WO2024056924A1 - Actuador electromecánico - Google Patents

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WO2024056924A1
WO2024056924A1 PCT/ES2023/070537 ES2023070537W WO2024056924A1 WO 2024056924 A1 WO2024056924 A1 WO 2024056924A1 ES 2023070537 W ES2023070537 W ES 2023070537W WO 2024056924 A1 WO2024056924 A1 WO 2024056924A1
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WO
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spindle
electromechanical actuator
movement
load
inner sleeve
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Application number
PCT/ES2023/070537
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver BIEITO OCHOA
Original Assignee
Bieito Ochoa Oliver
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Publication date
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B9/00—Presses specially adapted for particular purposes
    • B30B9/30—Presses specially adapted for particular purposes for baling; Compression boxes therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B30B9/30—Presses specially adapted for particular purposes for baling; Compression boxes therefor
    • B30B9/306—Mechanically-driven presses
    • B30B9/3064—Mechanically-driven presses by screw means
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    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/2037—Actuator supports or means for fixing piston end, e.g. flanges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/204—Axial sliding means, i.e. for rotary support and axial guiding of nut or screw shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • F16H25/2454—Brakes; Rotational locks
    • F16H2025/2463—Brakes; Rotational locks using a wrap spring brake, i.e. a helical wind up spring for braking or locking

Definitions

  • Electromechanical actuator is Electromechanical actuator.
  • the present invention falls within the framework of high-performance electromechanical actuators subjected to forces above 600KN and with strokes greater than 1500mm.
  • the object of the invention is to provide an electromechanical actuator with a design capable of withstanding high loads, displacements and the harsh working conditions demanded by the industrial applications for which it has been designed, without incurring too large or expensive elements, presenting a greater rigidity than other existing mechanisms and therefore a greater capacity, reducing the useful section of the stems and lightening the system, all with a structure that extends the useful life of the device and minimizes its maintenance, being better protected/insulated against dirt.
  • actuators designed for heavy loads multiple inventions relating to electromechanical actuators or mechanisms associated therewith are known.
  • the device described in said patent US4500805 is formed by a set of four stems arranged circumferentially and joined at both ends through fixing screws, which limits the movements and maximum loads. supported due to the increase in buckling length.
  • This device has two bearing housings at the front and rear formed by angular ball bearings arranged in a line joined back to back. This design presents an important limitation in the life of the elements, as well as in the load to be supported.
  • this device involves four stems arranged circumferentially with a single closing element with four axial openings to allow the passage of the stems.
  • This arrangement poses a problem primarily in dirty environments where large amounts of dust and particles can enter through the openings, causing a problem with the spindle or reducing the life of the bearings.
  • irreversibility systems are known for electromechanical actuators such as the one described in the German patent DE3444946A1, which consists of an irreversibility system activated by a helical spring connected to two shoes at the ends arranged with slots so that they fit with little clearance into a key. placed on the axis on the spindle side.
  • the electromechanical actuator of the invention fully satisfactorily resolves the problems previously stated in each and every one of the aspects discussed.
  • the solution aims to replace all the hydraulic technology of presses, both continuous and double drawer, double compression, etc., within both the recycling and agricultural sectors, without ruling out other areas in which similar performance is required.
  • the invention drastically increases the specifications of the electromechanical actuators above the threshold of 600KN and 1500mm stroke, generating new applications in the industry, reducing design and engineering times, enjoying the advantages of electromechanics such as energy savings and rapid return on investment.
  • the device of the invention is made up of a spindle, a planetary roller nut, an irreversibility system, one or more servomotors coupled directly to the spindle or through a mechanical transmission or various mechanical elements so that the torque input to the spindle is the sum of the torques supplied by each servomotor individually, a set that is encapsulated in a cylindrical tube or inner jacket.
  • the front section of the planetary roller nut, in the thrust direction of the load, is linked to a thrust connector which may be cylindrical, and may have two or more cylindrical tubes, arranged around the spindle, with the inner walls threaded. to accommodate two or more rods with threaded ends, and which at their other end thread into a load distribution foot, feet that are joined by a flange to the cover of an outer sleeve, with a diameter greater than that of the previously inner sleeve mentioned, so that this outer jacket slides forward and backward according to the movements of the nut, covering all the entry routes for material from the outside.
  • the anchoring means for the mass to be moved are joined by any conventional means to the cover of the outer jacket. Said anchoring means may take different forms depending on the anchoring needs required by the mass to be moved.
  • a tubular structure is fixed to the inner jacket through a flange that includes means of fixing it to different parts of the machine that will adopt the shapes that the machine requires.
  • the nut it is housed in the cylindrical closure housing that has an internal geometry complementary to the exterior geometry of the nut to prevent the nut from rotating within the closure housing.
  • the closure housing has a flange in its central outer area for connection to the push connector through the flange, leaving a circular guide in the middle.
  • a front housing constituted by the tubular body of a centering piece that contains two or more axial roller bearings or similar arranged in opposition to the load of the pressing movement, contained individually in individual housings that in turn fit into the tubular body of the centering piece arranged around the spindle, from which two or more external discs emerge externally, which allow part of the loads supported by the axial bearings to be distributed to the inner sleeve, with two or more openings equipped with linear bearings for the passage and guidance of the stems parallel to the spindle.
  • the individual bearings and housings are connected to each other by connectors, so that axial movement in the direction of load displacement is restricted, by means of sealing washers and a sealing front cover.
  • the centering piece has means of fixing it to the inner sleeve, so the rods that pass through the centering piece cannot rotate on the axis of the spindle, which restricts the rotation of the planetary nut linked to the thrust connector.
  • the interior of the front housing is kept completely sealed by seals placed in the front and rear openings of the housing.
  • the rear housing is made up of an external rear housing formed by a tubular body equipped with two or more external discs that allow part of the loads supported by the axial bearings to be distributed to the inner sleeve whose rearmost disc is larger in diameter than the rest and On its outer perimeter it has holes for fixing it to a flange of the inner sleeve, through which most of the load distributed by the axial bearings is transmitted to the inner sleeve.
  • the tubular body of the outer rear housing in turn houses the irreversibility system and an inner rear housing of axial bearings of tubular structure with an internal circular rib that acts as a spacer between at least one axial bearing arranged in opposition to the load of the movement of pressed located in the front section of the inner rear housing, if it contains more than one axial bearing, these will in turn be individually contained in individual housings connected to each other by connectors, and at least one axial bearing in its rear section arranged opposite to each other. the load of the retraction movement, if it contains more than one axial bearing, these will in turn be individually contained in individual housings connected to each other by connectors.
  • the outer rear housing will be sealed by seals located in the front and rear openings of said housing.
  • This arrangement and structure of the stems, the front and rear housings, the axial bearings, of the thrust connector and of the load distribution flanges allows the load capacity and stroke of the actuator to be expanded, and improving the absorption of the buckling loads of the stems with smaller diameters, reducing costs and lightening the solution.
  • the device features an irreversibility system containing a driving shaft with two keys connected with a driven shaft (spindle extension) and a C-shaped spring, with some preload in the rest state with a trigger attached to each end encapsulated in a cylinder of revolution and retained by a retaining washer, the rotation and movement of the cylinder of revolution has been limited by means of a cover with a protuberance with an interlocking and complementary geometry to that of the cylinder of revolution.
  • the C-shaped spring is coupled to the driving shaft so that the plates of the revolution cylinder come into contact with the triggers which in turn have to fit with the keys of the driven shaft. Based on this structure, the mechanism allows movement in both directions if the movement starts in the driving axis when the spring preload is reduced and blocks the system if the movement starts in the driven axis when the preloaded spring load increases.
  • a C-shaped spring with respect to a helical spring, allows, on the one hand, to establish in the same plane the activation mechanisms of the irreversibility system of the movement coming from the driven axis, regardless of whether the movement is clockwise. or counterclockwise, reducing the length of the revolution element where the irreversibility system is housed, simplifying the structure of the system and its installation, which results in a reduction in the total length of the actuator.
  • the larger friction surface of the C-shaped spring and the specific structuring of the system increases the resistance to reversal movement to the point that the actuator will collapse sooner to allow the reversal of the spindle movement.
  • the inner sleeve has four elements screwed to it, with adjustment nuts and sealing gaskets, having four or more threaded holes for the implantation of the elements. screwed, so that they coincide with the planned guide connected to the planetary nut, in the position called parking position, allowing the replacement of spare parts, or the operating position with the screwed elements tangent to the inner diameter of the inner sleeve and adjusting nuts, sealing the system, for normal operation.
  • the load distribution feet associated with the opposite ends of the stems that are linked to the planetary nut that moves the spindle through the push connector these are formed by an internally threaded cylindrical tube integral with a distribution flange. load, which is fixed to the cover of the outer jacket at the free end of the actuator, restricting the relative movement of the outer jacket with respect to the rods.
  • the stems that participate in the device are linked together at their end opposite the planetary nut by means of the load distribution feet fixed to the cover of the outer jacket and the two or more outer discs of the centering piece, so that the last of said discs or in a more rearward position thereof defines a contact surface with the inner sleeve, presenting an angled chamfer, and the first of said discs or in a more forward position has a larger diameter than the rest, with holes on its outer perimeter for fixing to a flange arranged on the inner casing.
  • This first outer disc is the one that transmits, through the fixing flange, to the inner sleeve most of the load transmitted by the axial bearings to the individual housings and from the individual housings to the centering piece.
  • the actuator can be assisted by two servomotors connected to a gear transmission of any type, so that the torque transmitted to the spindle is the sum of the torques transmitted by each servomotor individually, in addition to being connected in the “load sharing” mode, sharing loads on demand.
  • the tube that makes up the inner jacket can have any section, whether circular as described above or square, rectangular, oval, etc. Consequently, all elements adjustable to said inner jacket must have a shape or section corresponding to that of the inner jacket.
  • Figure 1 Shows a section view of the device of the invention according to an embodiment variant in which the device presents a configuration of a single servomotor connected by direct coupling and the details N and O enlarged.
  • DETAIL- N.- Shows an isometric section of the front bearing housing of the device of the invention.
  • DETAIL- O.- Shows an isometric section of the rear bearing housing of the device of the invention.
  • Figure 2. Shows an isometric perspective exploded view of the internal components of the device of the invention and the connection between them.
  • Figure 3.- Shows an isometric perspective section of the disassembly of the bearing housings shown in details N and O.
  • Figure 4.- Shows the side view of the device of the invention without propulsion means represented and in order to locate the L-L section and the enlarged U detail of the L-L section
  • SECTION L-L Shows a section of the “parking position” on the location plane of the bolted joints.
  • DETAIL- U.- Shows an enlarged detail of the L-L section at the level of one of the screwed joints.
  • Figure 5. Shows an isometric view of the extraction of the spindle and nut as support material for the explanation of the replacement of the spindle and nut.
  • Figure 6. Shows an isometric view of the assembly of the new spindle and the nut with the two or more stems, prior to insertion into the closure sleeve.
  • Figure 7. Shows an isometric view of the procedure described in the memory for centering the spindle and nut through the screwed units.
  • Figure 7.1. Shows two details in profile and front elevation of the assembly in figure 7 at the level of the free end of the spindle.
  • Figure 8. Shows an exploded view of the elements that make up the irreversibility of movement system.
  • Figure 9. Shows a side view of the device of the invention necessary to locate the M-M section.
  • Figure 10. Shows a diametrical section of the device, to position the R and S details.
  • DETAIL R.- Shows the distribution of stresses through the axial bearings in the front housing.
  • DETAIL S.- Shows the stress distribution through the axial bearings in the rear housing.
  • the device of the invention involves a spindle (11), connected to a nut (13) with planetary rollers, balls or similar, spindle that is driven by at least one servomotor (40). ), connected through direct coupling or a chain transmission where in the case of two drive units both will be connected on the same axle or different axles, if they are mechanically linked so that the torque transmitted to the spindle is the sum of the torques generated by each servomotor (solution not represented in the drawings).
  • the servomotor (40) drives the spindle (11) linked to the nut (13), whose rotation is restricted by means that will be presented later, so that it moves longitudinally in the axial axis in both directions and everything
  • the assembly is encapsulated and closed in all directions by an inner jacket (14), a front cover (26) and a rear cover (25).
  • the spindle (11) is supported at both ends by two bearing housings, front and rear, represented in DETAIL-N, DETAIL-R and DETAIL-O, DETAIL-S.
  • the front housing that supports the greatest axial loads in the opposite direction to the pressing movement is constituted by the tubular body (30) of a centering piece (16) that contains two or more axial roller bearings (28) equal or different depending on the specific design criteria of each case, arranged in opposition to the load of the pressing movement, individually contained in individual housings (19) that in turn fit into the tubular body (30) of the centering piece (16) arranged around the spindle (11), from which two or more outer discs (31) emerge externally, which allow the loads supported by the axial bearings (28) to be transmitted to the inner sleeve (14), with two or more openings (16A) for the passage of stems (2) parallel to the spindle, the openings (16A) of the most anterior outer disk (31) being provided with linear bearings (27) for guiding the stems (2).
  • the axial bearings (28) and the individual housings (19) are connected to each other by connectors (20), so that the axial movement in the direction of the displacement of loads is restricted, by means of closing washers (29) and a cover front (26) closure.
  • the centering piece has means of fixing it to the inner sleeve, so the stems (2) that pass through the centering piece (16) cannot rotate on the axis of the spindle, which restricts the rotation of the linked nut (13). to the push connector (1).
  • the choice of axial bearings and the configuration of their corresponding front and rear housings is not a mere design option, but rather responds to the type of specific loads supported by the actuator and the distribution and transmission of the same to the inner sleeve (14). More specifically, the actuator supports two types of axial stresses in opposite directions to the movement of the actuator, the load of the pressing movement (CP) and the load of the retraction movement (CR). Said tensions are transmitted as shown in DETAILS R and S, represented by arrows, so that said loads are transmitted obliquely through the axial bearings (28), arranged opposite the axial load to be supported, towards the outer area.
  • the front housing exclusively receives the load from the pressing movement (CP), which is transmitted axially through the closing washers (29) and connector (47) to the most forward of the axial bearings (28), which transmits it obliquely to its corresponding housing.
  • the oblique load transmitted to the individual housing (19) is transmitted by it to the tubular body (30) and to the next individual housing (19).
  • the oblique load transmitted to the tubular body (30) of the centering piece (16) is transmitted to the inner sleeve (14) through the outer discs (31), while the load transmitted to the connector is transmitted axially to the next axial bearing (28).
  • This load transmission process is systematically repeated until reaching the most posterior of the axial bearings (28) of the front housing, which obliquely transmits the axial load supported directly on the final section of the tubular body (30) of the centering piece (16). , which constitutes the housing of said axial bearing, which in turn transmits them to the inner sleeve (14) through the outer discs (31) and axially through the flange of the inner sleeve connected to the most forward of the discs exteriors (31) of the centering piece. Finally, the interior of the tubular body (30) of the front housing is kept completely sealed by the front seal (46) of the front opening and the rear seal (45) of the rear opening.
  • the rear housing receives load in both directions (load from the pressing movement (CP) and load from the retraction movement (CR)).
  • the load of the retraction movement (CR) is only due to friction and friction between pieces and the weight of the mass to be moved and on the other hand, most of the load of the pressing movement (CP) has been discharged through the front housing. Therefore, the loads to be supported by the rear accommodation, even in two directions, are lower. Due to this and its position within the inner jacket (14), as well as the need to also house the irreversibility system, the configuration of the rear housing is different from that of the front.
  • the rear housing is made up of an external rear housing (17) formed by a tubular body, with an integrated front cover, equipped with two or more external discs (24), which allow the distribution of part of the loads supported by the axial bearings ( 28) to the inner sleeve (14), whose rearmost disc is larger in diameter than the rest and on its outer perimeter has holes for attachment to a flange (15) of the inner sleeve (14) and to the rear cover (14). 25), flange through which most of the load distributed by the axial bearings (28) of the rear housing is transmitted to the inner sleeve (14).
  • the tubular body of the outer rear housing in turn houses the irreversibility encapsulated in the housing (49) and an inner rear housing (41) of axial bearings of tubular structure with a circular inner rib (38), constituting a housing on each side of the rib for at least one axial bearing (28) arranged in opposition to the load of the pressing movement (CP) located in the front section of the inner rear housing (41), if it contains more than one axial bearing (28) these will in turn be individually contained in individual housings connected to each other. by connectors, and for at least one axial bearing (28) in its rear section arranged in opposition to the load of the retraction movement (CR), if it contains more than one axial bearing (28) these will in turn be individually contained in individual housings connected to each other by connectors.
  • the outer rear housing (17) will be sealed on its front part by a front seal (21) and on its rear part by a rear closing cover (25) and a rear seal (22).
  • the load of the pressing movement (CP) is transmitted, through the connector (39), to the axial bearing (28) of the front section, which in turn obliquely transmits the load to the inner rear housing (41) that distributes it to the outer rear housing (17) and the casing (49), which then transmits it to the outer rear housing (17) through the closing cover (25) preventing the load from affects the irreversibility system, so that finally the loads are transmitted to the inner sleeve (14) through the outer discs (24) and the flange of the outer rear housing (17).
  • the load of the retraction movement (CR) is transmitted, through the connector (32), to the axial bearing (28) of the rear section, which in turn obliquely transmits the load to the inner rear housing (41), which transmits it to the outer rear housing (17) and this through the outer discs (24) and the flange of the outer rear housing (17) transmits it to the inner sleeve (14).
  • a closing washer (48) restricts the axial movement of the elements contained in the rear section of the inner rear housing (41), preventing the pressing loads (CP) and the retraction loads (CR) from affecting the irreversibility system.
  • the residual load is discharged into the machine through the means of fixing the actuator to the machine.
  • Thrust bearings can only transmit load in one direction, hence their position in the design.
  • the nut (13) is housed in the cylindrical closure casing (5), which has an internal geometry complementary to the exterior geometry of the nut (13). to prevent the nut (13) from rotating inside the closing housing (5).
  • the closing casing (5) has a flange (6) in its central outer area for connection to the push connector (1) through the flange (7), leaving the guide (8) in the middle. Constructed of a self-lubricated technical plastic to avoid overheating and minimize losses due to friction, in addition to serving as a support for the so-called “parking” system that facilitates maintenance or quick change described later.
  • the assembly formed by the aforementioned elements is closed through a closure cover (10) threaded or attached to the closure housing (5) by any conventional means, making relative movement impossible between the elements that make up this assembly.
  • the push connector (1) has at least two internally threaded tubular housings (1 C), where two or more stems (2) are housed, threaded at both ends and designed so that the loads are distributed on the threads, which They may be provided with an axial displacement stop (Z) of the actuator constituted by a machined or welded pe ⁇ metral ring arranged close to the threaded end (A) that is threaded to the tubular housing (1 C) of the push connector (1), which in In the event of abnormal operation, it will abut the rearmost of the outer discs (31) of the centering piece (16). The free ends of each stem pass through the corresponding openings of the outer discs (31) of the centering piece (16) with the limits established by the axial displacement stops (Z).
  • Z axial displacement stop
  • the load distribution feet (9) are made up of an internally threaded tube integral with a load distribution flange, so that the free threaded end (A) of each stem threads into the threaded tube of the load distribution foot.
  • load distribution (9) associated with each stem (2) and the flange of each load distribution foot is screwed to the cover (3) of the outer jacket at the free end of the actuator, making the relative movement of the outer jacket impossible (14) with respect to the stems supporting the whole.
  • the threading on the stems designed so that the loads are distributed on the threads by increasing the contact surface decreases the buckling length, supporting high loads with smaller diameters.
  • the guidance of the stems is done through the centering piece (16) which, as explained previously, has openings arranged circumferentially in the outer discs (31) of the centering piece (16) that exactly coincide with the position of the stems (2), favoring the transmission of loads to the sleeve (14).
  • These openings serve as housing for the linear bearings (27) made of self-lubricated materials with low coefficients of friction.
  • This centering piece (16) based on this transmission of forces to the sleeve (14) to which it is flanged, allows the buckling to be significantly reduced. to which the stems (2) may be subjected.
  • the cover (3) of the outer jacket (12) allows the entire system to be attached to the mass to be moved through the anchoring means to the mass (4), said anchoring means may take different shapes depending on the anchoring needs. that requires the mass to be moved.
  • a support structure (18) which includes fixing means to different parts of the machine that will adopt the shapes that the machine requires, secured to the inner sleeve (14) by a flange or any other conventional means.
  • the support structure (18) is formed by one or several anchoring flanges to the machine (18A), one or several humidifying flanges (18B) and one or several anchoring flanges (18C). ) to the inner sleeve (14) at the back of it, allowing the outer sleeve (12) to slide under the anchoring flanges to the machine (18A) and the cooling flanges (18B).
  • flanges (18A, 18B and 18C) are joined together through tubular component panels (18D) arranged circumferentially around the inner jacket (14) allowing the passage of the outer jacket (12) under them.
  • the design of the support structure (18) could be made in such a way that it constitutes a second outer jacket, so that the outer jacket (12) slides over the inner jacket (14) and under this second outer jacket that would have a lip. of flexible rubber that adapts to the outside of the outer jacket (12), so that the possibilities of particles entering the interior of the actuator by dragging would be further minimized.
  • the parking position has been arranged so that support is provided as close as possible to the center of gravity of the system, allowing the spindle (11) to be fixed in a completely centered position so that the axial bearings can be replaced. (28) and any components located in the front and rear bearing housings, as shown in FIGURE 5.
  • the present invention also allows a total change of the spindle (11), nut (13) and all the components associated with it in a simple way.
  • FIGURE 6 and FIGURE 7. To replace the spindle (11) and the nut (13), first of all, the elements contained in the front and rear housings must be extracted through of the method explained above. Next, the nut (13) is released from the “parking position” described above, by turning the screws (44) counterclockwise to the operating position described above.
  • FIGURE 8 a system described in FIGURE 8 has been proposed, consisting of a spring (33) preloaded C-shaped, attached to it a system of Z-shaped triggers, (37) or other equivalent geometry, a spindle (11) (driven shaft), with two keys arranged at an angle of 90° u another, with each other, which in turn coincides with the angle of the triggers (37) attached to the preloaded spring, having a driving axis with two screwed or welded plates (35A and 35B) arranged at an angle of 90° or another, so that it coincides with the angle of the spring triggers and the position of the cotter pins.
  • the system has a retaining washer (23) and a revolution element (36) where the spring is encapsulated, as well as a closing cover with a relief (25A) with a geometry that fits in the cut (36A) to prevent the rotation of the revolution element (36).
  • the driven shaft (11) is connected to the driving shaft (35) by adjustment means between two moving parts that must be adjusted.
  • the spring (33) is introduced into the revolution element (36) with a preload established so that it is applying a force on its inner diameter.
  • the triggers (37) are arranged so that they coincide with the plates (35A and 35B) on their outer face and the triggers (37A and 37B) coincide with the keys (34A and 34B) of the spindle (11) or driven shaft according to the SECTION M-M of FIGURE 9.
  • the assembly is axially restrained in the direction of the driving axis. More specifically, the washer (23) prevents the spring from coming out in the direction of the driven axis.
  • the cover (25) closes the assembly and keeps it in position, preventing the rotation of the revolution element (36) through the relief (25A) that fits perfectly in the cut (36A).
  • the preload of the spring (33) presses the walls of the revolution element (36) so that the system is blocked if there is no movement coming from the driving shaft.
  • the keys (34A or 34B) push the triggers (37A or 37B) according to the direction of rotation, so that the spring (33) rotates in the direction of rotation. direction of preload, increasing the pressure on the walls of the revolution element (36), blocking the system.

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Abstract

El dispositivo se constituye a partir de un husillo (11) vinculado a una tuerca (13) y conectado a uno o varios servomotores (40) de manera que el par transmitido será la suma de los pares por separado de los servomotores, contando con un conjunto de dos o más vástagos (2) dispuestos alrededor del husillo. El husillo se soporta en dos alojamientos de rodamientos que restringen el desplazamiento axial en ambos sentidos, contando con un sistema de irreversibilidad que únicamente permite giro del eje conductor (35), todo ello en el interior de una camisa interior (14). Una camisa exterior (12) se desplaza por el exterior de la camisa interior bajo una estructura metálica fija de anclaje a máquina (18), manteniendo todas las unidades de entrada de partículas, cerradas. Cuatro elementos atornillados (43) y (44) que permiten el posicionamiento del husillo en la "posición de parking" favoreciendo el cambio de unidades de desgaste como el propio husillo, rodamientos, etc.

Description

DESCRIPCIÓN
Actuador electromecánico.
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se encuadra en el marco de los actuadores electromecánicos de altas prestaciones sometidos a fuerzas por encima de los 600KN y con carreras superiores a los 1500mm.
Su principal aplicación industrial, aunque no la única, sería el sector de las prensas de reciclaje y de forraje, tanto horizontales como de doble compresión.
El objeto de la invención es proporcionar un actuador electromecánico con un diseño capaz de aguantar altas cargas, desplazamientos y las duras condiciones de trabajo que demandan las aplicaciones industriales para las que ha sido concebido, sin incurrir en elementos demasiado grandes o costosos, presentando una mayor rigidez que otros mecanismos existentes y por lo tanto una mayor capacidad, disminuyendo la sección útil de los vástagos y aligerando el sistema, todo ello con una estructura que alarga la vida útil del dispositivo y minimiza su mantenimiento, estando mejor protegida/aislada frente a la suciedad.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el ámbito de aplicación práctica de la invención, los actuadores diseñados para cargas pesadas, son conocidas múltiples invenciones relativas a actuadores electromecánicos o mecanismos asociados a los mismos.
Como estado de la técnica más próximo cabe destacar la patente de invención US4500805 relativa a un actuador electromecánico para cargas pesadas, que si bien comparte ciertas características estructurales con el dispositivo de la presente invención, presenta una serie de limitaciones y problemas.
En tal sentido, el dispositivo que se describe en dicha patente US4500805 está formado por un conjunto de cuatro vástagos dispuestos circunferencialmente y unidos en ambos extremos a través de tornillos de fijación, lo cual limita los desplazamientos y las cargas máximas soportadas debido al incremento de la longitud a pandeo.
Este dispositivo cuenta con dos alojamientos para rodamientos en la parte frontal y trasera formado por rodamientos angulares de bolas dispuestos en línea unidos espalda con espalda. Este diseño presenta una limitación importante en la vida de los elementos, así como en la carga a soportar.
De acuerdo con otro de los problemas que presenta este dispositivo, en el mismo participan cuatro vástagos dispuestos circunferencialmente con un único elemento de cierre con cuatro aberturas axiales para permitir el paso de los vástagos. Esta disposición plantea un problema principalmente en ambientes sucios donde la cantidad de polvo y partículas pueden introducirse a través de las aberturas, causando un problema en el husillo o reduciendo la vida de los rodamientos.
Paralelamente, se conocen sistemas de irreversibilidad para actuadores electromecánicos como el descrito en la patente alemana DE3444946A1 que consiste en un sistema de irreversibilidad accionado por un muelle helicoidal conectado a dos zapatas en los extremos dispuestas con hendiduras de forma que con poca holgura encajan en una chaveta colocada en el eje del lado del husillo.
Si bien este sistema cumple satisfactoriamente la función para la que ha sido previsto, la propia configuración del muelle helicoidal hace que el sistema presente una volumetría que sería deseable reducir, presentando igualmente una estructuración con una instalación compleja que sería deseable simplificar.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El actuador electromecánico de la invención resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta en todos y cada uno de los aspectos comentados.
La solución pretende reemplazar toda la tecnología hidráulica de las prensas tanto continuas como de doble cajón, doble comprensión etc, dentro tanto del sector del reciclaje como agrícola, sin descartar otros ámbitos en los que se requiera de unas prestaciones similares.
De forma más concreta, la invención aumenta drásticamente las especificaciones de los actuadores electromecánicos por encima del umbral de los 600KN y 1500mm de carrera, generando nuevas aplicaciones en la industria, reduce tiempos de diseño e ingeniería, disfrutando de las ventajas de la electromecánica como el ahorro energético y el rápido retorno de la inversión.
Para ello, el dispositivo de la invención se constituye a partir de un husillo, una tuerca de rodillos planetarios, un sistema de irreversibilidad, uno o más servomotores acoplados directamente al husillo o a través de una transmisión mecánica o diversos elementos mecánicos de modo que el par de entrada al husillo sea la suma de los pares suministrados por cada servomotor de forma individual, conjunto que queda encapsulado en un tubo cilindrico o camisa interior.
La sección frontal de la tuerca de rodillos planetarios, en la dirección de empuje de la carga, se vincula a un conector de empuje que pudiera ser cilindrico, y pudiera tener dos o más tubos cilindricos, dispuestos alrededor del husillo, con las paredes interiores roscadas para acoger dos o más vástagos de extremos roscados, y que por su otro extremo roscan en un pie de distribución de cargas, pies que están unidos por una brida a la tapa de una camisa exterior, de diámetro mayor que el de la camisa interior anteriormente citada, de manera que esta camisa exterior desliza hacia delante y hacia detrás según los movimientos de la tuerca, cubriendo todas las vías de entrada de material del exterior. Finalmente, los medios de anclaje de la masa a desplazar se unen por cualquier medio convencional a la tapa de la camisa exterior, dichos medios de anclaje podrán adoptar diferentes formas dependiendo de las necesidades de anclaje que precise la masa a desplazar.
A la camisa interior se fija a través de una brida una estructura tubular que incluye medios de fijación a diferentes partes de la máquina que adoptaran las formas que la máquina requiera.
Volviendo nuevamente a la tuerca, ésta se encuentra alojada en la carcasa de cierre cilindrica que dispone interiormente de una geometría complementaria a la geometría de exterior de la tuerca para evitar que la tuerca pueda rotar dentro de la carcasa de cierre. Por su parte, la carcasa de cierre cuenta en su zona exterior central de una brida para su unión al conector de empuje a través de la brida, dejando en medio una guía circular. Finalmente, el conjunto formado por los elementos antes mencionados se cierra a través de una tapa de cierre roscada o unida a la carcasa de cierre por cualquier medio convencional, imposibilitando el movimiento relativo entre los elementos que forman este conjunto. En correspondencia con los extremos del husillo se establecen dos alojamientos de rodamientos, un alojamiento frontal constituido por el cuerpo tubular de una pieza centradora que contiene, dos o más rodamientos axiales de rodillos o similares dispuestos en oposición a la carga del movimiento de prensado, contenidos individualmente en alojamientos individuales que a su vez encajan en el cuerpo tubular de la pieza centradora dispuesta alrededor del husillo, de la que emergen exteriormente dos o más discos exteriores, que permiten repartir parte de las cargas soportadas por los rodamientos axiales a la camisa interior, con dos o más aberturas dotadas de rodamientos lineales para el paso y guiado de los vástagos paralelos al husillo. Los rodamientos y alojamientos individuales están conectados entre sí por conectores, de manera que se restringe el movimiento axial en dirección al desplazamiento de cargas, por medio de arandelas de cierre y una tapa frontal de cierre. La pieza centradora cuenta con medios de fijación a la camisa interior, por lo que los vástagos que atraviesan la pieza centradora no pueden rotar sobre el eje del husillo, lo que restringe la rotación de la tuerca planetaria vinculada al conector de empuje.
El interior del alojamiento frontal se mantiene totalmente estanco por sellos colocados en las aberturas frontales y traseras del mismo.
El alojamiento trasero está constituido por un alojamiento trasero exterior formado por un cuerpo tubular dotado de dos o más discos exteriores que permiten repartir parte de las cargas soportadas por los rodamientos axiales a la camisa interior cuyo disco más posterior es de mayor diámetro que el resto y en su perímetro exterior cuenta con orificios para su fijación a una brida de la camisa interior, a través de la cual se transmite a la camisa interior la mayor parte de carga repartida por los rodamientos axiales. El cuerpo tubular del alojamiento trasero exterior aloja a su vez al sistema de irreversibilidad y un alojamiento trasero interior de rodamientos axiales de estructura tubular con una nervadura circular interior que actúa como espaciador entre al menos un rodamiento axial dispuesto en oposición a la carga del movimiento de prensado situado en la sección frontal del alojamiento trasero interior, en caso de contener más de un rodamiento axial estos estarán a su vez individualmente contenidos en alojamientos individuales conectados entre sí por conectores, y al menos un rodamiento axial en su sección trasera dispuesto en oposición a la carga del movimiento de retracción, de contener más un rodamiento axial estos estarán a su vez individualmente contenidos en alojamientos individuales conectados entre sí por conectores. El alojamiento trasero exterior estará sellado por sellos situados en las aberturas frontales y trasera del citado alojamiento.
Esta disposición y estructura de los vástagos, de los alojamientos frontal y trasero, de los rodamientos axiales, del conector de empuje y de las bridas de distribución de cargas permite ampliar la capacidad de carga y la carrera del actuador, y mejorando la absorción de las cargas de pandeo de los vástagos con diámetros menores, abaratando costes y aligerando la solución.
El dispositivo cuenta con un sistema de irreversibilidad que contiene un eje conductor con dos chavetas conectado con un eje conducido (extensión del husillo) y un muelle en forma de C, con cierta precarga en estado de reposo con un gatillo unido a cada extremo encapsulado en un cilindro de revolución y retenido por arandela de retención, al cilindro de revolución se le ha limitado el giro y el desplazamiento por medio de una tapa con una protuberancia con una geometría encajable y complementaria a la del cilindro de revolución. El muelle en forma de C se acopla en el eje conductor de manera que las pletinas del cilindro de revolución entren en contacto con los gatillos que a su vez tienen que encajar con las chavetas del eje conducido. A partir de esta estructuración, el mecanismo permite el movimiento en ambos sentidos si el movimiento se inicia en el eje conductor al reducirse la precarga del muelle y bloquea el sistema si el movimiento se inicia en el eje conducido al aumentar la carga del muelle precargado.
El empleo de un muelle en forma de C, respecto de un muelle helicoidal, permite por una parte establecer en el mismo plano los mecanismos de activación del sistema de irreversibilidad del movimiento proveniente del eje conducido, independientemente de si el movimiento es en el sentido horario o en sentido anti-horario, reduciendo la longitud del elemento de revolución donde se aloja el sistema de irreversibilidad, simplificando la estructura del sistema y su instalación, lo que redunda en una reducción de la longitud total del actuador. Por otra parte, la mayor superficie de rozamiento del muelle en forma de C y la concreta estructuración del sistema incrementa la resistencia al movimiento de reversión hasta el punto de que antes colapsará el actuador a permitir la reversión del movimiento del husillo.
De acuerdo con otra de las características o ventajas de la invención, la camisa interior cuenta con cuatro elementos atornillados a la misma, con tuercas de ajuste y juntas toncas de sellado, contando para ello con cuatro o más taladros roscados para la implantación de los elementos atornillados, de manera que coincidan con la guía prevista conectada a la tuerca planetaria, en la posición denominada posición de parking, permitiendo la sustitución de piezas de recambio, o la posición de funcionamiento con los elementos atornillados tangentes al diámetro interior de la camisa interior y las tuercas de ajuste, sellando el sistema, para el funcionamiento normal. En cuanto a los pies de distribución de carga asociados a los extremos opuestos de los vástagos que se vinculan a la tuerca planetaria que mueve el husillo a través del conector de empuje, estos están formados por un tubo cilindrico roscado interiormente solidario a una brida de distribución de carga, que se fija a la tapa de la camisa exterior en la extremidad libre del actuador, restringiendo el movimiento relativo de la camisa exterior respecto de los vástagos.
En cuanto a los vástagos que participan en el dispositivo, estos se vinculan entre sí por su extremidad opuesta a la tuerca planetaria por medio de los pies de distribución de carga fijados a la tapa de la camisa exterior y los dos o más discos exteriores de la pieza centradora, de manera que el último de dichos discos o en posición más retrasada de los mismos define una superficie de contacto con la camisa interior, presentando un chaflán en ángulo, y el primero de dichos discos o en posición más adelantada presenta un mayor diámetro que el resto, con orificios en su perímetro exterior para su fijación a una brida dispuesta en la carcasa interior. Siendo este primer disco exterior el que transmite, a través de la brida de fijación, a la camisa interior la mayor parte de la carga transmitida por los rodamientos axiales a los alojamientos individuales y de los alojamientos individuales a la pieza centradora.
Por último, tal y como se ha dicho con anterioridad, el actuador puede estar asistido por dos servomotores conectados a una transmisión de engranajes de cualquier tipo, de manera que el par transmitido al husillo sea la suma de los pares transmitidos por cada servomotor individualmente, además de estar conectado en la modalidad de “load sharing” compartiendo cargas en demanda.
Solo queda señalar, que el tubo que conforma la camisa interior puede tener cualquier sección, tanto circular como se ha descrito anteriormente como cuadrada, rectangular, oval, etc. En consecuencia, todos los elementos ajustables a dicha camisa interior deberán tener una forma o sección en correspondencia con la de la camisa interior.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista de sección del dispositivo de la invención de acuerdo con una vanante de realización en la que el dispositivo presenta una configuración de un único servomotor conectado por acople directo y los detalles N y O ampliados.
DETALLE- N.- Muestra una sección isométrica del alojamiento frontal de rodamientos del dispositivo de la invención.
DETALLE- O.- Muestra una sección isométrica del alojamiento trasero de rodamientos del dispositivo de la invención.
La figura 2.- Muestra un despiece en perspectiva isométrica de los componentes internos del dispositivo de la invención y la unión entre los mismos.
La figura 3.- Muestra una sección en perspectiva isométrica del desmontaje de los alojamientos de rodamientos mostrados en los detalles N y O.
La figura 4.- Muestra la vista lateral del dispositivo de la invención sin medios de propulsión representados y con el fin de situar la sección L-L y el detalle U ampliado de la sección L-L
SECCION L-L. -Muestra una sección de la “posición de parking” por el plano de situación de las uniones atornilladas.
DETALLE- U.- Muestra un detalle ampliado de la sección L-L a nivel de una de las uniones atornilladas.
La figura 5.- Muestra una vista isométrica de la extracción del husillo y tuerca como material de apoyo a la explicación del reemplazo del husillo tuerca.
La figura 6.- Muestra una vista isométrica del montaje del nuevo husillo y la tuerca con los dos o más vástagos, previa a la inserción en la camisa de cierre.
La figura 7.- Muestra una vista isométrica del procedimiento descrito en la memoria del centrado del husillo y tuerca a través de las unidades atornilladas. La figura 7.1.- Muestra sendos detalles en perfil y alzado frontal del conjunto de la figura 7 a nivel del extremo libre del husillo.
La figura 8.- Muestra un despiece de los elementos que componen el sistema de irreversibilidad de movimiento.
La figura 9.- Muestra una vista lateral del dispositivo de la invención necesaria para situar la sección M-M.
SECCION M-M. - Muestra una sección del sistema de irreversibilidad.
La figura 10. - Muestra una sección diametral del dispositivo, para posicionar los detalles R y S.
DETALLE R.- Muestra la distribución de tensiones a través de los rodamientos axiales en el alojamiento delantero.
DETALLE S.- Muestra la distribución de tensiones a través de los rodamientos axiales en el alojamiento trasero.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las figuras reseñadas, puede observarse como en el dispositivo de la invención participa un husillo (11), conectado con una tuerca (13) de rodillos planetarios, bolas o similares, husillo que esta accionado por al menos un servomotor (40), conectado a través de acople directo o una transmisión de cadena donde en el caso de dos unidades motrices ambas se conectarán en el mismo eje o ejes diferentes, si están unidos mecánicamente con el fin de que el par transmitido al husillo sea la suma de los pares generados por cada servomotor (solución no representada en los dibujos).
El servomotor (40) acciona el husillo (11) vinculado a la tuerca (13), a la cual se le restringe el giro por medios que se presentaran más adelante, de forma que se traslada longitudinalmente en el eje axial en ambas direcciones y todo el conjunto se encuentra encapsulado y cerrado en todas direcciones por una camisa interior (14), una tapa frontal (26) y una tapa trasera (25). El husillo (11) está soportado en ambos extremos por dos alojamientos para rodamientos, frontal y trasero, representados en los DETALLE-N, DETALLE-R y DETALLE-O, DETALLE- S.
El alojamiento frontal que soporta las mayores cargas axiales en sentido opuesto al movimiento de prensado está constituido por el cuerpo tubular (30) de una pieza centradora (16) que contiene, dos o más rodamientos axiales (28) de rodillos ¡guales o diferentes según los criterios de diseño específicos de cada caso, dispuestos en oposición a la carga del movimiento de prensado, contenidos individualmente en alojamientos individuales (19) que a su vez encajan en el cuerpo tubular (30) de la pieza centradora (16) dispuesta alrededor del husillo (11), de la que emergen exteriormente dos o más discos exteriores (31), que permiten transmitir las cargas soportadas por los rodamientos axiales (28) a la camisa interior (14), con dos o más aberturas (16A) para el paso de vástagos (2) paralelos al husillo, estando las aberturas (16A) del disco exterior (31) más anterior dotado de rodamientos lineales (27) para el guiado de los vástagos (2). Los rodamientos axiales (28) y los alojamientos individuales (19) están conectados entre sí por conectores (20), de manera que se restringe el movimiento axial en dirección al desplazamiento de cargas, por medio de arandelas de cierre (29) y una tapa frontal (26) de cierre. La pieza centradora cuenta con medios de fijación a la camisa interior, por lo que los vástagos (2) que atraviesan la pieza centradora (16) no pueden rotar sobre el eje del husillo, lo que restringe la rotación de la tuerca (13) vinculada al conector de empuje (1).
La elección de rodamientos axiales y configuración de sus correspondientes alojamientos frontal y trasero no es una mera opción de diseño, sino que responde al tipo de cargas específicas soportadas por el actuador y la distribución y transmisión de las mismas a la camisa interior (14). De forma más concreta, el actuador soporta dos tipos de tensiones axiales en sentidos opuestos al movimiento del actuador, la carga del movimiento de prensado (CP) y la carga del movimiento de retracción (CR). Dichas tensiones se transmiten según se muestran en los DETALLES R y S, representadas mediante flechas, de manera que dichas cargas se transmiten oblicuamente a través de los rodamientos axiales (28), dispuestos en oposición a la carga axial a soportar, hacia la zona exterior a éstos de mayor diámetro a través de la propia geometría del rodamiento axial, que a su vez la transmiten hacia superficies de mayor diámetro hasta la camisa interior (14) del siguiente modo. El alojamiento frontal recibe exclusivamente la carga del movimiento de prensado (CP) que se transmite axialmente a través de las arandelas de cierre (29) y conector (47) al más adelantado de los rodamientos axiales (28) que la trasmite oblicuamente su correspondiente alojamiento individual (19) y al correspondiente conector (20) vinculado al siguiente rodamiento axial. La carga oblicua transmitida al alojamiento individual (19) se transmite por éste al cuerpo tubular (30) y al siguiente alojamiento individual (19). La carga oblicua transmitida al cuerpo tubular (30) de la pieza centradora (16) se transmite a la camisa interior (14) a través de los discos exteriores (31), mientras que la carga transmitida al conector se transmite axialmente al siguiente rodamiento axial (28). Este proceso de transmisión de cargas se repite sistemáticamente hasta llegar al más posterior de los rodamientos axiales (28) del alojamiento frontal, que transmite oblicuamente la carga axial soportada directamente sobre la sección final del cuerpo tubular (30) de la pieza centradora (16), que constituye el alojamiento de dicho rodamiento axial, que a su vez las transmite a la camisa interior (14) a través de los discos exteriores (31) y axialmente a través de la brida de la camisa interior conectada al más adelantado de los discos exteriores (31) de la pieza centradora. Finalmente el interior del cuerpo tubular (30) del alojamiento frontal se mantiene totalmente estanco por el sello frontal (46) de la abertura frontal y el sello trasero (45) de la abertura trasera.
Mientras que el alojamiento trasero recibe carga en ambos sentidos (carga del movimiento de prensado (CP) y carga del movimiento de retracción (CR)). Por una parte, la carga del movimiento de retracción (CR) se debe únicamente a rozamientos y fricciones entre piezas y el peso de la masa a desplazar y por otra parte, la mayor parte de la carga del movimiento de prensado (CP) ha sido descargada a través del alojamiento frontal. Por lo tanto, las cargas a soportar por el alojamiento posterior, aun en dos sentidos, son menores. Debido a ello y a su posición dentro de la camisa interior (14), así como la necesidad de alojar también el sistema de irreversibilidad hacen que la configuración del alojamiento trasero sea diferente a la del frontal.
Concretamente, El alojamiento trasero está constituido por un alojamiento trasero exterior (17) formado por un cuerpo tubular, con tapa frontal integrada, dotado de dos o más discos exteriores (24), que permiten repartir parte de las cargas soportadas por los rodamientos axiales (28) a la camisa interior (14), cuyo disco más posterior es de mayor diámetro que el resto y en su perímetro exterior cuenta con orificios para su fijación a una brida (15) de la camisa interior (14) y a la tapa trasera (25), brida a través de la cual se transmite a la camisa interior (14) la mayor parte de carga repartida por los rodamientos axiales (28) del alojamiento trasero. El cuerpo tubular del alojamiento trasero exterior aloja a su vez al sistema de irreversibilidad encapsulado en la carcasa (49) y un alojamiento trasero interior (41) de rodamientos axiales de estructura tubular con una nervadura interior (38) circular, constituyendo un alojamiento a cada lado de la nervadura para al menos un rodamiento axial (28) dispuesto en oposición a la carga del movimiento de prensado (CP) situado en la sección frontal del alojamiento trasero interior (41), en caso de contener más de un rodamiento axial (28) estos estarán a su vez individualmente contenidos en alojamientos individuales conectados entre sí por conectores, y para al menos un rodamiento axial (28) en su sección trasera dispuesto en oposición a la carga del movimiento de retracción (CR), de contener más un rodamiento axial (28) estos estarán a su vez individualmente contenidos en alojamientos individuales conectados entre sí por conectores. El alojamiento trasero exterior (17) estará sellado en su parte frontal por un sello frontal (21) y en su parte trasera por una tapa trasera de cierre (25) y un sello trasero (22).
Concretamente, en la realización practica representada en las figuras, la carga del movimiento de prensado (CP) se transmite, a través del conector (39), al rodamiento axial (28) de la sección frontal que a su vez transmite oblicuamente la carga al alojamiento trasero interior (41) que la reparte en el alojamiento trasero exterior (17) y la carcasa (49), que a continuación la transmite al alojamiento trasero exterior (17) a través de la tapa de cierre (25) impidiendo que la carga afecte al sistema de irreversibilidad, para que finalmente las cargas se transmitan a la camisa interior (14) a través de los discos exteriores (24) y la brida del alojamiento trasero exterior (17). Por su parte, la carga del movimiento de retracción (CR) se transmite, a través del conector (32), al rodamiento axial (28) de la sección trasera que a su vez transmite oblicuamente la carga al alojamiento trasero interior (41), el cual la transmite al alojamiento trasero exterior (17) y este a través de los discos exteriores (24) y la brida del alojamiento trasero exterior (17) la transmite a la camisa interior (14). Finalmente una arandela de cierre (48) restringe el movimiento axial de los elementos contenidos en la sección trasera del alojamiento trasero interior (41) impidiendo que las cargas de prensado (CP) y las cargas de retracción (CR) afecten al sistema de irreversibilidad.
Al final la carga residual se descarga en máquina a través de los medios de fijación del actuador a la máquina. Los rodamientos axiales solo pueden transmitir la carga en un sentido, y de ahí su posición en el diseño.
La tuerca (13) se encuentra alojada en la carcasa de cierre (5) cilindrica que dispone interiormente de una geometría complementaria a la geometría de exterior de la tuerca (13) para evitar que la tuerca (13) pueda rotar dentro de la carcasa de cierre (5). Por su parte, la carcasa de cierre (5) cuenta en su zona exterior central de una brida (6) para su unión al conector de empuje (1) a través de la brida (7), dejando en medio la guía (8) construida en un plástico técnico auto lubricado para evitar calentamientos y minimizar las perdidas por rozamientos además de servir de sujeción del denominado sistema de “parking” que facilita el mantenimiento o cambio rápido descrito más adelante. Finalmente, el conjunto formado por los elementos antes mencionados se cierra a través de una tapa de cierre (10) roscada o unida a la carcasa de cierre (5) por cualquier medio convencional, imposibilitando el movimiento relativo entre los elementos forman este conjunto.
El conector de empuje (1) dispone de al menos dos alojamientos tubulares (1 C) roscados interiormente, donde se alojan dos o más vástagos (2), roscados en ambos extremos y diseñados de manera que las cargas se distribuyen en las roscas, que pueden estar dotados de un tope de desplazamiento axial (Z) del actuador constituido por un anillo peñmetral mecanizado o soldado dispuesto próximo al extremo roscado (A) que se rosca al alojamiento tubular (1 C) del conector de empuje (1), que en caso de funcionamiento anormal hará tope con el más posterior de los discos exteriores (31) de la pieza centradora (16). Los extremos libres de cada vástago atraviesan las correspondientes aberturas de los discos exteriores (31) de la pieza centradora (16) con los límites establecidos por los topes de desplazamiento axial (Z). Por su parte, los pies de distribución de cargas (9) están constituidos por un tubo roscado interiormente solidario a una brida de distribución de carga, de forma que el extremo roscado (A) libre de cada vástago rosca en el tubo roscado del pie de distribución de cargas (9) asociado a cada vástago (2) y la brida de cada pie de distribución de cargas se atornilla a la tapa (3) de la camisa exterior en la extremidad libre del actuador, imposibilitando el movimiento relativo de la camisa exterior (14) respecto de los vástagos solidarizando el conjunto.
De acuerdo con una de las características de la invención, el roscado en los vástagos diseñados de manera que las cargas se distribuyen en las roscas aumentando la superficie de contacto disminuye la longitud de pandeo, soportando altas cargas con diámetros menores. Adicionalmente, el guiado de los vástagos se hace a través de la pieza centradora (16) que, como se ha explicado anteriormente, posee aberturas dispuestas circunferencialmente en los discos exteriores (31) de la pieza centradora (16) que coinciden exactamente con la posición de los vástagos (2), favoreciendo la transmisión de cargas a la camisa (14). Estas aberturas sirven de alojamiento para los rodamientos lineales (27) de materiales auto lubricados con bajos coeficientes de rozamiento. Esta pieza centradora (16), a partir de esta transmisión de esfuerzos a la camisa (14) a la que está embridada, permite reducir sensiblemente el pandeo a que se puedan ver sometidos los vástagos (2).
La tapa (3) de la camisa exterior (12) permite unir todo el sistema a la masa a desplazar a través de los medios de anclaje a la masa (4), dichos medios de anclaje podrán adoptar diferentes formas dependiendo de las necesidades de anclaje que precise la masa a desplazar.
Este tipo de soluciones tal y como se ha mencionado anteriormente se encuadran en el marco de las prensas de reciclaje y forraje conocidas por los ambientes tan extremos en los que trabajan, expuestos a líquidos corrosivos, polvo y suciedad. En la presente invención y como mejora con respecto al estado de la técnica mencionado en los antecedentes, dos o más vástagos multiplican por dos o más las probabilidades de que sustancias no deseadas acaben introduciéndose en el sistema, reduciendo la vida útil de los distintos elementos que conforman el actuador o incluso provocando daños que inutilizan todo el sistema.
Esta problemática se soluciona a través de una camisa exterior (12), fijada por cualquier medio de unión convencional a la tapa (3) de la camisa exterior, con un diámetro superior a la camisa interior (14), dispuesta de tal manera que cubre todas las zonas de entrada de polvo y residuos en todas las posiciones, debido a que desliza por el exterior de la camisa interior (14). En su extremo dispone de un labio de goma flexible que se adapta al exterior de la camisa interior (14) impidiendo la entrada de partículas por arrastre, tapando la única entrada de partículas creada por la entrada y salida del sistema de componentes de movimiento axial formado por tuerca (13), el conector de empuje (1), vástagos (2), pies de distribución de cargas (9) y la propia camisa exterior (12).
Para permitir el anclaje del sistema a la máquina se ha dispuesto de una estructura soporte (18), que incluye medios de fijación a diferentes partes de la máquina que adoptaran las formas que la máquina requiera, solidarizada a la camisa interior (14) por una brida o cualquier otro medio convencional. Concretamente, en el caso de esta realización práctica, la estructura de soporte (18) está formada por una o vahas bridas de anclaje a la máquina (18A), una o vahas bridas hgidizadoras (18B) y una o vahas bridas de anclaje (18C) a la camisa interior (14) en la parte posterior de la misma permitiendo el deslizamiento de la camisa exterior (12) bajo las bridas de anclaje a la máquina (18A) y las bridas hgidizadoras (18B). Estas bridas (18A, 18B y 18C) están unidas entre sí a través de vahos componentes tubulares (18D) dispuestos circunferencialmente alrededor de la camisa interior (14) permitiendo el paso bajo ellas de la camisa exterior (12). El diseño de la estructura de soporte (18) podría hacerse de forma que ésta constituyera una segunda camisa exterior, de manera que la camisa exterior (12) deslizase sobre la camisa interior (14) y bajo esta segunda camisa exterior que contaría con un labio de goma flexible que se adapte al exterior de la camisa exterior (12), de forma que se minimizarían aún más las posibilidades de entrada de partículas por arrastre al interior del actuador.
De acuerdo con otra de las características de la invención, y en orden a permitir reaprovechar gran parte de las piezas que participan en el actuador una vez finalizada su vida útil, se han dispuesto cuatro taladros roscados (14A) en la camisa interior (14), representados en la SECCION L-L de la FIGURA 4, así como visibles en el DETALLE-U, sobre los que se atornillan cuatro o vahas uniones atornilladas formadas por un tornillo (44), una tuerca de ajuste (43) y una junta tonca (42), tornillo (44) en el que se define una cara de contacto (44A), definiendo un elemento de sujeción superior izquierda (44SI), un elemento de sujeción superior derecha (44SD), un elemento de sujeción inferior izquierdo (44II), y un elemento de sujeción inferior izquierdo (44ID) formados por respectivos tornillos, tuercas y juntas toncas.
Estos elementos permiten dos posiciones: posición de funcionamiento con la superficie (44A) tangente al diámetro interior de la camisa interior (14), con la tuerca de ajuste (43) comprimiendo la junta tonca (42) contra la pared exterior de la camisa interior (14) para garantizar estanqueidad, y posición de parking, marcada por unos taladros roscados (14A) en donde la tuerca (13) se mueve longitudinalmente sobre el husillo hasta la posición de forma que la superficie (44A) de los tornillos (44) coincida con la superficie (8A) de los rebajes dispuestos en la guía (8), en donde la tuerca de ajuste (43) comprime la junta tonca (42) para garantizar la estanqueidad del sistema, de forma que mediante el giro en sentido horario de los tornillos (44) la superficie (44A) de los tornillos (44) presione la superficie (8A) de los rebajes dispuestos en la guía (8) bloqueando el actuador en lo que denominamos posición de parking, tal y como se muestra en la SECCION L-L de la FIGURA 4.
La posición de parking se ha dispuesto de manera que se proporciona un apoyo lo más cerca posible del centro de gravedad del sistema, permitiendo la fijación del husillo (11) en posición totalmente centrada de forma que se puede proceder a la sustitución de los rodamientos axiales (28) y cualquier componente situado en los alojamientos de rodamientos frontal y trasero, según se muestra en la FIGURA 5.
La presente invención también permite un cambio total del husillo (11), tuerca (13) y todos los componentes asociados a ella de una manera sencilla. Para la explicación del método nos ayudamos de las FIGURA 6 y FIGURA 7. Para el reemplazo del husillo (11) y la tuerca (13) en primer lugar ha de procederse a la extracción de los elementos contenidos en los alojamientos frontal y trasero a través del método explicado anteriormente. A continuación, se procede a liberar la tuerca (13) de la “posición de parking” descrita anteriormente, por medio del giro en sentido anti-horario de los tornillos (44) la posición de funcionamiento descrita anteriormente. Una vez liberada la tuerca (13) de su apoyo, debido a la holgura existente con respecto al diámetro interior de la camisa (14), la tuerca se apoya sobre el diámetro interior de la misma, a través de la guía (8), centro de gravedad del conjunto, lo cual permite la extracción completa del husillo (11), la tuerca (13) y todos los componentes asociados a ella por deslizamiento de la guía (8) sobre el diámetro interior de la camisa interior (14).
Una vez el husillo (11) se encuentra libre y fuera de la camisa interior (14), estamos en posición de liberar el conector de empuje (1), la guía (8) y la carcasa de cierre (5), para posteriormente retirar la tapa de cierre (10) y liberar la tuerca (13), según la FIGURA 5. Posteriormente, el husillo (11) y tuerca (13) nuevos, así como el resto de componentes asociados a la tuerca (13) que se desee reemplazar, volviéndose a montar sobre la nueva tuerca (13) dichos componentes para después introducir el nuevo husillo (11) en la tuerca (13) y desplazar la tuerca (13) por el husillo (11) hasta una posición en los que poder roscar los dos o más vástagos (2) y colocamos la pieza centradora (16) de forma que el husillo pase por el cuerpo tubular (30) y los vástagos por las aberturas (16A) de la pieza centradora (16) según lo mostrado en FIGURA 6. A continuación se desliza el conjunto montado hacia la parte trasera de la camisa interior (14) sobre la guía (8) por el diámetro interior de la camisa interior (14) hasta que los taladros roscados (14A) de la camisa (14) coincidan con las superficies (8A) de la guía (8). En esta posición la tuerca (13) se encuentra centrada y descansando sobre las paredes interiores de la camisa (14) por lo que procedemos a girar los tornillos (44) en sentido horario hasta la posición de parking donde el conjunto tuerca husillo se encuentra centrado, deslizamos la pieza centradora a través de los vástagos hasta su correspondiente brida de fijación a la camisa interior (14) y la atornillamos a ella, cuando esto ocurre el sistema se considera centrado y en equilibrio por lo que se procede a introducir el resto de elementos hasta completar los alojamientos frontales y traseros tal y como muestra la FIGURA 3.
En cuanto al sistema de irreversibilidad, debido al bajo rozamiento del sistema de rodillos planetarios combinados con el tamaño del paso, esto hace que sea posible transmitir movimiento desde el lado del husillo hacia el lado de los motores. Como solución a este problema se ha propuesto un sistema que se describe en la FIGURA 8, formado por un muelle (33) en forma de C precargado, unido al mismo un sistema de gatillos en forma de Z, (37) u otra geometría equivalente, un husillo (11) (eje conducido), con dos chavetas dispuestas en un ángulo de 90° u otro, entre sí, que a su vez coincide con el ángulo de los gatillos (37) unidos al muelle precargado, contando con un eje conductor con dos pletinas atornilladas o soldadas (35A y 35B) dispuestas en un ángulo de 90° u otro, de forma que coincide con el ángulo de los gatillos del muelle y la posición de las chavetas. El sistema cuenta con una arandela de retención (23) y un elemento de revolución (36) donde se encapsula el muelle, así como con una tapa de cierre con un relieve (25A) con una geometría que encaja en el corte (36A) para impedir el giro del elemento de revolución (36).
El eje conducido (11) se conecta con el eje conductor (35) por medios de ajuste entre dos piezas móviles que han de ajustar. Por su parte, el muelle (33) se introduce en el elemento de revolución (36) con una precarga establecida de forma que esté aplicando una fuerza sobre el diámetro interior del mismo. Los gatillos (37) se disponen de manera que coinciden con las pletinas (35A y 35B) en su cara exterior y los gatillos (37A y 37B) coinciden con las chavetas (34A y 34B) del husillo (11) o eje conducido según la SECCION M-M de la FIGURA 9.
El conjunto está restringido axialmente en la dirección del eje conductor. De forma más concreta, la arandela (23) impide que el muelle se salga en la dirección del eje conducido. La tapa (25) cierra el conjunto y lo mantiene en posición impidiendo el giro del elemento de revolución (36) a través del relieve (25A) que encaja perfectamente en el corte (36A).
La precarga del muelle (33) presiona las paredes del elemento de revolución (36) de forma que el sistema se encuentra bloqueado si no hay movimiento proveniente del eje conductor.
Si el motor se encuentra parado y el sistema intenta girar tanto en sentido horario como anti horario las chavetas (34A o 34B) empujan los gatillos (37A o 37B) según el sentido del giro, de manera que el muelle (33) gira en el sentido de la precarga, aumentando la presión sobre las paredes del elemento de revolución (36), bloqueando el sistema.
Cuanto mayor es el par de giro cuando el motor está parado, mayor es la fuerza de bloqueo del sistema.
Por otro lado, si el movimiento viene del motor en sentido horario o anti-horario, el eje conductor a través de las pletinas (35A y 35B) empujan los gatillos (37A o 37B), estos a su vez las chavetas (34A o 34B), arrastrando el eje conducido y haciendo girar el muelle (33) en el sentido opuesto a la precarga, disminuyendo su longitud de forma que no hay presión sobre las paredes del elemento de revolución (36), permitiendo el giro del sistema.
Dado que los elementos o gatillos (37) sobre los que actúan los extremos del muelle (33) en forma de C se encuentran en el mismo plano, esto permite ahorrar espacio en sentido axial frente a otros mecanismos como el descrito en la patente alemana DE3444946A1 , configuración que además hace más sencillo el montaje de dicho mecanismo.

Claims

REIVINDICACIONES
1a.- Actuador electromecánico, que siendo del tipo de los que incluyen un husillo (11), vinculado a una tuerca (13), accionado por uno o más servomotores (40), tuerca (13) a la que se solidarizan dos o más vástagos (2) que determinan el brazo extensible del actuador, estando el conjunto encapsulado en una camisa interior (14), se caracteriza por qué: a) sobre la cara frontal de la tuerca (13), en la dirección de empuje de la carga, se vincula un conector de empuje (1) alrededor del husillo (11) dotado de alojamientos tubulares (1 C) roscados interiormente en los que roscan uno de los extremos roscados (A) de los vástagos (2), mientras que por sus extremos roscados (A) opuestos roscan en pies de distribución de cargas (9) unidos entre sí a través de bridas a la tapa (3) de la camisa exterior (12), con un diámetro mayor que la camisa interior (14), camisa interior que se complementa con una estructura (18) de fijación del actuador a la máquina de que se trate, habiéndose previsto que el conector de empuje (1) y la tuerca (13) incluyan medios de unión entre ambos elementos, así como de restricción del movimiento relativo entre ellos. b) incluye sendos alojamientos extremos que contienen, dos o más rodamientos axiales (28), uno de los cuales formado por el cuerpo tubular (30) de la pieza centradora (16) dispuesta alrededor del husillo (11), donde se alojan dos o más rodamientos lineales (27) que sirven de guiado de los vástagos (2) que la atraviesan, incluyendo medios de fijación a la camisa interior (14), imposibilitando la rotación de todos los elementos vinculados a los vástagos (2), y contando con medios de sellado. c) incluye un sistema de irreversibilidad que contiene un eje conductor (35) conectado con un husillo (11), o eje conducido, dotado de dos chavetas (34A y 34B) y un muelle (33) en forma de C, precargado y encapsulado en un elemento de revolución (36), al que se le ha limitado el giro y el desplazamiento por medio de una tapa (25) y una arandela de retención (23). d) incluye un sistema de fácil montaje/desmontaje en donde a la camisa interior (14) se atornilla una serie de elementos de sujeción superiores e inferiores, derechos e izquierdos (44SI, 44SD, 44ID, 44II) con tornillos (44), tuercas de ajuste (43) y juntas toncas (42) de sellado, a través de taladros roscados (14A) en la camisa interior (14) de manera que coincidan con las superficies (8A) de los rebajes de una guía (8), en una posición predefinida para la sustitución de piezas de recambio o una posición de funcionamiento con la superficie (44A) de los tornillos (44) tangentes al diámetro interior de la camisa interior (14) y las tuercas de ajuste (43), sellando el sistema.
2a.- Actuador electromecánico, según reivindicación 1a, caracterizado por qué los vástagos (2) incluyen un tope de desplazamiento axial (Z) del actuador constituido por un anillo mecanizado o soldado a los vástagos (2).
3a.- Actuador electromecánico, según reivindicación 1a, caracterizado por qué los pies de distribución de cargas (9), están formados por un tubo cilindrico roscado interiormente y una brida de distribución de carga, y fijados a la tapa (3) de la camisa exterior (12) restringiendo el movimiento relativo de todos los elementos conectados a ellos.
4a.- Actuador electromecánico, según reivindicación 1a, caracterizado por qué la pieza centradora (16) incluye uno o más discos (31) o superficies de contacto con la camisa interior (14) solidarios al cuerpo tubular (30), contando el disco más adelantado de orificios en su perímetro exterior y el más retrasado está dotado un chaflán en ángulo.
5a.- Actuador electromecánico, según reivindicación 1a, caracterizado por qué el sistema de irreversibilidad contiene un eje conductor (35) con dos pletinas unidas en los extremos (35A y 35B), un husillo (11) o eje conducido con dos chavetas (34A y 34B), un muelle (33) en forma de C, con precarga en estado de reposo, con dos gatillos unidos (37) en ambos extremos, retenido por una arandela de retención (23) y encapsulado en un elemento de revolución (36), con restricción axial y de giro por medio de la tapa trasera (25); habiéndose previsto que el muelle (33) se acople en el eje conductor de manera que las pletinas (35A y 35B) entren en contacto con los gatillos (37A y 37B), que a su vez son susceptibles de encajar con las chavetas (34A y 34B) del eje conducido, de modo que permitan el movimiento en ambos sentidos si el movimiento se inicia en el eje conductor (35) y bloqueen el sistema si el movimiento se inicia en el eje conducido.
6a.- Actuador electromecánico, según reivindicaciones 1a y 5a, caracterizado por qué el elemento de revolución (36) incluye una forma geométrica (36A) que encaja en un relieve (25A) de la tapa de cierre (25) determinando un medio de restricción del giro y el desplazamiento axial.
7a.- Actuador electromecánico, según reivindicación 1a, caracterizado por qué incluye más de un servomotor (40) acoplado a través de una transmisión mecánica o elementos mecánicos en los que el par de entrada al husillo sea la suma de los pares suministrados por cada servomotor de forma individual.
8a.- Actuador electromecánico, según reivindicación 1a, caracterizado por qué la estructura
(18) de fijación del actuador a la máquina de que se trate incluye varias bridas (18A, 18B y 18C) para fijación a diferentes partes de la máquina y una estructura preferentemente tubular (18D) que se fija a la camisa a través una de las bridas (18C).
9a.- Actuador electromecánico, según reivindicación 1a, caracterizado por qué el conector de empuje (1) incluye una brida (7) de fijación a la brida (6) de la carcasa de cierre (5) donde se aloja la tuerca (13), habiéndose previsto que entre ambas bridas se posicione una guía (8), y el conjunto se cierre con una tapa de cierre (10) de forma que el movimiento relativo entre los elementos del conjunto quede totalmente restringido.
10a.- Actuador electromecánico, según reivindicación 1a, caracterizado por qué los rodamientos axiales (28) del alojamiento frontal están contenidos en alojamientos individuales
(19) conectados por conectores (20), dispuestos en línea en sentido opuesto a la carga del movimiento de prensado (CP), y estos a su vez están contenidos en el cuerpo tubular (30) de la pieza centradora (16).
11a.- Actuador electromecánico, según reivindicaciones 1a y 10a, caracterizado por qué el movimiento axial en dirección al desplazamiento de cargas en la zona del alojamiento frontal para los rodamientos axiales (28) se restringe por medio de una tapa frontal de cierre (26) y arandelas de cierre (29); habiéndose previsto que el alojamiento completo se mantenga estanco mediante un sello frontal (46) de la abertura frontal y un sello trasero (45) de la abertura trasera.
12a.- Actuador electromecánico, según reivindicación 1a, caracterizado por qué los rodamientos axiales (28) del alojamiento trasero serán como mínimo dos, estado el más adelantado de ellos dispuesto en sentido opuesto a la carga del movimiento de prensado (CP) y el más retrasado dispuesto en sentido opuesto a la carga del movimiento de retracción (CR) y ambos alojados en el alojamiento trasero interior (41) separados por la nervadura interior (38) circular, a su vez el alojamiento trasero interior (41) se aloja en el cuerpo tubular del alojamiento trasero exterior (17) dotado de dos o más discos (24) o superficies de contacto con la camisa interior (14), cuyo disco más posterior es de mayor diámetro que el resto y en su perímetro exterior cuenta con orificios para su fijación a una brida (15) de la camisa interior (14) y a la tapa trasera (25).
13a.- Actuador electromecánico, según reivindicación 1a y 12a, caracterizado por qué cada sección separada por la nervadura interior (38) circular del alojamiento trasero interior (41) puede contener más de un rodamiento axial individualmente contenidos en alojamientos individuales conectados en línea, estando los de la sección frontal en sentido opuesto a la carga del movimiento de prensado (CP) y los de la sección trasera en sentido opuesto a la carga del movimiento de retracción (CR).
14a.- Actuador electromecánico, según reivindicación 1a y 12a a 13a, caracterizado por qué el alojamiento trasero exterior está sellado en su parte frontal por un sello frontal (21) y en su parte trasera por una tapa trasera de cierre (25) y un sello trasero (22).
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