ACCIONADOR NEUMATICO
Campo de la Invención La presente invención se refiere a un accionador, y más particularmente, a un accionador neumático. Antecedentes de la Invención Un accionador es un dispositivo que lleva a cabo alguna acción mecánica. Un accionador es un pistón, en donde un émbolo del pistón se mueve en una forma reciproca. El émbolo puede por consiguiente conectarse de alguna forma a una pieza operativa u otro sistema mecánico. En algunas aplicaciones de accionador, se desea tener más de una velocidad de accionamiento y/o más de una fuerza de accionamiento sobre el rango de movimiento del accionador. Por ejemplo, en una máquina soldadora por puntos, deben unirse un par de sujetadores de soldadura en una pieza operativa durante una operación de soldadura. Los sujetadores deben sujetarse sobre la pieza operativa con una fuerza deseada. Por consiguiente, en el extremo del rango de movimiento de sujeción, debe proveerse una fuerza de activación relativamente alta a los sujetadores de la soldadura. Sin embargo, un accionador que proporciona un alto nivel de fuerza típicamente proporciona un rango relativamente pequeño de desplazamiento del accionador. Esto puede ser un problema cuando los sujetadores de la máquina
Ref. 199488
soldadora por puntos deben abrirse de manera amplia con el fin de colocarse en la pieza operativa. Por consiguiente, un accionador de sujetador de la máquina soldadora por puntos necesita moverse relativamente rápido durante un primer nivel de accionamiento y no es requerida una gran fuerza. Durante el segundo nivel de accionamiento, los sujetadores necesitan moverse solamente a una pequeña distancia, pero deben ser capaces de proporcionar una gran fuerza de su j eción . Breve Descripción de la Invención Se proporciona un accionador neumático de acuerdo con una modalidad de la invención. El accionador comprende un cuerpo accionador y una biela de pistón que se extiende desde el cuerpo del accionador. La biela de pistón se mueve sobre un primer nivel de accionamiento. El nivel de accionamiento comprende un primer nivel de golpe que es recorrido por la biela del pistón en una primera velocidad de accionamiento y un segundo nivel de golpe que es recorrido en una segunda velocidad de accionamiento que es sustancialmente más lenta que la primera velocidad de accionamiento. Se proporciona un neumático de acuerdo con una modalidad de la invención. El accionador comprende un cuerpo de accionador y una biela de pistón que se extiende desde el cuerpo accionador. La biela del pistón se mueve sobre el nivel de accionamiento. El nivel de accionamiento comprende
un primer nivel de golpe que es recorrido por la biela de pistón utilizando una primera fuerza de accionamiento y un segundo nivel de golpe que es recorrido utilizando una segunda fuerza de accionamiento que es sustancialmente mayor que la primera fuerza de accionamiento. Un neumático es provisto de acuerdo con una modalidad de la invención. El accionador comprende un cuerpo accionador incluyendo una coraza externa y una coraza interna, un pistón deslizablemente localizado en una cámara de pistón en la coraza interna, y un cilindro deslizablemente localizado en la coraza externa y configurado para moverse al menos parcialmente dentro de la coraza interna. El accionador además comprende un anillo movible deslizablemente localizado en una cámara de anillo localizada entre la coraza interna y la coraza externa y un fluido hidráulico localizado en la región entre el cilindro, el pistón, el anillo movible. El movimiento hacia arriba del anillo movible fuerza el pistón hacia abajo sobre un primer nivel de golpe debido al movimiento de un primer volumen del fluido hidráulico desde la cámara del anillo dentro de la cámara del pistón. El movimiento hacia abajo del cilindro fuerza un segundo volumen del fluido hidráulico hacia abajo en la cámara del pistón, en donde el movimiento hacia abajo del cilindro fuerza el pistón hacia abajo sobre un segundo nivel de golpe.
En una modalidad del accionador, el segundo nivel de golpe es sustancialmente menor en longitud que el primer nivel de golpe. En otra modalidad del accionador, el primer nivel de golpe es recorrido por la biela del pistón en una primera velocidad de accionamiento y el segundo nivel de golpe es recorrido por la biela del pistón a una segunda velocidad de accionamiento que es sustancialmente más lenta que la primera velocidad de accionamiento. En aún otra modalidad del accionador, el primer nivel de golpe es recorrido por la biela del pistón utilizando una primera fuerza de accionamiento y el segundo nivel de golpe es recorrido por la biela del pistón utilizando una segunda fuerza de accionamiento que es sustancialmente mayor por la primera fuerza de accionamiento . En aún otra modalidad del accionador, el segundo nivel de golpe ocurre en cualquier punto a lo largo del nivel de accionamiento. En aún otra modalidad del accionador, el segundo nivel de golpe es generado por un multiplicador de fuerzas del accionamiento. En aún otra modalidad del accionador, el accionador además comprende una pluralidad de puertos neumáticos en el cuerpo del accionador.
En aún otra modalidad del accionador, el accionador además comprende un puerto A que introduce gas presurizado en la cámara de anillo por debajo del anillo movible. En aún otra modalidad del accionador, el accionador además comprende un puerto B que introduce gas presurizado en la cámara del cilindro por debajo del cilindro. En aún otra modalidad del accionador, el accionador además comprende un puerto C que introduce gas presurizado en la cámara del cilindro por debajo del cilindro. En aún otra modalidad del accionador, el accionador además comprende un puerto D que introduce gas presurizado en la cámara del pistón por debajo del pistón. En aún otra modalidad del accionador, el accionador además comprende un anillo de pistón localizado en la coraza externa y por debajo del pistón, con el anillo del pistón deslizablemente localizado en la coraza externa y estando configurado para deslizarse de manera hermética sobre la biela del pistón, en donde se localiza un puerto E por debajo del anillo del pistón y el anillo del pistón se mueve hacia arriba y empuja el pistón hacia arriba cuando se introduce el gas presurizado en el puerto E. En aún otra modalidad del accionador, el accionador además comprende uno o más pasajes de fluido hidráulico que se extienden entre la boca del cilindro y la cámara de anillo.
Breve Descripción de las Figuras El mismo número de referencia representa el mismo elemento en todas las figuras. Se debe entender que las figuras no están necesariamente a escala. La Figura 1 muestra un accionador neumático de acuerdo con una modalidad de la invención. Las Figuras 2A-2C muestran el accionador en diferentes posiciones de extensión. La Figura 3 muestra el accionador en una posición de accionamiento parcial. La Figura 4 muestra el accionador cuando ha sido accionado un multiplicador de fuerza. La Figura 5 muestra el accionador después de que el multiplicador de fuerza ha sido desactivado. Descripción Detallada de la Invención Las Figuras 1-5 y la siguiente descripción describen ejemplos específicos para enseñar a los expertos en la técnica cómo hacer y utilizar el mejor modo de la invención. Con el propósito de enseñar los principios de la invención, algunos aspectos convencionales han sido simplificados u omitidos. Los expertos en la técnica apreciarán variaciones para estos ejemplos que caen dentro del alcance de la invención. Los expertos en la técnica apreciarán que las características descritas a continuación pueden combinarse en varias formas para formar múltiples
variaciones de la invención. Como resultado, la invención no está limitada a los ejemplos específicos descritos a continuación, sino solamente en las reivindicaciones y sus equivalentes . La Figura 1 muestra un accionador neumático 100 de acuerdo con una modalidad de la invención. La figura comprende una vista en secciones aproximadamente a lo largo del centro del accionador 100, mostrando los componentes internos. El accionador 100 incluye un cuerpo accionador 102 y una biela del pistón 108 que se extiende hacia fuera del cuerpo accionador 102. El cuerpo del accionador 102 en una modalidad comprende una coraza externa 101, un tapón superior 103, un tapón inferior 104, y uno o más sujetadores 106 que mantienen el tapón superior 103 y el tapón inferior 104 en la coraza externa 101. La biela del pistón 108 se extiende moviblemente desde el tapón inferior 104, con la biela del pistón 108 configurada para extenderse y retraerse. La extensión y la retracción de la biela del pistón 108 puede llevar a cabo un trabajo mecánico y la biela del pistón 108 puede acoplarse en cualquier forma al dispositivo mecánico. El accionador neumático 100 puede extender y retraer la biela del pistón 108 de acuerdo con la introducción selectiva de un gas presurizado, tal como aire presurizado. Las Figuras 2A-2C muestran el accionador 100 en diferentes posiciones de extensión. El accionador 100 en una
modalidad comprende un accionador de tres posiciones. En la Figura 2A, la biela del pistón 108 está completamente retraída. En la Figura 2B, la biela del pistón 108 se extiende a un primer nivel de golpe. En la Figura 2C, la biela del pistón 108 está completamente extendida en un nivel de accionamiento (es decir, golpe completo) . El nivel de accionamiento por lo tanto comprende un primer nivel de golpe más un segundo nivel de golpe. El segundo nivel de golpe puede diferir del primer nivel de golpe. Por ejemplo, el segundo nivel de golpe puede ser sustancialmente menor en longitud que el primer nivel de golpe. Esto es deseable cuando se acciona un dispositivo mecánico que requiere un gran nivel de accionamiento seguido por un pequeño nivel de accionamiento, o viceversa. El primer nivel de golpe puede recorrerse a una primera, velocidad de accionamiento y el segundo nivel de golpe puede recorrerse a una segunda velocidad de accionamiento. En una modalidad, la segunda velocidad de accionamiento es sustancialmente más lenta que la primera velocidad de accionamiento. El primer nivel de golpe puede recorrerse utilizando una primera fuerza de accionamiento y el segundo nivel de golpe puede recorrerse utilizando una segunda fuerza de accionamiento. En una modalidad, la segunda fuerza de accionamiento es sustancialmente mayor que la primera fuerza
de accionamiento. El accionador 100 en una modalidad incluye un amplificador de fuerza. En una modalidad, el accionador 100 incluye un amplificador de fuerza hidroneumático . El amplificador de fuerza puede proporcionar una fuerza mayor que una fuerza generada por una presión neumática suministrada sola. El accionador 100 en una modalidad puede proporcionar un amplificador de fuerza en cualquier punto en el nivel de accionamiento global. El amplificador de fuerzas puede accionarse en un punto medio del nivel de accionamiento o puede accionarse antes o después del punto medio. Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, el accionador 100 además comprende un pistón 120 que se mueve reciprocamente en una cámara de pistón 126. El pistón 120 está conectado y mueve la biela del pistón 108. El accionador 100 además incluye una corza interna 109, un conector interno inferior 131, y un conector interno superior 135. La coraza interna 109 forma la cámara del pistón 126. El conector interno inferior 131 está localizado en la región inferior de la cámara del pistón 126 y el conector interno superior 135 está localizado en la región superior de la cámara del pistón 126. Además, el conector interno inferior 131 y el conector interno superior 135 mantienen la coraza interna 109 sustancialmente en posición dentro de la coraza externa 101. En una modalidad, la coraza
interna 109 es sustancialmente coaxial a la coraza externa 101. El conector interno superior 135 incluye un sello (s) de conector interno superior 136 que sustancialmente sella al conector interno superior 135 a la coraza externa 101. Además, el conector interno superior 135 incluye pasajes de fluido hidráulico 137, una boca de cilindro 138, y sellos de la boca del cilindro 139. La boca del cilindro 138 recibe un cilindro 160, con los sellos de la boca del cilindro 139 sellando el cilindro 138 al conector interno superior 135. Como consecuencia, el cilindro 138 bloquea la boca del cilindro 138 y puede moverse reciprocamente hacia arriba y hacia abajo en la boca del cilindro 138. El accionador 100 además incluye un anillo para pistón 110. El anillo para pistón 110 puede incluir sellos de anillo para pistón 112. El anillo para pistón 110 puede moverse con respecto a la coraza externa 101 y puede moverse con respecto a la biela del pistón 108. El anillo para pistón 110 puede moverse bajo la influencia del gas presurizado por arriba y por abajo del anillo para pistón 110. El gas presurizado puede introducirse y extraerse desde arriba y desde abajo del anillo para pistón 110 a través del puerto D y el puerto E, respectivamente. El accionador 100 además incluye un anillo movible 140 localizado en una cámara de anillo 147 formada entre la coraza interna 109 y la coraza externa 102. El lado superior
del anillo movible 140 contacta el fluido hidráulico, que también está presente en la cámara del pistón 126 por arriba del pistón 120. El anillo movible 140 está configurado para moverse reciprocamente hacia abajo y hacia arriba entre la coraza externa 101 y la coraza interna 109 en respuesta al gas introducido y extraído por el puerto A. El anillo movible 140 puede incluir sellos de anillo movible 144. Los sellos del anillo movible 144 sustancialmente sellan el anillo movible 140 a la coraza externa 101. Además, los sellos del anillo movible 144 sustancialmente sellan el anillo movible 140 a la coraza interna 109. El accionador 100 además incluye el cilindro 160. El cilindro 160 se mueve recíprocamente hacia arriba y hacia abajo eh la cámara del cilindro 161. El cilindro 160 incluye los sellos del cilindro 163, un (unos) conducto (s) del cilindró 163, y la cavidad de relleno del cilindro 166. La cavidad de relleno del cilindro 166 se alimenta de gas presurizado a través de una tubería 170 que se extiende desde el conector superior 103 y que se conecta al puerto B. El gas se transfiere a una porción de la cámara del cilindro 161 por debajo del cilindro 160, cuando el gas se desplaza a través del conducto (s) del cilindro 163 a la porción de la cámara del cilindro 161. Además, el cilindro 160 está comunicación con el puerto C. Como resultado, el cilindro 160 puede moverse hacia abajo por la introducción de gas presurizado en
el puerto C y puede moverse hacia arriba por la introducción de gas presurizado en el puerto B. El movimiento hacia arriba del anillo movible 140 fuerza el pistón 120 hacia abajo en un primer nivel de golpe debido al movimiento de un primer volumen del fluido hidráulico desde la cámara del anillo 147 en la cámara del pistón 126. El movimiento hacia abajo del cilindro 160 fuerza un segundo volumen del fluido hidráulico hacia abajo en la cámara del pistón 126, en donde el movimiento hacia abajo del cilindro 160 fuerza el pistón 120 hacia abajo en un segundo nivel de golpe. La figura muestra el accionador 100 en una posición completamente retraída, en donde la biela del pistón 108 está completamente retraída dentro del accionador 100. El gas presurizado se puede suministrar en el puerto D para mover el pistón 120 en (y mantener el pistón 120 en) la posición completamente retraída. De manera correspondiente, el puerto A, el puerto B, y el puerto C se liberan con el fin de permitir que el pistón 120 y el cilindro 160 se muevan a posiciones hacia arriba completamente retraídas. Cuando el pistón 120 se mueve hacia arriba, el fluido hidráulico por arriba del pistón 120 se mueve hacia afuera de la cámara del pistón 126 y se fuerza dentro de la cámara entre la coraza externa 101 y la coraza interna 109, empujando el anillo movible 140 completamente hacia abajo. Como resultado, el gas
se fuerza hacia afuera del puerto A. Además, el puerto C se libera y el gas entre el cilindro 160 y el conector superior 103 se mantiene. Como resultado, el movimiento hacia arriba del pistón 120 causa que el cilindro 160 se mueva completamente hacia arriba. La Figura 3 muestra el accionador 100 en una posición de accionamiento parcial. El gas ha sido suministrado en el puerto A, empujando el anillo ¦ movible 140 hacia arriba. Sin embargo, se deberá observar que el anillo movible 140 no ha sido movido a su limite superior. El movimiento hacia arriba del anillo movible 140 fuerza el fluido hidráulico a través del (de los ) pasaje (s) del fluido hidráulico 137 desde la cámara del anillo 147 y dentro de la cámara del pistón 126, moviendo el pistón 120 parcialmente hacia abajo. Debido al diámetro mayor de la coraza externa 101 y el consecuente volumen entre la coraza interna 109 y la coraza interna 101, el movimiento del anillo movible 140 causa que el pistón 120 se mueva relativamente rápido hacia abajo (es decir, la primera velocidad de accionamiento) . Durante el movimiento hacia abajo del pistón 120, el gas se libera desde la cámara del pistón 126 por debajo del pistón 120 a través del puerto D. El movimiento del anillo movible 140 por lo tanto causa que el pistón 120 se mueva sobre un primer nivel de golpe (grande) (ver Figura 2B) . La Figura 4 muestra el accionador 100 cuando ha
sido accionado un multiplicador de fuerza. El accionamiento del multiplicador de fuerza causa que el pistón 120 se mueva sobre un segundo nivel de golpe (pequeño) (ver Figura 2B) . Sin embargo, se debe observar que la biela del pistón 108 no está completamente extendida en esta figura, ya que el anillo movible 140 no está completamente en una posición hacia arriba . Para accionar el multiplicador de fuerza, el puerto B se libera, la presión en el puerto A se mantiene, y el gas presurizado además se suministra al puerto C. Esto mueve el cilindro 160 hacia abajo en la cámara del cilindro 161, moviendo el cilindro 160 completamente dentro de la boca del cilindro 138. Como resultado, el cilindro 160 bloquea el pasaje del fluido hidráulico 137 y consecuentemente sella el fluido hidráulico en la cámara del pistón 126. El volumen del fluido hidráulico desplazado por el cilindro 160 en la boca del cilindro 138 causa que el pistón 120 se mueva adicionalmente hacia abajo. La gran área transversal de la parte superior del cilindro 160, combinada con el área transversal más pequeña de la parte inferior del cilindro 160, proporcionan el efecto del multiplicador de fuerza. El cilindro 160 presiona el fluido hidráulico dentro de la cámara del pistón 126. La fuerza en el extremo del cilindro 160 en una modalidad es de aproximadamente 6 veces la fuerza del lado superior del cilindro '160. No se necesita fluido
hidráulico adicional a ser provisto en el accionador 100. El cilindro 160 por lo tanto proporciona una segunda gran fuerza de accionamiento sobre el segundo nivel de golpe (pequeño) . Se debe entender que el multiplicador de fuerza puede accionarse en cualquier punto en el primer nivel de golpe (grande) . Como resultado, aún cuando la biela del pistón 108 está solamente en un punto medio del primer nivel de golpe, el cilindro 160 puede moverse hacia abajo y el segundo nivel de golpe (pequeño) puede recorrerse por la biela del pistón 108, además de cualquier porción del primer nivel de golpe ya recorrido. La operación de retracción es esencialmente opuesta a la operación de extensión. Para la retracción, el gas presurizado en el puerto A y en el puerto C se libera. Subsecuentemente, el gas presurizado se suministra al puerto B, moviendo el cilindro 160 hacia arriba a una posición completamente retraída. La retracción del cilindro 160 desbloquea el (los) pasaje (s) del fluido hidráulico 137, permitiendo que el fluido hidráulico se mueva desde la cámara del pistón 126 a la cámara de\ anillo 147. Después, el gas presurizado se introduce en el puerto E con el fin de forzar el anillo para el pistón 106 completamente hacia arriba, por lo tanto forzando el pistón 120 parcialmente hacia arriba (ver Figura 5 y la explicación anexa siguiente) . El gas presurizado después se introduce al puerto D (mientras la
presión se mantiene en el puerto E) con el gas presurizado en el puerto D empujando el pistón 120 completamente hacia arriba y forzando el anillo movible 140 completamente hacia abajo. Por consiguiente, el segundo nivel de golpe (pequeño) se retrae primero y después el primer nivel de golpe (grande) se retrae. Opcionalmente, el gas presurizado en el puerto E puede liberarse, permitiendo que el anillo para el pistón 110 caiga sobre el conector inferior 104. La Figura 5 muestra el accionador 100 después de que ha sido desactivado el multiplicador de fuerza. Aquí, el puerto C ha sido liberado y el gas presurizado ha sido suministrado al puerto B. Como resultado del gas presurizado en el puerto B, el cilindro 160 ha sido movido hacia arriba, desbloqueando la boca del cilindro 138 y el (los) pasaje (s) del fluido hidráulico 137. El fluido hidráulico ahora puede pasar de la cámara del pistón 126 a la cámara del anillo 147 a través del (de los) pasaje (s) del fluido hidráulico 137. Además, el puerto D permanece liberado y el gas presurizado ha sido suministrado al puerto E. El gas presurizado en el puerto E mueve el anillo para el pistón 110 hacia arriba. El anillo para el pistón 110 se pone en contacto con el pistón 120, fo.rzando el pistón 120 y la biela del pistón 108 hacia arriba. Como consecuencia, el pistón 120 ha sido movido de nuevo hacia arriba (es decir, retraído) sobre un segundo nivel de golpe (pequeño) y por lo menos parcialmente sobre un
primer nivel de golpe (grande). En consecuencia, el anillo movible 140 ha sido movido parcialmente hacia abajo. En este punto en la secuencia de retracción, el gas presurizado puede mantenerse en el puerto E y el gas presurizado puede ahora suministrarse al puerto D, en donde el gas presurizado suministrado al puerto D causara que el pistón 120 se mueva completamente hacia arriba y la biela del pistón 108 recorra el nivel de golpe grande y se retraiga completamente. El acoplador de presión neumático de acuerdo con la invención puede utilizarse de acuerdo con cualquiera de las modalidades con el fin de proporcionar diversas ventajas, si se desea. La invención proporciona un nivel de accionamiento incluyendo primero y segundo niveles de golpe, en donde el primero y segundo niveles de golpe pueden ser de diferentes longitudes. La invención proporciona un nivel de accionamiento incluyendo primera y segunda velocidades de accionamiento. La invención proporciona un nivel de accionamiento incluyendo primera y segunda fuerzas se accionamiento. La invención proporciona un accionador incluyendo un multiplicador de fuerza. La invención proporciona un accionador incluyendo un multiplicador de fuerza hidroneumática . La invención proporciona un accionador que incluye un multiplicador de fuerza que puede accionarse en cualquier punto en un primer nivel de golpe. Ventajosamente, en el accionador de acuerdo con la
invención, no son requeridos resortes de polarización. En el accionador de acuerdo con la invención, no se suministra ningún fluido hidráulico al accionador. En el accionador de acuerdo con la invención, la amplificación de la fuerza se logra utilizando solamente entradas neumáticas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.