ES2201859B1

ES2201859B1 - Mecanismo pendular equilibrado y modular.

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Publication number: ES2201859B1
Application number: ES200101005A
Authority: ES
Inventors: Eduardo Taurozzi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2005-04-01
Anticipated expiration: 2021-05-03
Also published as: ES2201859A1; US20010037777A1; BR0102480B1; BR0102480A; AR018486A1; US6382143B2

Abstract

Mecanismo pendular equilibrado y modular que puede utilizarse en dispositivos tales como bombas de vacío, compresores, motores y sopladores, que posee dos cilindros toroidales engendrados a partir de un eje virtual coincidente con los respectivos ejes de sendos brazos pendulares; cada uno de estos brazos pendulares está dotado de un émbolo que trabaja en uno de los cilindros y además está articulado con una biela montada en un cigüeñal de modo que esta constitución le permite funcionar con o sin lubricación, tener un alto rendimiento y trabajar de manera muy equilibrada, reduciendo los esfuerzos mecánicos.

Description

Mecanismo pendular equilibrado y modular.

Campo de aplicación

La presente invención se refiere a mecanismos que pueden ser utilizados en distintas máquinas; más particularmente consiste en un mecanismo pendular equilibrado y modular que, siendo aplicable a dispositivos tales como bombas de vacío, compresores, motores y sopladores, puede funcionar con o sin lubricación, posee un alto rendimiento y trabaja de manera muy equilibrada.

Descripción del estado de la técnica anterior

Si se observan los mecanismos convencionales que en la actualidad se aplican a compresores, se verá que los más utilizados son los rotativos a tornillo. Estos mecanismos rotativos han ido desplazando a los mecanismos de los compresores alternativos lubricados, debido a su poco mantenimiento y reducido tamaño. Además el mecanismo alternativo convencional, al estar lubricado con aceite mineral, tiene la desventaja de que se produce carbonización del aceite en las válvulas, por lo que requiere mayor mantenimiento y control.

Por su parte, el compresor rotativo tiene como defecto su elevado consumo de energía, que se mantiene tanto cuando la máquina está a plena carga, como cuando trabaja en vacío. A esto debe agregarse la reposición de aceite y cambio de filtros que encarece notablemente el costo operativo.

Ya en su día, el inventor de la presente invención desarrolló un mecanismo para motores o compresores que se basaba en una constitución diferente: un cilindro toroidal y un émbolo de mayor diámetro pero más achatado que el convencional.

Debe aclararse que, en la presente memoria descriptiva, la expresión cilindro, antes que a la forma geométrica, se refiere a la parte de un motor en la que tiene lugar la combustión de la mezcla carburada, o bien el ingreso de vapor u otro fluido a presión, para dar impulsión al émbolo o pistón que mueve al árbol motor mediante la biela. En el caso de los compresores la referencia es a la cámara en la que los émbolos trabajan para la compresión.

Este nuevo mecanismo fue aplicado con éxito a compresores, distinto tipo de vehículos y motores en general. En todos los casos se comprobó que había un buen funcionamiento, se reducía el consumo y la contaminación, no se presentaban problemas constructivos y no surgían grandes inconvenientes en su funcionamiento. Así surgió el dispositivo de la Patente Argentina n° 207.194 del mismo inventor de la presente.

Pero como este mecanismo es de doble efecto y las piezas en movimiento son más pesadas, por consiguiente no se pueden alcanzar velocidades altas. Esto se debe a que dos émbolos o pistones sobre una sola pieza pendular producen mayor fuerza inercial, sometiendo a una sola biela, pernos y cigüeñal -y estructura en general- a un esfuerzo mayor, todo lo cual limita su funcionamiento.

Breve descripción de la invención

La presente invención consiste en un mecanismo pendular equilibrado y modular que puede utilizarse en dispositivos tales como bombas de vacío, compresores, motores y sopladores. Posee dos cilindros toroidales (1), engendrados a partir de un eje virtual (5') coincidente con los respectivos ejes (5) de sendos brazos pendulares (2); cada uno de estos brazos pendulares (2) está dotado de un émbolo (11) que trabaja en uno de los cilindros (1) y además está articulado (6') con una biela (6) montada en un cigüeñal (8).

Objetivos y ventajas de la invención

La presente invención satisface las exigencias de la tecnología moderna que requiere compresores y motores de bajo peso y un funcionamiento suave y silencioso, y que puedan funcionar a elevadas revoluciones, para así poder aumentar el rendimiento, reducir su tamaño y disminuir el costo.

Para cubrir estas necesidades se ha ideado el presente mecanismo pendular doble que comprende dos cilindros toroidales, engendrados a partir de un eje virtual coincidente con los respectivos ejes de sendos brazos pendulares; cada uno de estos brazos pendulares está dotado de un émbolo que trabaja en uno de los cilindros y además está articulado con una biela montada en un cigüeñal.

Este mecanismo funciona de tal manera que, aplicado al compresor pendular tradicional, permite duplicar y hasta triplicar las revoluciones y la generación de aire.

Esto se debe a que, con el presente mecanismo, se reduce el peso y el volumen de las partes componente, el funcionamiento del mecanismo es sumamente equilibrado y no está sometido a grandes esfuerzos mecánicos por efecto de la inercia. En mucha mayor medida supera al compresor rotativo convencional gracias al bajo consumo de energía, la elevada presión de aire obtenida, su trabajo en alivio -cuando no trabaja a plena carga- durante el que disminuye la temperatura del émbolo y del cilindro y sus ventajas ecológicas, al no disipar aceite al medio ambiente circundante.

Como el presente mecanismo pendular es capaz de trabajar sin lubricante es especialmente apto para su empleo en hospitales, industrias alimenticias, industrias farmacéuticas, textiles, maderera, plástica y otras. También puede ser aplicado a reactores nucleares y para uso ferroviario.

Además este mecanismo es modular, por lo que varias unidades pueden ser dispuestas en forma radial en torno al cigüeñal, una detrás de la otra a lo largo del cigüeñal, o varias unidades compartiendo un mismo bloque.

Sus partes pueden adaptarse a distintas necesidades, por ejemplo cilindros toroidales y émbolos de diferente diámetro; ejes de montaje de los brazos pendulares que sean coaxiales o no; inclusión de dispositivos valvulares en la cabeza del cilindro toroidal, en el émbolo o en ambos, etc.

Descripción de los dibujos

Para mayor claridad y comprensión del objeto del invento, se lo ilustra con varias figuras en las que ha sido representado en una de sus formas preferidas de realización, todo a simple título de ejemplo ilustrativo, no limitativo:

La figura 1 es un corte longitudinal del presente mecanismo pendular.

La figura 2a es un corte longitudinal del bloque.

La figura 2b es una vista en perspectiva del mecanismo pendular, extraído del bloque.

La figura 3 es un corte longitudinal del mecanismo pendular en una variante en que se ha adaptado para su funcionamiento como motor de combustión.

En las distintas figuras, los mismos números de referencia indican partes iguales o correspondientes, y se han señalado con letras los conjuntos de varios elementos.

Referencias

(a): Conjunto modular.

(b): Bloque.

(c): Dispositivo valvular para el empleo como motor a combustión.

(1): Cilindros toroidales.

(1'): Paredes laterales de los cilindros toroidales (1).

(1''): Cabezas de los cilindros toroidales (1).

(2): Brazos pendulares.

(3): Extremos móviles de los brazos pendulares (2).

(4): Extremos rotativos de los brazos pendulares (2).

(5): Eje de montaje del brazo pendular (2).

(5'): Eje virtual en torno al cual se engendran los cilindros (1).

(6): Bielas.

(6'): Conexión articulada entre brazos pendulares (2) y bielas (6).

(7): Muñones.

(8): Cigüeñal.

(10): Contrapesos de los muñones (7).

(4): Émbolos [pistones].

(5): Aros de los émbolos (11).

(6): Primeros conductos de refrigeración [de los émbolos (11)].

(7): Segundos conductos de refrigeración [de los cilindros (1)]

(8): Cárter de aceite.

(20): Conducto de admisión del dispositivo valvular (c).

(21): Conducto de escape del dispositivo valvular (c).

(22): Válvulas de admisión de combustible.

(23): Válvulas de escape de combustible.

(24): Primer árbol de levas [de admisión].

(25): Segundo árbol de levas [de escape].

Descripción detallada de la invención

En términos generales, la presente invención consiste en un mecanismo pendular (a) equilibrado y modular que comprende dos cilindros toroidales (1), engendrados a partir de un eje virtual (5') coincidente con los respectivos ejes (5) de sendos brazos pendulares (2); cada uno de estos brazos pendulares (2) está dotado de un émbolo (11) que trabaja en uno de los cilindros (1) y además está articulado (6') con una biela (6) montada en un cigüeñal (8).

Este mecanismo pendular (a) es un mecanismo doble que comprende un conjunto modular compuesto por dos cilindros toroidales (1), dos brazos pendulares (2) dotados de émbolos (11) y dos bielas (6) aplicadas a un correspondiente cigüeñal (8).

Más particularmente, los dos cilindros (1) están simétricamente dispuestos una a cada lado del bloque (b). Cada cilindro (1) tiene la forma de un sector toroidal engendrado en torno a un eje virtual (5').

Este eje virtual (5') de cada cilindro toroidal (1) coincide con el eje de montaje (5) del brazo pendular (2) aplicado a ese cilindro (1). El brazo pendular (2) es un brazo acodado que, por una parte, termina en un extremo rotativo (4) montado en su eje (5) y, por la parte opuesta, termina en un extremo móvil (3) dotado de un émbolo (11) o pistón.

Si bien, en este caso, el émbolo (11) es una pieza independiente que está montada en el citado extremo móvil (3), también se han previsto formas en las que el émbolo (11) resulta conformado por el propio extremo móvil (3) del brazo pendular (2).

Cada uno de estos extremos móviles (3) y su respectivo émbolo (11) describen una trayectoria pendular de vaivén dentro de su correspondiente cilindro toroidal (1). El émbolo (11) se mantiene separado y equidistante de las paredes (1') de su respectivo cilindro (1) y, en sus bordes laterales, tiene montados aros (12) que son los que hacen. contacto deslizante con dichas paredes toroidales (1').

Por debajo del émbolo (11), cada extremo móvil (3) del brazo pendular (2) tiene una conexión articulada (6') con una biela (6). Esta última (6), a su vez, está montada en el muñón (7) de un cigüeñal (8) [con contrapesos (10)].

Se han previsto distintas formas de realización respecto a las bielas (6) y el cigüeñal (8). En una de ellas, cada biela (6) está montada en un respectivo muñón (7). En otra forma, ambas bielas (6) montan en un mismo muñón (7).

Por otra parte, las variantes previstas también se refieren a los ejes de montaje (5) de los brazos pendulares (2). En todos los casos cada eje de montaje (5) debe coincidir con el eje virtual (5') en torno al cual se engendra su respectivo cilindro toroidal (1). En una forma preferida de realización, el eje de montaje (5) de ambos brazos pendulares (2) es el mismo, pero también hay otras formas en las que cada brazo pendular (2) tiene su propio eje (5) y ambos ejes (5) son coaxiales.

Como el mecanismo descripto es modular, también se han contemplado realizaciones en las que el mismo bloque (b) es compartido por uno o más mecanismos pendulares (a). En una variante, los mecanismos (a) se hallan radialmente dispuestos y en otra forma dos o más mecanismos pendulares (a) se alinean uno detrás del otro, montados a lo largo del cigüeñal (8).

En otra forma de realización, los cilindros toroidales (1) de un mismo mecanismo (a) poseen diferente diámetro, al igual que los émbolos (11), cuyos diámetros se corresponden con el del respectivo cilindro (1) en el que cada uno (11) trabaja.

Funcionamiento

Como el eje de montaje (5) de cada brazo pendular (2) coincide con el eje virtual (5') en torno al que se engendra su respectivo cilindro toroidal (1), el movimiento pendular de vaivén se realiza sin que los émbolos (11) entren en contacto con las paredes (1') de los cilindros toroidales (1). En estas paredes (1') solamente hacen contacto deslizante los aros (12) del émbolo (11).

Al estar los cilindros toroidales (1) dispuestos a cada lado del bloque (b), con las bielas (6) dispuestas en "V" sobre el cigüeñal (8), el funcionamiento del mecanismo (a) es sumamente equilibrado y no está sometido a grandes esfuerzos mecánicos. A esto también contribuye la reducida dimensión relativa de los émbolos (11), así como la presencia de los primeros conductos de refrigeración (13) destinados a los citados émbolos (11) y los segundos conductos (14) que, destinados a los cilindros toroidales (1), atraviesan las paredes del bloque (b).

El presente mecanismo (a), de acuerdo a las necesidades, puede contar con medios valvulares en la cabeza (1'') del cilindro toroidal (1), en los émbolos (11) o en cabeza (1'') y émbolos (11) a la vez.

En la aplicación del presente mecanismo pendular (a) como motor de combustión, los dispositivos valvulares (c) están montados en la cabeza (1'') de los cilindros toroidales (1). Estos dispositivos valvulares (c) incluyen los árboles de levas de admisión (24) y escape (25), las válvulas de admisión (22) en las que desembocan los conductos de admisión (20) y las válvulas de escape (23) con salida a los conductos de escape (21).

Es indudable que al llevar a la práctica la presente invención, podrán introducirse modificaciones en lo que a ciertos detalles de construcción y forma se refiere, sin que ello implique apartarse de los principios fundamentales que se substancian claramente en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Mecanismo pendular equilibrado y modular que, siendo aplicable - sólo o en grupos de varias unidades - a dispositivos tales como bombas de vacío, compresores, motores y sopladores, del tipo que comprende:

a) un cilindro con forma de sector toroidal;

b) un brazo pendular que, con un extremo rotativamente montado en un eje, termina en un extremo móvil capaz de desarrollar un movimiento pendular de vaivén a lo largo del citado cilindro;

c) al menos un émbolo que, montado en dicho extremo móvil, trabaja dentro de dicho cilindro; y

d) una biela que vincula a dicho brazo pendular con el muñón de un cigüeñal;

caracterizado porque consiste en un conjunto modular que comprende:

e) al menos dos cilindros con forma de sectores toroidales;

f) sendos brazos pendulares cuyos respectivos extremos móviles describen trayectorias pendulares de vaivén en dichos respectivos cilindros;

g) en dichos extremos móviles respectivos émbolos;

h) el extremo rotativo de cada brazo pendular está montado en un eje coincidente con el eje virtual en torno al cual se engendra el cilindro al que dicho brazo pendular está aplicado; y

i) cada brazo pendular dispone de una respectiva biela que lo conecta a un cigüeñal.

2.Mecanismo pendular equilibrado y modular según la reivindicación 1, caracterizado porque ambas bielas están montadas sobre el mismo muñón de un cigüeñal.

3. Mecanismo pendular equilibrado y modular según la reivindicación 1, caracterizado porque ambas bielas están montadas sobre diferentes muñones del mismo cigüeñal.

4. Mecanismo pendular equilibrado y modular según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende el bloque.

5. Mecanismo pendular equilibrado y modular según la reivindicación 1, caracterizado porque comparte el bloque con por lo menos otro mecanismo pendular similar.

6. Mecanismo pendular equilibrado y modular según la reivindicación 1, caracterizado porque los ejes de los brazos pendulares son coaxiales y coincidentes con el eje virtual en torno al cual se engendran los cilindros toroidales.

7. Mecanismo pendular equilibrado y modular según la reivindicación 1, caracterizado porque los émbolos resultan conformados por los extremos móviles de los brazos pendulares.

8. Mecanismo pendular equilibrado y modular según la reivindicación 1, caracterizado porque los émbolos están fijados en los extremos móviles de los brazos pendulares.

9. Mecanismo pendular equilibrado y modular según la reivindicación 1, caracterizado porque los brazos pendulares son acodados.

10. Mecanismo pendular equilibrado y modular según la reivindicación 1, caracterizado porque los brazos pendulares poseen un conducto interior de refrigeración del émbolo.

11. Mecanismo pendular equilibrado y modular según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende dos cilindros toroidales que tienen diferente diámetro y dentro de los cuales cilindros trabajan émbolos de diámetro correspondiente con el de su respectivo cilindro.