WO2020097700A1

WO2020097700A1 - Unidade hidráulica com bombas paralelas ligadas a servo motor e seu uso

Info

Publication number: WO2020097700A1
Application number: PCT/BR2019/000037
Authority: WO
Inventors: Ércio Miguel NEMA
Original assignee: Drausuisse Brasil Comercio E Locacao De Unidades Hidraulicas Inteligentes S.A.
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2020-05-22
Also published as: EP3882471A1; EP3882471A4; BR102018073539A2; MX2021005591A; EP3882471B1

Abstract

A invenção compreende um sistema inteligente que fornece a máquina ou equipamento somente o volume de óleo que será utilizado para realizar aquele ou mais movimentos, eliminando o envio de óleo em excesso que depois acaba sendo conduzido de volta para o tanque num sistema de ventagem. A unidade em questão contém um fuso de esferas(7), que é acionado por um servo motor(6), e ambos tem a função de deslocar para cima e para baixo duas camisas(5E e 5D) hidráulicas, de duas bombas(1e 2) hidráulicas de pistão, que são montadas em paralelo e são distintas entre si, cuja função é sugar óleo hidráulico de um reservatório(18) de óleo e bombear este óleo pressurizado para dentro de um, ou mais, acumulador de pressão(14E e 14D) hidráulica, executando este bombeamento continuamente com movimentos alternados de subida e descida, até que o acumulador de pressão (14E e 14D) hidráulica fique plenamente cheio e, quando estiver pleno, um pressostato(25) irá comandar eletronicamente a parada do servo motr(6) e o mesmo somente será novamente ativado quando algum atuador hidráulico, da máquina ou equipamento que está utilizando esta invenção, se movimentar para realizar um trabalho, sendo que, desta forma, o servo motor(6) irá comandar o bombeamento e envio de óleo para o sistema, mas somente o volume necessário para ser reposto no acumulador de pressão(14E e 14D) hidraulica, gerando assim grande economia de energia elétrica, utilizando baixo volume de óleo, reduzindo o ruído e baixando a temperatura do óleo.

Description

UNIDADE HIDRÁULICA COM BOMBAS PARALELAS LIGADAS A SERVO

MOTOR E SEU USO

INTRODUÇÃO

[0001] A presente patente de invenção refere-se a uma unidade hidráulica, com dimensões compactas, com capacidade de atender diversas aplicações, o qual tem como destaque a utilização de um servo motor de baixa potência, acoplado a um fuso de esferas que, em conjunto, realizam movimentos alternados de rotação no sentido de movimentar o êmbolo de uma bo ba de pistão, direita e esquerda, para cima e para baixo, de forma que, com tais movimentos, é possível succionar/bombear o óleo, que tem determinado volume deslocado sob certa pressão em cada movimento executado. CAMPO DE APLICAÇÃO

[0002] A presente invenção tem o seu campo de aplicação voltado para movimentação dos atuadores hidráulicos na grande maioria das máquinas e equipamentos que operam com óleo hidráulico .

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[0003] As unidades hidráulicas convencionais tem uma função muito especifica, os quais, na sua grande maioria, são utilizados motores elétricos convencionais para acionar a bomba hidráulica, que bombeia continuamente o óleo retirado de um grande reservatório para ser utilizado para movimentar atuadores hidráulicos e, quando estes atuadores estão em repouso, o óleo continua a ser bombeado; nesta condição, este óleo, que não é utilizado para movimentar os atuadores, é direcionado de volta para o reservatório de forma continua, executando o que é conhecido como "ventagem" .

[0004] É de conhecimento dos técnicos no assunto que as unidades hidráulicas convencionais potencializam e controlam uma determinada força, que possibilita de forma fácil o controle e movimento dos atuadores hidráulicos, e que apresentam funções especificas para as máquinas industriais, como, por exemplo, prensas, bem como geração de energia, mineração e equipamentos siderúrgicos.

PROBLEMAS A SEREM RESOLVIDOS

[0005] Abaixo são listados alguns limitantes das unidades hidráulicas convencionais:

[0006] Consumo de energia elétrica - nos modelos convencionais, os motores elétricos trabalham em regime constante, acionando pelo menos uma bomba hidráulica que envia óleo para o sistema de forma continua e, quando os atuadores hidráulicos ficam em repouso, sem realizar nenhum movimento, o óleo que vem da bomba é desviado de volta para o reservatório de óleo, através de uma válvula, seja direcional ou de segurança, e este óleo desperdiçado consome energia elétrica que não está sendo utilizada para realizar trabalho .

[0007] Geração de calor - o atrito do óleo passando pelas válvulas de retorno para o reservatório de óleo gera calor e, quando retornam para o reservatório, são novamente bombeados, num sistema de recirculação, e o próprio movimento de sucção e compressão do óleo no bombeamento também geram calor .

[0008] Geração de ruido - o atrito no contato de metal com metal nas partes móveis das bombas, sejam elas de Pistões, Palhetas, Parafuso ou Engrenagem, gera ruídos que, quando se repetem na frequência da rotação do motor elétrico, podem atingir elevados niveis que são prejudiciais para a audição, obrigando os usuários a utilizarem protetores auriculares .

[0009] Utilização de bombas cujas partes móveis atritam frequentemente - o contato de metal com metal se atritando nos modelos de bombas atuais, seja de Pistão, Palhetas, Parafuso ou Engrenagem, tem como consequência um aumento na folga que já existe entre estes componentes móveis, gerando perda de pressão e liberando partículas sólidas que se desprendem das partes metálicas pelo processo de desgaste, partículas estas que são altamente prejudiciais para o bom funcionamento das válvulas direcionais hidráulicas .

[0010] Vazamentos - nas bombas de pistão, existe uma folga entre o eixo e o furo dos pistões, normal de projeto, para permitir o deslocamento do mesmo. Esta folga em bombas novas representa uma perda de 15% de pressão hidráulica e também de vazão de óleo que, com o passar do tempo, tem esta folga aumentada pelo desgaste e, consequentemente, a deficiência do bombeamento aumenta, até atingir o ponto em que a pressão de trabalho não consegue ser atingida por causa do vazamento que existe na folga entre o eixo e o furo, ao ponto de não atender mais a necessidade da aplicação, exigindo reparos, o que acontece também nas bombas de Palhetas, Engrenagem e de Parafuso.

[0011] Travamento - a liberação de partículas metálicas resultantes do atrito entre as partes móveis das bombas, pode causar o travamento das válvulas direcionais hidráulicas, principalmente nas válvulas proporcionais que atuam com maior grau de precisão no seu posicionamento. Como já comentado, estas partículas metálicas são liberadas em razão do atrito constante das partes móveis das bombas, principalmente nas bombas de Pistão, Palhetas, Engrenagem ou Parafuso, que são necessárias e inevitáveis devido ao seu projeto construtivo.

ESTADO DA TÉCNICA

[0012] O atual estado da técnica antecipa alguns documentos de patentes que versam sobre a matéria em apreço, como o US5261810A, depositado em 16/09/1992 e publicado em 16/11/1993, intitulado "SISTEMA DE FECHAMENTO E LIMPEZA", que consiste em um fuso de esferas que aciona o movimento axial de avanço e retorno de um êmbolo hidráulico, montado no mesmo eixo axial, que tem a função de succionar e bombear óleo .

[0013] O documento acima citado funciona como uma bomba de pistão, que é composto por um êmbolo com haste passante nas duas faces, sendo que em uma delas está fixada a porca do fuso de esferas, se limitando apenas a bombear o óleo .

[0014] O outro documento, US6079797A, depositado em 12/02/1999 e publicado em 27/06/2000, intitulado "BOMBA DUPLA DE AÇÃO BOLA DE PARAFUSO", que apresenta uma construção mecânica diferente da anterior, mas, da mesma forma, é composto por um fuso de esferas que está montado no mesmo eixo axial, de um só pistão, que se movimenta em função da rotação do fuso de esferas.

[0015] O documento acima descreve um sistema que funciona como uma bomba de pistão, composto pela porca do fuso de esferas, que está fixada em uma das extremidades da haste do pistão e, quando o fuso gira, o que ocorre em ambos os sentidos, o pistão também se movimenta no sentido axial, realizando o trabalho de sucção de óleo e bombeamento, sendo que todo o conjunto se encontra alinhado no mesmo eixo. OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0016] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica com bombas hidráulicas paralelas, a qual opera em conjunto com um servo motor interligado às bombas por um fuso de esfera, o que torna a unidade hidráulica económica e compacta.

[0017] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica capaz de economizar expressivamente o consumo de energia elétrica que, em alguns casos, podem chegar a uma economia de 90%, comparado com os sistemas convencionais .

[0018] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica que utiliza os acumuladores de pressão hidráulica como parte integrante do sistema para atuar como elemento garantidor de fornecimento continuo de óleo. Assim, é possível eliminar o sistema de ventagem do óleo, ou seja, nesta invenção, quando os atuadores hidráulicos estiverem em repouso, um pressostato registrará um aumento de pressão no sistema e o servo motor vai parar de funcionar para interromper o bombeamento de óleo para evitar que a válvula de segurança abra para desviar o óleo em retorno para o reservatório, circulando em vazio, gerando aquecimento do óleo, como acontece nos sistemas convencionais.

[0019] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica capaz de gerar quatro pressões distintas, sem necessidade de alteração dos padrões eletrónicos do equipamento .

[0020] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica que, por operar mergulhada no reservatório de óleo, impede vazamentos.

[0021] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica cujas duas bombas operam com as camisas móveis nas respectivas hastes hidráulicas.

[0022] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica capaz de reduzir o ruído, realizando o trabalho de bombeamento de óleo de uma forma silenciosa, reduzindo significativamente o ruído, quando comparado com os sistemas atuais.

[0023] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica capaz de reduzir drasticamente o volume de óleo do reservatório de óleo em até 80% em relação ao sistema convencional.

[0024] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica capaz de reduzir o espaço físico do conjunto em relação aos sistemas atuais.

[0025] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica capaz de separar as partes metálicas móveis, que se movimentam, utilizando elementos de vedações e mancais auto lubrificantes permanentes.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0026] A unidade hidráulica reivindicada tem seu funcionamento baseado na rotação de um fuso de esferas, em ambos os sentidos, acionado por um servo motor. A unidade hidráulica é constituída por duas bombas hidráulicas, montadas fora do eixo axial do fuso de esferas, estando tais bombas montadas em paralelo entre si, tendo um terceiro eixo central entre elas, que é o fuso de esferas que possui a sua porca inserida em uma peça, que está fixada nas camisas hidráulicas das duas bombas hidráulicas, que se movimentam para cima e para baixo para fazer o trabalho de bombeamento. O trabalho de bombeamento consiste em succionar o óleo do reservatório para encher uma câmara hidráulica, enquanto o óleo da outra câmara está sendo bombeado, e no fim do curso de deslocamento ocorre a reversão do movimento, que acontece com um diferencial importante, que é a haste do pistão da bomba que, ao invés de se movimentar, é fixa e estática, sendo que quem se movimentam são as camisas hidráulicas das bombas, realizando o trabalho de sucção e bombeamento sob pressão .

VANTAGENS DA INVENÇÃO

[0027] Em suma, a presente invenção apresenta como vantagens mais preponderantes:

[0028] Versatilidade - equipamento inteligente que fornece apenas o volume de óleo necessário para realizar aquele movimento, apresentando como resultado uma economia significativa de energia elétrica.

[0029] Economia - economia de até 90% de energia elétrica comparado com as unidades hidráulicas convencionais .

[0030] Conforto termo-acústico. [0031] Sustentabilidade - Redução de até 90% do volume de óleo do reservatório.

[0032] Independência - não precisa de equipamentos auxiliares para refrigeração do óleo hidráulico. Reduz e estabiliza a temperatura do óleo hidráulico.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0033] A invenção será, a seguir, descrita em sua forma de realização, sendo que, para melhor entendimento, referências serão feitas aos desenhos anexos, no qual estão representadas :

FIGURA 1: Vista em corte da unidade hidráulica com bombas paralelas ligadas a servo motor;

FIGURA 2: Detalhe ampliado da ligação do fuso de esfera a peça de ligação às bombas.

DESCRIÇÃO TÉCNICA DETALHADA DA INVENÇÃO

[0034] A UNIDADE HIDRÁULICA COM BOMBAS PARALELAS LIGADAS A SERVO MOTOR refere-se a uma unidade hidráulica (U) multifuncional, composta por duas bombas (1 e 2) hidráulicas montadas em paralelo, podendo ser classificadas como bombas de pistão com um grande diferencial inovador, pois os pistões representados pelas hastes (3E e 3E' , 4D e 4D' ) hidráulicas são estáticos, fixados em mancai (4S) rolamentado e na base (41) , e quem se movimenta para realizar o bombeamento são as camisas (5E e 5D) hidráulicas das bombas (1 e 2) hidráulicas. O funcionamento ocorre da seguinte forma: o servo motor (6) está acoplado em um mancai (4S) rolamentado que tem o fuso de esferas (7) acoplado na outra face, com a função de deslocar a porca (8) do fuso de esferas (7) para cima ou para baixo, de acordo com o sentido de rotação do servo motor (6) . Quando o fuso de esferas (7) estiver girando no sentido horário, por exemplo, a porca (8) do fuso de esferas (7) que está acoplada e fixada numa peça (9) de ligação entre as duas bombas (1 e 2) hidráulicas, começa a ser deslocada para cima, trazendo consigo as camisas (5E e 5D) hidráulicas das duas bombas (1 e 2) hidráulicas que, como já comentado, são interligadas entre si através desta peça (9) de ligação.

[0035] Assim, as camisas (5E e 5D) hidráulicas das bombas (1 e 2) hidráulicas deslizam sobre as hastes (3E e 3E' , 4D e 4D') hidráulicas, que são estáticas e fixadas no mancai (4S) rolamentado e na base (41) . Quando as camisas (5E e 5D) hidráulicas das bombas (1 e 2) hidráulicas começam à subir, o óleo que está em repouso na câmara hidráulica inferior (11E e 11D) começa a ser pressionado e começa a se deslocar para fora, passando primeiro pelo furo (FE' e FD' ) de passagem de óleo da câmara hidráulica inferior (11E e 11D) , passando por dentro da haste (3E' e 4D' ) hidráulica inferior saindo pelo orifício (21 e 22) abrindo a válvula de retenção (V3 e V4) inferior e passando por ela para ficar armazenado nos acumuladores de pressão (14E e 14D) hidráulica, onde permanecerá em repouso e pronto para ser utilizado, quando necessário, por meio do bloco manifold (15 e 16) .

[0036] No mesmo movimento de subida, enquanto o óleo hidráulico está sendo deslocado para dentro dos acumuladores de pressão (14E e 14D) hidráulica, está ocorrendo, simultaneamente, o preenchimento de óleo da câmara hidráulica superior (10E e 10D) , que acontece por meio de uma sucção gerada pelo êmbolo (17E e 17D) hidráulico da bomba (1 e 2) hidráulica, que succiona o óleo do reservatório (18) de óleo passando pelo filtro (23 e 24) de sucção que forçam a abertura da válvula de retenção (VI e V2) superior, passando pelo orifício (13 e 14), onde é conduzido por dentro da haste (3E e 4D) hidráulica superior, chegando posteriormente até a câmara hidráulica superior (10E e 10D) , permanecendo em repouso.

[0037] Ao chegar no final de curso do deslocamento da camisa (5E e 5D) hidráulica da bombas (1 e 2) hidráulicas, ainda no movimento de subida, um comando eletrónico é dado e ocorre a inversão no sentido de rotação do servo motor (6), fazendo com que o fuso de esferas (7) comece a girar no sentido inverso, ou seja, no sentido anti-horário, deslocando a porca (8) do fuso de esferas (7) para baixo e levando consigo as duas bombas (1 e 2) hidráulicas, que agora começam a comprimir o óleo que estava em repouso na câmara hidráulica superior (10E e 10D) , fazendo com que o mesmo seja conduzido para o furo (FE e FD) de passagem de óleo da câmara hidráulica superior (10E e 10D) , passando por dentro da haste (3E e 4D) hidráulica superior e saindo pelo orifício (12 e 13) , forçando a abertura da válvula de retenção (VI e V2) superior e armazenando no interior dos acumuladores de pressão (14E e 14D) hidráulica, permanecendo em repouso e pronto para ser utilizado, quando necessário, por meio do bloco manifold (15 e 16) .

[0038] Durante a descida das bombas (1 e 2) hidráulicas, o óleo começa a preencher a câmara hidráulica inferior (11E e 11D) , por meio da sucção realizada pelo êmbolo (17E e 17D) hidráulico, que suga o óleo passando pelo filtro (19 e 20) de sucção, forçando a abertura da válvula de retenção (V3 e V4) inferior que puxa o óleo do reservatório (18) de óleo, passando pelo orifício (21 e 22) da câmara hidráulica inferior (11E e 11D) , sendo conduzido através da haste (3E' e 4D' ) hidráulica inferior e chegando na câmara hidráulica inferior (11E e 11D) , passando pelo furo (FE' e FD' ) de passagem de óleo, entrando em regime contínuo de bombeamento.

[0039] Quando os acumuladores de pressão (14E e 14D) hidráulica estiverem cheios, haverá um aumento de pressão hidráulica, que irá acionar o pressostato (25) que irá comandar a parada do servo motor (6) e, consequentemente, irá cessar o bombeamento, mantendo o sistema em regime de espera . [0040] No momento em que um dos atuadores, da máquina que irá utilizar esta invenção, se movimentar, haverá uma pequena queda na pressão interna dos acumuladores de pressão (14E e 14D) hidráulica, e o pressostato (25) automaticamente irá comandar o funcionamento imediato da bomba (1 e 2) hidráulica, que irá repor instantaneamente o volume de óleo que foi utilizado. Se não houver utilização do óleo pelos atuadores, as bombas (1 e 2) hidráulicas permanecerão em repouso, porém mantendo todo o sistema pressurizado.

[0041] Esta invenção também permite produzir simultaneamente quatro pressões hidráulicas diferentes, sendo duas pressões no movimento de subida e duas pressões no movimento de descida.

[0042] Produzir quatro pressões diferentes, sem alterar os parâmetros eletrónicos do equipamento, é possível porque as duas camisas (5E e 5D) hidráulicas, apesar de terem o mesmo diâmetro interno, poderão ter os diâmetros das hastes (3E e 3E' , 4D e 4D' ) hidráulicas diferentes uma da outra, ou seja, áreas diferentes na câmara hidráulica superior (10E e 10D) e na câmara hidráulica inferior (11E e 11D) que, recebendo a mesma força, terá como resultado pressões diferentes e, neste caso, cada câmara hidráulica (10E, 10D, 11E, 11D) poderá estar ligada ao seu próprio acumulador de pressão (14E e 14D) hidráulica, o que permite mais flexibilidade a versatilidade a esta invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1) Unidade hidráulica com bombas paralelas ligadas a servo motor caracterizada por compreender:

uma primeira bomba hidráulica (1) compreendendo uma camisa hidráulica (5D) , uma câmara hidráulica superior

(IOD) , uma câmara hidráulica inferior (11D) , um êmbolo (17D), duas hastes hidráulicas (4D, 4D' ) , um acumulador de pressão hidráulica (14D) e um êmbolo (17D) ;

uma segunda bomba hidráulica (2) compreendendo uma camisa hidráulica (5X) , uma câmara hidráulica superior

(IOE) , uma câmara hidráulica inferior (11E) , um êmbolo (17E) , duas hastes hidráulicas (4E, 4E' ) , um acumulador de pressão hidráulica (14E) e um êmbolo (17E) ;

um servo motor (6) , acoplado a um mancai (4S) rolamentado que possui um fuso de esferas (7) acoplado na outra face;

um pressostato (25) ;

um reservatório (18);

uma válvula de retenção superior (VI, V2) ;

uma válvula de retenção inferior (V3, V4) ;

um filtro de sucção (23, 24) ;

em que as duas bombas hidráulicas montadas em paralelo trabalham em conjunto com o servo motor; e

em que o fuso de esferas possui a função de deslocar a porca (8) do fuso de esferas (7) para cima ou para baixo, de acordo com o sentido de rotação do servo motor (6) .

2) Unidade hidráulica com bombas paralelas ligadas a servo motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por as hastes (3E, 3E' , 4D, 4D' ) hidráulicas serem estáticas, fixadas no mancai (4S) rolamentado e em uma base (41) .

3) Unidade hidráulica com bombas paralelas ligadas a servo motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por as camisas hidráulicas (5D, 5E) das bombas hidráulicas (1, 2) se movimentarem para realizar o bombeamento. 4) Unidade hidráulica com bombas paralelas ligadas a servo motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por opcionalmente as hastes hidráulicas (3E, 3E' , 4D, 4D' ) terem diâmetros diferentes produzindo quatro diferentes pressões .

5) Unidade hidráulica com bombas paralelas ligadas a servo motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por trabalhar mergulhada no óleo.

6) Unidade hidráulica com bombas paralelas ligadas a servo motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por os acumuladores de pressão hidráulica (14D, 14E) atuarem como elemento garantidor de fornecimento continuo de óleo para eliminar a interrupção de fluxo de óleo durante a reversão do movimento .

7) Uso da unidade hidráulica conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que é para movimentação dos atuadores hidráulicos que operam com óleo hidráulico.

8) Uso, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que até 90% do volume de óleo do reservatório é reduzido.

9) Uso, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por gerar uma economia de até 90% de energia elétrica.