ES2337084T3 - Bomba variable o motor hidraulico. - Google Patents

Abstract

Bomba o motor hidráulico que comprende un árbol (3) con un primer eje de rotación (L), montado de forma rotativa en una envolvente (10, 22, 23), primeros émbolos (28) conectados al árbol y rotativos alrededor del primer eje de rotación, una placa de orificios (8) montada en la envolvente y provista de una superficie de placa de orificios (7), con en un primer radio un orificio de alta presión (39) y un orificio de baja presión (40) cada uno conectado a una línea de presión respectiva, primeros cilindros (26) rotativos alrededor de un segundo eje de rotación (M), que cruza el primer eje en un plano central, y ajustados de forma estanca alrededor de los primeros émbolos para formar con los primeros émbolos cámaras con un volumen que en plena rotación cambia un volumen por carrera, ranuras de cilindro (31) cada una rotativa con y conectada a una cámara y que terminan en una superficie de válvula (6) que es rotativa a lo largo de la superficie de la placa de orificios (7) para conectar la cámara con el orificio de alta presión o el orificio de baja presión, por medio de lo cual al girar la placa de orificios alrededor de un tercer eje (N) que es perpendicular al plano central y cruza el primer eje y el segundo eje, pudiendo ser cambiado el volumen por carrera por medio de un accionamiento de posicionamiento de la placa de orificios (13, 19, 33) localizado en el plano central y que ejerce una fuerza sobre la placa de orificios, caracterizada porque el accionamiento de posicionamiento de la placa de orificios comprende dos accionadores hidráulicos opuestos (13, 33) que actúan en la placa de orificios (8) en la dirección de los primeros cilindros (26).

Description

Bomba variable o motor hidráulico.

La invención se refiere a una bomba o motor hidráulico de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Dichas bombas o motores hidráulicos se conocen como bombas o motores de eje acodado. Los émbolos de las bombas o motores conocidos están conectados de forma giratoria a una brida y son móviles en cilindros, que se encuentran en un extremo de un rotor. En el otro extremo del rotor, se posiciona una placa de orificios; este extremo del rotor forma la superficie de la válvula. La placa de orificios está situada entre la superficie de la válvula del rotor y la envolvente. En las bombas o motores conocidos, el accionamiento de posicionamiento de la placa de orificios comprende accionadores hidráulicos que desplazan un pasador de enganche en una ranura de la envolvente. El pasador de enganche se posiciona en un agujero en el centro de la placa de orificios, acoplando así la placa de orificios a los accionadores hidráulicos.

La técnica anterior más cercana está representada por la US 2005/019171.

Esta construcción conocida tiene el inconveniente de que en el plano central en el emplazamiento de la ranura, la envolvente no soporta suficientemente la placa de orificios de modo que la placa de orificios puede deformarse bajo la influencia de la alta presión entre la superficie de la placa de orificios y la superficie de la válvula. Asimismo entre los orificios de presión, que se encuentran en la zona del plano central, la presión entre la superficie de la placa de orificios y la superficie de la válvula varía con el paso de las ranuras del cilindro y por este medio produce fluctuaciones en las deformaciones. No es posible compensar estas fluctuaciones en el diseño de las piezas. Estas deformaciones variables crean intervalos que provocan la fuga de aceite. Si se limitan las deformaciones, por ejemplo hasta un máximo de 3 a 5 micromilímetros, la fuga entre la superficie de la placa de orificios y la superficie de la válvula sigue siendo aceptable. Un valor más alto reduce el rendimiento de la bomba o motor de una forma no deseable. Esta exigencia limita el primer radio, ya que un radio más grande reduce la rigidez de la placa de orificios y aumenta de esta manera las deformaciones.

Otro inconveniente de la construcción conocida consiste en que no es posible prolongar el árbol de transmisión por una abertura en la placa de orificios. Dicha prolongación posibilitaría la conexión de varias bombas o motores en serie. Una abertura en la placa de orificios con un diámetro adecuado para que el árbol de transmisión pueda pasar, reduciría además la rigidez de la placa de orificios y afectaría a los accionadores hidráulicos.

Con el fin de superar estos inconvenientes, la bomba o motor hidráulico está de acuerdo con la parte caracterizadora de la reivindicación 1. El soporte de la placa de orificios en el plano central por medio de accionadores hidráulicos reduce las deformaciones causadas por la alta presión variable entre la superficie de la válvula y la superficie de la placa de orificios, posibilitando la superación de los inconvenientes del diseño conocido sin más fugas.

De acuerdo con una realización, la bomba o motor hidráulico es según la reivindicación 2. De esta forma los accionadores hidráulicos soportan directamente la zona sometida a la presión variable reduciendo además por este medio las deformaciones variables.

De acuerdo con una realización, la bomba o motor hidráulico es según la reivindicación 3. Al conectar el segundo accionador con el orificio de alta presión, es necesario que la unidad de control mantenga también el primer accionador bajo presión. De esta forma, se asegura que ambos accionadores soporten la placa de orificios.

De acuerdo con una realización, la bomba o motor hidráulico es según la reivindicación 4. El primer accionador y el tercer accionador funcionan conjuntamente, por medio de lo cual el tercer accionador compensa directamente la fuerza que el segundo accionador ejerce sobre la placa de orificios. Esto conduce a fuerzas más bajas sobre la placa de orificios y reduce las deformaciones.

De acuerdo con una realización, la bomba o motor hidráulico es según la reivindicación 5 ó 6. Esto reduce el número de piezas independientes.

De acuerdo con una realización, la bomba o motor hidráulico es según la reivindicación 7. De esta manera, el par para posicionar o rotar la placa de orificios es más o menos independiente de la posición rotacional de la placa de orificios, facilitando de esta forma el posicionamiento de la placa de orificios.

De acuerdo con una realización, la bomba o motor hidráulico es según la reivindicación 8. De esta manera, los accionadores hidráulicos tienen un diseño sencillo y son de coste adecuado.

De acuerdo con una realización, la bomba o motor hidráulico es según la reivindicación 9. Esto asegura que los segundos cilindros no ejerzan una fuerza lateral sobre la placa de orificios y que el diseño pueda ser más compacto al tener ranuras en la placa de orificios para suministrar aceite a los distintos cilindros.

De acuerdo con una realización, la bomba o motor hidráulico es según la reivindicación 10. Esto asegura que durante la presión de arranque pueda tener lugar un aumento en el orificio de alta presión y en los cilindros conectados impidiendo fugas por varios intervalos. Después del arranque, la alta presión asegura que los intervalos permanezcan cerrados.

De acuerdo con una realización, la bomba variable o motor hidráulico es según la reivindicación 11. Esto reduce el número de piezas diferentes en el dispositivo y facilita la producción o mantenimiento de la bomba o motor.

De acuerdo con una realización, la bomba variable o motor hidráulico es según la reivindicación 12. Al proporcionar en las superficies de apoyo aberturas conectadas a los orificios de presión, existe una conexión sencilla y directa entre las líneas de presión y las cámaras.

De acuerdo con una realización, la bomba variable o motor hidráulico es según la reivindicación 13. Esto evita además fuerzas de flexión sobre la placa de orificios y las deformaciones resultantes.

De acuerdo con una realización, la bomba variable o motor hidráulico es según la reivindicación 14. De esta forma, se realiza una bomba o motor compacto de alta capacidad.

La invención se explica a continuación haciendo referencia a una realización y con la ayuda de los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1, muestra una sección transversal y el interior de un dispositivo hidráulico, tal como una bomba.

La figura 2, muestra una vista en perspectiva del interior del dispositivo hidráulico de la figura 1.

La figura 3, muestra una vista en perspectiva de las placas de orificios y de los accionamientos de las placas de orificios del dispositivo hidráulico de la figura 1.

La figura 4, muestra una vista lateral de una placa de orificios del dispositivo hidráulico de la figura 1; y:

La figura 5, es una vista frontal de la placa de orificios de la figura 4.

El dispositivo hidráulico mostrado en la figura 1 se describe a continuación como bomba 12. Un motor (no mostrado) acciona la bomba 12 por medio del extremo de árbol estriado 24. La bomba 12 está conectada a líneas de presión (no mostradas) y comprime aceite a baja presión en aceite a alta presión. Por medio de más o menos los mismos componentes, el dispositivo hidráulico se puede utilizar también como motor hidráulico. En este caso, el aceite a alta presión alimenta el motor y el extremo del árbol estriado 24 acciona el equipo. El documento WO 03/058035 describe los distintos componentes utilizados en la realización de forma más detallada y esta descripción se incluye en la presente por si es necesario para más explicación de la invención.

La bomba 12 comprende una envolvente 22 en la que una primera tapa 10 y una segunda tapa 23 se sujetan mediante los tornillos 1, la primera tapa 10 y la segunda tapa 23 tienen cojinetes 2 en los que un árbol 3 puede girar alrededor de un primer eje L. El árbol 3 se extiende herméticamente por la segunda tapa 23 y termina como extremo de árbol estriado 24. El árbol 3 tiene una brida 29 en el centro de la envolvente 22 y los émbolos de bomba 28 se extienden en ambos lados de la brida 29, en esta realización en ambos lados doce émbolos de bomba 28. Los cilindros de bomba 26 encierran los émbolos de bomba 28 y se apoyan contra una placa acanalada 25. Los émbolos de bomba 28 tienen una superficie de cierre esférica que se cierra herméticamente contra la superficie interior del cilindro de bomba 26, de modo tal que el interior del cilindro de bomba 26 forme una cámara de bomba con el émbolo de bomba 28. Durante su uso, los cilindros de bomba 26 se cierran herméticamente contra la placa acanalada 25 bajo la influencia de la presión en la cámara de bomba. Para impedir que tengan lugar fugas en situaciones en las que la presión en la cámara de bomba es demasiado baja, se proporciona un resorte 27, este resorte 27 comprime el cilindro de bomba 26 contra la placa acanalada 25. En otras realizaciones, en lugar de o además del resorte 27, unos medios de sujeción mantienen el cilindro de bomba 26 contra la placa acanalada 25, manteniendo por este medio la posibilidad de un movimiento deslizante del cilindro de bomba 26 sobre la placa acanalada 25.

Una abertura en el fondo del cilindro de bomba 26 se conecta con una ranura 31 que termina en una superficie de la válvula 6 de la placa acanalada 25. La superficie de válvula 6 gira sobre una superficie de placa de orificios 7 de una placa de orificios 8. La placa acanalada 25 gira con el árbol 3 y es acoplada con el árbol 3 mediante un acoplamiento esférico 4, de modo tal que puede girar sobre el acoplamiento 4 y girar alrededor de un segundo eje M, que cruza el primer eje L. La placa de orificios 8 determina el ángulo de inclinación del segundo eje M. La dirección de las líneas centrales M' de los cilindros de bomba 26 es paralela al segundo eje M, de modo tal que la superficie de cierre estanco entre un émbolo de bomba 28 y un cilindro de bomba 26 es perpendicular al segundo eje M. La primera tapa 10 y la segunda tapa 23 así como la envolvente 22 tienen ranuras (no mostradas) que conectan las líneas de presión con las placas de orificios 8 así como con las cámaras de bomba.

Debido al ángulo entre el primer eje L y el segundo eje M, en una rotación completa del árbol 3, el volumen de la cámara de bomba cambia un volumen por carrera entre un volumen máximo y un volumen mínimo. Al girar la placa de orificios 8 alrededor de un tercer eje N (véanse las figuras 4 y 5), que es perpendicular a un plano central por todo el primer eje L y el segundo eje M y que cruza estos ejes L y M, el ángulo entre el primer eje L y el segundo eje M cambia y con ello también el volumen por carrera así como la capacidad de la bomba 12. Un primer accionador 33 y un tercer accionador 19 hacen girar la placa de orificios 8 en una primera dirección. El primer accionador 33 comprende un émbolo 1 montado en la primera tapa 10. Un cilindro 14 está montado alrededor del émbolo 1. Para seguir la rotación de la placa de orificios 8, la cara inferior del cilindro 14 puede deslizarse sobre una superficie deslizante 35 que es el fondo de una ranura 34 en la placa de orificios 8. Una cámara de accionador del primer accionador 33, formada por el émbolo 1 y el cilindro 14, está abierta en el fondo y se conecta con una ranura de interconexión 17 en la placa de orificios 8 a una cámara de accionador similar del tercer accionador 19. El tercer accionador 19 tiene un émbolo hueco 18 montado en un soporte 21 sujeto a la envoltura 22. Una ranura por este émbolo hueco 18 forma parte de una ranura de control 20 que está conectada a una unidad de control (no mostrada). Al incrementar la presión de aceite en la ranura de control 20, el primer accionador 33 y el tercer accionador 19 hacen girar la placa de orificios 8 hacia una posición con un volumen por carrera reducido.

El segundo accionador 13 comprende un émbolo 1 montado en la primera tapa 10 y un cilindro 14 deslizable sobre la superficie deslizante 35. La cámara del accionador está conectada por la abertura en el fondo del cilindro 14 con una ranura de alta presión 16 en la placa de orificios 8 que conecta la cámara del accionador con un orificio de alta presión 39 (véanse las figuras 4 y 5). El orificio de alta presión 39 está conectado a la línea de presión con aceite de alta presión y el segundo accionador 13 contrarresta el par que es accionado por el primer accionador 33 y el tercer accionador 19 en la placa de orificios 8 y el segundo accionador 13 desplaza la placa de orificios 8 hasta una posición con un volumen por carrera incrementado.

Cuando se arranca la bomba 12, un resorte 30 comprime las placas de orificios 8 en una posición inclinada, un soporte de resorte 32 posiciona el resorte 30 en las placas de orificios 8. En la posición inclinada, el volumen por carrera es máximo durante el arranque. Para impedir fugas entre los cilindros 14 y la placa de orificios 8, los cilindros son comprimidos por un resorte (no mostrado) contra la placa de orificios 8. En otra realización, existen medios de sujeción (adicionales o en lugar del resorte) que sujetan los cilindros 14 de forma deslizable contra la placa de orificios 8. Tras el
arranque de la bomba 12, la presión en la cámara del accionador comprime los cilindros 14 contra la placa

\hbox{de orificios 8.}

Las figuras 2, 3, 4 y 5 muestran el interior de la bomba 12 y las placas de orificios 8. Cada placa de orificios 8 tiene en la superficie de placa 7 un orificio de alta presión 39 y un orificio de baja presión 30, entre estos orificios hay una zona de cruce 41. El otro lado de la placa de orificios 8 tiene una superficie de apoyo cilíndrica 37 que descansa en una superficie de soporte cilíndrica (no mostrada) de la primera tapa 10 o la segunda tapa 23. La placa de orificios 8 puede girar en esta superficie de soporte cilíndrica alrededor del tercer eje N. La superficie de apoyo cilíndrica 37 que se halla opuesta al orificio de alta presión 39 tiene una ranura de alta presión 38 que se conecta en la placa de orificios 8 con el orificio de alta presión 39. En la primera tapa 10 o la segunda tapa 23, la ranura de alta presión 38 continúa hacia la línea de alta presión. De la misma forma, la superficie de apoyo cilíndrica 37 que se halla opuesta al orificio de baja presión 40 tiene una ranura de baja presión 36 que se conecta a la línea de baja presión en la primera tapa 10 o la segunda tapa 23.

Durante el funcionamiento, el orificio de alta presión 39 produce una alta presión del aceite entre la superficie de la placa de orificios 7 y la superficie de válvula 6 en el emplazamiento del orificio de alta presión 39 y una presión decreciente en la parte de cierre estanco circundante, es decir que la zona circundante del orificio de alta presión 39 funciona como cierre estanco entre la alta presión y el interior de menos presión de la bomba 12. La alta presión del aceite provoca una fuerza en la placa de orificios 8 que es más o menos contrarrestada completamente por la fuerza en la dirección de la superficie de la placa de orificios 7 causada por la alta presión en la ranura de alta presión 38 en la superficie de apoyo cilíndrica 37 y la parte de cierre estanco circundante. Este requisito determina la zona de la ranura de alta presión 38 en la superficie de apoyo cilíndrica 37.

Los cilindros rotativos de la bomba 26 y las ranuras rotativas 31 provocan una presión oscilante en la zona de cruce 41 a medida que la presión cambia cuando una ranura 31 cambia de la conexión con el orificio de alta presión 39 al orificio de baja presión 40 o viceversa. Esta presión variable provoca una fuerza variable en la placa de orificios 8 y provoca intervalos variables entre la superficie de la placa de orificios 7 y la superficie de la válvula 6, lo que conduce a fugas de aceite que deben tan pequeñas como sea posible ya que reducen el rendimiento de la bomba 12. Con el fin de reducir estos intervalos, el primer accionador 33 y el segundo accionador 13 funcionan en la placa de orificios 8 en la dirección de la superficie de la placa de orificios 7 y tienen una dirección perpendicular en esta superficie. De esta forma, las fuerzas de los accionadores ayudan a cerrar los posibles intervalos y reducen las deformaciones de la placa de orificios 8. Los accionadores funcionan a una distancia del tercer eje en la placa de orificios 8, que es igual o superior al radio de la zona de cruce 41, lo que reduce también las deformaciones de la placa de orificios 8. Preferentemente, las posiciones de los accionadores son tales que la carrera de los émbolos 1 y 18 en los cilindros 14 es igual o inferior a la carrera de los émbolos de la bomba 28 en los cilindros de la bomba 26, de modo tal que se puedan utilizar las mismas piezas. Esto significa que la distancia de los accionadores al primer eje L puede ser como máximo dos veces el radio de los émbolos de la bomba 28 alrededor del primer eje L.

Colocar los accionadores a una distancia del tercer eje N superior al radio de los orificios de presión 39 y 40 tiene la ventaja adicional de que el árbol 3 se pueda extender por un agujero en la placa de orificios 8. Entonces es posible colocar varias bombas en serie, con lo cual se conectan los árboles 3.

La realización descrita muestra dos conjuntos de émbolos de bomba 28, cada uno trabajando con una placa de orificios 8. Este diseño tiene la ventaja de que un pequeño ángulo entre el primer eje L y el segundo eje M permite obtener una bomba de alta capacidad. Está claro que las distintas medidas tomadas para obtener un diseño sencillo y eficaz son independientes de esta ventaja. Además, el diseño de la placa de orificios 8 y de los accionadores es también adecuado, por ejemplo, para bombas de eje acodado que tienen un rotor con agujeros cilíndricos por medio de lo cual una placa de orificios soporta este rotor directamente.

Claims (14)

1. Bomba o motor hidráulico que comprende un árbol (3) con un primer eje de rotación (L), montado de forma rotativa en una envolvente (10, 22, 23), primeros émbolos (28) conectados al árbol y rotativos alrededor del primer eje de rotación, una placa de orificios (8) montada en la envolvente y provista de una superficie de placa de orificios (7), con en un primer radio un orificio de alta presión (39) y un orificio de baja presión (40) cada uno conectado a una línea de presión respectiva, primeros cilindros (26) rotativos alrededor de un segundo eje de rotación (M), que cruza el primer eje en un plano central, y ajustados de forma estanca alrededor de los primeros émbolos para formar con los primeros émbolos cámaras con un volumen que en plena rotación cambia un volumen por carrera, ranuras de cilindro (31) cada una rotativa con y conectada a una cámara y que terminan en una superficie de válvula (6) que es rotativa a lo largo de la superficie de la placa de orificios (7) para conectar la cámara con el orificio de alta presión o el orificio de baja presión, por medio de lo cual al girar la placa de orificios alrededor de un tercer eje (N) que es perpendicular al plano central y cruza el primer eje y el segundo eje, pudiendo ser cambiado el volumen por carrera por medio de un accionamiento de posicionamiento de la placa de orificios (13, 19, 33) localizado en el plano central y que ejerce una fuerza sobre la placa de orificios, caracterizada porque el accionamiento de posicionamiento de la placa de orificios comprende dos accionadores hidráulicos opuestos (13, 33) que actúan en la placa de orificios (8) en la dirección de los primeros cilindros (26).

2. Bomba o motor hidráulico según la reivindicación 1, caracterizada porque los accionadores hidráulicos (13, 19, 33) actúan sobre la placa de orificios (8) en un radio igual o superior al primer radio.

3. Bomba o motor hidráulico según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el primer accionador hidráulico (33) está conectado a una unidad de control y el segundo accionador hidráulico (13) al orificio de alta presión (39).

4. Bomba o motor hidráulico según la reivindicación 3, caracterizada porque el accionamiento de posicionamiento de la placa de orificios comprende un tercer accionador hidráulico (19) que está conectado al primer accionador hidráulico (33), que está colocado en una posición opuesta y que contrarresta al segundo accionador (13).

5. Bomba o motor hidráulico según la reivindicación 4, caracterizada porque la placa de orificios (8) comprende una primera ranura (17) que conecta el primer accionador (33) y el tercer accionador (19).

6. Bomba o motor hidráulico según la reivindicación 3, 4 ó 5, caracterizada porque la placa de orificios comprende una segunda ranura (16) que conecta el segundo accionador (13) con el orificio de alta presión (39).

7. Bomba o motor hidráulico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las fuerzas ejercidas por los accionadores hidráulicos (13, 19, 33) en la placa de orificios (8) son paralelas al segundo eje (M).

8. Bomba o motor hidráulico según la reivindicación 7, caracterizada porque los accionadores hidráulicos (13, 19, 33) comprenden cada uno un segundo émbolo (1, 18) montado en la envolvente (10, 22) y un segundo cilindro en forma
de copa (14) ajustado alrededor del segundo cierre estanco de émbolo en un plano perpendicular al segundo eje (M).

9. Bomba o motor hidráulico según la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque los segundos cilindros (14) están soportados de forma deslizable y/o estanca en la placa de orificios (8).

10. Bomba o motor hidráulico según la reivindicación 7, 8 ó 9, caracterizada porque el segundo cilindro (14) y/o la placa de orificios (8) tiene un resorte y/o medios de sujeción para impedir un importante hueco entre el segundo cilindro y la placa de orificios.

11. Bomba o motor hidráulico según la reivindicación 7, 8, 9 ó 10, caracterizada porque los primeros émbolos (28) y los primeros cilindros (26) son idénticos a los segundos émbolos (1, 18) y los segundos cilindros (14) respectivamente.

12. Bomba o motor hidráulico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la placa de orificios (8) comprende en la posición opuesta a la superficie de la placa de orificios dos superficies de apoyo cilíndricas (37) para soportar la placa de orificios en la envolvente (10, 23), teniendo las superficies de apoyo cilíndricas el tercer eje de rotación (N) como línea central y estando cada superficie provista de una abertura (36, 38) conectada al orificio de alta presión (39) o al orificio de baja presión (40) localizado en el lado opuesto de la placa de orificios.

13. Bomba o motor hidráulico según la reivindicación 12, caracterizada porque la superficie de apoyo cilíndrica (37) opuesta al orificio de alta presión (39) está diseñada de modo tal que el saliente en la superficie de la placa de orificios (7) de la zona que tiene alta presión entre la envolvente (10, 23) y la superficie de apoyo cilíndrica es más o menos igual a la zona que tiene alta presión entre la superficie de válvula (6) y la superficie de la placa de orificios.

14. Bomba o motor hidráulico según una las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el árbol (3) comprende una brida (29) con dos conjuntos de primeros émbolos (28), extendiéndose estos conjuntos en direcciones opuestas, y en ambos lados de la brida una placa de orificios (8) en forma de anillo por la que se extiende el árbol de accionamiento.