ES3034925B2 - Acoplamiento mecánico-hidráulico - Google Patents

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] Acoplamiento mecánico-hidráulico

[0005] OBJETO DE LA INVENCIÓN

[0007] La invención, tal y como el título de la presente memoria descriptiva establece, es un acoplamiento mecánico-hidráulico que permite transmitir el par y la velocidad entre ejes coaxiales, y controlando de forma sencilla su funcionamiento. Puede, por ejemplo, funcionar para variar el par de salida, desde un desacoplamiento total hasta una transmisión sin apenas pérdidas.

[0009] ESTADO DE LA TÉCNICA

[0011] Se conoce en el estado de la técnica la existencia de muchos diseños de acoplamientos mecánicos que permiten pasar el par y la velocidad de un eje a otro. Algunos de esos acoplamientos permiten también desacoplar los ejes, funcionando como embragues.

[0013] Este tipo de acoplamientos comprende toda una serie de elementos mecánicos y partes móviles que pueden desgastarse y averiarse de formas diversas.

[0015] Actualmente, se desconoce la existencia de ningún acoplamiento que presente características técnicas estructurales y constitutivas iguales o semejantes a las descritas en esta memoria descriptiva.

[0017] DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

[0019] Es objeto de la presente invención la creación de un acoplamiento mecánico-hidráulico que aporta una innovación notable dentro de su campo de aplicación en el estado de la técnica actual, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan la presente descripción.

[0021] La presente invención se trata de un acoplamiento mecánico-hidráulico que incorpora partes mecánicas y elementos hidráulicos que, entre otros, realizan función mecánica y de lubricación, reduciendo el desgaste.

[0023] El acoplamiento mecánico-hidráulico, entre un eje motriz y un eje arrastrado, coaxiales entre sí comprende una parte mecánica y una parte hidráulica.

[0024] La parte mecánica es una cámara de bombeo, solidaria al eje arrastrado, y generalmente de forma exterior cilindrica. La cámara de bombeo contiene una bomba de desplazamiento positivo, por ejemplo formada por un engranaje principal, conectado al eje motriz, y engranajes planetarios, de giro libre y articulados sobre la cámara de bombeo. Estos elementos, bomba de desplazamiento positivo y cámara de bombeo conforman bombas de engranajes. Para asegurar la simetría y la compensación de esfuerzos radiales, ventajosamente comprende dos o más engranajes planetarios dispuestos con simetría rotacional respecto del engranaje principal.

[0026] La parte hidráulica es un circuito hidráulico formado por un depósito (interno o externo), por ejemplo cilindrico, un tubo de aspiración que conecta el depósito con la entrada de las bombas de engranajes, una cámara de presión tras las bombas de engranajes, con un tubo de retorno desde la cámara de presión al depósito y donde el tubo de retorno posee una válvula reguladora de presión (por ejemplo, de alivio) si se utilizará como elemento regulador de par. Es decir, que se abre sola si la diferencia de presión a ambos lados supera un valor predefinido.

[0028] Algunas de las ventajas de esta invención son:

[0030] Permite arrancar en vacío los motores, dejando posteriormente la velocidad o potencia deseada.

[0032] Permite mantener un par motor determinado sin que se produzcan sobrecargas en el motor por un aumento en la resistencia del eje de salida.

[0034] Se puede variar la velocidad de salida con independencia de la velocidad del motor, pudiendo variar esta velocidad en cualquier momento. Así, puede sustituir al complejo sistema Ward Leonard.

[0036] Igualmente, se puede variar la velocidad del motor de combustión, dependiendo de la potencia solicitad, para que trabaje a la velocidad óptima para producir la potencia deseada, reduciendo, por tanta el consumo de combustible.

[0038] En una realización, como variante de la solución principal, los engranajes planetarios son de diferente radio que el engranaje principal.

[0040] Una realización preferida comprende un circuito auxiliar con una turbina o una máquina hidráulica conectada a la cámara de presión, hidráulicamente, y al eje arrastrado, mecánicamente. La salida de este circuito auxiliar está conectada al depósito a través de una segunda válvula, preferiblemente también reguladora de presión. Esto permite recuperar parte de la presión en la turbina para otros usos.

[0042] Otras formas de realizar la invención se muestran más adelante.

[0044] EXPLICACIÓN DE LAS FIGURAS

[0046] Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a la mejor compresión de las características de la invención, se presenta un apartado de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se han representado lo siguiente.

[0048] La figura 1 corresponde con una vista explosionada de la parte mecánica del acoplamiento con depósito interno según un ejemplo de realización.

[0050] Las figuras 2 y 3 corresponde con una vista lateral parcialmente explosionada del ejemplo de la figura 1

[0052] La figuras 4 y 5 corresponde a una sección de una segunda realización, con depósito externo

[0054] REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN.

[0056] El ejemplo de acoplamiento mostrado en las figuras comprende un eje motriz (1), conectado al motor o elemento que genera el par de giro, un eje arrastrado (2), conectado al destino de ese par, un circuito hidráulico , con un depósito (31), un tubo de aspiración (32), una cámara de presión (33) con un tubo de retorno (34) desde la cámara de presión (33) al depósito (31) y donde el tubo de retorno (34) posee una válvula (35) reguladora de presión. El fluido hidráulico, por definición, será incompresible. El depósito (31 ) puede estar presurizado (por ejemplo, por una membrana) para que el fluido tienda a llenar los tubos (32,34).

[0058] El acoplamiento posee también un engranaje principal (4) conectado al eje motriz (1) y una serie de engranajes planetarios (5) engranados al engranaje principal (4), dentro de una cámara de bombeo (6) con una bomba de desplazamiento positivo. La cámara de bombeo (6) está conectada al eje arrastrado (2), de forma que gira con él. Los engranajes planetarios (5) están articulados a la cámara de bombeo (6), con libertad de giro. El conjunto de engranajes (4,5) y la cámara de bombeo (6) forma sendas bombas de engranajes que empujan el fluido hidráulico a la cámara de presión (33). Los engranajes planetarios (5) pueden ser de diferente radio que el engranaje principal (4), modificando así el par. En las figuras 1 , 2 y 3 el depósito (31) está incluido dentro del elemento cilindrico que comprende la cámara de bombeo (6). El depósito (31) puede tener elementos móviles que reducen sus dimensiones, como una pared o membrana móvil, empujada por uno o más resortes mecánicos, hidráulicos o neumáticos.

[0060] Los engranajes planetarios (5) son preferiblemente dos o más y tienen simetría rotacional respecto del engranaje principal (4) para equilibrar fuerzas. Los engranajes (4,5) están en una cámara de bombeo (6) conectada por un lado al tubo de aspiración (32) y por el otro a la cámara de presión (33). Así, los engranajes (4,5) producen el movimiento del fluido hidráulico, desde el depósito (31 ) hasta la cámara de presión (33).

[0062] La válvula (35) reguladora está configurada para abrirse cuando se supera un valor de presión en la cámara de presión (33) y cerrarse cuando no se alcanza. Igualmente puede ser abierta de forma voluntaria o comprender un desvío o by-pass que permita vaciar la cámara de presión (33) sobre el depósito (31 ). En las figuras 1 , 2 y 3 se aprecia un mando de control (39) cuya distancia a la cámara de bombeo (6) define la presión de la válvula (35) reguladora. En esta figura se disponen dos válvulas (35) reguladoras, dado que la cámara de bombeo (6) posee dos engranajes planetarios (5) y dos salidas de fluido al depósito (31 ) coaxial a la cámara de bombeo (6) y a los ejes (1 ,2).

[0064] El tubo de aspiración (32) puede tener un regulador de caudal para reducir, si se desea, el flujo de fluido hidráulico que entra a la cámara de bombeo (6). Sin embargo, no es siempre deseable que se pueda cortar plenamente el paso. Igualmente puede tener una válvula antirretorno, o de retención (30).

[0066] La entrada y la salida del fluido hidráulico a la cámara de bombeo (6) se puede realizar por pasos coaxiales a los ejes (1 ,2) respectivos, con el depósito de aceite externo, figuras 4, 5.

[0068] En uso, cuando el eje motriz (1) gira, produce el movimiento del engranaje principal (4) y el de los engranajes planetarios (5), que actúan como bombas hidráulicas. Según el estado de la válvula (35) o el desvío:

[0070] Si está abierto el paso de la cámara de presión (33) al depósito (31 ), el eje motriz (1) mueve las bombas hidráulicas y se realiza el movimiento libre del fluido. Los engranajes planetarios (5) giran libres y no transmiten movimiento a la cámara de bombeo (6) y el eje arrastrado (2) queda inmóvil. Por lo tanto, el acoplamiento está trabajando como embrague desacoplado. Esta posición es óptima para el arranque del motor.

[0071] Si la válvula (35) está cerrada, permitiendo sólo el paso de fluido si la presión es muy alta, los engranajes planetarios (5) impulsan el fluido hacia la cámara de presión (33), sufriendo una fuerza de reacción cuando la presión interior va alcanzando la presión definida en la válvula (35). Esta reacción se transmite a la cámara de bombeo (6) que gira, arrastrando consigo al eje arrastrado (2). Se ha de considerar que la válvula (35) puede quedar cerrada a estos efectos, si la presión definida es suficientemente alta.

[0073] A diferencia de un cambio de marchas tradicional, este acoplamiento no aumenta el par cuando el eje arrastrado (2) gira a pocas revoluciones. A cambio, mucho fluido hidráulico recorre el circuito hidráulico. Una alternativa es aumentar la presión de la válvula (35) pero incluir un circuito auxiliar con una turbina o una máquina hidráulica (36) que recupera parte de la presión para generar par que aporta al eje arrastrado (2), mediante un engranaje auxiliar. La salida de la máquina hidráulica (36) llega al depósito (31) a través de una segunda válvula (37) que también puede ser reguladora de presión. La abertura de esta segunda válvula (37) define cuánta energía se extrae mediante la máquina hidráulica (36)

[0075] Idealmente, la válvula (35) es regulable para que el usuario, o un sistema automático, modifique con qué presión se activa la válvula (35) y, en consecuencia, la fuerza de reacción que sufren los engranajes planetarios (5) y el par que recibe el eje arrastrado (2). El sistema automático podrá variar el par recibido en el eje arrastrado (2) tocando el par del eje motriz (1) o la presión de apertura de la válvula (35). En consecuencia, puede hacer de cambio de marchas automático. A cambio, el elemento que mueve el eje motriz (1 ) puede quedar en el régimen óptimo de trabajo.

[0077] La velocidad de giro del eje arrastrado (2) será función de la velocidad de movimiento del fluido y del eje motriz (1). Cuando el fluido se mueve a máxima velocidad, el eje arrastrado (2) no gira. Cuanto menos se mueve, más se transmite el par.

[0079] El experto en la materia apreciará que las válvulas (35, 37) pueden tener diferentes posiciones, de forma que el fluido puede pasar por una o por las dos y a diferentes presiones de apertura. Por ejemplo, se puede cerrar la válvula (35) y abrir completamente la segunda válvula (37), de forma que es la máquina hidráulica (36) quien trabaja. La dimensión de la máquina hidráulica (36) define si el par de salida es mayor o menor que el de entrada.

[0081] En cambios automáticos de vehículos, si el eje arrastrado (2), por cualquier motivo, girase a más velocidad de la que aporta el eje motriz (1 ), los engranajes (4,5) girarán en sentido contrario y el fluido recorrerá el circuito en sentido opuesto hasta que se cierre la válvula del tubo de aspiración (32) (por ejemplo por la válvula antirretorno (30) ya citada). En ese momento, el acoplamiento volverá a ser rígido, funcionando el freno motor..

[0083] Si es necesario, se puede utilizar la máquina hidráulica (36), igualmente en sentido inverso, para frenar, al ser movida por el eje arrastrado (2), funcionando como una bomba. En este caso, tomará el fluido del depósito para portarlo a la cámara de presión (33) en sentido contrario al flujo ya descrito. Esa máquina hidráulica (36) absorbe por lo tanto energía del eje arrastrado (2), según la resistencia que ejerzan las válvulas de su circuito.

[0085] Se puede apreciar que varias de las partes mecánicas del acoplamiento están sumergidas en fluido hidráulico, que puede ser aceite. Así, por ejemplo, los engranajes (4,5) quedan lubricados a la vez que trabajan.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

1- Acoplamiento mecánico-hidráulico, entre un eje motriz (1) y un eje arrastrado (2), coaxiales, caracterizado por que comprende:

una cámara de bombeo (6), solidaria al eje arrastrado (2) y que contiene una bomba de desplazamiento positivo,;

un circuito hidráulico formado por un depósito (31), un tubo de aspiración (32) que conecta el depósito (31) con la entrada de la bomba de desplazamiento positivo, una cámara de presión (33) tras las bombas de engranajes, con un tubo de retorno (34) desde la cámara de presión (33) al depósito (31 ) y donde el tubo de retorno (34) posee una válvula (35) reguladora de presión;

2- Acoplamiento mecánico-hidráulico, según la reivindicación 1, caracterizado por que la bomba de desplazamiento positivo es un engranaje principal (4) conectado al eje motriz (1) y dos o más engranajes planetarios (5), de giro libre y articuladas sobre la cámara de bombeo (6).

3- Acoplamiento mecánico-hidráulico, según la reivindicación 2, caracterizado por que los engranajes planetarios (5) son de diferente radio que el engranaje principal (4).

4- Acoplamiento mecánico-hidráulico, según la reivindicación 2, caracterizado por que comprende dos o más engranajes planetarios (5) dispuestos con simetría rotacional respecto del engranaje principal (4).

5- Acoplamiento mecánico-hidráulico, según la reivindicación 1, caracterizado por que la válvula (35) posee un by-pass.

6- Acoplamiento mecánico-hidráulico, según la reivindicación 1, caracterizado por que la entrada y la salida del fluido hidráulico a la cámara de bombeo (6) se realiza por pasos coaxiales a los ejes (1 ,2) respectivos.

7- Acoplamiento mecánico-hidráulico, según la reivindicación 1, caracterizado por que la válvula (35) es regulable en la presión de apertura.

8- Acoplamiento mecánico-hidráulico, según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un circuito auxiliar con una turbina o una máquina hidráulica (36), conectada a la cámara de presión (33) y al eje arrastrado (2), estando su salida conectada al depósito (31 ) a través de una segunda válvula (37).

9- Acoplamiento mecánico-hidráulico, según la reivindicación 8, caracterizado por que la segunda válvula (37) es reguladora de presión.

10- Acoplamiento mecánico-hidráulico, según la reivindicación 1 , caracterizado por que el tubo de aspiración (32) comprende una válvula antirretorno (30).