ES3055397T3 - Load balancing device for a lifting application with an article to be lowered or raised - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo de compensación de carga para aplicaciones de elevación con un objeto a elevar o descender. Este dispositivo comprende una plataforma móvil que soporta el objeto y, para compensar la carga, se apoya en al menos un elemento de resorte (5). El elemento de resorte (5) actúa sobre una unidad de expansión (4, 6, 7) que, para lograr la expansión, transfiere la fuerza elástica del elemento de resorte (5) a un dispositivo de tijera (3). Gracias a este dispositivo, la fuerza elástica genera una fuerza de elevación que produce una acción de elevación sobre la plataforma. La geometría de elevación formada por la unidad de expansión (4, 6, 7) y el dispositivo de tijera (3) proporciona una fuerza de elevación prácticamente constante a lo largo de una distancia considerable de la plataforma. La magnitud y la linealidad o constancia de la fuerza de soporte (fuerza de elevación) se pueden ajustar fácilmente adaptando la geometría, en particular la longitud/tamaño de los elementos estructurales de la unidad de expansión y la longitud de las patas del dispositivo de tijera. El dispositivo compensador de carga también se caracteriza por sus dimensiones compactas, su manejo flexible y su alto rendimiento en combinación con un mínimo esfuerzo de fabricación, montaje y mantenimiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Dispositivo de compensación de carga para una aplicación de elevación con un objeto que se debe elevar o bajar

[0003] La presente invención hace referencia a un dispositivo de compensación de carga para mecanismos de elevación y aplicaciones similares, según el concepto general de la reivindicación 1.

[0004] La presente invención hace referencia a un dispositivo de compensación de carga de acción mecánica para aumentar el rendimiento y la eficiencia de las aplicaciones de elevación vertical. Este dispositivo está diseñado para integrarse de forma flexible en sistemas de elevación existentes o de diseño nuevo, aliviando así la carga del tren de accionamiento o de todo el mecanismo de elevación, aumentando así de manera significativa la eficiencia del sistema en su conjunto. Esta reducción de carga no sólo reduce la potencia de accionamiento y el consumo de energía, sino que también permite reducir el tamaño y el peso del dispositivo de elevación, aumentar la capacidad de carga y, por lo tanto, la densidad de potencia del sistema en su conjunto.

[0005] La publicación US 2011/0240409 A1 de Bacon “Conjunto de elevador de tijera” (“Scissor lift assembly”) muestra una mesa elevadora con cinemática de tijera, en la que un husillo accionado por motor está dispuesto entre dos brazos de un par de tijeras, de modo que la mesa elevadora presenta una altura constructiva reducida cuando está descendida.

[0006] La solicitud US US 5,833,198 A de Graetz “Mesa elevadora de operación mecánica” (“Mechanically operated lift table”) también muestra una mesa elevadora con cinemática de tijera, en la que se dispone un elemento de resorte entre los brazos de un par de tijeras, en donde la curva característica del resorte se selecciona de tal manera que, cuando se somete a un paquete de carga, la mesa elevadora desciende esencialmente por la altura total del paquete de carga, lo que da como resultado una altura total esencialmente independiente de la carga de la mesa elevadora cargada.

[0007] La publicación JP H07267594 A de Mizouchi Seiji “Elevador de mesa accionado por motor” (“Motor-driven table lifter”) muestra una mesa elevadora de tijera en la que se prevé un resorte de presión sobre un husillo de accionamiento para apoyar el accionamiento. La solicitud JP H07267594 A revela el concepto general de la reivindicación 1.

[0008] Hasta ahora, por ejemplo, en los dispositivos elevadores descritos en la solicitud DE 102012020264 B4, se colocaban elementos de resorte de compresión entre el bastidor inferior y el bastidor superior o la plataforma elevadora para aliviar la carga del mecanismo de elevación y del tren de transmisión. Esta conexión directa implica algunas desventajas. Por ejemplo, se necesitan elementos de guía macizos y costosos soportes de resortes para evitar que los elementos de resorte de compresión se doblen. Si se aplicaran fuerzas laterales a los elementos de resorte, esto reduciría considerablemente su vida útil. Para conseguir que el mecanismo de elevación se alivie significativamente incluso en la posición superior, es necesarios aplicar una alta precarga de resorte a los elementos de resorte debido a la curva característica de resorte plana. Sin embargo, durante los trabajos de mantenimiento del sistema elevador, la energía almacenada en la precarga del muelle se debe separar o desacoplar del sistema elevador de forma segura, o bien quedar encerrada, lo que da lugar a costosos conceptos de mantenimiento y eventualmente a dispositivos adicionales.

[0009] Además, una desventaja de la integración directa de los elementos de resorte consiste en que no se puede generar una fuerza constante a lo largo de toda la elevación, ya que la fuerza del resorte aumenta al comprimirse de acuerdo con la curva característica del resorte.

[0010] Las soluciones con contrapesos, como las que se conocen, por ejemplo, en los ascensores para personas, proporcionan un soporte constante a lo largo de toda la altura de elevación, pero en la mayoría de los casos no son móviles, presentan masas en movimiento elevadas y, por lo tanto, no son adecuadas para muchos usos industriales.

[0011] Por lo tanto, el objeto de la presente invención consiste en proponer un dispositivo de compensación de carga para una aplicación de elevación (aplicación de elevación, mecanismo de elevación, dispositivo de elevación y descenso, mesa elevadora o similares) que ofrezca una fuerza de apoyo lo más lineal y constante posible a lo largo de una altura de elevación. La solución requerida debe ser ligera y poder mantenerse sin peligro tras alcanzar una posición de mantenimiento.

[0012] La solución de dicho objeto comprende la interacción de elementos de resorte de acción mecánica con un mecanismo de tijera accionado por una unidad de expansión, que a su vez actúa de apoyo sobre un medio de soporte de carga, denominado en lo sucesivo "plataforma". La solución conforme a la invención muestra una combinación de elementos de resorte de acción mecánica con un mecanismo de tijera accionado por una unidad de expansión, que genera una fuerza de elevación uniforme entre dos plataformas que se mueven verticalmente una con respecto a la otra. Este dispositivo de compensación de carga se caracteriza por sus dimensiones compactas, su manejo flexible y su alto rendimiento con bajos costes de fabricación, montaje y mantenimiento.

[0013] El objeto se resuelve particularmente mediante el dispositivo según la reivindicación de patente 1. Se propone un dispositivo de compensación de carga para una aplicación de elevación con un objeto que se va a elevar o bajar, con una plataforma móvil, en donde la plataforma soporta el objeto y en donde la plataforma está soportada por al menos un elemento de resorte para compensar la carga. El elemento de resorte actúa sobre una unidad de expansión que transmite la fuerza elástica del elemento de resorte a una disposición en tijera para la expansión; en donde la fuerza elástica actúa sobre la plataforma como una fuerza de elevación resultante mediante la disposición en tijera; y en donde la geometría de elevación conformada por la unidad de expansión y la disposición en tijera proporciona una fuerza de elevación esencialmente constante a lo largo de una distancia de elevación significativa de la plataforma. Mediante un ajuste de la geometría, en particular, de la longitud/tamaño de los elementos constructivos de la unidad de expansión y de la longitud de los brazos del sistema de tijeras, se puede ajustar fácilmente el tamaño y la linealidad o constancia de la fuerza de apoyo (fuerza de elevación). El dispositivo de compensación de carga se caracteriza además por sus dimensiones compactas, su manejo flexible y su alto rendimiento con bajos costes de fabricación, montaje y mantenimiento.

[0014] Según la invención, el elemento de resorte (5) está diseñado como al menos dos resortes de tracción que actúan en paralelo y está pretensado con una pretensión de resorte tan alta que el elemento de resorte (5) se comprime en una posición de elevación superior, de modo que, en caso de mantenimiento, no es necesario tomar medidas adicionales para la separación de fuerza o energía del acumulador de energía.

[0015] Las realizaciones ventajosas de la presente invención se indican en las reivindicaciones relacionadas. Sus características y ventajas se pueden realizar tanto individualmente como en combinación entre sí, según sea necesario.

[0016] Resulta ventajoso que la geometría de elevación esté diseñada de tal manera que una fuerza elástica que cambia a lo largo de la carrera se compense esencialmente mediante un efecto de palanca que cambia a lo largo de la elevación. Esto da como resultado un apoyo esencialmente constante, es decir, un equilibrio de carga optimizado, incluso con curvas características de resorte pronunciadas, y en muchos casos hace que sea innecesario una precarga de resorte alta para usar el resorte en un rango de trabajo lo más lineal posible. En una forma de ejecución de diseño sencillo, la unidad de expansión comprende puntales de empuje, en donde los puntales de empuje están respectivamente articulados entre el acumulador de resorte y un brazo de tijera del conjunto de tijera.

[0017] La unidad de expansión actúa de forma ventajosa sobre una geometría curva, en donde la geometría curva determina el curso de la acción de palanca de la unidad de expansión sobre el dispositivo de tijera. Esto permite compensar curvas de fuerza de resorte no lineales y, además, permite crear una fuerza de apoyo variable durante la carrera, lo que resulta deseable en algunas aplicaciones, mediante un diseño correspondiente de la geometría de la curva. En una variante constructivamente sencilla y compacta, la geometría de la curva está conformada por al menos una superficie curvada de un brazo de tijera del dispositivo de tijera, en donde la fuerza elástica de la unidad de expansión actúa sobre la superficie curvada mediante una pieza deslizante o una estructura de rodillos.

[0018] En una variante, la unidad de expansión presenta una geometría de cuña de expansión al menos en un lado. De esta manera, se obtiene una forma constructiva particularmente compacta. Además, también permite convertir curvas características de resorte planas en una compensación de carga constante o una fuerza de apoyo constante. Dependiendo de la aplicación, puede resultar conveniente disponer un sistema de cuñas de expansión en un extremo del resorte de tracción y puntales de empuje en el otro extremo del resorte. También es posible combinar una geometría curva con puntales de empuje o un sistema de cuñas de expansión.

[0019] Cuando el dispositivo de compensación de carga se dimensiona adecuadamente, también puede ejercer una función de guía vertical; en ese caso, el mecanismo de elevación asistido puede presentar un diseño más sencillo y limitarse a la función de elevación.

[0020] A continuación se describen ejemplos de ejecución del dispositivo de compensación de carga y realizaciones ventajosas en base a los dibujos.

[0021] Las figuras muestran:

[0022] Figura 1: dos formas de ejecución A1, A2 de la cinemática de transmisión no conforme a la invención del dispositivo de compensación de carga con puntales de empuje como dispositivo de expansión en una representación esquemática.

[0023] Figuras 2 - 3: otras formas de ejecución B, C de la cinemática de transmisión no conforme a la invención del dispositivo de compensación de carga con dispositivos de expansión alternativos en una representación esquemática.

[0024] Figuras 4-5: otras formas de ejecución D, E de la cinemática de transmisión conforme a la invención del dispositivo de compensación de carga con dispositivos de expansión alternativos en una representación esquemática.

[0025] Figura 6: una aplicación técnica de la variante A1 no conforme a la invención con función de guía vertical en posición descendida (inferior) y extendida (superior).

[0026] Figura 7: una aplicación técnica de la variante D conforme a la invención con función de guía vertical en posición descendida (inferior) y extendida (superior).

[0027] Figura 8: una aplicación técnica de la variante D conforme a la invención sin función de guía vertical en posición descendida (inferior) y extendida (superior).

[0028] Figura 9: una aplicación técnica de la integración de la variante D conforme a la invención en un transportador de elevación y descenso existente.

[0029] Figura 10: una aplicación técnica de la variante D conforme a la invención como mesa elevadora con doble motor de cilindro eléctrico en posición descendida (inferior) y extendida (superior).

[0030] Figura 11: una aplicación técnica de la variante A1 no conforme a la invención como mesa elevadora con doble motor de cadena de empuje en posición descendida (inferior) y extendida (superior).

[0031] La figura 1 muestra esquemáticamente a la izquierda dos variantes de ejecución A1, A2 de la cinemática de transmisión del dispositivo con elementos de transmisión y, a la derecha, la correspondiente curva de fuerzaelevación. En la figura se muestran dos brazos de tijera (3) conectados en el centro y pivotantes entre sí, a los que están unidos dos puntales de empuje (4) también pivotantes, en donde el lado opuesto de los puntales de empuje está montado coaxialmente. Para ello, se conecta un acumulador de energía de resorte (5) que actúa bajo tracción, también montado coaxialmente. La plataforma móvil, con la que se introduce el peso del objeto a mover en la disposición, no se muestra en las representaciones esquemáticas de las figuras 1 - 5 por razones de claridad.

[0032] La fuerza de tracción del acumulador de energía (disposición de resortes) logra la separación de los brazos de tijera (3) a través de los puntales de empuje (4). Como resultado, la fuerza de compensación (F) actúa en los extremos de los brazos de tijera.

[0033] Cuando debido a los requisitos de la aplicación, se puede prescindir de una función de guía rectilínea y vertical, se pueden omitir las guías de cojinete libre (2) de la variante A1, lo que a su vez se traduce en ventajas referidas al espacio de instalación y costes. Esta ejecución se muestra esquemáticamente en la mitad inferior de la figura 1 con la variante A2.

[0034] También resulta posible, en lugar de los puntales de empuje, colocar una geometría de curva de elevación (7) (abreviado: curva de elevación o geometría de curva) en los brazos de tijera (3) en lugar de los puntales de empuje, con el fin de lograr la apertura de la tijera (3) mediante un eje de expansión que se extiende a lo largo de la curva de elevación; estas variantes D y E se muestran en las figuras 4 y 5. Indicación: A continuación, la referencia (3) se utiliza tanto para el mecanismo de tijera (breve: tijera) como para un solo brazo de tijera.

[0035] Las figuras 2, 3 y 5 muestran las variantes B, C y E. Estas soluciones comprenden, en diferentes combinaciones, la técnica de cuña de expansión y son especialmente adecuadas para acumuladores de resorte con curvas características planas, que presentan, por ejemplo, resortes de tracción convencionales o, de forma ventajosa, resortes de tracción de alambre ovalado. Además, mediante el ajuste de la geometría de la curva de evaluación (variantes D y E), se puede ajustar de manera óptima la curva fuerza-elevación.

[0036] Las relaciones seleccionadas entre las longitudes del brazo de tijera y los puntales de empuje, en combinación con la posición de los ejes de giro y la curva característica del resorte, así como, en su caso, la forma de las curvas de elevación, permiten influir en la curva de fuerza-elevación del dispositivo. En la curva de fuerza-elevación representada esquemáticamente en la figura 1 se puede observar que se puede alcanzar una fuerza de elevación prácticamente constante. Cuando se compara la curva de fuerza real con una curva de fuerza constante ideal, se pueden alcanzar desviaciones de linealidad inferiores al ±1 %. Una desviación de linealidad de ±15% se considera el límite superior de la relación coste-beneficio.

[0037] Como ya se ha descrito con la variante A2, también se puede prescindir de la guía de cojinete libre mostrada en las variantes B, C, D y E cuando debido a la aplicación no se necesita una función de guía rectilínea y vertical, o cuando la plataforma elevadora ya dispone de una guía vertical. Esto suele ocurrir cuando se adaptan dispositivos de elevación ya existentes con un dispositivo de compensación de carga.

[0038] A continuación se muestran las posibilidades técnicas de implementación de las variantes de la figura 1 y de la variante D de la figura 4, así como ejemplos de aplicación; las variantes B, C y E muestran modificaciones en otras combinaciones de medios de expansión.

[0039] La figura 6 muestra una aplicación técnica de la variante de ejecución A1. Aquí se explica la interacción de los elementos de transmisión del mecanismo. El acumulador de resorte integrado aquí en la mecánica de elevación consta de un paquete de resortes compuesto por dos resortes de compresión montados uno dentro del otro. Estos están integrados mecánicamente entre los puntales de empuje de tal manera que la unidad del acumulador de resorte actúa como un resorte de tracción. El uso de resortes de compresión macizos permite alcanzar una densidad de potencia particularmente alta.

[0040] La figura 7 muestra una primera ejecución técnica de la variante D (figura 4) con función de guía rectilínea y vertical del dispositivo de compensación de carga según la invención. Aquí, como acumuladores de resorte se utilizan 4 resortes de tracción de alambre ovalado de alto rendimiento que actúan en paralelo y que, en comparación con los resortes de tracción de alambre redondo, presentan una mayor densidad de potencia, mayores tensiones de precarga y menores índices de elasticidad. El número de resortes permite aumentar o reducir la carga de compensación, para ello, también se pueden prever medios de acoplamiento (aquí no representados) que permiten reaccionar a diferentes cargas durante el funcionamiento. En el ejemplo mostrado, la curva de elevación forma parte del contorno del brazo de tijera, mientras que el eje de expansión se guía axialmente mediante un eje instalado en el centro.

[0041] La figura 8 muestra una ejecución técnica de la variante D (figura 4) sin función de guía con 4 resortes de tracción de alambre ovalado que actúan en paralelo como acumuladores de energía. En este diseño se ha omitido la guía en el lado del cojinete suelto, lo que significa que ya no es necesaria la función de guía recta y vertical. La guía del eje de expansión a lo largo de la curva de elevación instalada en el centro se realiza aquí de manera ventajosa mediante un rodillo perfilado. El aumento de la fuerza de compensación se logra añadiendo elementos de resorte en pares. Por lo tanto, también resulta técnicamente posible el diseño mostrado en la figura 8, por ejemplo, sólo con 2 o 6 o 8 resortes de tracción que actúan en paralelo. La alta precarga del resorte enrollada en los resortes de tensión de alambre ovalado permite generar la fuerza de compensación deseada sin tener que precargar adicionalmente los resortes. Debido a que los resortes de tracción están bloqueados en la posición superior de elevación, no es necesario tomar medidas adicionales para separar la fuerza o la energía del acumulador de energía en caso de mantenimiento.

[0042] La figura 9 muestra la integración de dos dispositivos de compensación de carga de la figura 5 que actúan en paralelo en un dispositivo de elevación y descenso existente. Este dispositivo de elevación y descenso se utiliza para transportar una carrocería en bruto en la fabricación en serie de automóviles. En la industria, a menudo se desea aumentar el rendimiento de las instalaciones ya existentes. En este ejemplo, la integración de la variante de ejecución D de la figura 4 alivia parcialmente la carga del mecanismo de elevación con cadena cinemática y, por otra parte, aumenta la capacidad de carga del dispositivo (en este caso, en un 40 %). Debido a que esta modernización implica un esfuerzo relativamente reducido y evita una costosa conversión completa del dispositivo de elevación y descenso para cargas más pesadas, se obtienen importantes ventajas económicas.

[0043] Otro campo de aplicación de los dispositivos de compensación de carga son las aplicaciones de elevación que se utilizan en vehículos de transporte automático (AGV). En este caso, el aspecto del ahorro de energía y el aumento del rendimiento cobra especial importancia, ya que el suministro de energía conlleva un gran esfuerzo y, en la mayoría de los casos, la capacidad de elevación es el factor limitante en este sentido.

[0044] En el dispositivo de compensación de carga para un vehículo de transporte automático (AGV) mostrado en la figura 10 se han integrado tanto una función de guía vertical como una función de accionamiento, lo que permite su uso como mesa elevadora.

[0045] El dispositivo de compensación de carga con función de guía y de accionamiento que se muestra en la figura 11 se puede utilizar como mesa elevadora para cargas pesadas de hasta 3 t en vehículos de transporte sin conductor. La función de accionamiento se realiza aquí mediante dos accionamientos de cadena de empuje sincronizados eléctricamente entre sí, y la función de guía vertical y compensación de carga, mediante dos dispositivos de compensación de carga instalados en el centro, tal y como se muestra en la figura 6.

Claims (5)

1. REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de compensación de carga para una aplicación de elevación con un objeto a elevar o bajar, con una plataforma móvil; en donde la plataforma soporta el objeto,

en donde la plataforma está sostenida por al menos un elemento de resorte (5) para compensar la carga;

en donde el elemento de resorte (5) actúa sobre una unidad de expansión (4, 6, 7) que transmite una fuerza elástica del elemento de resorte (5) a una disposición en tijera (3) para la expansión; en donde la fuerza elástica actúa a través de la disposición en tijera como una fuerza de elevación resultante que eleva la plataforma; y en donde la geometría de elevación conformada por la unidad de expansión (4, 6, 7) y la disposición en tijera (3) proporciona una fuerza de elevación esencialmente constante a lo largo de una distancia de elevación significativa de la plataforma; caracterizado porque

el elemento de resorte (5) está diseñado como al menos dos resortes de tracción que actúan en paralelo, y está pretensado con una precarga del resorte tan alta que el elemento de resorte (5) se comprime hasta bloquearse en una posición de carrera superior.

2. Dispositivo de compensación de carga según la reivindicación 1,

caracterizado porque

la unidad de extensión (4, 6, 7) comprende puntales de empuje (4), en donde los puntales de empuje (4) están respectivamente articulados entre el elemento de resorte (5) y un brazo de tijera del dispositivo de tijera (3).

3. Dispositivo de compensación de carga según la reivindicación 1 ó 2,

caracterizado porque

la unidad de extensión (4, 6, 7) actúa sobre una geometría curva (7), en donde la geometría de la curva (7) determina el curso del efecto de palanca de la unidad de extensión (4, 6, 7) sobre la disposición de tijera (3).

4. Dispositivo de compensación de carga según la reivindicación 3,

caracterizado porque

la geometría curva (7) está conformada por al menos una superficie curva de un brazo de tijera de la disposición de tijera (3), en donde la fuerza del resorte actúa sobre la superficie curva a través de la unidad de extensión (4, 6, 7) mediante una pieza deslizante o una construcción de rodillo.

5. Dispositivo de compensación de carga según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque

la unidad de extensión (4, 6, 7) presenta, al menos en un lado, una geometría de cuña de expansión.