibilidad del líquido, el inserto se utiliza para reducir la pérdida de capacidad debido al volumen muerto lleno de líquido. Esto aumenta la eficiencia energética y permite que la máquina funcione a presiones y velocidades más altas.
Sin embargo, es difícil fijar el inserto de forma fiable en el hueco del pistón. Se conoce utilizar un inserto de un material polímero que se presiona en el hueco. Sin embargo, tal etapa de montaje conlleva el riesgo de una deformación del pistón. Por lo tanto, es necesario producir el inserto con alta precisión para obtener pequeñas tolerancias. Esto aumenta los costos de la máquina de pistón hidráulico.
El objeto subyacente a la invención es tener una máquina de pistón con alta eficiencia a bajos costos.
Este objeto se resuelve con un pistón como se describe al principio en que al menos dos anillos flexibles están dispuestos entre el inserto y la pared.
Los anillos flexibles se pueden deformar durante la inserción del inserto en el hueco. Después de la inserción del inserto en el hueco, los anillos flexibles aseguran el inserto en el
pistón definiendo así una posición del inserto en el hueco que se puede mantener incluso contra las fuerzas que pueden ser producidas por las fuerzas centrífugas durante las velocidades de trabajo más altas del pistón. Tales fuerzas centrífugas pueden ocurrir, por ejemplo, cuando el pistón está dispuesto en un tambor cilíndrico de una máquina de pistón axial.
En una realización de la invención los dos anillos están ubicados a ambos lados de un centro de masa del inserto. Los dos anillos flexibles impiden una inclinación del inserto en el hueco y, en consecuencia, impiden un desgaste del inserto.
En una realización de la invención, un primer anillo asegura una posición axial del inserto en el pistón y un segundo anillo asegura una posición radial del inserto en el hueco solamente. Así, se evita un exceso de determinación de la posición.
En una realización de la invención el primer anillo está ubicado adyacente a un extremo abierto del hueco. Esto facilita el montaje del inserto en el hueco. El primer anillo ha de ser movido sólo una pequeña distancia en el hueco.
En una realización de la invención el primer anillo está dispuesto en una ranura interior en la pared y en una ranura exterior en el inserto. El primer anillo bloquea el inserto en el hueco.
En una realización de la invención el segundo anillo descansa contra un fondo del hueco. El fondo forma un tope final para el movimiento del segundo anillo. Por lo tanto, la posición del segundo anillo se determina de forma fiable.
En una realización de la invención, el inserto comprende una sección cónica cerca de un extremo alejado del extremo abierto del hueco y el segundo anillo flexible está dispuesto alrededor de una sección cónica. Por lo tanto, el inserto puede ser centrado con respecto al segundo anillo y por lo tanto puede ser centrado con respecto al eje del pistón.
En una realización de la invención se forma un espacio entre el inserto y la pared. El espacio tiene dos ventajas. Impide un contacto entre el inserto y la pared del hueco e impide en consecuencia un desgaste del inserto o pared que podría dar como resultado un movimiento del inserto con relación a la pared. Además, el espacio permite un flujo de fluido a lo largo de la pared del pistón que se puede utilizar para refrigerar el pistón.
En una realización de la invención al menos el primer anillo comprende al menos una sección delgada que tiene una magnitud radial más pequeña que la magnitud radial más grande del anillo. La sección delgada permite que el líquido pase el primer anillo y entre en el hueco. Cuando el segundo anillo comprende también una sección delgada, se permite que el líquido pase el segundo anillo.
En una realización de la invención el anillo comprende una serie de bloques separados por secciones delgadas. El anillo está formado por una sucesión de bloques y secciones delgadas. Por lo tanto, se prevén una serie de pasos de fluido que pasan por el primer anillo.
En una realización de la invención los bloques están espaciados de manera equidistante. Cuando los bloques se distribuyen uniformemente alrededor de la circunferencia del inserto aseguran una distribución uniforme del flujo de fluido en el espacio entre el inserto y el pistón y minimizan los defectos de forma en la redondez del pistón causados por presionar el inserto en el hueco. El anillo asegura que el inserto esté centrado con precisión dentro del pistón.
En una realización de la invención las secciones delgadas tienen una extensión axial menor que la extensión axial de los bloques. Las secciones delgadas forman una especie de resorte que permite la deformación del anillo cuando el inserto se inserta en el hueco. Además, aumentan una sección de un trayecto de flujo más allá del anillo, en particular en el segundo anillo, cuando descansa contra el fondo del hueco.
En una realización de la invención el primer anillo y el segundo anillo tienen la misma forma. Esto facilita el montaje del pistón y el inserto. No es necesario tener cuidado con la forma del anillo en la posición respectiva en ambos extremos del inserto.
En una realización de la invención el inserto es de un material cerámico o de plástico reforzado con fibra. Un material cerámico se puede producir con una masa baja y casi sin compresibilidad. Lo mismo ocurre con el material plástico reforzado con fibra, en particular el polímero reforzado con fibra, como EL PEEK (Polieterétercetona).
La invención se refiere a una máquina de pistón hidráulico que tiene un pistón como se describió anteriormente.
La invención se describirá ahora con más detalle con referencia al dibujo, en el que:
La Fig. 1 muestra una sección longitudinal de un pistón según la línea A-A de la Fig. 2,
La Fig. 2 muestra una vista superior del pistón,
La Fig. 3 muestra un anillo flexible en vista en perspectiva,
La Fig. 4 muestra una vista superior del anillo, y
La Fig. 5 muestra una vista lateral del anillo.
La Fig. 1 muestra una vista en sección de un pistón 1 de una máquina de pistón hidráulico. El pistón 1 comprende un hueco 2 rodeado por una pared 3. Un inserto 4 está dispuesto en el hueco 2.
El inserto 4 está hecho de un material cerámico u otro material ligero y rígido que no se puede comprimir. Dicho material puede ser un material plástico reforzado con fibra, en particular un polímero reforzado con fibra, como PEEK (Polieterétercetona).
El hueco 2 comprende un extremo abierto 5 a través del cual el inserto 4 se puede montar en el hueco 2. Además, el hueco 2 comprende un fondo 6 en el extremo opuesto. El fondo 6 está básicamente cerrado excepto un canal 7 a través del cual el líquido puede fluir para alcanzar una cara 8 de cojinete hidrostático de una zapata deslizante 9. La zapata deslizante 9 está montada en una bola 10 del pistón, como se conoce en la técnica. Durante el funcionamiento, la zapata deslizante 9 se apoya contra una placa inclinada de angulación y se sujeta contra la placa inclinada de angulación mediante una placa de retención (no mostrada).
Se forma un espacio 11 entre el inserto 4 y la pared 3.
El inserto 4 se fija en el hueco 2 por medio de un primer anillo flexible 12 y un segundo anillo flexible 13. El primer anillo flexible 12 está dispuesto en una ranura interior 14 en la pared 3 y en una ranura exterior 15 del inserto 4. La ranura interior 14 y la ranura exterior 15 están ubicadas junto al extremo abierto 5 del hueco 2.
El inserto 4 comprende una sección cónica 16 en o cerca del extremo alejado del extremo abierto del hueco 2. El segundo anillo flexible 13 está dispuesto alrededor de la sección cónica 16 y se apoya contra el fondo 6.
El primer anillo flexible 12 asegura una posición axial del inserto 4 en el pistón 1 y al mismo tiempo asegura una posición radial del inserto 4 en el hueco 2. El primer anillo flexible 12 centra el inserto 4 con respecto al pistón 1 cerca del extremo abierto 5 del hueco 2.
El segundo anillo flexible 13 asegura sólo una posición radial del inserto 4 en el hueco 2. Los dos anillos flexibles 12, 13 están dispuestos con una cierta distancia entre sí a lo largo de la extensión longitudinal del inserto 4. Más precisamente, están dispuestos a ambos lados de un centro de masa del inserto 4. Por lo tanto, impiden una inclinación del inserto 4 con respecto a la pared 3.
Las Figs. 3 a 5 muestran el primer anillo flexible 12. En una realización preferida de la invención, el segundo anillo flexible 13 tiene la misma forma.
El anillo 12 no está cerrado, sino abierto en dirección circunferencial, es decir, comprende una holgura 17 en dirección circunferencial. En una realización no mostrada, el anillo 12 puede estar cerrado en dirección circunferencial.
El anillo 12 comprende varios bloques 18 que se distribuyen uniformemente en dirección circunferencial. En otras palabras, los bloques 18 están espaciados de manera equidistante. Esto es cierto para los bloques 18 en ambos lados de la holgura 17.
Dos bloques adyacentes 18 están conectados por medio de una sección delgada 19. La sección delgada 19 comprende (Fig. 4) una extensión radial 20 que es más pequeña que una extensión radial 21 de los bloques 18 que es la extensión radial más grande del anillo 12.
Además, las secciones delgadas 19 tienen una extensión axial 22 que es más pequeña que una extensión axial 23 de los bloques 18.
Tal construcción tiene el siguiente efecto. Debido a la menor extensión radial 20 de las secciones delgadas 19 se forma un paso para un fluido a través del cual el fluido puede
entrar en el espacio 11 entre el inserto 4 y la pared 3 y puede fluir más allá del anillo 13 hacia el rodamiento hidrostático 8. Además, las secciones delgadas 19 permiten una deformación del anillo 12 que es necesaria para montar el inserto 4 junto con los anillos 12, 13 en el hueco 2.
Cuando el inserto 4 se monta apretándolo en el hueco 2, los anillos 12, 13 se deforman plásticamente en una magnitud que varía ligeramente dependiendo de las tolerancias de producción del pistón y del inserto 4. El primer anillo 12 fluye en la ranura interior 14 de la pared 3, de modo que la posición axial del inserto 4 dentro del hueco 2 está bloqueada y bien definida. La función principal del segundo anillo 13 es centrar el inserto 4 dentro del pistón 1.
La combinación del segundo anillo flexible 13 en el fondo 6 del hueco 2 y la sección cónica 16 del inserto 4 asegura un buen centrado de la punta del inserto 4 incluso si las tolerancias de producción para el pistón 1 y el inserto 4 causan variaciones significativas en la holgura axial entre la punta del inserto 4 y el fondo 6 del hueco 2 en el pistón 1.
Por lo tanto, los dos extremos del inserto 4 se bloquean contra los movimientos radiales dentro del pistón 1. De lo contrario, las fuerzas de inercia que actúan sobre el inserto 4 durante el funcionamiento a alta velocidad pueden hacer que el inserto 4 realice pequeños movimientos dentro del pistón 1 que eventualmente pueden conducir al desgaste, a la formación de daños, e incluso a que el inserto 4 resulte desalojado con el tiempo.
El espacio 11 permite un flujo de fluido que ayuda a enfriar el pistón 1, de modo que el pistón 1 no se sobrecaliente. Si el pistón 1 se sobrecalienta, se puede quedar atascado en el cilindro debido a la expansión térmica excesiva del pistón. El primer anillo 12 (y el segundo anillo 13 también) permiten que el fluido pase en estado montado.
Los anillos 12, 13 aseguran además que el inserto 4 esté centrado con precisión dentro del hueco 2 para garantizar un tamaño uniforme del espacio 11 y un flujo de fluido uniforme y refrigeración en el espacio 11. Dado que los bloques 18 de los anillos 12, 13 se colocan equidistantemente, aseguran una distribución uniforme del flujo de fluido en el espacio 11 y minimizan los defectos de forma en la redondez del pistón causados por presionar el inserto 4 en el pistón.
El pistón 1, más precisamente la pared 3 del pistón está hecha de un material de alta
resistencia que puede soportar las cargas sobre el pistón. Es un material con buenas propiedades tribológicas para garantizar bajas pérdidas de fricción y bajo desgaste del pistón y de los componentes con los que interactúa. Por último, el material del pistón debe ser compatible con el fluido de la máquina de pistón. Esto a menudo conducirá a que el pistón esté hecho de metal con una alta densidad. El hueco 2 reduce la masa.
El inserto 4 reduce la compresibilidad en el volumen en el que se mueve el pistón rellenando una fracción significativa del volumen muerto con un material con módulos a granel más altos que el fluido, pero con una densidad menor que el material de la pared 3 y otras partes del pistón 1. El material del inserto 4 debe ser compatible con el fluido, pero no necesita tener la resistencia y las propiedades tribológicas del material del resto del pistón 1. El uso de los dos anillos flexibles 12, 13 ayuda a reducir los requisitos para la resistencia del material del inserto 4 porque el espacio 11 entre el inserto 4 y la pared 3 permite que el inserto 4 permanezca recta incluso si la propia pared 3 es deformada por cargas externas. Esto permite el uso de materiales para el inserto 4 con muy alta rigidez, pero bajas resistencias, tales como para extensiones cerámicas de peso ligero o polímero reforzado con fibra, como PEEK (Polieterétercetona), sin riesgo de que las cargas de flexión se transfieran desde el pistón al inserto 4.
Claims (15)
1. Pistón (1) de una máquina de pistón hidráulico, teniendo el pistón (1) un hueco (2) rodeado por una pared (3) y un inserto (4) dispuesto en el hueco (2), caracterizado por que al menos dos anillos flexibles (12, 13) están dispuestos entre el inserto (4) y la pared (3).
2. Pistón según la reivindicación 1, caracterizado por que los dos anillos (12, 13) están ubicados a ambos lados de un centro de masa del inserto (4).
3. Pistón según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que un primer anillo (12) asegura una posición axial del inserto (4) en el pistón (1) y un segundo anillo (13) asegura una posición radial del inserto (4) en el hueco (2) solamente.
4. Pistón según la reivindicación 3, caracterizado por que el primer anillo (12) está ubicado adyacente a un extremo abierto (5) del hueco (2).
5. Pistón según la reivindicación 4, caracterizado por que el primer anillo (12) está dispuesto en una ranura interior (14) en la pared (3) y en una ranura exterior (15) en el inserto (4).
6. Pistón según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el segundo anillo (13) descansa contra un fondo (6) del hueco (2).
7. Pistón según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el inserto (4) comprende una sección cónica (16) cerca de un extremo alejado del extremo abierto (5) del hueco (2) y el segundo anillo flexible (13) está dispuesto alrededor de la sección cónica (16).
8. Pistón según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que se forma un espacio (11) entre el inserto (4) y la pared (3).
9. Pistón según la reivindicación 1 a 8, caracterizado por que al menos el primer anillo (13) comprende al menos una sección delgada (19) con una extensión radial (20) menor que la extensión radial (21) más grande del anillo (12).
10. Pistón según la reivindicación 9, caracterizado por que el anillo (12) comprende una serie de bloques (18) separados por secciones delgadas (19).
11. Pistón según la reivindicación 10, caracterizado por que los bloques (18) están espaciados equidistantemente.
12. Pistón según la reivindicación 10 u 11, caracterizado por que las secciones delgadas (19) tienen una extensión axial (22) menor que la extensión axial (23) de los bloques (18).
13. Pistón según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que el primer anillo (12) y el segundo anillo (13) tienen la misma forma.
14. Pistón según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que el inserto (4) es de un material cerámico o de plástico reforzado con fibra.
15. Máquina de pistón hidráulico que comprende un pistón (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2826125 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20210517 |
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FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2826125 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20220304 |