ES2901518T3 - Pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación - Google Patents

Abstract

Un pistón hidráulico (1) que consiste de un cuerpo cilíndrico (6) el cual presenta una superficie cilíndrica exterior (13) que se aloja con poco espacio libre en un cilindro (4) de tal manera que deja un espacio intersticial (32) entre dicha superficie (13) y dicho cilindro (4), dicho pistón (1) es capaz de moverse mediante traslación en dicho cilindro (4) con lo cual forma una cámara hidráulica (5) de volumen variable, un primer extremo de dicho pistón (1) tiene una cara de compresión (10) que emerge a la cámara hidráulica (5) para recibir la presión de un fluido (11), el otro extremo de dicho pistón (3) tiene una cara de apoyo del pistón (8) para ejercer una fuerza sobre los medios de transmisión (9), dicho pistón (1) comprende: - Medios de sellado (16) que se disponen sobre la superficie cilíndrica exterior (13), dichos medios (16) son capaces de formar un sello con el cilindro (4); - Al menos un conducto de enfriamiento y lubricación (7) que se dispone entera o parcialmente en el cuerpo cilíndrico (6), dicho conducto (7) comienza, por una parte, con una entrada de conducto (14) que comunica directa o indirectamente con la cámara hidráulica (5), y termina, por otra parte, con una salida de conducto (15) que emerge directa o indirectamente al nivel de la superficie cilíndrica exterior (13), el fluido (11) puede circular en dicho conducto (7) desde dicha entrada (14) a dicha salida (15) cuando la presión existente en la cámara hidráulica (5) es mayor que la presión existente en el espacio intersticial (32), mientras que los medios de sellado (16) impiden que dicho fluido (11) pase a través del exterior del cuerpo cilíndrico (6) para atravesar desde dicha entrada (14) hasta dicha salida (15); - Al menos una válvula de enfriamiento y lubricación (2) que se aloja entera o parcialmente en el conducto de enfriamiento y lubricación (7) y que puede abrirse o cerrarse para permitir o impedir, respectivamente, la circulación del fluido (11) en dicho conducto (7), dicha válvula (2) comprende un asiento de sellado de flujo (24) que puede permanecer a una cierta distancia de una superficie de contacto de la válvula (26) que se dispone en el interior o al final del conducto de enfriamiento y lubricación (7) con el fin de permitir que el fluido (11) pase o pueda mantenerse en contacto con dicha superficie (26) para formar con esta última una línea de contacto de sellado (25) que impida el paso de dicho fluido (11); - Al menos un resorte de retorno de la válvula (30) que tiende a alejar el asiento de sellado de flujo (24) de la superficie de contacto de la válvula (26); y - Al menos un tope de válvula (3) que establece la distancia máxima de separación del asiento de sellado de flujo (24) con respecto a la superficie de contacto de la válvula (26); dicho pistón (1) se caracteriza porque comprende: - Al menos un pistón de accionamiento de la válvula (22) que se conecta rígidamente a la válvula de enfriamiento y lubricación (2) de tal manera que pueda mover esta última para cerrar y/o abrir, dicho pistón (22) se aloja con poco espacio libre en un cilindro actuador (31) que se dispone en o sobre el cuerpo cilíndrico (6), dicho pistón (22) es capaz de moverse mediante traslación longitudinal en dicho cilindro (31) y tiene una cara de alta presión (23) que se expone a la presión existente en la cámara hidráulica (5), y, opuesta a dicha cara de alta presión (23), dicho pistón (22) tiene una cara del lado de baja presión (28) que comunica directa o indirectamente con el espacio intersticial (32) o con la cara de apoyo del pistón (8) o con ambas (32, 8); y - Al menos una abertura de calibración de flujo (27) que limita el flujo de fluido (11) máximo que puede circular en el conducto de enfriamiento y lubricación (7), dicha abertura (27) se coloca - en la trayectoria del fluido (11) - en serie con la válvula de enfriamiento y lubricación (2) y en paralelo con el pistón de accionamiento de la válvula (22).

Description

DESCRIPCIÓN

Pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación

La presente invención se refiere a un pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación, dicho pistón coopera con un cilindro para formar, por ejemplo, la cámara hidráulica de volumen variable de una bomba o de un motor hidráulico con pistones axiales o radiales.

Un pistón de este tipo para bombas y motores hidráulicos se conoce por la solicitud de patente internacional WO-20171109329-A1.

El sellado de los pistones de las bombas hidráulicas y motores con pistones axiales o radiales se obtiene usualmente al dejar un pequeño espacio libre diametral entre los pistones y el cilindro con el que cooperan. Por ejemplo, tal espacio libre puede tener un valor de veinte a cuarenta micrómetros para un pistón que tiene un diámetro de veinte milímetros. Un espacio libre diametral tan pequeño usualmente permite obtener niveles de estanqueidad aceptables hasta presiones de funcionamiento del orden de trescientos a quinientos bares, siempre y cuando haya un solapamiento suficiente entre el pistón y el cilindro en el que dicho pistón se mueve por traslación. Proporcionar un pequeño espacio libre diametral entre el pistón y su cilindro constituye una solución de sellado simple y robusta. Además, el precio de coste de fabricación de tal solución sigue siendo moderado, a pesar de la alta precisión de mecanizado que requiere.

Se observa que los pistones de las bombas hidráulicas y los motores con pistones axiales usualmente terminan con zapatas articuladas que se deslizan sobre una placa inclinado o inclinable en dependencia de si las bombas o los motores son motores de desplazamiento fijo o variable. Cuando tal placa se inclina y se aplica presión a cualquiera de los pistones por cualquier fluido hidráulico - por ejemplo, por aceite - la fuerza que la zapata articulada de dicho pistón ejerce sobre tal placa produce por reacción una fuerza radial entre dicho pistón y el cilindro con el que coopera.

La fuerza radial genera una presión de contacto entre dicho pistón y su cilindro. Tal presión se aplica, por la primera parte, al nivel del extremo de dicho pistón que está opuesto a la zapata articulada y, por la segunda parte, al nivel del extremo de dicho cilindro que se abre en la dirección de la placa inclinada.

Los pistones de las bombas y motores hidráulicos que se acaban de describir son responsables de pérdidas de energía de diversos tipos, que reducen la eficiencia energética total de las bombas y de los motores.

Entre estas pérdidas de energía se distinguen en primer lugar las fugas de fluido hidráulico. Debido al efecto de la presión, el fluido hidráulico se expulsa efectivamente de la cámara hidráulica a través del espacio formado por el espacio libre diametral que queda entre el pistón y el cilindro, luego se escapa al nivel del extremo del cilindro que se abre en la dirección de la placa inclinada. Además, se observa que al realizar movimientos hacia atrás y hacia adelante en su cilindro, el pistón produce un efecto de bombeo al nivel del espacio libre diametral que queda entre este y dicho cilindro, lo que aumenta la tasa de fuga hidráulica.

También se incluye entre las pérdidas de energía el cizallamiento del fluido hidráulico que se inserta entre el pistón y el cilindro. Tal cizallamiento produce una fuerza resistente que se opone a la rotación de la bomba o del motor hidráulico. Esta fuerza de cizallamiento es mayor cuanto más viscoso es el fluido hidráulico, por una parte, y menor es el espacio libre diametral que queda entre el pistón y el cilindro, por otra parte.

Finalmente, las pérdidas de energía se originan además por la fuerza que ejerce la zapata del pistón sobre la placa inclinada. Tal fuerza da como resultado fuerzas radiales ejercidas por el pistón sobre su cilindro. En conjugación con el movimiento de dicho pistón en dicho cilindro, las fuerzas radiales generan pérdidas de energía que son el producto de las fuerzas por el coeficiente de fricción entre el pistón y su cilindro, multiplicado por la distancia recorrida por dicho pistón en dicho cilindro.

Como se comprende fácilmente al leer lo anterior, para reducir la pérdida total de energía producida por los pistones de las bombas y motores hidráulicos, debe buscarse alcanzar, como mínimo, el triple objetivo de limitar las fugas hidráulicas tanto como sea posible, reducir al máximo las pérdidas por cizallamiento del fluido hidráulico, y minimizar las pérdidas por fricción, que se producen a nivel de los contactos entre el pistón y su cilindro.

Sin embargo, existen diversas contradicciones que entran en conflicto con la consecución simultánea de estos tres objetivos.

De hecho, en la tecnología de punta, la reducción de las fugas de fluido hidráulico no puede realizarse al reducir más el espacio libre diametral que queda entre el pistón y su cilindro, ya que las pérdidas por cizallamiento aumentarían inaceptablemente.

De hecho, estas mayores pérdidas por cizallamiento darían como resultado una mayor cantidad de calor emitido en un volumen más pequeño de fluido hidráulico que se retiene en el espacio libre diametral que queda entre el pistón y su cilindro. Esta situación daría lugar a un aumento drástico de la temperatura de dicho fluido, mientras que la viscosidad de este disminuiría. Dicho fluido perdería gran parte de sus propiedades lubricantes, lo que aumentaría las pérdidas por fricción, lo que a su vez aumentaría más la cantidad de calor recibido por el fluido hidráulico que se retiene en el espacio libre diametral.

La consecuencia sería entonces unas emisiones de calor descontroladas y un aumento descontrolado de la temperatura local del fluido hidráulico, lo que implicaría, después de cierto umbral, la destrucción por coquización de dicho fluido que se retiene en el espacio libre diametral que queda entre el pistón y su cilindro. Además, la temperatura del pistón podría aumentar hasta el punto de que dicho pistón se dilata más rápidamente que el cilindro en el que se mueve por traslación. Este último efecto llevaría al agarrotamiento de dicho pistón en dicho cilindro. En consecuencia, sería difícil reducir el espacio libre diametral que queda entre el pistón y su cilindro para reducir las fugas de fluido hidráulico, particularmente porque, para reducir las pérdidas por cizallamiento, tal espacio libre, por el contrario, tendría que aumentarse. De hecho, las pérdidas por cizallamiento aumentan aproximadamente de forma inversamente proporcional a tal espacio libre.

Además de reducir las pérdidas por cizallamiento, aumentar tal espacio libre también reduciría las pérdidas por fricción, que se inducen por las fuerzas radiales que ejerce el pistón sobre su cilindro. De hecho, un aumento razonable en el espacio libre diametral que queda entre el pistón y el cilindro promovería la formación y el mantenimiento de un régimen de lubricación hidrodinámico entre dicho pistón y dicho cilindro, en particular ya que la película de fluido hidráulico - en el caso del aceite, por ejemplo - sería más espesa, y dado que este último se mantendría a menor temperatura.

Sin embargo, aumentar el espacio libre diametral entre el pistón y su cilindro tampoco es la solución, ya que esto afectaría las fugas hidráulicas que fluyen entre estas dos partes. Estas fugas aumentarían drásticamente.

Dado que los objetivos que se acaban de describir son contradictorios en cuanto a su implementación, el espacio libre diametral entre los pistones y los cilindros de las bombas hidráulicas y motores con pistones axiales o radiales de acuerdo con el estado de la técnica es el resultado del consenso entre las fugas hidráulicas, por una parte, y las pérdidas por cizallamiento del aceite y por fricción mecánica, por otra parte.

Se podría imaginar que este consenso se evita al colocar una junta en el pistón ya sea al final de dicho pistón más cercano a la cámara hidráulica o en su centro, cuidando que tal junta nunca salga del cilindro. Por lo tanto, sería posible tener un espacio libre grande entre el pistón y su cilindro, ya que la junta ya no dependería del espacio libre. El problema de cualquier junta o segmento de sellado es que el pistón ya no está suficientemente lubricado en su cilindro, ya que se introduce una cantidad insuficiente de aceite en el espacio formado por el espacio libre diametral que queda entre el pistón y su cilindro.

Además, tal aceite debe reemplazarse continuamente para evacuar el calor emitido por las fugas, las pérdidas por cizallamiento y las pérdidas por fricción residuales. La instalación de un sello hermético en los pistones de las bombas hidráulicas y los motores con pistones axiales o radiales provoca inevitablemente al secado del cilindro y esto lleva potencialmente a un agarrotamiento del pistón en dicho cilindro y al envejecimiento prematuro del fluido hidráulico que se somete localmente a excesivas temperaturas.

Además, se observa que determinadas bombas o determinados motores hidráulicos comprenden piezas mecánicas que se colocan opuestas a la cámara hidráulica y que se lubrican entera o parcialmente y/o enfrían como resultado de la tasa de fuga entre el pistón y el cilindro. La prevención de cualquier fuga de fluido hidráulico entre el pistón y su cilindro conduciría así a la necesidad de lubricar las piezas mediante un suministro deliberado de aceite, por ejemplo, por medio de un inyector.

Con el fin de solucionar estos diferentes problemas, el pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación de acuerdo con la invención posibilita, en dependencia de su modalidad:

• Montar una junta o segmento de sellado entre el pistón y su cilindro, tal junta tapona las fugas de fluido hidráulico que se producen al nivel del espacio libre diametral que queda entre dicho pistón y dicho cilindro, particularmente cuando existe una alta presión en la cámara hidráulica de la bomba hidráulica o del motor hidráulico que la recibe, tal montaje no tiene ya un efecto negativo - en comparación con el estado de la técnica - sobre la correcta lubricación de dicho pistón en dicho cilindro;

• Permitir el flujo de una alta tasa de fuga de aceite lubricante y de enfriamiento al nivel del espacio libre diametral entre el pistón y su cilindro solo cuando exista una baja presión en la cámara hidráulica de la bomba hidráulica o del motor hidráulico que la recibe, la baja presión es, por ejemplo, la presión comúnmente denominada "presión de sobrealimentación";

• Optimizar el espacio libre diametral que queda entre el pistón y su cilindro para minimizar las pérdidas por cizallamiento y por fricción, al aumentar solo marginalmente las pérdidas de energía asociadas a las fugas de fluido hidráulico que fluyen a través del espacio libre diametral que queda entre dicho pistón y dicho cilindro;

• Aumentar significativamente el rendimiento de cualquier bomba hidráulica o motor hidráulico que lo recibe; • Aumentar solo muy marginalmente el precio de coste de producción de la bomba o del motor hidráulico que la recibe.

Se entiende que, además de su uso con bombas hidráulicas y motores hidráulicos de pistones axiales o radiales, el pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación de acuerdo con la invención puede usarse con cualquier otra bomba, motor, motobomba, gato o aparatos de cualquier forma o tipo, ya sean estos dispositivos o aparatos hidráulicos o neumáticos, y siempre y cuando la configuración de los componentes o aparatos permita hacer funcionar ventajosamente el pistón de acuerdo con la invención.

Las otras características de la presente invención se describen en la descripción y en las reivindicaciones secundarias que dependen directa o indirectamente de la reivindicación principal.

El pistón hidráulico comprende un cuerpo cilíndrico que deja al descubierto una superficie cilíndrica exterior que se aloja con poco espacio libre en un cilindro de tal manera que deja un espacio intersticial entre dicha superficie y dicho cilindro, dicho pistón es capaz de moverse mediante traslación en el cilindro con lo cual forma una cámara hidráulica de volumen variable, un primer extremo del pistón tiene una cara de compresión que lleva a la cámara hidráulica para recibir la presión de un fluido, mientras que el otro extremo de dicho pistón tiene una cara de apoyo del pistón para ejercer una fuerza sobre los medios de transmisión.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye:

• Medios de sellado que se disponen en la superficie cilíndrica exterior, dichos medios son capaces de formar un sello con el cilindro;

• Al menos una tubería de enfriamiento y lubricación que se dispone entera o parcialmente en el cuerpo cilíndrico, tal tubería comienza, por una parte, con una entrada de tubería que comunica directa o indirectamente con la cámara hidráulica, y termina, por otra parte, con una salida de tubería que se abre directa o indirectamente al nivel de la superficie cilíndrica exterior, el fluido en tal tubería puede circular desde dicha entrada a dicha salida cuando la presión existente en la cámara hidráulica es mayor que la presión existente en el espacio intersticial, mientras que dichos medios de sellado evitan que dicho fluido atraviese el exterior del cuerpo cilíndrico para correr desde dicha entrada hasta dicha salida;

• Al menos una válvula de enfriamiento y lubricación que se aloja entera o parcialmente en la tubería de enfriamiento y lubricación y que puede abrirse o cerrarse para permitir o evitar, respectivamente, la circulación del fluido en tal tubería, dicha válvula comprende un asiento de sellado de flujo que puede permanecer a cierta distancia de una superficie de contacto de la válvula que se dispone en el interior o al final de la tubería de enfriamiento y lubricación para permitir el paso del fluido o mantenerse en contacto con dicha superficie para formar con esta última una línea de contacto de sellado que impide el paso de dicho fluido;

• Al menos un pistón actuador de la válvula que se conecta rígidamente a la válvula de enfriamiento y lubricación de tal manera que pueda maniobrar esta última para cerrar y/o abrir, dicho pistón se aloja con poco espacio libre en un cilindro actuador que se dispone en o sobre el cuerpo cilíndrico, dicho pistón es capaz de moverse mediante traslación longitudinal en dicho cilindro y tiene una cara de alta presión que se expone a la presión existente en la cámara hidráulica, mientras que, opuesta a dicha cara de alta presión, dicho pistón tiene una cara lateral de baja presión que se comunica directa o indirectamente con el espacio intersticial o con la cara de apoyo del pistón o con las dos;

• Al menos una abertura de calibración de flujo que limita el flujo máximo de fluido que puede circular en la tubería de enfriamiento y lubricación, dicha abertura se coloca - en la trayectoria del fluido - en serie con la válvula de enfriamiento y lubricación y en paralelo con el actuador de la válvula;

• Al menos un resorte de retorno de la válvula que tiende a alejar el sello de flujo de la superficie de contacto de la válvula;

• Al menos un separador de tope de la válvula que establece la distancia máxima de separación del asiento de sellado de flujo con respecto a la superficie de contacto de la válvula.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye un resorte de retorno de la válvula que se aloja entera o parcialmente en el interior de una cámara intermedia para el fluido que se forma entre el pistón actuador de la válvula y la línea de contacto de sellado.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye medios de sellado que consisten de al menos un segmento cortado que se aloja en al menos una ranura de sellado que se dispone en el cuerpo cilíndrico y que se abre en la superficie cilíndrica exterior.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye medios de sellado que consisten de al menos una junta circular flexible que se aloja en al menos una ranura de sellado que se dispone en el cuerpo cilíndrico y que se abre en la superficie cilíndrica exterior.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye una ranura del espacio libre anticizallamiento que se dispone en el cuerpo cilíndrico, dicha ranura se abre sobre la superficie cilíndrica exterior.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye un diámetro del extremo axial del cuerpo cilíndrico ubicado en el lado de la cara de compresión que disminuye gradualmente sobre una cierta longitud para formar un estrechamiento del cojinete.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye un diámetro del extremo axial del cilindro ubicado opuesta a la cámara hidráulica que aumenta gradualmente sobre una cierta longitud para formar un ensanchamiento del cojinete.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye una abertura de calibración de flujo que se dispone en el interior del pistón actuador de la válvula en el cual conecta la cara de alta presión y la cara lateral de baja presión o cualquiera de las dos caras con la superficie cilíndrica exterior de dicho pistón.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye una abertura de calibración de flujo que consisten del espacio libre que queda entre el pistón actuador de la válvula y el cilindro actuador con el que coopera dicho pistón.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye un cuerpo cilíndrico que se atraviesa enteramente en el sentido de su longitud por una tubería para lubricación de dichos medios de transmisión que se abre, por una parte, en la cara de compresión y, por otra parte, en la cara de apoyo del pistón.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye una válvula de enfriamiento y lubricación y un pistón actuador de la válvula que se hicieron del mismo bloque de material para formar un conjunto de pistón actuador de la válvula.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye un conjunto de pistón actuador de la válvula que se atraviesa enteramente en la dirección axial por la tubería para lubricación de los medios de transmisión alrededor de la cual puede deslizarse mientras forma un sello con esta última.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye un conjunto de pistón actuador de la válvula que se atraviesa enteramente en la dirección axial por la tubería para lubricación de los medios de transmisión, dicho conjunto forma una porción de tal tubería.

El pistón hidráulico de acuerdo con la presente invención incluye un conjunto de pistón actuador de la válvula que termina con una pieza terminal de sellado deslizante que forma un sello con un cilindro receptor de pieza terminal que se dispone en la tubería para lubricación de los medios de transmisión, dicha pieza terminal de sellado permite a dicho conjunto moverse mediante traslación longitudinal con respecto a tal tubería.

La siguiente descripción en referencia a las figuras adjuntos que son ejemplos no limitativos permitirá comprender mejor la invención, las características que presenta y las ventajas que es capaz de adquirir:

La Figura 1 es una sección transversal esquemática de una bomba hidráulica de pistones axiales de desplazamiento variable equipada con pistones hidráulicos con válvula de enfriamiento y lubricación de acuerdo con la invención.

La Figura 2 es una sección transversal esquemática del pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación de acuerdo con la invención, en el cual el conjunto de pistón actuador de la válvula se atraviesa enteramente en dirección axial por la tubería para lubricación de los medios de transmisión alrededor de la cual puede deslizarse mientras forma un sello con esta última.

Las Figuras 3 y 4 son vistas esquemáticas de detalle en sección transversal del pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación de acuerdo con la invención, que ilustran el funcionamiento de tal invención cuando la presión que existe en la cámara hidráulica es baja, luego alta, respectivamente, el conjunto de pistón actuador de la válvula se atraviesa, por una parte, en dirección axial por la tubería para lubricación de los medios de transmisión para formar una porción de este, y termina, por otra parte, en una pieza terminal de sellado deslizante que forma un sello con un cilindro receptor de pieza terminal que se dispone en tal tubería de lubricación.

La Figura 5 es una vista en sección transversal esquemática en detalle del pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación de acuerdo con la invención y con una variante de la misma que se muestra en la Figura 2.

La Figura 6 es una vista en sección transversal esquemática del pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación de acuerdo con la invención, en el cual la cara de baja presión del pistón actuador de la válvula se ubica aguas abajo de la línea de contacto de sellado con respecto a la dirección de flujo del fluido.

La Figura 7 es una vista en sección transversal esquemática del pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación de acuerdo con la invención, sin tubería para lubricación de los medios de transmisión.

La Figura 8 es una vista despiezada tridimensional del pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación de acuerdo con la invención y con una variante de esta como se representa en las Figuras 3 y 4, en la cual dicho pistón está ensamblado.

La Figura 9 es una vista tridimensional despiezada del pistón hidráulico con válvula de enfriamiento y lubricación de acuerdo con la invención y con una variante de esta como se representa en las Figuras 3 y 4.

Descripción de la invención:

Las Figuras 1 y 9 representan el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2, varios detalles de sus componentes, sus variantes y sus accesorios.

Como puede verse en particular en las Figuras 1 y 2, el pistón hidráulico 1 consiste de un cuerpo cilíndrico 6 que presenta una superficie cilíndrica exterior 13 que se aloja con poco espacio libre en un cilindro 4 de tal manera que deja un espacio intersticial 32 entre dicha superficie 13 y dicho cilindro 4, dicho pistón 1 es capaz de moverse mediante traslación en dicho cilindro 4, con lo cual forma una cámara hidráulica 5 de volumen variable.

Se observa en particular en las Figuras 1 y 2 que un primer extremo del pistón hidráulico 1 tiene una cara de compresión 10 que lleva a la cámara hidráulica 5 para recibir la presión de un fluido 11, mientras que el otro extremo de dicho pistón 3 tiene una cara de apoyo del pistón 8 para ejercer una fuerza sobre los medios de transmisión 9. Las Figuras 1 a 9 ilustran que el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención incluye medios de sellado 16 que se disponen sobre la superficie cilíndrica exterior 13, dichos medios 16 son capaces de formar un sello más o menos perfecto con el cilindro 4 y se disponen preferentemente en la porción de la superficie cilíndrica exterior 13 que está cerca de la cámara hidráulica 5.

Se observa que los medios de sellado 16 pueden consistir simplemente de una reducción local del espacio intersticial 32 que se obtiene por un aumento local en el diámetro de la superficie cilíndrica exterior 13. Tal aumento puede ser no cilíndrico y asumir, por ejemplo, la forma de un bulto o de un bulbo que se articula en el cilindro 4 que lo recibe.

En particular en las Figuras 2 a 8, puede verse que el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención incluye al menos una tubería de enfriamiento y lubricación 7 que se dispone entera o parcialmente en el cuerpo cilíndrico 6, tal tubería 7 comienza, por una parte, con una entrada de tubería 14 que comunica directa o indirectamente con la cámara hidráulica 5, y termina, por otra parte, con una salida de tubería 15 que se abre directa o indirectamente al nivel de la superficie cilíndrica exterior 13.

Se debe señalar que fluido 11 puede circular en tal tubería 7 desde dicha entrada 14 hasta dicha salida 15 cuando la presión existente en la cámara hidráulica 5 es mayor que la presión existente en el espacio intersticial 32, mientras que los medios de sellado 16 impiden tal el fluido 11 pase a través del exterior del cuerpo cilíndrico 6 para ir desde dicha entrada 14 hasta dicha salida 15 cuando dichos medios 16 formen un sello con el cilindro 4.

En las Figuras 1 a 9, se muestra que el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención incluye al menos una válvula de enfriamiento y lubricación 2 que se aloja entera o parcialmente en la tubería de enfriamiento y lubricación 7 y que puede abrirse o cerrarse para permitir o impedir, respectivamente, la circulación del fluido 11 en tal tubería 7.

De acuerdo con la invención, la válvula de enfriamiento y lubricación 2 comprende un asiento de sellado de flujo 24 que puede permanecer a cierta distancia de una superficie de contacto de la válvula 26 que se dispone en el interior o al final de la tubería de enfriamiento y lubricación 7 para permitir que el fluido 11 pase o se mantenga en contacto con dicha superficie 26 para formar con esta última una línea de contacto de sellado 25 que impide el paso de dicho fluido 11, tal línea 25 se muestra en la Figura 4.

Se observa, en particular en las Figuras 2 a 9, que el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención incluye al menos un pistón actuador de la válvula 22 que se conecta rígidamente a la válvula de enfriamiento y lubricación 2 de tal manera para poder maniobrar este último para cerrar y/o abrir. Tal pistón 22 se aloja con poco espacio libre en un cilindro actuador 31 que se dispone en o sobre el cuerpo cilíndrico 6 y puede moverse mediante traslación longitudinal en dicho cilindro 31.

En las Figuras 3 a 7 y en la Figura 9, se observa que el pistón actuador de la válvula 22 tiene una cara de alta presión 23 que se expone a la presión existente en la cámara hidráulica 5, mientras que opuesta a dicha cara de alta presión 23, dicho pistón 22 tiene una cara lateral de baja presión 28 que comunica directa o indirectamente con el espacio intersticial 32 o con la cara de apoyo del pistón 8 o con las dos 32, 8.

Se observa que el pistón actuador de la válvula 22 o el cilindro actuador 31 pueden comprender una junta de cualquier tipo conocido por el experto en la técnica para mejorar la junta que se forma entre dicho pistón 22 y dicho cilindro 31.

En las Figuras 2 a 9, se ve claramente que el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención comprende al menos una abertura de calibración de flujo 27 que limita el régimen de flujo máximo de 11 que puede circular en la tubería de enfriamiento y lubricación 7.

La abertura de calibración de flujo 27 se coloca - en la trayectoria del fluido 11 - en serie con la válvula de enfriamiento y lubricación 2 y en paralelo con el pistón actuador de la válvula 22; es decir, con respecto a la dirección de flujo del fluido 11 en la tubería de enfriamiento y lubricación 7, dicha abertura 27 se coloca antes o después de la válvula de enfriamiento y lubricación 2, mientras que el paso del fluido 11 a través de dicha abertura 27 de ninguna manera se ve afectado por la posición del pistón actuador de la válvula 22, en la medida en que dicha abertura 27 permite que dicho fluido 11 se desvíe o pase a través de dicho pistón 22.

En particular, en las Figuras 2 a 9, puede verse que el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención comprende al menos un resorte de retorno de la válvula 30 que tiende a distanciar el asiento de sellado de flujo 24 de la superficie de contacto de la válvula 26, en donde tal resorte 30 puede ser un resorte helicoidal, un resorte de torsión, un resorte de tensión o una arandela elástica de cualquier tipo y, en general, puede ser de cualquier tipo conocido por el experto en la técnica.

En las mismas Figuras 2 a 9, también puede verse en particular que el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención tiene al menos un separador de tope de la válvula 3 que establece la distancia máxima de separación del asiento de sellado de flujo 24 con respecto a la superficie de contacto de la válvula 26.

El separador de tope de la válvula 3 puede cooperar en particular con cualquier porción constitutiva de la válvula de enfriamiento y lubricación 2 o de pistón actuador de la válvula 22 con el que coopera. Además, se observa que tal separador de tope 3 puede consistir de, por ejemplo, un anillo de seguridad que se aloja en una ranura que se dispone en el cilindro actuador 31, el pistón actuador de la válvula 22 puede entrar en contacto con tal anillo de seguridad.

En dependencia de las variantes del pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 que se muestran en las Figuras 1 a 9, se observa que el resorte de retorno de la válvula 30 puede alojarse entera o parcialmente en el interior de una cámara de fluido intermedia 29 que se forma entre el pistón actuador de la válvula 22 y la línea de contacto de sellado 25.

En las Figuras 1 a 5 y 7 a 9, se observa que el medio de sellado 16 puede consistir al menos de un segmento cortado 17 que se aloja en al menos una ranura de sellado 18 que se dispone en el cuerpo cilíndrico 6 y que se abre en la superficie cilíndrica exterior 13.

En una variante ilustrada en la Figura 6, el medio de sellado 16 puede consistir además de al menos una junta circular flexible 19 que se aloja en al menos una ranura de sellado 18 que se dispone en el cuerpo cilíndrico 6 y que se abre en la superficie cilíndrica exterior 13.

Se observa que la junta circular flexible 19 puede estar hecha, por ejemplo, de una junta tórica hecha de un elastómero o puede ser del tipo compuesto, que consiste en particular una junta tórica hecha de un elastómero que coopera con un anillo hecho de material plástico con o sin relleno de partículas antifricción y/o antiabrasión.

Las Figuras 1 a 9 muestran que ventajosamente puede proporcionarse una ranura del espacio libre anticizallamiento 20 en el cuerpo cilíndrico 6, dicha ranura 20 se abre en la superficie cilíndrica exterior 13.

De acuerdo con esta configuración particular, las porciones de la superficie cilíndrica exterior 13 que se ubican axialmente antes y después de la ranura del espacio libre anticizallamiento 20 pueden no tener exactamente el mismo diámetro. Por ejemplo, la porción que incluye los medios de sellado 16 puede tener un diámetro sustancialmente mayor que la porción sin los medios de sellado 16.

En otra variante del pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2, que puede verse en particular en las Figuras 3 a 9, se observa que el diámetro del extremo axial del cuerpo cilíndrico 6 ubicado en el lado de la cara de compresión 10 puede disminuir gradualmente a lo largo de una cierta longitud para formar un estrechamiento del cojinete 21 que, cuando el pistón hidráulico 1 sube en el cilindro 4 en la dirección de la cámara hidráulica 5, obliga al fluido 11 a penetrar entre tal extremo axial del cuerpo cilíndrico 6 y el cilindro 4 al nivel del contacto entre tal extremo y dicho cilindro 4.

Esta particular configuración del pistón hidráulico 1 de acuerdo con la invención favorece el establecimiento de un régimen de lubricación hidrodinámico a nivel de tal contacto y este reduce las pérdidas por fricción, que se generan por el desplazamiento del pistón hidráulico 1 en el cilindro 4.

Alternativamente o de manera complementaria, la Figura 2 muestra que el diámetro del extremo axial del cilindro 4 ubicado opuesto a la cámara hidráulica 5 puede aumentar gradualmente a lo largo de una cierta longitud para formar un ensanchamiento del cojinete 12 que, cuando el pistón hidráulico 1 se eleva en el cilindro 4 en la dirección de la cámara hidráulica 5, obliga al fluido 11 a penetrar entre el cuerpo cilíndrico 6 y tal extremo axial del cilindro 4 al nivel del contacto entre tal extremo y dicho cilindro 4.

Esta particular la configuración del pistón hidráulico 1 de acuerdo con la invención favorece además el establecimiento de un régimen de lubricación hidrodinámico a nivel de tal contacto y reduce las pérdidas por fricción, que se generan por el desplazamiento del pistón hidráulico 1 en el cilindro 4.

En las Figuras 2 a 5 y 7 a 9, se observa que la abertura de calibración de flujo 27 puede disponerse el interior del pistón actuador de la válvula 22, en el cual conecta la cara de alta presión 23 y la cara lateral de baja presión 28 o cualquiera de las dos caras 23, 28 con la superficie cilíndrica exterior de dicho pistón 22.

Alternativamente, la abertura de calibración de flujo 27 puede consistir ventajosamente del espacio libre que queda entre el pistón actuador de la válvula 22 y el cilindro actuador 31 con el que coopera dicho pistón 22. Además, se observa que dicha abertura 27 también puede consistir de cualquier espacio libre que quede entre dicho pistón 22 y cualquier otra parte con la que pueda formar un sello.

En otra variante del pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención, que puede verse en particular en las Figuras 2 a 6 y en las Figuras 8 y 9, el cuerpo cilíndrico 6 puede atravesarse enteramente en la dirección de su longitud por una tubería para lubricación de los medios de transmisión 33 que se abre, por una parte, en la cara de compresión 10 y, por otra parte, en la cara de apoyo del pistón 8.

La tubería para lubricación de los medios de transmisión 33 permite que el fluido 11 se transporte desde la cámara hidráulica 5 hasta los medios de transmisión 9 que pueden consistir, por ejemplo, de zapatas hidráulicas que cooperan con una placa inclinable 38.

Las Figuras 1 a 9 ilustran que la válvula de enfriamiento y lubricación 2 y el pistón actuador de la válvula 22 pueden fabricarse del mismo bloque de material para formar un conjunto de pistón actuador de la válvula 34.

La Figura 5 muestra que el conjunto de pistón actuador de la válvula 34 puede atravesarse enteramente en la dirección axial por la tubería para lubricación de los medios de transmisión 33 alrededor de la cual puede deslizarse mientras forma un sello con esta última.

En una alternativa mostrada en las Figuras 3, 4, 8 y 9, el conjunto de pistón actuador de la válvula 34 puede atravesarse enteramente en la dirección axial por la tubería para lubricación de los medios de transmisión 33, dicho conjunto 34 forma una porción de tal tubería 33.

En estas mismas figuras, se observa que el conjunto de pistón actuador de la válvula 34 puede terminar ventajosamente con una pieza terminal de sellado deslizante 41 que forma un sello con un cilindro receptor de pieza terminal 42 que se dispone en la tubería para lubricación de los medios de transmisión 33, dicha pieza terminal de sellado 41 permite que dicho conjunto 34 se mueva mediante traslación longitudinal con respecto a tal tubería 33. Se observa que la pieza terminal de sellado deslizante 41 o el cilindro receptor de pieza terminal 42 pueden comprender una junta de cualquier tipo conocido por el experto en la técnica para mejorar el sello que se forma entre dicha pieza terminal 41 y dicho cilindro 42.

Funcionamiento de la invención:

El funcionamiento del pistón hidráulico 1 con la válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención se comprende fácilmente a la vista de las Figuras 1 a 9.

La Figura 1 muestra el pistón hidráulico 1 aplicado a una bomba hidráulica con pistones axiales de desplazamiento variable 35 que se conoce per se.

Cuando un vástago de transmisión 36 que forma parte de tal bomba 35 se pone en rotación por una fuente de impulso no representada, tal vástago 36 impulsa a su vez un pequeño cilindro 37 en rotación, este último se conecta firmemente a tal vástago 36.

Cuando se inclina una placa inclinable 38 que forma parte de tal bomba 35, los pistones hidráulicos 1 de tal bomba 35 realizan concomitantemente movimientos hacia adelante y hacia atrás en el cilindro 4 con el que cooperan. Como resultado de estos movimientos hacia adelante y hacia atrás, los pistones 1 succionan fluido 11 dentro de una tubería de entrada 39 que se alimenta con dicho fluido 11 a una baja presión denominada "presión de sobrealimentación" de veinte bares, por ejemplo, luego expulsan dicho fluido 11 en una tubería de suministro 40 en la que dicho fluido 11 se eleva a una presión de, por ejemplo, cuatrocientos bares.

Para explicar el funcionamiento del pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención, se supone aquí que el espacio libre diametral que queda entre el cuerpo cilíndrico 6 del pistón hidráulico 1 y el cilindro 4 con el que coopera es - como ejemplo no limitativo - del orden de ochenta a cien micrómetros.

Destacamos que este espacio libre es significativamente mayor que el espacio libre del orden de veinte a cuarenta micrómetros que usualmente queda entre los pistones y el cilindro 4, con el que cooperan, de las bombas hidráulicas con cilindros axiales de desplazamiento variable 35 de acuerdo con el estado de la técnica. Un espacio libre tan grande es uno de los objetivos del pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención, con la intención de mejorar el rendimiento energético total de la bomba hidráulica con pistones axiales de desplazamiento variable 35 con los que se equipa, o el rendimiento energético total de cualquier otro aparato ventajosamente compatible con dicho pistón 1.

De hecho, el pistón hidráulico 1 de acuerdo con la invención permite que el espacio libre diametral que queda entre el cuerpo cilíndrico 6 y el cilindro 4 ya no esté determinado por los requisitos de sellado - por el contrario, es conveniente cierta permeabilidad -, sino principalmente en base a criterios de orientación que generan la menor pérdida posible por fricción y desgaste.

Para explicar el funcionamiento del pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención, se supone aquí que, como se ilustra en las Figuras 1 a 5 y 7 a 9, los medios de sellado 16 de cada pistón hidráulico 1 consisten de un segmento cortado 17 que se aloja en una ranura de sellado 18 que se dispone en el cuerpo cilíndrico 6, dicha ranura 18 se abre en la superficie cilíndrica exterior 13.

Se observa - en particular en las Figuras 3 a 5 y figura 7 - el perfil abombado de tal segmento 17, más precisamente de la superficie exterior de tal segmento 17 que se proporciona aquí para mantenerse sujeto contra la pared interna del cilindro 4 debido al efecto de la presión del fluido 11 que contiene la cámara hidráulica 5.

El segmento cortado 17 en cuestión pasa aquí sucesivamente del estado "estacionado", cuando la presión existente en la cámara hidráulica 5 es de veinte bares, al estado "en contacto de sellado con el cilindro 4", cuando la presión existente en tal cámara 5 son cuatrocientos bares.

El sello avanzado que forma el segmento cortado 17 con el cilindro 4 cuando la presión existente en la cámara hidráulica 5 es de cuatrocientos bares permite que muy poco fluido 11 escape entre tal segmento 17 y dicho cilindro 4.

No obstante, cuando la presión existente en la cámara hidráulica 5 es solo de veinte bares y por tanto baja, aunque tal segmento 17 esté realmente estacionado, el sello residual que forma tal segmento 17 con el cilindro 4, combinado con el pequeño espacio intersticial 32 que queda entre la superficie cilíndrica exterior 13 y el cilindro 4, permiten que solo muy poco fluido 11 escape de la cámara hidráulica 5 a través de tal espacio 32.

Una cantidad tan pequeña de fluido 1 es insuficiente para enfriar y lubricar adecuadamente el cuerpo cilíndrico 6 al nivel de su contacto(s) con el cilindro 4. Esta situación podría dar lugar a un secado del cilindro 4 que afecta su integridad mecánica, un aumento drástico de las pérdidas de energía por fricción que se produce a nivel del contacto entre la superficie cilíndrica exterior 13 y el cilindro 4, y un deterioro drástico del rendimiento energético y la vida útil de la bomba hidráulica con pistones axiales de desplazamiento variable 35. Por tanto, es necesario más fluido 11 de lo que permite el paso del segmento cortado 17 en el estado "estacionado".

Esta es la razón por la cual - como se ilustra en la Figura 3 - cuando la presión existente en la cámara hidráulica 5 es baja, el pistón hidráulico 1 de acuerdo con la invención se proporciona para permitir que el fluido adicional 11 corra directamente desde la cámara hidráulica 5 al espacio intersticial 32, sin pasar por el segmento cortado 17.

Para ilustrar el funcionamiento del pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención, que permite conseguir este resultado, dedicaremos especial atención para las Figuras 3 y 4.

La Figura 3 muestra el pistón hidráulico 1 de acuerdo con la invención, cuando la presión del fluido 11 contenido en la cámara hidráulica 5 es solo de veinte bares, mientras que la Figura 4 ilustra lo que sucede con el funcionamiento de la invención cuando la presión de dicho fluido 11 contenido en tal cámara 5 es cuatrocientos bares.

Supondremos que el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención se usa efectivamente en una bomba hidráulica con pistones axiales de desplazamiento variable 35 como se representa en la Figura 1.

Como puede verse en la Figura 3, la presión existente en la cámara hidráulica 5 es de veinte bares, la fuerza producida por el resorte de retorno de la válvula 30 en la cara de baja presión 28 del pistón actuador de la válvula 22 es mayor que la fuerza producida por la presión del fluido 11 en la cara de alta presión 23.

Esta situación da como resultado que el conjunto de pistón actuador de la válvula 34 permanece en contacto con o cerca del separador de tope de la válvula 3 con el que coopera, y que el asiento de sellado de flujo 24 permanece a una distancia de la superficie de contacto de la válvula 26. En consecuencia, el fluido 11 puede circular en la tubería de enfriamiento y lubricación 7 para correr desde la cámara hidráulica 5 a la cavidad anular que forma la ranura del espacio libre anticizallamiento 20 con el cilindro 4.

Para ello, dicho fluido 11 pasa primero a través de la abertura de calibración de flujo 27, luego a la cámara de fluido intermedia 29. Luego atraviesa el espacio que queda entre el asiento de sellado de flujo 24 y la superficie de contacto de la válvula 26, esto ocurre antes de llevar a la ranura del espacio libre anticizallamiento 20 después de que se atraviesa la sección restante de la tubería de enfriamiento y lubricación 7.

El fluido 11 puede actuar entonces en el espacio intersticial 32 para lubricar y enfriar toda la zona de contacto que se forma entre la superficie cilíndrica exterior 13 y el cilindro 4, antes de llevar a los alrededores de la cara de apoyo del pistón 8 para descargarse en la carcasa de la bomba hidráulica con pistones axiales de desplazamiento variable 35. Se observa que la energía total que se pierde debido a tal flujo de fluido 11 que se genera intencionalmente por el pistón hidráulico 1 de acuerdo con la invención permanece en todos los casos baja, ya que la presión a la que funciona tal flujo es baja. A diferencia de esta baja pérdida de energía y como se explica a continuación, el pistón hidráulico 1 de acuerdo con la invención permite lograr importantes ahorros de energía, de tal manera que el resultado final promueve un mayor rendimiento total de la bomba hidráulica con pistones axiales de desplazamiento variable 35.

La Figura 4 ilustra lo que ocurre cuando la presión existente en la cámara hidráulica 5 es alta, por ejemplo, cuatrocientos bares.

En este caso, la fuerza producida por el resorte de retorno de la válvula 30 en la cara de baja presión 28 del pistón actuador de la válvula 22 es menor que la fuerza producida por la presión del fluido 11 en la cara de alta presión 23. Esta situación da como resultado que el pistón actuador de la válvula 22 mantiene el asiento de sellado de flujo 24 contra la superficie de contacto de la válvula 26. En consecuencia, se forma la línea de contacto de sellado 25 y el fluido 11 ya no puede circular en la tubería de enfriamiento y lubricación 7.

El sello de la cámara hidráulica 5 es perfecto, ya que el fluido 11 ya no puede pasar por el segmento cortado 17 ni a través de la tubería de enfriamiento y lubricación 7. La bomba hidráulica con pistones axiales de desplazamiento variable 35 da su máximo rendimiento, ya que está tanto sellada como perfectamente lubricada.

El objetivo es establecer un flujo de fluido 11 de lubricación y enfriamiento que actúe a baja presión en el espacio intersticial 32 mientras que no quede ninguna fuga de dicho fluido 11 a alta presión, de esta manera se logra de adecuadamente.

Se observa que a la baja presión de veinte bares denominada presión de "impulso", el flujo de fluido 11 que pasa a través de la abertura de calibración de flujo 27 depende en particular de la diferencia entre la presión a la que se somete la cara de compresión 10 y la presión a la que se somete la cara de apoyo del pistón 8.

Como puede deducirse fácilmente de las Figuras 3 y 4, tal flujo también depende de los limitadores de flujo que se colocan en serie en la trayectoria de fluido 11, que consisten de, sucesivamente, la abertura de calibración de flujo 27, el espacio que queda entre el asiento de sellado de flujo 24 y la superficie de contacto de la válvula 26, y el espacio intersticial 32.

Además, el flujo de fluido 11 que circula a baja presión en la tubería de enfriamiento y lubricación 7 también depende de la tara y la rigidez del resorte de retorno de la válvula 30.

De hecho, en referencia a la Figura 3, se entiende que - con todo lo demás igual - cuanto mayor sea la fuerza ejercida por el resorte de retorno de la válvula 30 en la cara de baja presión 28, mayor será el flujo de fluido 11 que atraviesa la abertura de calibración de flujo 27, ya que el espacio que queda entre el asiento de sellado de flujo 24 y la superficie de contacto de la válvula 26 es grande.

En la práctica, cuando la bomba hidráulica con pistones axiales de desplazamiento variable 35 rota y la cámara hidráulica 5 pasa cíclicamente de veinte bares a cuatrocientos bares, el conjunto de pistón actuador de la válvula 34, sin embargo, no vuelve cíclicamente a hacer contacto con el separador de tope 3.

De hecho, todavía en términos prácticos, cuando la presión existente en la cámara hidráulica 5 es de veinte bares, el asiento de sellado de flujo 24 no se mueve más allá de una distancia de unas pocas micras a unas pocas centésimas de milímetro desde la superficie de contacto de la válvula 26. Esta distancia corresponde al equilibrio encontrado entre todas las fuerzas presentes y en particular - en referencia a la Figura 3 - a la diferencia entre la presión existente en la cámara hidráulica 5 y la presión existente en la cámara de fluido intermedia 29.

El flujo de líquido de lubricación y enfriamiento 11 que el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención permite funcionar a baja presión se determina durante el diseño de dicho pistón 1, se tienen en cuenta las presiones de funcionamiento del pistón hidráulico con pistones axiales de desplazamiento variable 35, al seleccionar de manera adecuada la sección transversal de la cara de alta presión 23, la sección transversal de la cara de baja presión 28, el diámetro y la longitud de la abertura de calibración de flujo 27, la tara y la rigidez del resorte de retorno de la válvula 30 y el valor del espacio intersticial 32.

Todos estos valores permiten determinar así la presión umbral existente en la cámara hidráulica 5 más allá de la cual se forma la línea de contacto de sellado 25 y por debajo de la cual tal asiento de sellado de flujo 24 permanece a una distancia de la superficie de contacto de la válvula 26.

Es comprensible por lo anterior que el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención permite fácilmente evitar el consenso que se impone por los pistones hidráulicos de acuerdo con el estado de la técnica, y cuyo resultado es el espacio libre diametral que queda usualmente entre dichos pistones y su cilindro 4. De hecho, de acuerdo con el estado de la técnica, tal espacio libre debe ser lo suficientemente grande para permitir que fluya suficiente fluido 11 para lubricar y enfriar dichos pistones y limitar las pérdidas por cizallamiento y por fricción, pero no tan grande como para permitir que escape demasiado fluido 11. El resultado es un consenso que se elimina mediante el pistón hidráulico 1 con la válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención.

Además, se observa que las nuevas oportunidades que ofrece el pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención incluyen que el cuerpo cilíndrico 6 puede tener una ranura del espacio libre anticizallamiento 20. Esta configuración particular mostrada en las Figuras 1 a 9 es posible, ya que el sellado del pistón hidráulico 1 ya no está asegurado por un pequeño espacio libre que queda entre dicho pistón 1 y el cilindro 4 con el que coopera, sino por medios de sellado 16 que pueden ser, por ejemplo, un segmento cortado 17 como se muestra en las Figuras 1 a 5 y 7 a 9, o una junta circular flexible 19 como se ilustra en la Figura 6, y esto sin comprender la lubricación adecuada y el enfriamiento adecuado de dicho pistón 1 en su cilindro 4.

Tal configuración permite reducir en gran medida las pérdidas por cizallamiento que genera el fluido 11 que se retiene en el espacio intersticial 32, cuando el pistón hidráulico 1 se mueve en el cilindro 4. Se observa que la ranura del espacio libre anticizallamiento 20 se dispone axialmente en una zona que no se somete a una presión de contacto significativa entre la superficie cilíndrica exterior 13 que presenta el cuerpo cilíndrico 6 y el cilindro 4 durante el funcionamiento del pistón hidráulico 1, y que tiene el efecto de mejorar el rendimiento energético total del pistón hidráulico 1 de acuerdo con la invención y por tanto el rendimiento energético total de la bomba hidráulica con pistones axiales de desplazamiento variable 35 de acuerdo con este ejemplo de aplicación no limitativo.

De hecho, las pérdidas de energía por cizallamiento son aproximadamente inversamente proporcionales a al espacio libre que queda entre dos piezas que se colocan en un movimiento relativo y entre las que se sujeta una película de fluido 11. Por tanto, la ranura del espacio libre anticizallamiento 20 tiene el efecto de eliminar las pérdidas por cizallamiento en una longitud muy significativa de la superficie cilíndrica exterior 13 del cuerpo cilíndrico 6.

Para mejorar aún más tal rendimiento, se observa - en particular en las Figuras 3 a 7 - que el diámetro del extremo axial del cuerpo cilíndrico 6 ubicado en el lado de la cara de compresión 10 disminuye gradualmente sobre una cierta longitud para formar un estrechamiento del cojinete 21 que, cuando el pistón hidráulico 1 sube en el cilindro 4 en la dirección de la cámara hidráulica 5, obliga al fluido 11 a penetrar entre tal extremo axial del cuerpo cilíndrico 6 y el cilindro 4 al nivel del contacto entre tal extremo y dicho cilindro 4. Esta particular configuración del pistón hidráulico 1 de acuerdo con la invención favorece el establecimiento de un régimen de lubricación hidrodinámico a nivel de tal contacto y reduce las pérdidas por fricción, que se generan por el desplazamiento del pistón hidráulico 1 en el cilindro 4.

Con el mismo fin, se observa - en particular en la Figura 2 - que el diámetro del extremo axial del cilindro 4 ubicado opuesto a la cámara hidráulica 5 aumenta gradualmente a lo largo de una cierta longitud para formar un estrechamiento del cojinete 12 que, cuando el pistón hidráulico 1 asciende en el pistón 4 en dirección a la cámara hidráulica 5, obliga al fluido 11 a penetrar entre el cuerpo cilíndrico 6 y tal extremo axial del cilindro 4 al nivel del contacto entre tal extremo y dicho cilindro 4.

Las posibilidades del pistón hidráulico 1 con válvula de enfriamiento y lubricación 2 de acuerdo con la invención no se limitan únicamente a las aplicaciones que se acaban de describir, y además debe entenderse que la descripción anterior solo se dio a modo de un ejemplo y de ninguna manera limita el alcance de tal invención, dado que tal invención se define por el respectivo objeto de las reivindicaciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un pistón hidráulico (1) que consiste de un cuerpo cilindrico (6) el cual presenta una superficie cilindrica exterior (13) que se aloja con poco espacio libre en un cilindro (4) de tal manera que deja un espacio intersticial (32) entre dicha superficie (13) y dicho cilindro (4), dicho pistón (1) es capaz de moverse mediante traslación en dicho cilindro (4) con lo cual forma una cámara hidráulica (5) de volumen variable, un primer extremo de dicho pistón (1) tiene una cara de compresión (10) que emerge a la cámara hidráulica (5) para recibir la presión de un fluido (11), el otro extremo de dicho pistón (3) tiene una cara de apoyo del pistón (8) para ejercer una fuerza sobre los medios de transmisión (9), dicho pistón (1) comprende:

• Medios de sellado (16) que se disponen sobre la superficie cilíndrica exterior (13), dichos medios (16) son capaces de formar un sello con el cilindro (4);

• Al menos un conducto de enfriamiento y lubricación (7) que se dispone entera o parcialmente en el cuerpo cilíndrico (6), dicho conducto (7) comienza, por una parte, con una entrada de conducto (14) que comunica directa o indirectamente con la cámara hidráulica (5), y termina, por otra parte, con una salida de conducto (15) que emerge directa o indirectamente al nivel de la superficie cilíndrica exterior (13), el fluido (11) puede circular en dicho conducto (7) desde dicha entrada (14) a dicha salida (15) cuando la presión existente en la cámara hidráulica (5) es mayor que la presión existente en el espacio intersticial (32), mientras que los medios de sellado (16) impiden que dicho fluido (11) pase a través del exterior del cuerpo cilíndrico (6) para atravesar desde dicha entrada (14) hasta dicha salida (15);

• Al menos una válvula de enfriamiento y lubricación (2) que se aloja entera o parcialmente en el conducto de enfriamiento y lubricación (7) y que puede abrirse o cerrarse para permitir o impedir, respectivamente, la circulación del fluido (11) en dicho conducto (7), dicha válvula (2) comprende un asiento de sellado de flujo (24) que puede permanecer a una cierta distancia de una superficie de contacto de la válvula (26) que se dispone en el interior o al final del conducto de enfriamiento y lubricación (7) con el fin de permitir que el fluido (11) pase o pueda mantenerse en contacto con dicha superficie (26) para formar con esta última una línea de contacto de sellado (25) que impida el paso de dicho fluido (11);

• Al menos un resorte de retorno de la válvula (30) que tiende a alejar el asiento de sellado de flujo (24) de la superficie de contacto de la válvula (26); y

• Al menos un tope de válvula (3) que establece la distancia máxima de separación del asiento de sellado de flujo (24) con respecto a la superficie de contacto de la válvula (26);

dicho pistón (1) se caracteriza porque comprende:

• Al menos un pistón de accionamiento de la válvula (22) que se conecta rígidamente a la válvula de enfriamiento y lubricación (2) de tal manera que pueda mover esta última para cerrar y/o abrir, dicho pistón (22) se aloja con poco espacio libre en un cilindro actuador (31) que se dispone en o sobre el cuerpo cilíndrico (6), dicho pistón (22) es capaz de moverse mediante traslación longitudinal en dicho cilindro (31) y tiene una cara de alta presión (23) que se expone a la presión existente en la cámara hidráulica (5), y, opuesta a dicha cara de alta presión (23), dicho pistón (22) tiene una cara del lado de baja presión (28) que comunica directa o indirectamente con el espacio intersticial (32) o con la cara de apoyo del pistón (8) o con ambas (32, 8); y

• Al menos una abertura de calibración de flujo (27) que limita el flujo de fluido (11) máximo que puede circular en el conducto de enfriamiento y lubricación (7), dicha abertura (27) se coloca - en la trayectoria del fluido (11) - en serie con la válvula de enfriamiento y lubricación (2) y en paralelo con el pistón de accionamiento de la válvula (22).

2. El pistón hidráulico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el resorte de retorno de la válvula (30) se aloja entera o parcialmente en el interior de una cámara de fluido intermedia (29) que se forma entre el pistón de accionamiento de la válvula (22) y la línea de contacto de sellado (25).

3. El pistón hidráulico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de sellado (16) consisten de al menos un segmento cortado (17) que se aloja en al menos una ranura de sellado (18) que se dispone en el cuerpo cilíndrico (6) y se abre en la superficie cilíndrica exterior (13).

4. El pistón hidráulico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de sellado (16) consisten de al menos una junta circular flexible (19) que se aloja en al menos una ranura de sellado (18) que se dispone en el cuerpo cilíndrico (6) y se abre en la superficie cilíndrica exterior (13).

5. El pistón hidráulico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en el cuerpo cilíndrico (6) se dispone una ranura del espacio libre anticizallamiento (20), dicha ranura (20) se abre en la superficie cilíndrica exterior (13).

6. El pistón hidráulico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el diámetro del extremo axial del cuerpo cilíndrico (6) ubicado en el lado de la cara de compresión (10) disminuye gradualmente sobre una cierta longitud para formar un estrechamiento del cojinete (21).

7. El pistón hidráulico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el diámetro del extremo axial del cilindro (4) ubicado opuesto a la cámara hidráulica (5) aumenta gradualmente a lo largo de una determinada longitud para formar un ensanchamiento del cojinete (12).

8. El pistón hidráulico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la abertura de calibración de flujo (27) se dispone en el interior del pistón de accionamiento de la válvula (22), en el cual conecta la cara de alta presión (23) y la cara del lado de baja presión (28) o cualquiera de las dos caras (23, 28) con la superficie cilíndrica exterior de dicho pistón (22).

9. El pistón hidráulico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la abertura de calibración de flujo (27) consiste del espacio libre que queda entre el pistón de accionamiento de la válvula (22) y el cilindro actuador (31) con el que coopera dicho pistón (22).

10. El pistón hidráulico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque un conducto para lubricar los medios de transmisión (33) que se abre, por una parte, en la cara de compresión (10) y, por otra parte, en la cara de apoyo del pistón (8), atraviesa enteramente el cuerpo cilíndrico (6) longitudinalmente.

11. El pistón hidráulico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la válvula de enfriamiento y lubricación (2) y el pistón de accionamiento de la válvula (22) se hicieron del mismo bloque de material para formar un conjunto de pistón de accionamiento de la válvula (34).

12. El pistón hidráulico de acuerdo con las reivindicaciones 10 y 11, caracterizado porque el conjunto de pistón de accionamiento de la válvula (34) se atraviesa axialmente en su totalidad por el conducto para lubricar los medios de transmisión (33) alrededor del cual es capaz de deslizarse mientras forma un sello con este último.

13. El pistón hidráulico de acuerdo con las reivindicaciones 10 y 11, caracterizado porque el conjunto de pistón de accionamiento de la válvula (34), se atraviesa axialmente en su totalidad por el conducto para lubricar los medios de transmisión (33), dicho conjunto (34) forma una porción de dicho conducto (33).

14. El pistón hidráulico de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el conjunto de pistón de accionamiento de la válvula (34) termina con una pieza terminal de sellado deslizante (41) que forma un sello con un cilindro receptor de pieza terminal (42) que se dispone en el conducto para lubricar los medios de transmisión (33), dicha pieza terminal de sellado (41) permite que dicho conjunto (34) se mueva mediante traslación longitudinal con respecto a dicho conducto (33).