ENSAMBLE DE VÁLVULA DE VENTILACIÓN PARA MOLDES DE COLADA
CAMPO DE LA INVENCION La presente invención ~~se refiere a un ensamble de válvula de ventilación para moldes de colada, que comprende una válvula de ventilación que tiene un alojamiento de válvula, un canal de ventilación localizado en el interior del alojamiento de válvula, y un miembro de cierre de válvula localizado en el interior del alojamiento de válvula y adaptado para moverse entre una posición abierta y una posición cerrada. ANTECEDENTES DE LA INVENCION Con el objeto de evitar de manera confiable la presentación de entradas de aire en la colada terminada durante la operación de colada, el molde y la cavidad en el molde respectivamente tienen que ventilarse durante la operación de colada. Por lo tanto, no únicamente el aire contenido en la cavidad del molde debe dejarse escapar, sino además, debe asegurarse que también los gases que escapan del material colado líquido se retiren de la cavidad del molde. Uno de los problemas en conexión con los moldes de colada de ventilación pueden verse en
que la válvula de ventilación del ensamble de válvula se cierre tan tarde como sea posible con el objeto de asegurar que la cavidad del molde se ventile hasta que quede completamente lleno con el material de colada líquida, pero que también debe evitarse que el material de colada líquido penetre a la válvula de ventilación. Con el objeto de considerar este problema, se conocen en lo general dos clases de ensambles de válvula para los moldes de colada, con lo cual en cada caso se provee una válvula de ventilación que está equipada con un pistón de válvula movible axialmente hacia atrás y hacia adelante para cerrar el canal de ventilación. Mientras que el pistón de válvula se mueve por medio de medios de impulsión adecuados, en una primera clase de ensambles de válvula, el pistón de válvula de una segunda clase de ensambles de válvula está conectado operativamente a un miembro captador de potencia que se hace funcionar directamente por medio del material de colada líquido que fluye de la cavidad del molde al canal de ventilación, haciendo así uso de su energia cinética inherente. Medios de impulsión adecuados para la
primera clase de ensambles de válvula mencionada anteriormente, pueden incluir sistemas de impulsión operados neumática xx hidráulicamente para mover el pistón de la válvula. El momento en el cual se inicia el cierre de la válvula de ventilación puede determinarse, por ejemplo, por medio de un sensor que verifica el nivel de la cavidad del molde. Sin embargo, una dificultad observada con tales sistemas consiste en el hecho de que la operación de cierre necesita un tiempo considerablemente largo porque, la señal que inicia la operación de cierre, principalmente una señal eléctrica tiene que transformarse en un movimiento mecánico por ejemplo, con el funcionamiento de una servoválvula . Además, para el propósito de cerrar la válvula de ventilación o con el objeto de hacer funcionar un miembro actuante que esté conectado operativamente al pistón de válvula de la válvula de ventilación, debe estar disponible una predeterminada presión en el sistema con el objeto de asegurar que la válvula de ventilación pueda ser cerrada neumática o hidráulicamente dentro del periodo de tiempo requerido. Sin embargo, puesto -que la operación de una servoválvula usualmente ocasiona una caída
en la presión del sistema, es necesario restablecer -la presión del sistema de nuevo antes que la servoválvula pueda ser cerrada. Finalmente, en la mayoria de los casos, un mecanismo de bloqueo que detiene al pistón de válvula en posición abierta, tiene que hacerse funcionar, resultando en un retraso adicional en la operación de cerrado. Se entiende que tales ensambles de válvula son de un diseño bastante complicado y requieren un alto gasto, además, están sometidos a la influencia de ciertos parámetros de funcionamiento. Además, tales ensambles de válvula usualmente requieren cuando menos aproximadamente 10 milisegundos desde la detección del material de colada que penetra para alcanzar la posición totalmente cerrada del ensamble de válvula. Por el contrario con la segunda clase de ensambles de válvula es posible realizar dispositivos de ventilación confiables y que actúen muy rápidamente. Con el objeto de que pueda formarse una presión de empuje que sea suficientemente elevada para hacer funcionar el émbolo de la válvula de ventilación, el canal de ventilación que va de la cavidad del molde al
miembro de toma de potencia se provee con un número de desviaciones y constricciones. Además, el canal de ventilación debe tener una cierta distancia minima y tiene que tener un diseño de ángulo entre el miembro de toma de potencia y el miembro del cuerpo de la válvula en sí de la válvula de ventilación, con el objeto de asegurar que la válvula de ventilación esté cerrada seguramente antes de que el material de colada líquido haya alcanzado la válvula de ventilación. Con el objeto de aumentar la eficiencia de tales ensambles de válvula usualmente se conecta una bomba de vacío a la válvula de ventilación. El documento EP 0612,573, presenta un ensamble de válvula mencionado aquí para la ventilación de moldes de colada, que comprende un canal de ventilación, una válvula de ventilación localizada en el canal de ventilación y medios para operar el cierre de la válvula de ventilación. Los medios operativos comprenden un transmisor de impacto que está expuesto al material de colada líquido que avanza desde la cavidad del molde al canal de ventilación. El transmisor de impacto está acoplado funcionalmente de manera mecánica al elemento de cierre movible
de la válvula de ventilación. Alli el transmisor de impacto está diseñado como un miembro de empuje que tiene una carrera operativa que está limitada a una fracción de la carrera que ha de recorrerse por el elemento movible de la válvula de ventilación. Además, el elemento de cierre de la válvula de ventilación, puede moverse libremente a lo largo de la trayectoria excediendo la carrera operativa de transmisor de impacto, y los medios operativos, comprenden un miembro de transmisión de potencia para transmitir el impulso de impacto desde el transmisor de impacto al miembro de cierre móvil de la válvula de ventilación. Aun si ese ensamble de válvula de ventilación opera de manera muy confiable en la practica, en ciertas aplicaciones sigue siendo deseable que la energia requerida para cerrar la válvula de ventilación no sea suministrada únicamente por el material de colada que se mueve. Como es evidenciado claramente por la fórmula fundamental para calcular la energia cinética (E = m'v2/2), la energia disponible para cerrar la válvula de ventilación depende de la masa y de la velocidad del material de colada. En otras palabras, esto significa que la energia disponible
puede no ser suficiente bajo ciertas condiciones desfavorables de funcionamiento, particularmente en el caso de una masa baja del material de colada, y/o de una velocidad de flujo baja del material colado fluido para cerrar la válvula de ventilación dentro del periodo de tiempo requerido. Por otra parte en el caso de masas de colada elevadas y/o velocidades de flujo elevadas, un impacto de energía elevado puede actuar sobre el transmisor de impacto con el resultado de que el transmisor y el miembro de cierre golpeen el tope extremo y/o el asiento de la válvula con una rapidez elevada; en vista de la buena confiabilidad y de una larga vida de servicio de los ensambles de válvula de ventilación, esto es totalmente insatisfact„orio . • SUMARIO DE LA INVENCION Por lo tanto, es un objeto de la presente invención, proveer un ensamble de válvula de ventilación para moldes de colada, que pueda usarse uni ersalmente debido al hecho de que su elemento de cierre se mueve muy rápidamente desde la posición abierta a la posición cerrada, independientemente de los parámetros de la operación de colada, esto es, independientemente
del diseño del aparato de colada y/o de la clase del material colado. Para cumplir este y otros objetos, la presente invención provee un ensamble de válvula de ventilación para moldes de colada que comprende una válvula de ventilación que tienen un alojamiento de válvula y una cámara de ventilación localizada en el alojamiento de válvula, un canal de ventilación localizado en el interior de el alojamiento de válvula y que comunica con la cámara de ventilación, y un miembro de cierre de válvula localizado en el interior de el alojamiento de válvula y adaptado para moverse entre una posición abierta en la cual el canal de ventilación conecta la cámara de ventilación con la atmósfera exterior y una posición cerrada en la cual el canal de ventilación sella a la cámara de ventilación contra la atmósfera exterior. Además, el ensamble de válvula de ventilación comprende primeros medios para bloquear por fricción el miembro de cierre de válvula en la posición abierta y segundos medios para guiar al miembro de cierre de válvula hacia la posición de cierre cuando el miembro de cierre de válvula este en su posición "abierta bloqueada
por fricción . Con tal ensamble de válvula de ventilación, el miembro de cierre de válvula puede llevarse a su posición de cierre de una manera extremadamente rápida porque el tiempo requerido para soltar el bloqueo por fricción es muy corto, y porque el miembro de cierre -de válvula es ya guiado a un movimiento rápido en su posición cerrada . En una modalidad preferida del ensamble de válvula de ventilación se provee una válvula de ventilación que tiene una cámara que puede ponerse a presión hidráulica o neumáticamente y que incorpora una porción de pared que se abulta hacia el miembro de cierre en respuesta a la sobre presión en la cámara para de esa manera bloquear por fricción al miembro de cierre en su posición abierta. Por lo tanto, la porción de pared es deformable elásticamente en tal grado dentro de los límites de elasticidad de material del cual está hecho, que regresa a su forma primera sin deformación una vez que las sobre presión hidráulica o neumática en la cámara se reduce, soltando así al miembro de cierre de válvula. Comparando con las válvulas de ventilación
presentadas en la técnica anterior, no se requiere formar una presión y/o llevar un miembro de cierre desde un estado bloqueado a un estado sin bloquear primeramente, con el objeto de permitir que el miembro de cierre se mueva de su posición abierta a su posición cerrada, más bien únicamente la posición en la cámara tiene que- reducirse en tal grado que la porción de pared de la cámara se mueva elásticamente de regreso para soltar al miembro de cierre, el cual a su vez repentinamente se mueve de su posición abierta a su posición cerrada. Tal reducción de presión puede realizarse por ejemplo, accionando una válvula de liberación. Todo el tiempo de cierre del ensamble de válvula contado desde la detección del material de colada en el canal de ventilación hasta completar el cerrado de la válvula puede reducirse de manera importante en comparación a los ensambles de válvula de ventilación conocidos anteriormente. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS A continuación se describirá más detalladamente una modalidad del ensamble de válvula de ventilación de acuerdo con la invención en referencia a los dibujos anexo~5 , en l os cuales :
La Figura 1, muestra una vista en corte longitudinal de una válvula de ventilación: La Figura 2, muestra una vista de un detalle de la válvula de ventilación de la Fig. 1: La Figura 3, muestra una vista - en corte transversal de la válvula de ventilación de la Fig. 1, tomada a lo largo de la línea A-A en la Fig. 1; La Figura 4, muestra un corte transversal a través de la válvula de ventilación a lo largo de la línea B-B, en la Fig. 1; La Figura 5, muestra un diagrama a bloques de todo el dispositivo de la válvula de ventilación . DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION Por medio de la Fig. 1, la cual muestra la válvula de ventilación 1, en un corte longitudinal, se explicará la estructura de la válvula de ventilación. La válvula de ventilación 1 , presenta un alojamiento de ventilación redonda
2, que está provista con un canal de ventilación
3, para recibir y guiar un miembro de cierre 20. Sobre el lado delantero del .alojamiento de ventilación 2, está dispuesta una cámara de ventilación 6, que actúa como un ensanchamiento de
un canal de ventilación 7, la cual está unida por un asiento de válvula 9, con el canal de válvula 3. La cámara de ventilación 6, está dispuesta entre una primera sección del canal de ventilación 7a, que guía hacia la cavidad del molde de colado (no mostrado) que ha de ventilarse y una segunda sección de canal de ventilación 7b, que conduce al lado superior desde el alojamiento de válvula 2. Esta segunda sección del canal de ventilación 7b, desemboca radialmente en una cámara de válvula 4, dispuesta antes del canal de ventilación 3, y limitada por el asiento de válvula 9. Sobre la sección posterior del alojamiento de válvula 2, está conectada una cámara neumática 10, que está cerrada por medio de una tapa 11. Además, está conectada una cámara hidráulica 13, en el alojamiento de válvula 2, que rodea encerrándolo al canal de válvula 3. Esta cámara hidráulica 13, está provista con una pared de cámara 14, relativamente delgada que limita en el canal de válvula 3. Bajo el efecto de una sobrepresión producible en la cámara hidráulica 13, se acomba elásticamente en dirección del canal de válvula 3, como es
apreciable en la Fig. 2. Sin embargo debe entenderse que la ilustración aumentada de la figura 2 está fuertemente exagerada con fines de claridad. Además debe entenderse que tiene sentido para ciertos casos de aplicación, el proveer en vez de un medio líquido un medio gaseoso, para accionar la cámar -hidráulica . En este sentido la expresión "cámara hidráulica" no ha de entenderse de una manera limitante. En el interi r del canal de válvula 3, está recibido el miembro de cierre 20, que es desplazable entre una posición abierta y una posición cerrada, y se muestra en la figura 1 en su posición cerrada. El miembro de cierre 20, se presenta en el ejemplo utilizado en una posición abierta. El miembro de cierre 20, presenta un vastago de válvula 21, con una cabeza de válvula 22, dispuesta allí en un lado extremo y construida como válvula cónica. Con esta cabeza de válvula 22, puede el canal de ventilación 7, cerrarse en el asiento de válvula _9, en caso de necesidad, de modo que ningún material de colada de la primera sección del canal de ventilación 7a, pueda penetrar en el canal de válvula 3, y en la segunda sección del canal de ventilación 7b del canal de
ventilación 7. El otro extremo del miembro de eje de válvula 21 sobre el lado opuesto a la cabeza de válvula 22, está unido un disco de válvula 23, con un tornillo 27, con el vastago de válvula 21. El disco de válvula 23, presenta un collar circunferencial 25, que sirve como tope, asi como una porción central 24, elásticamente deformable. El disco de válvula 23, está recibido en la cámara neumática 10, donde el disco de válvula 23, y con esto también el miembro de cierre 20, puede moverse neumáticamente tanto hacia la derecha a la posición abierta que se muestra, como también hacia la izquierda a la posición de cierre. Para esto, se proveen dos canales 28, 29, los cuales desembocan por el lado frontal adelante y atrás del disco de válvula 23 respecti amente. La Fig. 3, muestra un corte transversal a través de la válvula de ventilación a lo largo de la línea A-A, en la Fig. 1. Como se aprecia por esta representación poseen tanto el canal de válvula 3, como también el vastago de válvula 21, una sección transversal poligonal. Entre otras esto tiene la ventaja, de que el disco de válvula 23 se puede retirar sencillamente del vastago de válvula 21, al retirar el tornillo 27, que fija el
disco de válvula 23, en el vastago de válvula 21, sin la necesidad de fijar el vastago de válvula, puesto que el vastago de válvula 21, no puede girar en el canal de válvula 3- debido a que la conformación esencialmente poligonal del canal de válvula 3, favorece una fijación por cierre de fricción del miembro de cierre 20. En la Fig. 4 , se muestra una sección transversal a través de la válvula de ventilación 1, a lo largo de la línea B-B, en la Fig. 1, que ilustra la localización de la sección 7b, del canal de válvula 7; particularmente, se puede ver que la sección 7b, del canal de válvula 7, sale del alojamiento 2, en dos lados opuestos de la misma . A continuación el diseño fundamental y funcionamiento del ensamble de válvula de ventilación se explicará más detalladamente refiriéndonos a la Fig. 3, que muestra una ilustración esquemática del ensamble y a la Fig. 1. Aparte de la válvula de ventilación real 1, el ensamble de válvula de ventilación comprende un sensor 30, localizado preferentemente en el interior de la primera porción 7a, del canal de
válvula 7. Por medio del sensor 30, se puede detectar la penetración de material de colada fluido en el canal de ventilación 7. Además, se provee una unidad de control 32, que comprende una fuente de presión hidráulica 33, asi como una fuente de presión neumática 34. La fuente de presión hidráulica 33, está conectada a la cámara hidráulica por medio de un conducto de avance 36, y un conducto de retorno 37. Además, se ha provisto un ensamble de válvula de descarga 38, que comprende entre otras cosas una válvula de descarga 39, insertada en el conducto de retorno 37, por medio del cual se puede realizar un retiro rápido de una sobre presión que se presente en la cámara hidráulica 13. La opexación de la válvula de descarga 39, esto es, la abertura de la misma, se inicia por una señal desde el sensor 30, simbolizado en el dibujo por una conexión 40, que corre del sensor 30, a la válvula de descarga 39. Con el objeto de permitir que el disco de la válvula 23, sea accionado neumáticamente, se proveen dos conductos 41, 42, que corren de la fuente de presión neumática 34, a la cámara neumática 10. La presión baja en el canal de ventilación 7, puede medirse por medio de un
tercer conducto 43. Como una fuente de presión neumática, se provee una fuente de presión usualmente existente en el taller; sin embargo, es posible proveer también una fuente de presión separada. Además, conectado a la segunda sección 7b, del canal de ventilación 7, se provee una fuente de presión baja para ventilar a la fuerza la cavidad del molde de colada. Con el objeto de ventilar una cavidad de un molde de colada (no mostrado), por medio de la válvula de ventilación 1, esta última debe ponerse en su posición abierta como se muestra en la Fig. 1. Para este propósito se crea una sobre presión por medio del conducto 41, y del canal 29, en la parte izquierda 10a, de la cámara neumática 10, resultando en un movimiento del disco de válvula 23, junto con el miembro de cierre 20, a la derecha como se ve en la Fig. 1, en la posición abierta que se muestra en la figura 1. A continuación una sobre presión que llega hasta aproximadamente 100 kg/cm2, se desarrolla en la cámara -hidráulica 13, por medio del conducto 36, resultando en un abultamiento en la pared 14 de cámara 13, hacia el vastago de válvula 21, con lo cual el miembro de cierre 20, queda agarrado de
manera fija en su posición abierta. Ahora el otro lado del disco de válvula, esto es, el lado derecho como se ve en la Fig. 1, se somete a una sobre presión desarrollada por el conducto 42, y el canal 28, resultando en una guía neumática del disco de válvula 23, y con esto en el miembro de cierre 20, en la dirección hacia la posición cerrada. Se comprende que todos los elementos de la válvula de ventilación 1, están ajustados entre sí, de modo que el miembro de cierre 20, es detenido de una manera confiable por fricción en su posición abierta bajo la influencia de la pared deformada 14, aún si el disco de válvula 23, es guiado neumáticamente de manera total hacia la dirección de cierre del miembro de cierre 20. La válvula de ventilación 1, está en su posición de ventilación, en la cual el aire y los gases respectivamente, son succionados continuamente fuera de la cavidad del molde de colada a través del canal de válvula 7, antes y durante la operación actual de colada. Tan pronto como el material de colada haya alcanzado el sensor 30, este genera una señal eléctrica, la cual se usa, directa o indirectamente, para abrir la válvula de descarga
38. Al abrir la válvula de descarga 38, la sobre presión en la cámara hidráulica 13, se retira repentinamente porque únicamente una cantidad muy pequeña de fluido hidráulico tiene que descargarse fuera de la cámara hidráulica 13, con el objeto de permitir que la pared deformada 14, se mueva elásticamente regresando a su posición original. Una vez que la pared 14, ha regresado se suelta la acción de agarre por fricción sobre el miembro de cierre 20, y el miembro de cierre 20, guiado neumáticamente es rápidamente movido de su posición abierta a su posición cerrada. El disco de válvula 23, ayuda en este movimiento al absorber la energía cinética del miembro de cierre 20, en el sentido de un miembro de tope elástico. En otras palabras, primero el collarín o unión 25, del disco de válvula 23, choca contra la cubierta 11, y entonces, la energía cinética es absorbida por la parte intermedia que se deforma elásticamente 24, del disco de válvula 23. Para este objeto, el disco de válvula 23, se fabrica de un material elástico que tenga una propia amortiguación muy elevada, con lo cual la porción intermedia elástica 24, se diseña de modo, que sólo se deforme dentro del
límite de elasticidad del material Como un material para fabricar el disco de válvula 23, particularmente son útiles materiales de fibra compuesta porque tienen un peso ligero y porque, sus características pueden fácilmente influenciarse, por ejemplo, en lo que respecta a su comportamiento de amortiguamiento interno propio El ensamble disco de válvula/miembro de cierre se diseña y se le da unas dimensiones tales que la cabeza de válvula 22, no hace contacto sellante con el asiento de válvula 9, cuando el collarín 25, del disco de válvula 23, ha venido a descansar sobre la cubierta 11, de la cámara neumática 10. Así, la energía ~ cinética transmitida durante el movimiento de cierre al miembro de cierre 20, se absorbe de una manera controlada. Una vez que el collarín 25, del disco de válvula 23, haya llegado a descansar sobre la cubierta 11, de la cámara neumática 10, el disco de válvula 23, es deformado posteriormente de manera elástica bajo la influencia de la energia cinética todavía existente en el miembro de cierre 20, de tal modo que la cabeza de válvula 22, ahora se apoya de manera sellante sobre el asiento de
válvula 9 . Tal estado de formado del disco de válvula 23, en el cual el asiento de válvula 9, está cerrado herméticamente por la cabeza de válvula 22, se mantiene en tanto que esté presente una sobre presión mínima por ejemplo, de 5 kg/cm2 en la cámara neumática 10. En vez de medios neumáticos para guiar al miembro de cierre 20, es posible usar resortes para este propósito. Además, en vez de una cámara deformable hidráulicamente en la pared 14, pueden usarse piezocris tales para fijar por fricción el miembro de cierre 20, bajo la influencia de un voltaje eléctrico. Se comprende que un ensamble de válvula de ventilación podría proveerse comprendiendo más de una válvula de ventilación 1. Además en vez de una válvula de disco se podría usar una válvula cilindrica o plana. Las ventajas esenciales del ensamble de válvula de ventilación y particularmente, de la válvula de ventilación de acuerdo con la invención, pueden resumirse como sigue: - la válvula de ventilación es útil de manera universal porque el cierre de la misma se realiza independientemente del proceso aplicado, esto es, independientemente de los parámetros
operativos del ensamble dé colada y del material de colada. J el elemento de cierre se mueve de su posición abierta a su posición cerrada de manera confiable y muy rápidamente, esto es en "el margen de 1-2 micro segundos. Así, la válvula de ventilación únicamente debe cerrarse cuando la cavidad de colada está completamente llena. la válvula de ventilación es de un diseño simple y tiene pocas partes movibles. Además no deben proveerse guarniciones, resortes, etc., por lo tanto es muy compacta casi no necesita mantenimiento, es confiable y puede fabricarse a un costo bajo. Además, ofrece una sección transversal de ventilación grande. - el elemento de cierre _se desacelera de una manera controlada, lo cual da como resultado un tiempo de servicio incrementado de la válvula de ventilación. - el diseño redondo ofrece. muchas ventajas con respecto a su instalación.