MX2015000262A - Amortiguador de vibracion de fluido recuperador de energia. - Google Patents

Abstract

La invención se relaciona con un amortiguador de vibraciones recuperador de energía que comprende un cilindro en el cual un cuerpo de desplazamiento lleva a cabo un movimiento funcional restringido en una cámara de trabajo, en donde un fluido presurizado se suministra a un motor hidráulico que impulsa un generador, en donde una cámara de compensación compensa un cambio de volumen del fluido presurizado, en donde, adicionalmente a la cámara de compensación se proporciona un acumulador de presión que se comunica y esta conectado en paralelo con el motor hidráulico.

Description

AMORTIGUADOR DE VIBRACIÓN DE FLUIDO RECUPERADOR DE ENERGÍA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un amortiguador de vibración de fluido que recupera energía de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los amortiguadores de vibración convencionales como aquellos que se usan por ejemplo en un vehículo automotriz trabajan de acuerdo al principio de que la energía de movimiento se transforma en calor mediante el desplazamiento de un fluido amortiguador por vía de un estrangulador en virtud de una excitación externa. Este calor se disipa luego por la pared del amortiguador de vibración, eventualmente aprovechando el viento del viaje. Las grandes ventajas de este principio de construcción se encuentran en la sencillez del amortiguador de vibración y de la experiencia de muchos años en la téenica de producción.

Pero a este principio de construcción también va aunada la desventaja de que la energía producida se pierde sin ser usada. Por este motivo ya desde hace tiempo existe la intención de aprovechar la energía producida mediante la excitación del amortiguador de vibración. El documento WO 2009/060296 A2 describe un amortiguador de vibración en el cual una corriente de fluido impulsa un motor hidráulico que está conectado con un generador. Mediante esto la energía producida por la excitación está disponible en forma de corriente eléctrica.

Adicionalmente, el documento WO 2009/060296 A2 revela una función operativa auxiliar. Si aumenta la presión en la línea de fluido al motor hidráulico entonces se abre una válvula limitadora de presión conectada en paralelo.

El principio de funcionamiento adolece de la desventaja de que los cambios mayores de la velocidad del vástago de pistón influyen de igual manera en la generación de la energía eléctrica. Además tampoco se indica una solución para el problema de una fuga excesiva en el motor hidráulico. En el caso de este tipo de fugas sería posible que con un movimiento de vástago de pistón se bombee casi sin estrangulamiento el fluido entre las dos cámaras de trabajo, de manera que no existiría una fuerza amortiguadora suficiente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El objeto de la presente invención es minimizar los problemas conocidos por el estado de la téenica.

De conformidad con la invención, un problema parcial se soluciona mediante el hecho de que adicionalmente a la cámara de compensación se proporciona un acumulador de presión que se conecta con el motor hidráulico y esta conectado en paralelo.

El acumulador de presión adicional absorbe las fluctuaciones de presión que se producen con cambios repentinos de excitación y con ello obtiene una impulsión más uniforme del motor hidráulico. Con ello también disminuye la carga mecánica del motor hidráulico.

De conformidad con una reivindicación dependiente favorable se bloquea la descarga directa de fluido de presión del acumulador de presión a la cámara de trabajo mediante al menos una válvula de retención. Esto lleva aunada la ventaja de gue el acumulador de presión no se vacia y por ejemplo eleva una estructura de vehículo correspondientemente a una fuerza elástica adicional.

Adicionalmente se prevé que una presión estacionaria en el acumulador de presión adicional sea mayor que una presión de trabajo con el aprovechamiento máximo de la cámara de compensación. Con esta medida se deberá lograr que el acumulador de presión adicional no sirva como cámara de compensación para todas las excitaciones del amortiguador de vibración, sino que solamente deberá compensar picos de presión.

En una modalidad se prevé que por dirección de afluencia al motor hidráulico se conecte un acumulador de presión adicional separado. Con ello existe la posibilidad de ajustar a los requisitos los acumuladores de presión adicionales independientemente uno de otro.

Con miras a una construcción ahorradora de espacio del amortiguador de vibración, el cuerpo de desplazamiento está constituido por un módulo de pistón-vástago de pistón, siendo que el acumulador de presión adicional se dispone dentro de este módulo.

En este aspecto se puede prever que el vástago de pistón se configure tubular y el acumulador de presión adicional se disponga dentro del vástago de pistón. Esta variante permite un volumen muy elevado del acumulador de presión.

Alternativamente el acumulador de presión también se puede disponer dentro del pistón. Esta variante es favorable en particular para crear espacio de construcción para la conexión del motor hidráulico en virtud de que entonces es posible tender las lineas o lo similar a través del vástago de pistón hueco.

Un segundo problema parcial se resuelve por el hecho de que al motor hidráulico se le antepone una válvula identificadora de funcionamiento de emergencia que al existir un funcionamiento de emergencia le alimenta una corriente de fluido a una válvula amortiguadora. La válvula amortiguadora se puede realizar como válvula convencional con discos de válvula, de manera que existe una curva de fuerza de amortiguación adecuada al vehículo.

Así la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia es actuada por una presión de mando que es proporcional a una presión de admisión al motor hidráulico.

La válvula identificadora de funcionamiento de emergencia es actuada por una presión de mando que es proporcional a una presión de salida del motor hidráulico. Si existe por ejemplo una fuga excesiva, entonces la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia conmuta la corriente de fluido en dirección a la válvula amortiguadora.

Mediante una comparación de la presión de ambas presiones de mando es posible identificar todas las desviaciones de presión que se presentan en o dentro del motor hidráulico.

Mediante la siguiente descripción de las figuras se deberán explicar con mayor detalle la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Muestra: Figura 1 amortiguador de vibración con un acumulador de presión adicional, Figura 2 amortiguador de vibración con un acumulador de presión adicional por dirección del trabajo, Figura 3 amortiguador de vibración con una válvula identificadora de funcionamiento de emergencia.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra una representación en principio de un amortiguador de vibración 1 gue comprende un cilindro 3 en el cual un cuerpo de desplazamiento ejecuta un movimiento funcional axial. Sin embargo, la invención no se limita a esta forma constructiva. Como cuerpo de desplazamiento sirve un módulo de pistón-vástago de pistón, siendo gue un pistón 5 está fijamente conectado a un vástago de pistón 7. El pistón subdivide el cilindro en una cámara de trabajo 9 en la parte del vástago de pistón y una cámara de trabajo 11 en la parte alejada del vástago de pistón, siendo gue ambas cámaras de trabajo 9; 11 están completamente llenas con un fluido de presión, por ejemplo aceite hidráulico. Una junta de pistón 13 impide una circulación lateral por el pistón 5. El volumen desplazado por el vástago de pistón 7 es absorbido por una cámara de compensación 15, la cual en función de la forma de construcción ejerce eventualmente una tensión previa por compresión sobre las cámaras de trabajo 9; 11. En esta modalidad un pistón de separación separa la cámara de compensación 15 de la cámara de trabajo 11 del lado del vástago de pistón, siendo gue sin embargo también son posibles otras formas de construcción 9; 11.

La figura 1 muestra una modalidad en la cual el pistón 5 comprende una red de conducción de fluido 17 en la cual unas válvulas de retención se encargan de una rectificación de la corriente de fluido de presión a un motor hidráulico 27, el cual a su vez impulsa un generador 29 para generar energía eléctrica. La red de conductos de fluido 17 comunica ambas cámaras de trabajo 9; 11 por vía de dos líneas principales conectadas en paralelo. Ambas líneas principales comprenden una sección de alimentación 31; 33 y una sección de salida 35; 37. En las secciones de alimentación 31; 33 se disponen válvulas de retención 19; 21 con una función de abertura hacia el motor hidráulico 27. Las secciones de salida 35; 37 tienen las válvulas de retención 23; 25 con una función de abertura en dirección a las cámaras de trabajo 9; 11. En una línea de conexión 39 entre ambas líneas principales se intercala el motor hidráulico 27.

En una conexión paralela entre las dos cámaras de trabajo 9; 11 se dispone una válvula limitadora de presión 43 que abre por arriba de un nivel de presión definido y con ello evita una sobrecarga del amortiguador de vibración 1.

Adicionalmente a la cámara de compensación 15 se proporciona un acumulador de presión 45 que por una parte está comunicado con el motor hidráulico 27 por vía de la línea de conexión 39 y se encuentra conectado funcionalmente en paralelo con el motor hidráulico 27. La presión en el lado de entrada del motor hidráulico 27 es proporcional a la presión en el acumulador de presión 45. Mediante las válvulas de retención 19; 21 y el motor hidráulico 27 se bloquea la descarga de fluido de presión del acumulador de presión 45 directamente a una de las cámaras de trabajo 9; 11. En consecuencia el acumulador de presión 45 no puede ejercer una fuerza de movimiento sobre el vástago de pistón 7. A titulo de ejemplo el acumulador de presión 45 se encuentra dispuesto dentro del módulo pistón-vástago de pistón. En función de las relaciones del espacio constructivo y la dimensión del acumulador de presión 45 es posible diseñar el vástago de pistón 7 en forma tubular y con ello disponer el acumulador de presión 45 dentro del vástago de pistón 7. Sin embargo también existe la posibilidad de colocar el acumulador de presión 45 directamente en el pistón.

El nivel de presión en el acumulador de presión adicional 45 se ajusta a un nivel de presión en la cámara de compensación 15. Asi, una presión estacionaria en el acumulador de presión 45 que se presenta con el vástago de pistón inmóvil y con el uso máximo de la cámara de compensación 15, es decir máxima compresión, es mayor que una presión de trabajo reinante bajo estas condiciones en la cámara de compensación 15.

En el caso de una compresión de la cámara de trabajo 9 del lado del vástago de pistón en virtud de una excitación externa del amortiguador de vibración 1 se desplaza fluido de presión a la sección de alimentación 31 por via de la válvula de retención 19 abierta. Simultáneamente se encuentra cerrada la válvula de retención 21 en la sección de alimentación 33, de manera que se bloquea una comunicación directa entre ambas cánaras de trabajo 9; 11. El fluido de presión fluye de la sección de alimentación 33 hacia el motor hidráulico 27 y al depósito 45. Si la excitación provoca un caudal volumétrico tan grande que se excede el limite de la capacidad de admisión del motor hidráulico 27, entonces el volumen excedente fluye al depósito 45. Si el canal volumétrico disminuye en virtud de que el movimiento del vástago de pistón se vuelve más lento, entonces el nivel de presión en el acumulador de presión 45 vuelve a decaer al ser alimentado el fluido de presión del acumulador de presión 45 al motor hidráulico 47 y descargado por via de la sección de salida 37 a la cámara de trabajo 11 alejada del vástago de pistón.

Si se alcanza el volumen de depósito máximo del acumulador de presión 45 y no obstante todavía existe una presión crítica en la red de líneas de fluido 17, entonces la válvula limitadora de presión 43 conectada en paralelo se abre y deja libre la conexión paralela 41. Con el acumulador de presión 45 se nivelan picos de presión dentro de la red de lineas de fluido y con ello se obtiene un funcionamiento uniforme del motor hidráulico 17.

La figura 2 muestra una variación con respecto a la figura 1 en la cual por dirección de afluencia del pistón 5 o bien por dirección de movimiento del vástago de pistón 7 con relación al motor hidráulico 27a; 27b se conecta con los generadores 29a; 29b un acumulador de presión separado 45a; 45b. En este caso están presentes dos redes de conducción de fluido 17a; 17b totalmente separadas que adicionalmente comprenden una válvula limitadora de presión 43a; 43b separada. Para esto solamente se requiere en cada caso una sola válvula de retención 23, 25 por red de conductos de fluido 17a; 17b. La ventaja de esta forma de construcción consiste en que se obtiene una función del motor hidráulico 27a; 27b dependiente de la dirección de movimiento del vástago de pistón 5 y con ello la generación de energía eléctrica.

La figura 3 muestra una modalidad que se basa en la variante de acuerdo a la figura 1. En la red de líneas de fluido 17 se encuentra intercalada una válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 en la forma constructiva de una válvula de 2/3-vías. La válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 se conecta corriente arriba del motor hidráulico, y en el caso de existir un funcionamiento de emergencia le alimenta una corriente de fluido a una válvula amortiguadora 49; 51. Como válvulas amortiguadoras 49; 51 sirven las aberturas de estrangulamiento generalmente conocidas en combinación con al menos un disco de válvula. Esta forma de construcción permite una buena característica de fuerza amortiguadora también en el estado de funcionamiento de emergencia.

La válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 es controlada por via de una primera linea de mando 53 con una presión de mando proporcional a una presión de fluido pi hacia el motor hidráulico 27, es decir en el lado de entrada al motor hidráulico 27. La presión pi en el lado de entrada al motor hidráulico 27 siempre es mayor con el motor hidráulico intacto que una presión de salida p2 del motor hidráulico. Una segunda presión de mando es proporcional a la presión de salida p2 y contrarresta la primera presión de mando por via de una segunda linea de mando 55 en la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47. Un resorte de ajuste 57 estabiliza una posición de función normal 1 de la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47, como se representa en la figura 3.

En el caso de un movimiento de pistón en dirección a la cámara de trabajo 9 del lado del vástago de pistón se alimenta fluido de presión al motor hidráulico 27 a través de la válvula de retención 19 abierta y la sección de alimentación 31. La presión de entrada pi por lo tanto esta presente en el motor hidráulico 27, en el acumulador de presión adicional 45 y, por vía de la primera linea de mando 53, en la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47. Si el motor hidráulico y el acumulador de presión adicional funcionan correctamente, entonces la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 adopta la posición de funcionamiento normal 1 mencionada.

Una linea de derivación 59 a partir de las secciones de alimentación 31; 33 hacia la conexión de entrada de la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 está separada de una conexión de salida. Con ello todo el fluido de presión desplazado fluye a través del motor hidráulico 27, opcionalmente en el acumulador de presión adicional 45. El amortiguador de vibración transforma con ello energía de movimiento en energía eléctrica por vía del motor hidráulico 27 en combinación con el generador 29.

Si se presenta el caso de que por ejemplo el motor hidráulico 27 está bloqueado, entonces aumenta la presión Rc en el lado de entrada sobre un nivel definido con respecto a la presión en el lado de salida P2. La presión diferencia Pi menos P2 actúa al menos proporcional sobre la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47, la cual entonces adopta la posición de conmutación 2 y libera una primera linea de descarga 61 a partir de la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 hacia la válvula amortiguadora 49. Una válvula de retención 63 adicional se abre y con ello se establece una comunicación de flujo entre ambas cámaras de trabajo 9; 11. En esta posición de conmutación de la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 el amortiguador de vibración 1 funge como un amortiguador de vibración fluidico convencional.

En el caso de una situación de fuga dentro del motor hidráulico 27, la caída de presión en el motor hidráulico 27 es notablemente menor que en el funcionamiento normal. En consecuencia, la presión del lado de salida P2 es relativamente mayor que en el funcionamiento normal. Entre el lado de salida del motor hidráulico 27 y las dos secciones de descarga 35; 37 se disponen una válvula de cierre 65, igualmente controlada por la presión diferencial Pi menos P2, para evitar una descarga del fluido de presión fugado del motor hidráulico 27. La menor diferencia de presión Rc menos P2 mueve a la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 a la posición de conmutación 3. En virtud de la reducida diferencia de presión Rc menos P2, la válvula de cierre 65 adopta la posición de cierre. Con esto se impide una descarga por vía de la válvula de retención 25. El fluido de presión fluye ahora igualmente a través de la válvula amortiguadora 49.

La misma función se obtiene con una compresión de la cámara de trabajo 11 alejada del vástago de pistón. Suplementariamente se hace notar que una segunda linea de descarga 67, que con relación a la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 está en el lado de salida, conduce a la segunda válvula amortiguadora. El fluido de presión fluye con este movimiento de trabajo del amortiguador de vibración por via de la válvula de retención 21 en la red de lineas de fluido 17 y se encuentra presente en el lado de entrada el motor hidráulico 27. Si el motor hidráulico trabaja correctamente y la presión diferencial Pi menos P2 se encuentra dentro de una magnitud definida, entonces la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 como también la válvula de cierre 65 adoptan la posición de conmutación representada. En el caso de un bloqueo fluidico o mecánico del motor hidráulico 27, la presión de entrada Rc es mucho mayor que la presión de salida P2 en el motor hidráulico 27. En consecuencia, la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 pasa a la posición de conmutación 2. La válvula de cierre 65 conserva su posición de conmutación abierta. Todo el fluido de presión fluye por la linea de derivación 59 a través de la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 y la segunda linea de descarga 67 hacia la segunda válvula amortiguadora 51.

En el caso de una fuga en el motor hidráulico 27, la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 pasa a la posición de conmutación 3 y la válvula de cierre 65 a la posición de cierre. Entonces también todo el fluido de presión fluye a través de la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia 47 y por la segunda linea de descarga 67 siguiendo por la segunda válvula amortiguadora 51 por vía de una válvula de retención 69 a la cámara de trabajo 9 del lado del vástago de pistón.

LISTA DE SÍMBOLOS DE REFERENCIA I Amortiguador de vibración 3 Cilindro 5 Pistón 7 Vástago de pistón 9 Cámara de trabajo del lado del vástago de pistón II Cámara de trabajo alejada del vástago de pistón 13 Junta de pistón 15 Cámara de compensación 17 Red de lineas de fluido 19 Válvula de retención 21 Válvula de retención Válvula de retención Válvula de retención Motor hidráulico Generador Sección de alimentación Sección de alimentación Sección de salida Sección de salida Linea de comunicación Conexión paralela Válvula limitadora de presión Acumulador de presión adicional Válvula identificadora de funcionamiento de e ergenci Válvula amortiguadora Válvula amortiguadora Primera linea de mando Segunda linea de mando Resorte de ajuste Linea de derivación Primera linea de descarga Válvula de retención Válvula de cierre Segunda linea de descarga Válvula de retención

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Amortiguador de vibración recuperador de energía que comprende un cilindro en el cual un cuerpo de desplazamiento lleva a cabo un movimiento funcional limitado en una cámara de trabajo, mediante el cual se alimenta fluido de presión a un motor hidráulico que impulsa un generador, siendo que una cámara de compensación compensa una variación de volumen del fluido de presión, caracterizado porque adicionalmente a la cámara de compensación se proporciona un acumulador de presión que está comunicado y conectado en paralelo con el motor hidráulico.

2. Amortiguador de vibración recuperador de energía de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la descarga de fluido de presión del acumulador de presión directamente a la cámara de trabajo se bloquea mediante al menos una válvula de retención.

3. Amortiguador de vibración recuperador de energía de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la presión estacionaria en el acumulador de presión adicional es mayor que la presión de trabajo con el uso máximo de la cámara de compensación.

4. Amortiguador de vibración recuperador de energía de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por dirección de afluencia al motor hidráulico se conecta un acumulador de presión adicional separado .

5. Amortiguador de vibración recuperador de energía de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo de desplazamiento está constituido por un módulo de pistón-vástago de pistón, siendo que adicionalmente se dispone un acumulador de presión dentro de este módulo.

6. Amortiguador de vibración recuperador de energía de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el vástago de pistón se configura en forma tubular y el acumulador de presión adicional se dispone dentro del vástago de pistón.

7. Amortiguador de vibración recuperador de energía de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1, caracterizado porque al motor hidráulico se antepone una válvula identificadora de funcionamiento de emergencia que al existir un funcionamiento de emergencia le alimenta una corriente de fluido a una válvula amortiguadora.

8. Amortiguador de vibración recuperador de energía de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia es actuada por una presión de mando que es proporcional a una presión de afluencia R al motor hidráulico.

9. Amortiguador de vibración recuperador de energía de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la válvula identificadora de funcionamiento de emergencia es actuada por una presión de mando que es proporcional a una presión de salida P2 del motor hidráulico.