ES2237661T3 - Procedimiento y aparato para devolver el aceite de drenaje de un motor hidraulico. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para devolver el aceite drenado en una carcasa (12) de un motor hidráulico (1) a un conducto de aceite (2), que está conectado al motor (1) y que está comunicado a través de un divisor (16) con canales de circulación del interior del motor (13, 14, 15) que están comunicados con espacios de presión de trabajo (10a) del motor, caracterizado porque el aceite que se infiltra dentro de la carcasa (12) es transportado por medio de diferencias de presión en dichos canales de circulación del interior del motor (13, 14, 15), generadas por variaciones de presión a impulsos coherentes con el movimiento de rotación cuando el motor se encuentra en marcha, hasta al menos uno de los canales de circulación del interior del motor (13, 14) y después hasta el conducto de aceite (2) a través de dicho divisor (16).

Description

Procedimiento y aparato para devolver el aceite de drenaje de un motor hidráulico.

La invención se refiere a un procedimiento y un aparato para devolver el aceite drenado en una carcasa de un motor hidráulico a un conducto de aceite, que está conectado al motor y que está comunicado a través de un divisor con unos canales de circulación del interior del motor que se hallan comunicados con espacios de presión de trabajo del motor.

Los motores hidráulicos se usan para aplicaciones que requieren gran cantidad de par, rendimiento, constantes inversiones de las direcciones de accionamiento giratorio, o un tamaño compacto. Los motores hidráulicos también pueden usarse cuando las condiciones son difíciles, tales como humedad, acumulación de polvo o una temperatura elevada. En equipos móviles, el accionamiento hidráulico ha desbancado casi por completo a los otros mecanismos de accionamiento en virtud de estas ventajas.

Hasta ahora ha sido necesario dotar de tres o cuatro conductos hidráulicos a los motores hidráulicos para trabajo pesado. Siempre se incluyen conductos de presión y de retorno, pero a menudo el sistema comprende también un, así llamado, conducto de drenaje, por el que se devuelve el fluido hidráulico drenado en la carcasa de un motor al depósito y a su recirculación. En particular, los motores más grandes siempre están provistos de un conducto de drenaje. La presión del aceite drenado en una carcasa aumentaría hasta al menos igualar la presión de un conducto de retorno si no hubiera un conducto de drenaje. En la práctica no resulta aceptable una presión semejante. Se precisan cuatro conductos en el sistema si se dota a la carcasa de una circulación de lavado y enfriamiento separada.

Muchos sistemas accionados hidráulicamente, tales como las máquinas de bomba elevadora, emplean principalmente cilindros hidráulicos para funcionar. Los cilindros hidráulicos no requieren una conexión de drenaje y, así, la canalización hidráulica de las máquinas de bomba elevadora no incluye un conducto de aceite de drenaje como elemento estándar y, por lo tanto, debe instalarse por separado para un motor hidráulico incluido en, por ejemplo, un accesorio. Con frecuencia, también se da el caso de que haya que instalar un motor hidráulico lejos de la propia bomba o depósito, dando lugar a un conducto de drenaje largo. El conducto extra causa problemas y más gastos, especialmente en equipos que operan a profundidad bajo el agua o en minas. Si pudiera omitirse la conexión del aceite de drenaje, el acoplamiento de un actuador equipado con motor con cualquier sistema hidráulico resultaría más sencillo.

Con el fin de permitir que el aceite que se infiltra en una carcasa pase a los conductos principales, el nivel de presión de tal aceite debería elevarse hasta ser igual o mayor que la presión de un conducto receptor, sin aumentar la presión en la carcasa. Esta elevación de presión pude realizarse con una bomba. Aquí surge un problema con la energía motriz para la bomba, ya que el número de conexiones hidráulicas no debe aumentar. Si la energía se toma directamente de la corriente de aceite y de la diferencia de presión entre los conductos de presión y recepción, el sistema requiere en la práctica al menos un motor hidráulico y una bomba. La inversión de la dirección de giro también debe tenerse en cuenta en la configuración del sistema. Con el fin de hacer el sistema lo más sencillo posible, no merece la pena instalar el motor extra pero, en cambio, resulta razonable poner en práctica este tipo de solución usando el procedimiento descrito en la solicitud de patente del solicitante WO 01/65113, en la que la energía motriz para la bomba se toma directamente del eje de un motor principal.

En un esfuerzo por simplificar aún más el diseño, y buscando otras fuentes de energía motriz, se ha descubierto en la invención el modo de utilizar las diferencias de presión existentes en el sistema. Fuera del divisor de un motor, la presión en un conducto de trabajo, mientras el motor está en marcha, es siempre mayor que en un conducto de retorno, y la diferencia de presión no fluctúa si la carga no fluctúa. En la práctica, esto impide el uso de una bomba sencilla para la eliminación del aceite de drenaje en una solución llevada a cabo fuera del divi-
sor.

En el documento DE 29 46 590 A se muestra un procedimiento para devolver el aceite drenado en una carcasa separada a un conducto de aceite, que está conectado al motor y que está comunicado a través de un divisor con unos canales de circulación del interior del motor. El aceite infiltrado es aspirado desde la carcasa hasta el conducto de aceite cuando la válvula de control del motor se encuentra cerrada y la rotación continúa durante un tiempo debido a la inercia, por lo que el "motor" funciona como una bomba. Este procedimiento no puede devolver el aceite cuando la válvula de control se encuentra abierta para hacer que marche el motor.

El objeto de la presente invención consiste en obtener un procedimiento y un aparato para devolver el aceite infiltrado con un sencillo diseño de las fuentes de energía motriz cuando el motor está en marcha por medio de la presión en el conducto de aceite de trabajo fuera del divisor del motor.

Este objeto se logra mediante el procedimiento inventado que posee las características de la reivindicación 1 adjunta. El objeto se logra también mediante el aparato inventado que posee las características de la reivindicación 4 adjunta. Las reivindicaciones dependientes definen características y formas de realización ventajosas de la invención.

La solución inventada implicaba el uso de diferencias de presión en el interior del motor. El motor hidráulico siempre debe tener un elemento que abra los canales de circulación para el aceite que fluye hacia dentro y hacia fuera del motor con el fin de permitir que los actuadores, tales como pistones, hagan girar el eje de salida. Este elemento, que se denomina divisor, puede comprender, por ejemplo, una rueda giratoria provista de canales para guiar la circulación del fluido hidráulico hacia dentro y hacia fuera de los canales del interior del motor, o una solución de tipo válvula capaz de realizar acciones correspondientes. Así, el o los canales de aceite del interior del divisor está o están presurizados a impulsos según la rotación. Debido a que el mismo canal funciona alternativamente como canal de trabajo o de presión y alternativamente como canal de retorno, dicho canal experimenta alternativamente a lo largo de un único ciclo tanto una presión de trabajo elevada como una presión de retorno baja. La magnitud de una diferencia de presión en el canal a lo largo de un único ciclo varía según la carga. Debería observarse que este impulso de presión también se da en los canales aunque el motor este bajo carga uniforme o al ralentí.

Ahora se describirán más detalladamente los rasgos característicos de la invención a modo de formas de realización ejemplares en referencia a los dibujos adjuntos, en los que

la fig. 1 muestra esquemáticamente un aparato 17 según una forma de realización de la invención, instalado entre un divisor 16 y el bastidor de un motor 1; y

la fig. 2 muestra una bomba de retorno 5 para el aparato de la fig. 1, en una vista esquemática en sección, según una forma de realización factible.

El motor hidráulico 1 tiene conectados sus espacios de presión de trabajo 10a por medio de canales de circulación interna 13 y el divisor de circulación 16 con conductos de aceite 2 del motor. Cuando se presuriza un conducto de aceite 2, el otro funciona como conducto de retorno. Los conductos de presión y de retorno 2 intercambian sus funciones según la forma en que se accione el motor 1. El motor 1 puede comprender, por ejemplo, un motor de pistón radial, cuyos pistones se muestran en 10 y sus cilindros en 10a. En este caso, los cilindros 10a constituyen espacios de presión de trabajo, para los que el divisor 16, mientras gira, distribuye las circulaciones de entrada y salida de los conductos de aceite 2 a través de los canales 13.

A lo largo de una única revolución de un cigüeñal 3, cada pistón 10 realiza una única carrera de trabajo desde el punto muerto superior hasta el punto muerto inferior y, respectivamente, una única carrera de retorno desde el punto muerto inferior hasta el punto muerto superior. Por consiguiente, la dirección de circulación en cada canal de circulación 13 se invierte cada vez que el pistón pertinente 10 pasa del punto muerto inferior o el punto muerto superior. De ahí que esta inversión de la dirección de circulación sea manejada por el divisor 16, al que hace girar el cigüeñal 3 con la ayuda de un eje de extensión 3b adecuado. Desde uno o más canales de circulación 13 se extienden pequeñas conducciones de drenaje hasta los cojinetes 3a del cigüeñal 3 para lubricarlos. El aceite de drenaje procedente de las lubricaciones y los espacios de presión de trabajo 10a se acumula en una carcasa 12 del motor 1. El aceite de drenaje se descarga desde la carcasa 12 al conducto de aceite 2 con menor presión en ese momento por medio de un aparato 17 de la invención, que está acoplado entre el divisor 16 y el bastidor del motor 1 y que se describirá de forma más completa a continuación.

El cuerpo o bastidor del aparato 17 está provisto de canales de circulación 14, 15 que funcionan como extensiones de los canales de circulación 13. Según la invención, se ha descubierto que el aceite infiltrado en la carcasa es transportado por medio de diferencias de presión que provocan unos impulsos en los canales 13, 14, 15 de acuerdo con el movimiento de rotación del motor, y por medio de diferencias de presión creadas a consecuencia del mismo, hacia el conducto de aceite 2 con una menor presión en ese momento. La mayor diferencia de presión entre los canales 14, 15 se acumula entre un canal (por ejemplo el canal 15) que se extiende hasta el pistón de trabajo actual 10 y el canal 14 para un pistón 10 que se encuentre en ese momento en el punto muerto inferior, debido a que uno contiene una presión máxima y el otro, al quedar bloqueado el aceite entrante por el divisor 16, contiene una presión reducida.

El espacio de la carcasa 12 está conectado a lo largo de un canal de retorno 7 y una válvula unidireccional 8 a una bomba de retorno 5 que recibe su energía motriz desde el canal de circulación 15 que se extiende entre el divisor 16 y uno de los espacios de presión 10a del motor. Una conducción de retorno 6 que se extiende desde la bomba 5 se ramifica y las ramificaciones están conectadas a través de válvulas unidireccionales 4, cada una a su canal de circulación 14 asignado. Corriente abajo con respecto a la bomba 5, incluso un único canal resultaría suficiente, pero el canal de retorno bifurcado 6 se usa para asegurar una contrapresión mínima.

La figura 2 ilustra un principio estructural para la bomba 5. El canal de circulación 15 desde el divisor 16 hasta el cilindro 10a está conectado por medio de una conducción 15' a un espacio definido por un pistón 5a. A medida que aumenta la presión en el canal 15, el pistón 5a comprime un juego de muelles 5b e impulsa el aceite desde un lado del pistón 5a hacia la conducción de baja presión 6. Las válvulas unidireccionales 4 y 8 pueden tener una presión de apertura de, por ejemplo, 1,5 bares. La presión máxima de la carcasa 12 puede limitarse a, por ejemplo, 5 bares por medio de una válvula de seguridad 11. El muelle 5b comprime con una presión de trabajo máxima e impulsa el fluido de la carcasa hacia el canal de retorno 6, 14, 2. El muelle 5b impulsa hacia atrás el pistón 5a y deja espacio para el fluido de la carcasa. El muelle 5b debe estar dimensionado para exceder el nivel de presión de un conducto de retorno y para quedarse cerca del nivel inferior de presión de trabajo, con respecto a las presiones existentes a ambos lados del pistón 5a, para permitir al mismo impulsar el pistón 5a de nuevo a su posición inicial.

La conducción de retorno 7, 6 puede tener su punto inicial 9, por ejemplo, en las proximidades de un juego de cojinetes para el cigüeñal 3 o dentro de un espacio de rotación para el eje 3b entre el divisor 16 y el cigüeñal 3.

En otra forma de realización de la invención, no hay necesidad de una bomba de retorno específica 5. En esta forma de realización coexistente, el diseño del disco divisor o del sistema de control respectivo del divisor del motor 16, mediante el cual se distribuye la circulación de aceite a los elementos de trabajo 10 del motor, es de tal manera que la corriente de aceite dirigida hacia los elementos de trabajo, tales como los pistones 10, no se bloquea en un momento óptimamente correcto, como en el diseño tradicional, sino que se efectúa un bloqueo avanzado de la corriente de aceite para crear intencionadamente una presión negativa o al menos una presión inferior a la presión baja de la carcasa del motor en un canal de circulación 13 de un elemento de trabajo 10 que se mueve hacia el punto muerto inferior situado entre una carrera de trabajo y una carrera de retorno del elemento de trabajo 10, en respuesta a lo cual, el elemento de trabajo 10 aspira aceite momentáneamente a través de la válvula unidireccional 8 ó 4 desde la carcasa 12 que contiene una presión baja. Así, no hay necesidad de una bomba de retorno separada 5 o cualquier otra unidad separada para aumentar la presión del aceite de la carcasa, ya que un pistón 10 o un elemento de trabajo similar del propio motor sube también la presión del aceite drenado de la carcasa 12 hasta la presión de un conducto de retorno.

En este último tipo de solución, la presión mínima se crea inmediatamente detrás de un disco divisor que bloquea el canal 14, ya que el movimiento del aceite pugna por mantenerse incluso después de que se bloquee el canal 14. La conducción del aceite de la carcasa 6, 7 acoplada a esta sección de baja presión puede impulsar el aceite a través de la válvula unidireccional 4 u 8 hacia un conducto que se extiende hasta el pistón 10. Cuando el pistón 10 pasa del punto muerto inferior, la presión se eleva, la válvula del reactor 4 u 8 se cierra, y el pistón 10 transporta el aceite hacia el canal de retorno 2/14 de modo normal.

En la práctica, éste procedimiento funciona incluso sin modificación alguna del disco divisor 16, ya que, corriente abajo con respecto al divisor 16, la presión en el canal 14 en el punto muerto inferior de un pistón 10 respectivo cae sustancialmente por debajo de 5 bares, por lo que el aceite de drenaje circula desde la mayor presión de la carcasa 12 hacia el canal de circulación 14 de un pistón 10 que se encuentra en ese momento en su punto muerto inferior después de que el divisor 16 bloquee la circulación. Desde luego, existe un límite cuantitativo para este volumen de circulación, al permanecer el divisor en una posición de bloqueo únicamente durante un corto periodo de tiempo.

Si se tiene en cuenta la posibilidad mencionada anteriormente de descargar el aceite de la carcasa al diseñar el divisor 16, por ejemplo el borde de los orificios del disco divisor, que es más próximo al punto muerto inferior, puede avanzarse por ejemplo un 2%, por lo que la corriente de aceite que llega a lo alto del pistón se interrumpe un 2% antes, y así, la presión en el punto muerto inferior en lo alto del pistón 10 disminuye en comparación con una situación estándar. Este volumen de succión y vacío se utiliza extrayendo una cantidad equivalente de aceite a través de la válvula unidireccional 4 u 8 desde la carcasa
12.

También se puede sustituir un sencillo acumulador de presión por una bomba en sistemas en los que el motor gira únicamente durante breves periodos de tiempos o la dirección de rotación se invierte con frecuencia. Debido a que el acumulador extrae aceite de drenaje a lo largo de todo el proceso de trabajo a una presión de 0 a 5 bares, por ejemplo, la presión de un conducto de retorno, al desconectar el motor, cae momentáneamente hasta un nivel muy bajo en el canal interno 13, 14, y lo mismo sucede cuando se invierte la dirección. Debido a que en medio se encuentra una válvula del reactor 4, el aceite es impulsado inmediatamente por el acumulador hacia el canal de baja presión 14. Sin embargo, esta solución sólo resulta viable en un servicio en el que el periodo de rotación continuo sea comparativamente corto. En cualquier caso, el sistema sólo podría tener instalado en el mismo un acumulador de presión con una capacidad no superior a unos pocos litros y, así, el servicio continuo podría extenderse desde unos minutos hasta unas decenas de minutos, dependiendo de la cantidad de drenaje. Sin embargo, existen aplicaciones en las que, típicamente, el periodo de accionamiento no es mayor que unas decenas de minutos cada vez.

Independientemente de si se usa una bomba de retorno 5 o un divisor diseñado de forma adecuada 16, resulta posible proporcionar un lavado circulatorio de la carcasa para un motor hidráulico, que se usa generalmente para aumentar un rendimiento continuo ofrecido por el motor. De acuerdo con la eficiencia de un motor, el rendimiento o salida se ve a menudo limitado por un esfuerzo térmico que, en operación continua, limita el rendimiento operativo del motor. Este esfuerzo térmico queda compensado generalmente dotando a la carcasa del motor de una circulación de aceite extra para aliviar parte de la tensión térmica. Esta circulación de aceite es un circuito independiente provisto de su propia bomba y a menudo también de un protector térmico y válvulas de seguridad por motivos de seguridad.

En una aplicación de la invención, se puede proporcionar una circulación de lavado a la carcasa de un motor 11 aumentando intencionadamente, por ejemplo, la circulación de aceite lubricante destinado a los cojinetes 3a en la cantidad que corresponda a una circulación de lavado deseada. Este aumento del drenaje hacia la carcasa se compensa mediante la bomba de retorno 5 o cambiando el avance del cierre del divisor 16 en los puntos muertos inferiores esos pistones 10, estando unidos mediante la conducción de retorno 6 los respectivos canales de circulación 14 comunicados con éstos. En esta forma de realización sólo son necesarios dos tubos flexibles hidráulicos desde un motor hasta una bomba o depósito, en lugar de los cuatro tubos flexibles usados actualmente. El conjunto del sistema es también mucho más sencillo.

En una situación en la que el motor se detiene por una sobrecarga del motor, es decir, el eje 3 no gira, si bien el conducto de retorno 2 contiene una presión máxima, habrá aceite que gotee o se drene en la carcasa 12 que no pueda bombearse hacia fuera en ese momento. Por lo tanto, conectado con el motor 1 o el divisor 16 o la compensación de la invención 17, puede disponerse un acumulador de presión que sea capaz de recibir el goteo de la carcasa durante un breve periodo de tiempo. Tras un reencendido del motor, el compensador 17 drena el acumulador de presión junto con la corriente de aceite de la carcasa. Así, el sistema es capaz de tolerar durante más tiempo las situaciones de sobrecarga. Por ejemplo, un acumulador de presión de 1 dl y 5 bares proporciona un motor hidráulico estándar de 60 kW cuyo drenaje es normalmente de 1 a 2 dl/min, con un intervalo de tiempo de 30 segundos a 1 minuto para responder a la situación.

Normalmente, un tiempo de respuesta de 2 a 5 segundos es suficiente. En un sistema automatizado, el margen de tiempo es desde luego más corto que en un servicio manual basado en el contacto visual.

La solución operativa descrita para una bomba funciona de manera óptima en prácticamente todos los sistemas en los que la carga y el accionamiento de un motor se controlan mediante dispositivos automáticos, que detienen una circulación hidráulica hacia el motor o invierten la dirección de la circulación si el motor se apaga a consecuencia de una sobrecarga. En un estado apagado, si un conducto que se extiende hasta el motor permanece presurizado, el drenaje o goteo en la carcasa continúa, por lo que la válvula de seguridad 11 de la carcasa se ve forzada poco después a permitir la salida del fluido de drenaje fuera del sistema. Este tipo de situación puede evitarse por medio de un sensor de control del accionamiento del motor o un sensor de presión, usándose la información proporcionada por éstos para controlar el motor de tal forma que el apagado presurizado continúe siendo muy breve.

Sin embargo, si se trata un sistema controlado manualmente por el operario, o si se desea un apagado presurizado, el sistema puede estar provisto de un acumulador de presión acoplado directamente al motor o a la bomba, que tome el aceite de la carcasa que gotea o se drena durante el periodo de tiempo deseado.

Claims (11)

1. Un procedimiento para devolver el aceite drenado en una carcasa (12) de un motor hidráulico (1) a un conducto de aceite (2), que está conectado al motor (1) y que está comunicado a través de un divisor (16) con canales de circulación del interior del motor (13, 14, 15) que están comunicados con espacios de presión de trabajo (10a) del motor, caracterizado porque el aceite que se infiltra dentro de la carcasa (12) es transportado por medio de diferencias de presión en dichos canales de circulación del interior del motor (13, 14, 15), generadas por variaciones de presión a impulsos coherentes con el movimiento de rotación cuando el motor se encuentra en marcha, hasta al menos uno de los canales de circulación del interior del motor (13, 14) y después hasta el conducto de aceite (2) a través de dicho divisor (16).

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el divisor (16) se usa para crear momentáneamente en al menos un canal de circulación (14) una presión sustancialmente menor que la presión de la carcasa.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se aumenta intencionadamente la cantidad de aceite de drenaje de un motor para proporcionar una circulación de lavado correspondiente a la eliminación deseada del esfuerzo térmico, y el aumento en el drenaje de la carcasa se compensa mediante el procedimiento de la reivindicación 1 ó 2.

4. Un aparato para devolver el aceite drenado desde un espacio de presión de trabajo (10a) de un motor hidráulico (1) dentro de una carcasa de motor (12), hasta un conducto de aceite (2), que está conectado al motor (1) y que está comunicado a través de un divisor (16) con canales de circulación del interior del motor (13, 14, 15) que están comunicados con los espacios de presión de trabajo (10a), caracterizado porque el espacio de la carcasa está conectado mediante una conducción de retorno (6, 7) a través de una válvula unidireccional (8, 4) hasta al menos uno de los canales del interior del motor (13, 14) situado entre el divisor (16) del motor (1) y el espacio de presión de trabajo (10a) del motor.

5. Un aparato según la reivindicación 4, caracterizado porque la conducción de retorno (6, 7) está provista de una bomba de retorno (5), que obtiene su energía motriz de las variaciones de presión en un canal de circulación (15) que se extiende entre el divisor (16) del motor y el espacio de presión de trabajo (10a) del motor.

6. Un aparato según la reivindicación 5, caracterizado porque a ambos lados de la bomba de retorno (5), la conducción de retorno (6, 7) está provista de una válvula unidireccional (4, 8), y porque ambas válvulas unidireccionales (4, 8) tienen la misma dirección de circulación desde la carcasa (12) hasta el canal de circulación (14) que se extiende entre el divisor (16) y el espacio de presión de trabajo (10a) del motor.

7. Un aparato según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la bomba de retorno (5) comprende una bomba de pistón accionada por resorte.

8. Un aparato según la reivindicación 4, caracterizado porque el divisor (16) que conecta los conductos de aceite (2) del motor con los canales de circulación del interior del motor (13) está adaptado para crear en al menos un canal de circulación (13, 14) una presión sustancialmente menor que la presión de la carcasa.

9. Un aparato según la reivindicación 8, caracterizado porque el divisor (16) está adaptado para interrumpir la comunicación de la circulación hasta al menos un canal de circulación del interior del motor (13, 14) poco antes de una inversión de la dirección de circulación para una circulación dirigida hacia fuera del motor.

10. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque entre el divisor (16) y un bastidor del motor (1) se halla situado un aparato (17).

11. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 10, caracterizado porque se aumenta intencionadamente la cantidad de aceite de drenaje procedente del motor para proporcionar una circulación de lavado correspondiente a una eliminación deseada del esfuerzo térmico, y el aumento del drenaje de la carcasa se compensa mediante un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 4 a 10.