ES2873037T3 - Vibrador para hormigón - Google Patents
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Abstract
Un vibrador (1) para hormigón que comprende una carcasa (2), con un grosor de pared predeterminado, que tiene una o más entradas (3) de aire, una o más salidas (4) de aire y una porción (5) de empuñadura; en donde el interior de dicha carcasa (2) define un cuerpo hueco que contiene: - un árbol (8) de rotor accionado por un motor eléctrico (6) sin escobillas que comprende un estátor, dispuesto coaxialmente alrededor del árbol (8) del rotor, un rotor, que gira coaxialmente alrededor de dicho estátor, una pluralidad de entrehierros dispuestos entre el estátor y el rotor, con una altura de al menos 1 mm, que permite la circulación de un flujo de aire de refrigeración por todo el motor eléctrico (6) sin escobillas, y al menos un sensor Hall, - al menos una parte de una circuitería electrónica (7), que controla dicho motor eléctrico (6) sin escobillas, alojada en una cavidad (10) definida dentro de la carcasa (2) adyacente a dicho árbol (8) del rotor, rodeando la cavidad (10) una porción del árbol (8) del rotor; y - un ventilador (9) de refrigeración montado en el árbol (8) del rotor adyacente a dichas una o más salidas (4) de aire para generar el flujo de aire de refrigeración por el interior de la carcasa entre las una o más entradas (3) de aire y las una o más salidas (4) de aire para refrigerar diferentes componentes dispuestos dentro de la carcasa, incluidos el motor eléctrico (6) sin escobillas que acciona el árbol (8) del rotor y dicha al menos una parte de la circuitería electrónica (7), caracterizado porque dicha cavidad (10) está situada entre una cara opuesta del motor eléctrico (6) sin escobillas, situada frente al ventilador (9) de refrigeración, y una entrada (3) de aire de la carcasa (2), rodeando dicha cavidad una porción del árbol (8) de cojinetes situada entre el motor eléctrico (6) sin escobillas y uno de los cojinetes, con proximidad máxima a la entrada (3) de aire, soportando el árbol (8) del rotor.
Description
DESCRIPCIÓN
Vibrador para hormigón
Campo técnico
La presente invención da a conocer un vibrador para hormigón, específicamente un vibrador interno para hormigón alimentado por un motor eléctrico sin escobillas, en el que la circuitería electrónica necesaria usada para controlar la operación del vibrador para hormigón y del motor eléctrico sin escobillas se encuentra al menos parcialmente incluida en el interior de una carcasa del vibrador para hormigón.
Los motores eléctricos sin escobillas (motores BLDC o motores BL, por sus siglas en inglés), también son conocidos como motores de conmutación electrónica (motores ECM o EC, por sus siglas en inglés) o motores síncronos de CC.
Los vibradores internos para hormigón también son conocidos en la técnica como vibradores de inmersión de atizador o de aguja para hormigón.
Estado de la técnica
Los vibradores para hormigón, específicamente vibradores internos para hormigón, son usados para redistribuir, mezclar y asentar firmemente, como su nombre sugiere, hormigón que acaba de ser vertido insertando un cabezal o aguja vibrante para eliminar y extraer ya sea el exceso de agua y/o el aire atrapado que pueden provocar defectos internos y/o superficiales, así como poner en peligro la resistencia final del hormigón una vez se ha asentado. El uso eficaz de vibraciones cuando el hormigón acaba de ser vertido permite la obtención de hormigón con diferentes gradientes de resistencia.
Hay una amplia gama de vibradores para hormigón disponibles en el mercado, en la que estos vibradores para hormigón pueden incluir diferentes especificaciones técnicas, así como diseños o configuraciones.
La patente n° US 5 202 612 divulga un vibrador para hormigón constituido por una caja externa de circuitos de accionamiento con un interruptor conectado a una aguja de vibración por medio de un cable o un manguito. La aguja de vibración incluye una primera sección de accionamiento que incluye un motor sin escobillas de CC adyacente a una segunda sección vibratoria que incluye un péndulo excéntrico. Dado que el motor sin escobillas de CC está ubicado en la aguja vibratoria está sometido a impactos que pueden dar lugar a averías de la unidad de accionamiento del vibrador para hormigón.
La solicitud de patente n° WO 2009/154325 divulga un vibrador para hormigón accionado por un motor trifásico de inducción con una unidad de refrigeración fijada a una superficie trasera del motor y un circuito inversor fijado a una cubierta superior de la carcasa del vibrador para hormigón.
Por otra parte, la solicitud de patente n° US 2012/092948 o WO2010/087960 divulga un vibrador para hormigón accionado por un motor universal de velocidad constante que también incluye un ventilador y un circuito de control en el interior del alojamiento del vibrador para hormigón.
Además de la bibliografía de patentes citada divulgada más arriba, se debe hacer notar que los motores eléctricos sin escobillas ya habían sido usados en el diseño y mejora de diferentes herramientas eléctricas portátiles, tales como taladros o amoladoras, como puede verse en la patente n° US 6123158 o en la patente n° EP 1715565, que divulgan el uso de motores sin escobillas en herramientas eléctricas portátiles.
El documento DE102007034013 A1 divulga un vibrador para hormigón dotado de un motor eléctrico sin escobillas en el interior de una carcasa portátil para accionar vibradores para hormigón.
El objetivo de la presente invención es la obtención de un vibrador compacto para hormigón, que es accionado por un motor eléctrico sin escobillas, logrando dicho vibrador para hormigón una mayor relación de potencia/par a peso, aumentando su eficacia, una disminución en el ruido generado por el motor, una mayor vida útil, un aumento de la velocidad y un control mejorado mediante el uso de circuitería electrónica integrada en el motor sin escobillas, y conectada con el mismo, alojada en el interior de un cuerpo hueco de la carcasa del vibrador para hormigón. La presente invención versa específicamente sobre un vibrador interno para hormigón. Se logran los anteriores objetos con un vibrador para hormigón según la reivindicación 1.
Breve descripción de la invención
La presente invención versa sobre un vibrador interno para hormigón constituido por una carcasa hueca, que tiene un grosor predeterminado de pared. Preferiblemente, la carcasa es un artículo moldeado fabricado por dos mitades o partes sustancialmente simétricas, que están fijadas o montadas entre sí por medio de uno o más mecanismos de fijación y, preferiblemente, desmontables entre sí. La cámara interior, dentro de la carcasa definida por las dos mitades o partes, define un cuerpo hueco en el que se disponen diferentes componentes del vibrador para hormigón.
El o los mecanismos de fijación usados para montar ambas mitades del cuerpo hueco son seleccionados de un grupo que comprende:
- una línea de soldadura a lo largo de una superficie exterior del cuerpo hueco en la que se encuentran las dos mitades, lográndose la soldadura preferiblemente bien por la deposición de material o bien por soldadura de fusión,
- una pluralidad de cavidades moldeadas distribuidas en una mitad del cuerpo hueco y una pluralidad igual de salientes moldeados distribuidos consecuentemente en la mitad restante del cuerpo hueco que son insertados, entonces, en las cavidades, y puede incluir, opcionalmente, el uso de un adhesivo o resina para mejorar la fijación de ambas mitades, o
- una pluralidad de cavidades moldeadas, preferiblemente roscadas, distribuidas en una mitad del cuerpo hueco y una pluralidad igual de orificios distribuidos consecuentemente en la mitad restante del cuerpo hueco para que los tornillos sean insertados a través de los orificios y en las cavidades,
entre otros mecanismos conocidos de fijación, el uso de los cuales debería ser obvio para un experto en la técnica.
La carcasa está diseñada para tener al menos una o más entradas y salidas de aire, para permitir que fluya aire por el interior de la carcasa del vibrador para hormigón y refrigerar los diferentes componentes dispuestos en su interior y una porción de empuñadura para que un usuario pueda manipular, operar y/o portar adecuadamente el vibrador para hormigón. La porción de empuñadura de la carcasa del vibrador para hormigón puede incluir, además, al menos un interruptor para controlar y modificar el estado operativo del vibrador para hormigón, así como una entrada para el paso de un cable eléctrico conectado con una fuente de energía eléctrica.
El vibrador para hormigón puede incluir, opcionalmente, en ciertas realizaciones de la invención, un medio electrónico de visualización o una superficie exterior de la carcasa, que indica información relativa al vibrador para hormigón, tal como un estado operativo, una velocidad, una señal visual de alarma por temperatura o sobrecalentamiento del vibrador para hormigón, entre otra.
Los diferentes componentes dispuestos en el interior del cuerpo hueco de la carcasa incluyen, sin limitación, un motor, al menos parte de la circuitería electrónica que controla dicho motor, un árbol de rotor accionado por dicho motor y un ventilador de refrigeración.
Según la invención, el ventilador de refrigeración está montado en el árbol del rotor, adyacente a las salidas de aire, de forma que gire según una velocidad de rotación generada por el motor.
Un cabezal de transmisión está ubicado en un extremo del árbol del rotor, siendo el extremo la salida del árbol del rotor fuera de la carcasa del vibrador para hormigón, y está diseñado para permitir el acoplamiento de diferentes cables o manguitos de transmisión con un cabezal o aguja vibratorio con el extremo opuesto del cabezal de transmisión.
El motor que acciona el árbol del rotor del vibrador para hormigón es un motor eléctrico sin escobillas, bien en una configuración de rotor interno o bien de rotor externo, aunque preferiblemente dispuesto en dicha configuración de rotor externo, que está constituido por un estátor dispuesto coaxialmente en torno árbol del rotor, un rotor que gira en torno a un estátor, una pluralidad de entrehierros dispuestos entre el estátor y el rotor, con una altura de al menos 1 mm, de forma que el aire pueda fluir por motor eléctrico sin escobillas, y al menos un sensor Hall. El al menos un sensor Hall es usado para detectar la posición de los imanes permanentes habitualmente dispuestos en el rotor. El motor puede incluir o no una carcasa exterior que rodea sus diferentes componentes.
Además de que el motor es un motor eléctrico sin escobillas, la circuitería electrónica que controla el motor eléctrico sin escobillas está alojada al menos parcialmente en el interior de una cavidad ubicada dentro de la carcasa del vibrador para hormigón. La cavidad es adyacente a una porción del árbol del rotor, y la rodea, y está ubicada entre una cara del motor eléctrico sin escobillas, siendo dicha cara la opuesta al ventilador de refrigeración, y una entrada de aire de la carcasa.
En una realización preferida, la circuitería electrónica que controla el motor eléctrico sin escobillas, está completamente alojada en dicha cavidad, y rodea al menos parcialmente una porción del árbol del rotor, preferiblemente rodea el árbol del rotor completamente en una configuración anular.
En otra realización preferida, la circuitería electrónica puede incluir un dispositivo de seguridad para volver a poner en marcha el vibrador para hormigón de forma automática en respuesta a un corte en la transmisión de energía procedente de una fuente de electricidad.
Se debería hacer notar que el cuerpo hueco o carcasa del vibrador para hormigón, divulgado en la presente memoria, puede obtenerse como resultado de una amplia variedad de técnicas, tal como sobremoldeado de los diferentes componentes incluidos dentro del vibrador para hormigón, obteniendo una carcasa continua con un cuerpo hueco interior que encierra los diferentes componentes que no requiere elementos o mecanismos de fijación, o produciendo una pluralidad de partes moldeadas o mecanizadas, y montándolas entre sí para obtener un cuerpo hueco definido
por una carcasa constituida por las diferentes partes que encierra los diferentes componentes incluidos en el vibrador para hormigón, entre otros lo cual debería ser obvio para un experto en la técnica.
También se entenderá que cualquier intervalo de valores dado puede no ser óptimo en valores extremos y puede requerir adaptaciones de la invención a estos valores extremos para ser aplicable, encontrándose tales adaptaciones al alcance de un experto en la técnica.
Aparecen otras características de la invención a partir de la siguiente descripción detallada de una realización.
Breve descripción de las Figuras
Las anteriores y otras ventajas y características serán entendidas más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de una realización con referencia a los dibujos adjuntos, que han de ser tomados de forma ilustrativa y no limitante, en los que:
- la FIG. 1a y la FIG. 1b ilustran una realización del vibrador para hormigón que muestra el interior de una de las mitades de la carcasa, y
- la FIG. 2 ilustra una representación esquemática de las disposiciones posibles de la circuitería electrónica en la cavidad, según puede verse en la FIG. 1a o 1b.
Descripción detallada de una realización
Las anteriores y otras ventajas y características serán entendidas más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de una realización con referencia a los dibujos adjuntos, que han de ser tomados de forma ilustrativa y no limitante, en los que:
la FIG. 1a y la FIG. 1b ilustran perspectivas con ángulos diferentes que muestran el interior de una de las mitades 2a, 2b de la carcasa 2 de una realización preferida del vibrador 1 para hormigón. Estas figuras muestran la disposición interior de los diferentes componentes principales incluidos en un cuerpo hueco o espacio dentro de la carcasa 2 del vibrador 1 para hormigón, a excepción de la circuitería electrónica 7 que controla el motor eléctrico 6 sin escobillas, así como otros componentes secundarios y cableado para simplificar los dibujos. Sin embargo, en estas Figuras 1a y 1b, puede verse claramente un espacio vacío o cavidad 10 dentro de la carcasa 2, adyacente al árbol 8 del rotor, que está diseñado para recibir la circuitería electrónica 7, estando ubicada dicha cavidad 10 entre una cara opuesta del motor eléctrico 6 sin escobillas, situada frente al ventilador 9 de refrigeración, y una entrada 3 de aire de la carcasa 2.
La carcasa 2 del vibrador 1 para hormigón, que tiene un grosor predeterminado de pared, está diseñado para incluir una entrada 3 de aire en un extremo de la carcasa 2 y dos salidas 4 de aire colocadas en el extremo opuesto. También incluye una salida 8b del árbol de rotor, así como una porción 5 de empuñadura que incluye un interruptor 12 para operar el vibrador 1 para hormigón y una entrada 13 para permitir el paso de un cable eléctrico conectado con una fuente de energía eléctrica, o enchufado a la misma, para alimentar el motor eléctrico 6 sin escobillas y la circuitería electrónica 7.
El interior de la carcasa 2 define un cuerpo hueco o espacio que encierra un árbol 8 de rotor que está soportado sobre cojinetes que son coaxiales a un eje definido por el árbol 8 del rotor, en el que dichos cojinetes están soportados, a su vez, sobre refuerzos estructurales de las mitades moldeadas 2a, 2b de la carcasa 2 del vibrador 1 para hormigón. El motor eléctrico 6 sin escobillas y el ventilador 9 de refrigeración están colocados de forma coaxial en torno al árbol 8 del rotor, adyacentes entre sí, en el que el ventilador 9 de refrigeración también es adyacente a la salida 8b del árbol del rotor.
Una cavidad 10 está ubicada entre el motor eléctrico 6 sin escobillas y uno de los cojinetes que soporta el árbol 8 del rotor, siendo dicho cojinete el más cercano a la entrada 3 de aire. La cavidad 10 rodea una porción del árbol 8 del rotor y es usada para instalar al menos parte de la circuitería electrónica 7, y su correspondiente cableado, que controla al menos el motor eléctrico 6 sin escobillas, preferiblemente toda la circuitería electrónica 7 dispuesta en una cierta configuración, expuesta adicionalmente en la FIG. 2.
La FIG. 2 muestra el interior de una mitad 2a, 2b de una carcasa 2 de un vibrador 1 para hormigón, según se ha descrito anteriormente en la FIG. 1a y FIG. 1b, y cómo se disponen los diferentes componentes incluidos en dicha carcasa 2, tales como el motor eléctrico 6 sin escobillas, el árbol 8 del rotor, el ventilador 9 de refrigeración, el mecanismo 11 de fijación y, de mayor importancia, cómo se dispone la circuitería electrónica 7 que controla el motor eléctrico 6 sin escobillas en el interior de la cavidad 10.
La circuitería electrónica 7 puede disponerse de tal forma que se encuentre i) ubicada debajo, encima o en cualquiera de los lados laterales perpendicular a un eje definido por el árbol 8 del rotor, ii) distribuida, preferiblemente de manera uniforme, encima y debajo o en un lado cualquiera del árbol 8 del rotor, iii) rodeando el árbol 8 del rotor en una configuración con forma anular, iv) rodeando parcialmente el árbol 8 del rotor en una configuración con forma de L, o v) rodeando parcialmente el árbol 8 del rotor en una configuración con forma de C.
Las anteriores disposiciones i) a v) son solamente algunos ejemplos de cómo se puede colocar la circuitería electrónica 7 en el interior del alojamiento 10, y no está limitada exclusivamente a las disposiciones descritas, en las que otras disposiciones no descritas en la presente memoria deberían ser consideradas obvias para un experto en la técnica.
Las Figuras 1a/1b y la FIG. 2 ilustran la disposición y distribución de una pluralidad de elementos de fijación que juntos forman el mecanismo 11 de fijación que, en esta realización particular comprende una pluralidad de agujeros o cavidades, preferiblemente roscados, en una primera mitad 2a de la carcasa 2, en la que se insertan tornillos o pernos a través de orificios paralelos dispuestos por igual por toda la segunda mitad 2b de la carcasa 2 del vibrador 1 para hormigón, no mostrándose la segunda mitad 2b en estas figuras, aunque sí los tornillos.
Se entenderá que diversas partes de una realización de la invención pueden ser combinadas libremente con partes descritas en otras realizaciones, aunque dicha combinación no esté explícitamente descrita, siempre y cuando no haya daño alguno en tal combinación.
Se entenderá que las referencias a la posición geométrica, tal como paralelo, perpendicular, tangente, etc., permiten desviaciones de hasta ±5° de la posición teórica definida por esta nomenclatura.
Claims (10)
1. Un vibrador (1) para hormigón que comprende una carcasa (2), con un grosor de pared predeterminado, que tiene una o más entradas (3) de aire, una o más salidas (4) de aire y una porción (5) de empuñadura; en donde el interior de dicha carcasa (2) define un cuerpo hueco que contiene:
- un árbol (8) de rotor accionado por un motor eléctrico (6) sin escobillas que comprende un estátor, dispuesto coaxialmente alrededor del árbol (8) del rotor, un rotor, que gira coaxialmente alrededor de dicho estátor, una pluralidad de entrehierros dispuestos entre el estátor y el rotor, con una altura de al menos 1 mm, que permite la circulación de un flujo de aire de refrigeración por todo el motor eléctrico (6) sin escobillas, y al menos un sensor Hall,
- al menos una parte de una circuitería electrónica (7), que controla dicho motor eléctrico (6) sin escobillas, alojada en una cavidad (10) definida dentro de la carcasa (2) adyacente a dicho árbol (8) del rotor, rodeando la cavidad (10) una porción del árbol (8) del rotor; y
- un ventilador (9) de refrigeración montado en el árbol (8) del rotor adyacente a dichas una o más salidas (4) de aire para generar el flujo de aire de refrigeración por el interior de la carcasa entre las una o más entradas (3) de aire y las una o más salidas (4) de aire para refrigerar diferentes componentes dispuestos dentro de la carcasa, incluidos el motor eléctrico (6) sin escobillas que acciona el árbol (8) del rotor y dicha al menos una parte de la circuitería electrónica (7),
caracterizado porque
dicha cavidad (10) está situada entre una cara opuesta del motor eléctrico (6) sin escobillas, situada frente al ventilador (9) de refrigeración, y una entrada (3) de aire de la carcasa (2), rodeando dicha cavidad una porción del árbol (8) de cojinetes situada entre el motor eléctrico (6) sin escobillas y uno de los cojinetes, con proximidad máxima a la entrada (3) de aire, soportando el árbol (8) del rotor.
2. El vibrador (1) para hormigón según la reivindicación 1 en donde la circuitería electrónica (7) está totalmente alojada en dicha cavidad (10).
3. El vibrador (1) para hormigón según la reivindicación 1 o 2 en donde dicha al menos una parte de la circuitería electrónica (7) está situada en la cavidad (10) que rodea al menos parcialmente el árbol (8) del rotor.
4. El vibrador (1) para hormigón según la reivindicación 3 en donde la circuitería electrónica (7) rodea el árbol (8) del rotor en una configuración anular.
5. El vibrador (1) para hormigón según la reivindicación 1 en donde la circuitería electrónica (7) incluye un dispositivo de seguridad para volver a poner en marcha el vibrador (1) para hormigón en respuesta a un corte en la transmisión de energía procedente de una fuente de electricidad.
6. El vibrador (1) para hormigón según la reivindicación 1 en donde una superficie exterior de la carcasa (2) incluye un medio electrónico de visualización que indica el estado operativo del vibrador (1) para hormigón.
7. El vibrador (1) para hormigón según la reivindicación 1 en donde la porción (5) de empuñadura incluye, además, al menos uno de:
- un interruptor (12) para controlar y modificar el estado operativo del vibrador (1) para hormigón, y
- una entrada (13) para el paso de un cable eléctrico conectado a una fuente de energía eléctrica.
8. El vibrador (1) para hormigón según la reivindicación 1 en donde dicho ventilador (9) de refrigeración está montado en el árbol (8) del rotor para que gire según la velocidad de rotación del motor.
9. El vibrador (1) para hormigón según la reivindicación 1 que, además, comprende un cabezal (14) de transmisión en un extremo del árbol (8) del rotor, estando diseñado dicho cabezal (14) de transmisión para el acoplamiento de al menos un cable de transmisión dotado de un cabezal vibratorio.
10. El vibrador (1) para hormigón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde la carcasa (2) comprende dos mitades sustancialmente simétricas (2a, 2b), unidas entre sí por medio de un mecanismo (11) de fijación.
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