ES2693422T3 - Disposición de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión para y con un consumidor, en particular para prensas hidráulicas, así como procedimiento para el accionamiento hidráulico sin acumulador de presión de un consumidor - Google Patents

Abstract

Disposición de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión para y con un gran consumidor (1), concretamente para una prensa hidráulica, con dos cámaras (K, R) de presión que actúan de manera opuesta, de las que una puede abastecerse a través de un primer conducto (D1) presurizado y una disposición (20) de bombas y la otra puede abastecerse a través de un segundo conducto (D2) presurizado y la disposición (20) de bombas con medio de presión, caracterizada porque la disposición (20) de bombas está compuesta por una bomba (P1) de trabajo principal accionada con una velocidad variable para carreras de trabajo y por una bomba (P2) auxiliar accionada con una velocidad variable para carreras de retorno, estando constituida la bomba (P1) de trabajo principal y/o la bomba (P2) auxiliar como bomba de pistones axiales o como bomba de paletas, porque el sentido de transporte de la bomba (P2) auxiliar puede invertirse y la bomba (P2) auxiliar está conectada o puede conectarse hidráulicamente a través de una válvula (13) de vías opcionalmente con la primera cámara (K) de presión y/o con la segunda cámara (R) de presión del consumidor (1), y porque además de la bomba (P1) de trabajo principal está prevista una bomba de marcha rápida con un pistón (3') de marcha rápida insertado en el pistón de una unidad de pistón-cilindro, estando previsto un tercer conducto (D3) presurizado, que puede conectarse adicionalmente a través de una válvula (11) de apertura/cierre en una derivación con el primer conducto (D1) presurizado, no conduciéndose mediante el cierre de la válvula (11) de apertura/cierre la corriente de bomba de la bomba (P1) de trabajo principal al pistón principal de la bomba (P1) de trabajo principal sino al pistón (3') de marcha rápida de diámetro menor, con lo que la biela (S) puede desplegarse más rápidamente, y pudiendo conectarse adicionalmente la superficie de pistón principal con la válvula (11) de apertura/cierre tras alcanzar una presión ajustable.

Description

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DESCRIPCION

Disposicion de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion para y con un consumidor, en particular para prensas hidraulicas, asf como procedimiento para el accionamiento hidraulico sin acumulador de presion de un consumidor

Campo de la invencion

La invencion se refiere a una disposicion de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion con las caracterfsticas del preambulo de la reivindicacion 1. Por tanto, la disposicion de accionamiento presenta un consumidor con dos camaras de presion que actuan de manera opuesta, de las que una se abastece a traves de un primer conducto presurizado y una disposicion de bombas y la otra se abastece a traves de un segundo conducto presurizado y la disposicion de bombas con medio de presion, para hacer funcionar por ejemplo un consumidor en forma de una unidad de piston/cilindro en una carrera de trabajo y recuperarlo en una carrera de retorno a la posicion de partida. La invencion se refiere ademas a un procedimiento para el accionamiento hidraulico sin acumulador de presion de un consumidor segun las caracterfsticas del preambulo de la reivindicacion 12.

Antecedentes tecnicos

Las conmutaciones para el control del movimiento de consumidores hidraulicos, tal como cilindros diferenciales, se implementan hoy en dfa mayoritariamente de tal manera que una bomba de trabajo se acciona de manera continua por un motor asfncrono. El aceite hidraulico transportado fluye a una valvula de vfas, en cuya posicion de reposo (estado cerrado) el aceite hidraulico que transporta la bomba circula de vuelta sin presion al tanque de reserva. Si el piston de la unidad de piston/cilindro debe desplegarse, entonces se conmuta la valvula de vfas de control a una primera posicion de trabajo, en la que el aceite hidraulico circula a la primera camara de presion (camara de piston) del cilindro de trabajo, de modo que se despliega la biela. El aceite desplazado en la camara de presion opuesta a la camara de piston con respecto al piston (espacio anular alrededor de la biela de la unidad de piston/cilindro) fluye a traves de la valvula de vfas de vuelta al tanque. Para el viaje de vuelta del piston de trabajo se pasa la valvula de vfas a una segunda posicion de trabajo, en la que el aceite hidraulico transportado por la bomba de trabajo se transporta al espacio anular de la unidad de piston/cilindro en lugar de a la camara de piston, mientras que la camara de piston ahora esta conectada a traves del conducto de retorno con el tanque de aceite hidraulico. Una valvula de limitacion de presion limita la presion del sistema a la medida admisible. En el caso de superar la presion Kmite puede fluir aceite hidraulico sin presion al tanque.

Las disposiciones de accionamiento segun este concepto se han implementado en un gran numero y funcionan de manera fiable y segura. Sin embargo, los controles tienen tambien desventajas considerables:

- en pausas de reposo del sistema, el motor de accionamiento que se hace funcionar electricamente sigue siempre en marcha y consume energfa;

- si el piston de trabajo debe realizar un trabajo, entonces aumenta la presion del sistema y el aceite hidraulico se comprime aproximadamente el 1%. Al cambiar a la carrera de retorno se transforma la energfa almacenada previamente en el aceite hidraulico sin utilidad en calor, que calienta el aceite y no puede recuperarse;

- si con el sistema debe posicionarse exactamente un piston, entonces se utilizan por regla general valvulas proporcionales que pueden activarse gradualmente o, con menor frecuencia, bombas complejas con una corriente de transporte regulable. En el primer caso se destruye a su vez energfa al estrangular la corriente de aceite; en el segundo caso es necesario un esfuerzo constructivo considerable.

Con la aparicion de motores electricos mas eficientes, que deben controlarse con una velocidad y un sentido variables mediante convertidores correspondientes se modifico radicalmente el concepto basico descrito anteriormente. La bomba de trabajo esta conectada ahora sin valvula de conmutacion con la camara de piston de una unidad de piston/cilindro. El motor de accionamiento electrico de la bomba puede parametrizarse libremente a traves de un control de convertidor con respecto a la velocidad y el sentido de giro hasta la parada. La corriente de aceite transportada por la bomba de trabajo se comporta de manera aproximadamente proporcional al numero de revoluciones del motor. De esta manera puede influirse libremente en la corriente de aceite hidraulico y por consiguiente tambien en el movimiento del piston. El lado de espacio anular del piston esta conectado con un acumulador, cuya presion esta ajustada algo mas alta que la contrapresion necesaria para superar las perdidas por friccion y la gravedad del piston y posibles masas acopladas. La posicion real de la biela se transmite a traves de un sensor de recorrido al dispositivo de control. En las fases de parada del consumidor, el motor de accionamiento electrico esta en reposo y no se transporta nada de aceite hidraulico y con ello no se desencadena ningun movimiento del piston. Si debe desplegarse el piston de trabajo, entonces el motor de accionamiento electrico empieza a rotar, el aceite hidraulico fluye a la camara de piston y la biela se despliega. El volumen de aceite hidraulico de lado del espacio anular fluye al acumulador y eleva ligeramente su presion. Tras alcanzar la posicion de piston deseada, el motor de accionamiento electrico se para de nuevo a traves de una activacion correspondiente y se mantiene la posicion del piston. La capacidad del sistema para el control angular exacto del motor de

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accionamiento electrico posibilita un posicionamiento muy exacto del piston de trabajo. Las posiciones teoricas se alcanzan y se mantienen con una presion completa con una precision de hasta 1 Dm sin perdidas por estrangulamiento.

Para la carrera de retorno del piston se cambia ahora el sentido de giro del motor de accionamiento electrico. La energia acumulada en el aceite hidraulico comprimido en el acumulador respalda por un lado la aceleracion del motor de accionamiento electrico en el sentido contrario, por otro lado puede transformarse la energia de compresion en exceso mediante la accion generatriz del motor de accionamiento electrico en energia electrica y o bien se acumula electronicamente en condensadores de los convertidores o bien tambien se alimenta de vuelta a la red electrica. Esta disposicion de accionamiento hidraulico con acumulador de presion tiene muchas ventajas con respecto a las disposiciones de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion del tipo descrito anteriormente, tal como una alta eficiencia total, una estructura de sistema muy sencilla, una carga termica muy reducida del aceite hidraulico y una menor emision de ruido por el numero de revoluciones variable del motor de accionamiento. Una disposicion de accionamiento hidraulico con acumulador de presion de este tipo se conoce por el documento DE 103 29 067 A1 o por el documento US 6.379.119 A. Una disposicion hidraulica similar se conoce tambien por el documento JP 2001 090704 A. Con esta disposicion de accionamiento hidraulico conocida se han implementado ya muchas aplicaciones. Los limites se alcanzan, por un lado, cuando las cargas acopladas o las fuerzas de retirada del proceso son tan grandes que las presiones reducidas segun el principio del acumulador no son suficientes para una carrera de retorno del piston o bien el diametro de cilindro y/o la carrera del piston son tan grandes que el volumen del acumulador aumenta por encima de una medida justificable economicamente. Este es el caso, por ejemplo, en las maquinas de trabajo hidraulicas con fuerzas por encima de aproximadamente 4000 kN y/o carreras por encima de aproximadamente 700 mm. (Sin embargo, precisamente en cilindros grandes, la ventaja energetica seria especialmente significativa).

Un dispositivo de accionamiento hidraulico en el que el acumulador o el acumulador de presion pasivo esta sustituido por un componente neumatico activo puede deducirse de la publicacion JP 2001-2 14 903 A. En esta se propone para mejorar la capacidad de control y la precision del dispositivo, conectar cada camara de presion de una unidad de piston/cilindro con una unidad de motor/bomba propia, regulada independientemente, para la aplicacion de presion. De esta manera puede evitarse la incorporacion de valvulas a los conductos presurizados.

Igualmente trabaja con dos bombas un dispositivo para la proteccion contra caidas de cargas elevadas hidraulicamente segun el documento JP 08-0 14 208 A. A este respecto, el sistema hidraulico controla la carrera y la carrera de retorno de una unidad de piston/cilindro con una primera bomba y una valvula de multiples vias convencional. La funcion de la valvula de vias consiste en cambiar entre el sentido de carrera y el de carrera de retorno. Cuando la carga empieza a descender lentamente en la posicion neutra de la valvula de vias en el caso de la parada del piston debido a efectos de compresion asistidos por fugas o termicamente y una disminucion de presion asociada con ello en los conductos presurizados, se conecta a esto la segunda bomba para la estabilizacion posicional de la carga.

Una unidad de piston/cilindro que se hace funcionar hidraulicamente, en la que la camara de piston y el espacio anular se abastecen en cada caso por una bomba y en cada caso por una valvula de vias, puede deducirse del documento DE 40 30 950 A1. En el dispositivo de control descrito en el mismo puede cambiarse opcionalmente entre una funcion de carrera o de carrera de retorno mediante el funcionamiento de valvulas de multiples vias. Ademas, ademas de la funcion “carrera de retorno” puede superponerse de manera dirigida, por ejemplo, una funcion de carrera.

Segun el documento WO 02104 820 A1 se preve un dispositivo de accionamiento con dos bombas, que se hacen funcionar por uno o dos motores con velocidad como sentido de giro variable. El/los motor(es) no trabaja(n) de manera continua sino solamente cuando debe moverse la unidad de piston/cilindro, con lo que en principio no son necesarias valvulas de vias en los conductos presurizados para invertir el sentido de presion. Unicamente para la limitacion de la presion en los conductos presurizados puede estar prevista opcionalmente una disposicion de varias valvulas convencionales o alternativamente una valvula de multiples vias.

Sin embargo, en todo el estado de la tecnica expuesto se obtienen en las instalaciones hidraulicas sin acumulador de presion, en particular en el caso de grandes consumidores, ademas complicaciones cuando por ejemplo deben implementarse carreras o carreras de retorno largas, sin embargo en particular grandes volumenes de transporte, de grandes consumidores en el menor tiempo posible.

Exposicion de la invencion

Partiendo de esto, el objetivo de la invencion se basa en convertir disposiciones de accionamiento hidraulico con una velocidad y sentido de giro variables prescindiendo de acumuladores de presion en utiles tambien para grandes consumidores, en particular para prensas hidraulicas con una necesidad de grandes volumenes de transporte.

Para alcanzar este objetivo y para poder hacer funcionar de manera rapida y precisa consumidores especialmente potentes y/o grandes en disposiciones de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion y poder

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implementarlos aun asi a costes justificables, se propone una disposicion de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion con las caracteristicas de la reivindicacion 1. Por tanto, esta prevista una disposicion de bombas a partir de una bomba de trabajo principal accionada con una velocidad variable para carreras de trabajo y ademas de una bomba auxiliar accionada con una velocidad variable para carreras de retorno, pudiendo invertirse el sentido de transporte de la bomba auxiliar y estando conectada o pudiendo conectarse hidraulicamente la bomba auxiliar a traves de una valvula de vias opcionalmente con la primera y/o la segunda camara de presion del consumidor. En cuanto a un procedimiento generico, el objetivo se alcanza mediante las caracteristicas de la reivindicacion 12.

Segun un deseo adicional de la invencion, se propone una disposicion de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion con las caracteristicas de la reivindicacion 4, que tambien tiene importancia inventiva por si misma, de modo que el solicitante se reserva el derecho de convertir esta solucion en el objeto de una solicitud divisionaria. Esta solucion preve que en una disposicion de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion generico la disposicion de bombas este compuesta por una bomba de trabajo principal accionada con una velocidad variable para carreras de trabajo y por una bomba auxiliar accionada con una velocidad variable para carreras de retorno, y que este previsto un dispositivo de control, que controla o regula una contrapresion que debe crearse por la bomba auxiliar, que actua en contra de la presion en la camara de trabajo del consumidor, en la camara de presion asociada a la bomba auxiliar. Se ha mostrado que la bomba auxiliar con la misma corriente volumetrica que la bomba de trabajo principal requiere por ejemplo solo 1/10 de la potencia de la bomba de trabajo principal y que el esfuerzo que se produce por la bomba auxiliar adicional y accionada de manera autonoma es claramente menor que el esfuerzo para un acumulador disenado de manera correspondiente. A este respecto, se posibilitan tambien condiciones de espacio y de peso mas favorables que en el caso de un acumulador de tamano adecuado.

De manera opcional o especialmente preferible puede estar previsto implementar conexiones directas sin valvula de conmutacion entre la bomba de trabajo principal y la primera camara de presion o la bomba auxiliar y la segunda camara de presion del consumidor y con ello evitar los golpes eventualmente peligrosos en el sistema en el caso de usar valvulas de vias en los conductos presurizados.

Para alcanzar velocidades de piston mas elevadas del consumidor, tambien es posible, en lugar de la bomba de trabajo principal individual, implementar el concepto en si conocido de una bomba de marcha rapida adicional, en la que el motor de accionamiento electrico de la bomba de trabajo principal acciona al mismo tiempo dos bombas de aceite hidraulico, cuya corriente volumetrica combinada permite desplegar el piston de trabajo mas rapidamente. Al alcanzar una determinada presion limite, transmitida a traves de un captador de presion en un convertidor, la bomba de marcha rapida puede conectarse mediante la conmutacion de una valvula de vias con el tanque de retorno para aceite hidraulico. Entonces solo transporta todavia la segunda bomba. Con ello puede limitarse el momento de giro necesario del motor de accionamiento electrico a una medida economicamente razonable.

Otra posibilidad de aplicacion de la disposicion de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion segun la invencion consiste en combinar la unidad de piston/cilindro del consumidor con un piston de marcha rapida en si conocido y valvulas de llenado, tal como se conocen en si de controles hidraulicos convencionales. Sin embargo, las valvulas de llenado necesarias con los conductos tubulares necesariamente grandes de los denominados pistones de marcha rapida son comparativamente costosas.

Ademas, puede estar previsto que entre la bomba de trabajo principal y un motor de accionamiento asociado a la bomba de trabajo principal este previsto un engranaje mecanico, en particular un engranaje multiplicador. De este modo puede variarse la velocidad de la bomba de trabajo principal con respecto a la velocidad del motor de accionamiento asociado a la bomba de trabajo principal. Mediante el engranaje mecanico intercalado, que puede presentar una multiplicacion constante, se hace posible aumentar claramente el intervalo de numero de revoluciones util del motor de accionamiento. Por consiguiente, puede usarse, por ejemplo, un motor economico con un menor momento de giro o alternativamente una bomba con una corriente de transporte mayor.

En la disposicion de accionamiento segun la invencion puede ser ademas conveniente que la disposicion de bombas este compuesta por una bomba de trabajo principal accionada con una velocidad variable para carreras de trabajo y por una bomba auxiliar accionada con una velocidad variable para carreras de retorno, pudiendo variarse el volumen transportado por revolucion de la bomba de trabajo principal y/o de la bomba auxiliar. Preferiblemente, la variacion del volumen transportado por revolucion puede regularse en funcion de la presion generada por la bomba de trabajo principal y/o la bomba auxiliar. Debido a la importancia inventiva propia de esta solucion, el solicitante se reserva el derecho de convertirla en el objeto de una solicitud divisionaria. Opcionalmente, en esta solucion, la bomba de trabajo principal y/o la bomba auxiliar puede estar constituida como bomba de pistones axiales o bomba de paletas en si conocida con corriente volumetrica variable por revolucion. A este respecto, la regulacion de la cilindrada de la bomba puede tener lugar de manera mecanica-hidraulica en funcion de la presion de proceso o a traves de un servomotor. La variacion en funcion de la carga del volumen de transporte por revolucion o de la cilindrada de la bomba para regular la corriente de transporte (es decir el volumen de transporte por unidad de tiempo) ofrece la ventaja de que con una carga menor se alcanza una corriente de transporte elevada. Esto es conveniente en particular en el caso de grandes consumidores acoplados a la disposicion de accionamiento, dado que estos alcanzan entonces en poco tiempo recorridos o carreras largos. Igualmente, en el caso de grandes cargas puede

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variarse el modo de trabajo de la bomba de tal manera que mediante la reduccion de la cilindrada de la bomba se hace necesario un menor momento del motor de accionamiento, con lo que puede reducirse el tamano constructivo del motor de accionamiento. Al mismo tiempo existe la posibilidad de alcanzar, en caso necesario, grandes volumenes de transporte.

Cuando segun una forma de realizacion adicional se usa un convertidor electrico, en particular un convertidor de frecuencia, como sustitucion para un control hidraulico para el control del sentido y de la velocidad de la bomba hidraulica que supone un peligro, en particular cuando ademas del convertidor se instala un freno conmutable entre el motor de accionamiento electrico de la disposicion de bombas y el convertidor, pueden alcanzarse de manera sencilla categorias de riesgo superiores con un esfuerzo reducido. Debido a la importancia inventiva propia de esta solucion, el solicitante se reserva el derecho de convertir esta combinacion en el objeto de una solicitud divisionaria. Como convertidores estan disponibles entretanto formas de realizacion que estan certificadas segun los requisitos de la segunda categoria de riesgo CE 3 mas alta. Si un convertidor de este tipo se combina con un control hidraulico como del tipo descrito anteriormente, es decir con un engranaje hidraulico sin valvulas de conmutacion relevantes para la seguridad, y ademas el control electrico restante se disena de manera correspondientemente segura, entonces puede (practicamente sin llevar a cabo un esfuerzo adicional destacable en la zona del sistema hidraulico) implementarse una disposicion de accionamiento hidraulico con la clasificacion de categoria 3. En este caso todavia se usan los sistemas hidraulicos solo como “engranaje hidraulico” y el control del sentido y de la velocidad que supone un peligro se implementa exclusivamente mediante el convertidor. Una solucion de este tipo puede implementarse tambien en disposiciones de accionamiento hidraulico con acumulador de presion con bombas hidraulicas accionadas con una velocidad variable, tal como se describen entre otros en el documento DE 103 59 067 A1 o como se conocen usando solo una unica bomba hidraulica accionada por el motor de accionamiento electrico.

Ademas, es posible alcanzar con solo un esfuerzo adicional reducido la categoria de riesgo 4 mas alta, en la que ademas del convertidor con la clasificacion de categoria 3 se instala un freno entre el motor de accionamiento electrico y la bomba de trabajo.

De este modo se crea un sistema redundante. Frenos con un diseno correspondientemente seguro se conocen, por ejemplo, de la construccion de ascensores. Ademas, el convertidor puede comprobar la eficacia del freno a intervalos de tiempo regulares, aplicando el motor un momento de giro contra el freno activo y comprobando el control del proceso, si el rotor se mueve de manera inadmisible.

Los componentes que deben usarse segun la invencion mencionados anteriormente asi como los reivindicados y descritos en los ejemplos de realizacion no estan sujetos en su tamano, conformacion, seleccion de material y concepcion tecnica a ninguna excepcion especial, de modo que los criterios de seleccion conocidos en el campo de aplicacion pueden emplearse sin limitacion.

Detalles, caracteristicas y ventajas adicionales del objeto de la invencion se obtienen de las reivindicaciones dependientes, asi como de la siguiente descripcion de los dibujos asociados, en los que (a modo de ejemplo) se representa un ejemplo de realizacion de una disposicion de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion. Tambien pueden combinarse caracteristicas individuales de las reivindicaciones o de las formas de realizacion con otras caracteristicas de otras reivindicaciones y formas de realizacion.

Breve descripcion de las figuras

En los dibujos muestran

la figura 1 el diagrama de bloques de una primera forma de realizacion de una disposicion de

accionamiento hidraulico sin acumulador de presion;

la figura 2 el diagrama de bloques de una segunda forma de realizacion de una disposicion de

accionamiento hidraulico sin acumulador de presion;

las figuras 3 A/B/C el diagrama de bloques de una tercera forma de realizacion de una disposicion de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion en tres posiciones de valvula diferentes; asi como

la figura 4 el diagrama de bloques de una cuarta forma de realizacion de una disposicion de

accionamiento hidraulico sin acumulador de presion, alcanzandose una categoria de seguridad elevada.

Descripcion detallada de ejemplos de realizacion

La figura 1 muestra una disposicion de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion, en la que una bomba P1 principal hidraulica accionada por un motor M1 de accionamiento electrico con una velocidad variable esta unida

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directamente sin valvula de conmutacion a traves de un conducto D1 presurizado con la camara K de piston de una unidad de piston/cilindro que funciona como consumidor 1. Adicionalmente, una bomba P2 auxiliar accionada por un motor M2 de accionamiento electrico con una velocidad variable esta unida a traves de una conexion D2 directa sin valvula de conmutacion con el espacio R anular del consumidor 1. La unidad M1/P1 de motor/bomba determina como unidad de guiado el movimiento del piston al menos en su carrera de trabajo, tal como es habitual tambien en las disposiciones de accionamiento hidraulico con acumulador de presion. Con la unidad M2/P2 de motor/bomba se genera una contrapresion, que reproduce la funcion de un acumulador, tal como se usa en las disposiciones de accionamiento hidraulico con acumulador de presion. Para ello se regula el momento de giro del motor M2 de tal manera que se genera y se mantiene una determinada contrapresion necesaria para el proceso contra la presion de trabajo. Esta contrapresion puede controlarse o regularse de cualquier manera independientemente de la posicion del piston o de la biela. Asi es posible generar al principio de la carrera de retorno por ejemplo en un proceso de deformacion de una pieza de trabajo realizado por el consumidor altas fuerzas de raspado, que por ejemplo son necesarias para recuperar del molde un macho de deformacion durante la carrera de retorno. Igualmente pueden implementarse carreras de retorno largas, en particular con una contrapresion constante. En la parada o durante el descenso (es decir en la zona inicial de la carrera de trabajo) puede reducirse el momento del motor M1 de accionamiento para ahorrar energia.

Para la unidad M2/P2 de motor/bomba se necesita solo una potencia de accionamiento reducida en comparacion con la bomba de trabajo principal, que puede encontrarse entre el 2% y el 50% de la potencia nominal que necesita la bomba de trabajo principal. En muchos casos es favorable y suficiente aproximadamente 1/10 de la potencia nominal de la bomba de trabajo principal para la bomba auxiliar.

En una disposicion de este tipo se consiguen las mismas ventajas que en una disposicion de accionamiento hidraulico con acumulador de presion con bomba hidraulica accionada con una velocidad variable (concretamente tambien para casos de aplicacion en los que se requieren carreras de trabajo largas y/o fuerzas grandes por el consumidor, es decir la unidad de piston/cilindro. Adicionalmente tambien pueden implementarse comparativamente grandes volumenes de transporte, que no estan limitados ventajosamente por ejemplo por el volumen del acumulador de presion. Mediante la invencion se consigue ademas no solo una estructura menos costosa, sino sobre todo ventajas muy considerables en la demanda de energia de la disposicion. Esto tanto mas, ya que la disposicion de accionamiento puede estar equipada opcionalmente con una o dos bombas de pistones axiales o bombas de paletas. Dado que estas bombas se caracterizan por una cilindrada de bomba que puede variarse en cuanto al volumen de transporte por revolucion, el tamano constructivo y por consiguiente el esfuerzo de energia y de coste pueden reducirse adicionalmente para las bombas P1, P2. En el caso de una utilizacion de bombas de este tipo puede ser conveniente regular el volumen de transporte que puede variarse por revolucion en funcion de la carga o de la presion de proceso. A este respecto, la funcion de la reduccion de la cilindrada puede compararse aproximadamente con la de un engranaje de conmutacion (mecanico): provoca una reduccion del momento necesario del motor M1 y/o M2 de accionamiento. Adicional o alternativamente, tambien puede ser razonable la disposicion de un engranaje mecanico o de un engranaje de rueda dentada con multiplicacion constante entre el motor M1 (M2) de accionamiento y la bomba P1 (P2). Permite aumentar el intervalo de numero de revoluciones util del motor o de los motores. Tambien de este modo se reduce el esfuerzo de coste y de energia para la disposicion de accionamiento segun la invencion.

En la disposicion segun este primer ejemplo de realizacion (y los ejemplos de realizacion siguientes), conductos 5A, 5B de control conectan el dispositivo 6 de control con los motores M1, M2 de accionamiento electrico con una velocidad variable. Los motores M1 y M2 con una velocidad variable pueden parametrizarse libremente a traves del dispositivo 6 de control, en particular en forma de un convertidor en si conocido, preferiblemente en forma de un convertidor de frecuencias, con respecto a la velocidad y el sentido de giro (en caso deseado hasta la parada). Mediante especificaciones de valor teorico correspondientes en el convertidor puede pasarse por todo el intervalo de ajuste desde la parada hasta la velocidad admisible maxima en ambos sentidos de giro. A este respecto, los accionamientos pueden trabajar en los cuatro cuadrantes de un diagrama de velocidad-momento de giro. Es decir, los accionamientos pueden accionar (cuadrante I o III) o frenar (cuadrante II o IV) opcionalmente hacia la derecha o hacia la izquierda (cuadrantes I y II o cuadrantes III y IV). Dado que la corriente de aceite hidraulico transportada por las bombas P1 y P2 se comporta aproximadamente de manera proporcional al numero de revoluciones del motor, puede influirse libremente de esta manera en la corriente de aceite y por consiguiente tambien en el movimiento del piston. Valvulas 4A y 4B de limitacion de presion limitan la presion del sistema hasta la medida admisible, de modo que en el caso de superar la presion ajustada el aceite hidraulico fluye de vuelta a traves de los retornos 2A o 2B al tanque T de aceite hidraulico. La posicion real de la biela se transmite a traves del sensor 8 de recorrido al control 6 de convertidor.

Un modo de funcionamiento preferido es el siguiente: en la parada del consumidor, los motores M1 y M2 estan por regla general aproximadamente parados, a no ser que tengan que compensarse una fuga o similares. En el caso de la parada del motor no se transporta ningun aceite y por consiguiente no se desencadena de manera dirigida ningun movimiento del piston.

Si debe desplegarse la biela S, entonces el motor M1 empieza a rotar y el aceite hidraulico fluye a la camara K de piston (modo de llenado de la bomba P1), de modo que se despliega la biela S. A este respecto, el momento de giro

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del motor M2 que funciona simultaneamente en el modo de vaciado de la bomba P2 puede limitarse a un valor relativamente reducido. El motor M2 que funciona simultaneamente en el modo de vaciado de la bomba P2 impide, por ejemplo, que una carga acoplada al consumidor descienda de manera descontrolada. Es decir, el sentido de giro del motor M2 corresponde al modo de vaciado de la bomba P2, es decir se extrae o se evacua de manera controlada aceite hidraulico del espacio anular manteniendo una cierta contrapresion contra el piston del consumidor. Por tanto, la bomba P2 se hara rotar hacia atras por el volumen de aceite hidraulico que sale por el lado de espacio anular con presion reducida, es decir, que el motor M1 por su parte acciona el motor M2 y el motor M2 frena esta fuerza de accionamiento, dado que se mueve mas lento que lo que le corresponde al momento de accionamiento del motor M1. El aceite fluye tras circular a traves de la bomba P2 sin presion de vuelta al tanque T. A este respecto, a traves del dispositivo 6 de control del motor M2 puede variarse el momento de frenado de motor del motor M2 y mantenerse asi una contrapresion predeterminable. Dado que ambos motores M1 y M2 electricos pueden controlarse con precision angular, esto posibilita un posicionamiento muy exacto de la biela, cuyas posiciones teoricas pueden alcanzarse y mantenerse con la presion completa y sin perdidas por estrangulamiento con una precision de hasta 1 Dm. En caso necesario, puede alcanzarse exactamente una posicion del piston con un numero de revoluciones de casi 0 con una presion alta o incluso completa.

Para el retorno se varian ahora los sentidos de giro de los motores M1 y M2, es decir M1/P1 trabajan en el modo de vaciado y M2/P2 trabajan en el modo de llenado para la camara de presion asociada del consumidor 1. A este respecto, se posibilita la descompresion del cilindro que esta a presion mediante la inversion del sentido de giro de la bomba. A este respecto, la energia acumulada en el aceite hidraulico comprimido respalda por un lado la aceleracion del motor M1 en el sentido contrario. Por otro lado, puede transformarse y acumularse energia de compresion en exceso mediante la accion generatriz del motor M1 en energia electrica o realimentarse a la red. Durante el retorno (carrera de retorno del piston), la velocidad del motor M1 invertido ahora en el sentido de giro determina ademas la posicion y la velocidad de la biela S. La corriente de transporte generada por el momento de accionamiento limitado del motor M2 de la bomba P2 es precisamente tan grande que la cantidad de aceite transportada desde la camara K de piston por la bomba P1 invertida se sustituye en el lado R de espacio anular. Mediante la detencion del motor M1 se para el piston con precision de posicion.

La forma de realizacion segun la figura 2 se diferencia de aquella segun la figura 1 mediante el uso de un denominado piston 3’ de marcha rapida en si conocido y de una valvula 9 de llenado asi como de un tercer conducto D3 presurizado, que puede conectarse adicionalmente a traves de una valvula 11 de apertura/cierre en la derivacion con el conducto D1 presurizado sin valvula de conmutacion. El piston 3’ de marcha rapida esta insertado en el piston de la unidad 1 de piston/cilindro. Mediante el cierre de la valvula 11 no se conduce la corriente de bomba de la bomba P1 de trabajo principal al piston principal, sino al piston de marcha rapida de diametro mucho menor. La biela S se despliega asi claramente mas rapido. A este respecto, a traves de una valvula antirretorno que puede desbloquearse, que sirve como valvula 9 de llenado, se succiona aceite hidraulico del tanque T para llenar la camara K de piston. Tras alcanzar una presion ajustable se conecta adicionalmente la superficie de piston principal con la valvula 11, para poder alcanzar la fuerza de piston completa. Durante la carrera de retorno se abre igualmente la valvula 9 de llenado, para poder funcionar tambien en este caso con una velocidad elevada.

La forma de realizacion segun las figuras 3A a 3C se diferencia de aquella segun la figura 1 por la utilizacion de la valvula 13 de conmutacion y el conducto D4 presurizado adicional, con el que puede conectarse el espacio R anular de la biela S con la valvula 13 o segun la posicion de conmutacion de la valvula 13 con la camara K de piston de la unidad 1 de piston/cilindro.

Si la biela S debe desplegarse con velocidad de marcha rapida, entonces se conmuta la valvula 13 a la posicion representada en la figura 3B “flechas paralelas”. Ambos motores M1 y M2 se activan a traves de la unidad 6 de control con el mismo sentido de giro y velocidad. La bomba P1 transporta a traves del conducto D1 presurizado directamente a la camara K de piston, la bomba P2 igualmente a traves del conducto D4 presurizado. A este respecto, el espacio R anular esta conectado con la camara K de piston a traves del conducto D2. La biela S se despliega debido a la mayor superficie en relacion con la superficie del espacio R anular del piston K. La cantidad de aceite desplazada del espacio R anular a este respecto a traves del conducto D2 presurizado fluye a traves del conducto y D4 igualmente a la camara K de piston. De esta manera pueden implementarse velocidades de despliegue altas mediante la combinacion de las corrientes de transporte de las bombas P1 y P2 asi como adicionalmente mediante el aprovechamiento de la cantidad de aceite que fluye por el lado de espacio anular.

Si en la evolucion adicional de la carrera de accionamiento debe empezar la verdadera etapa de trabajo, en la que el cilindro trabaja con una fuerza mayor, entonces se lleva la valvula 13 a la posicion de bloqueo representada en la figura 3A. El espacio R anular y la camara K de piston estan de nuevo separados entre si, la instalacion trabaja segun el principio representado en la figura 1. Para ello, el dispositivo 6 de control cambia el tipo de funcionamiento del motor M2; en lugar de funcionar con la misma velocidad y el mismo sentido de giro que el motor M1 en el modo de llenado, M2 genera ahora de nuevo un momento de frenado predeterminable, en particular constante, tal como se describio anteriormente para la figura 1 (modo de vaciado). Es decir, para ello se invierte el sentido de giro de M2.

Para la carrera de retorno o en vacio puede conmutarse la valvula 13 a la posicion representada en la figura 3C “flechas cruzadas”. La camara K de piston esta ahora conectada a traves del conducto 12 directamente con el

tanque T. Asi, la cantidad de transporte en la mayoria de los casos bastante alta de la bomba P2 puede aprovecharse para una alta velocidad de retorno, que ya no esta limitada por la resistencia relativamente alta de la bomba P1 que segun el concepto correspondiente a la figura 1 permite el vaciado de la camara K de piston. En este estado de funcionamiento se hace funcionar el motor M2 (modo de llenado) con respecto al sentido de giro y a la 5 velocidad de nuevo de manera sincrona con respecto al motor M1 (modo de vaciado). Antes de alcanzar la posicion de extremo superior se paran ambos motores Ml y M2, la valvula 13 se conmuta a la posicion central de manera correspondiente a la figura 3A.

La figura 4 muestra un control hidraulico para una maquina que corresponde a la categoria de riesgo CE 4 maxima.

10 La figura muestra un control similar al representado en la figura 1; de la misma manera pueden variarse tambien controles de las figuras 2 a 3. El verdadero control hidraulico permanece completamente inalterado. Sin embargo, el control 6 de convertidor obtiene un equipamiento adicional para alcanzar la categoria de riesgo 3, a este pertenecen por ejemplo conmutaciones electricas redundantes y un software certificado especialmente. Entre el motor M1 y la bomba P1 se incorpora un freno B que puede conmutarse electricamente. El momento de frenado se aplica a traves

15 de resortes, la ventilacion tiene lugar mediante una bobina que se hace funcionar electricamente. En el caso de movimientos deseados del piston S se ventila el freno mediante la puesta en marcha de la bobina, para la parada segura permanece cerrada.

Lista de signos de referencia:

1

consumidor 13 valvula de conmutacion

2A

retorno 20 disposicion de bombas

2B

retorno B freno

3

cilindro D1 primer conducto presurizado

3'

piston de marcha rapida D2 segundo conducto presurizado

4A

valvula de limitacion de presion D3 tercer conducto presurizado

4B

valvula de limitacion de presion D4 cuarto conducto presurizado

5A

conducto de control M1 primer motor de accionamiento

5B

conducto de control M2 segundo motor de accionamiento

6

dispositivo de control P1 bomba de trabajo principal

7

conducto de retorno/de succion P2 bomba auxiliar

8

sensor de recorrido K primera camara de presion

9

valvula de llenado R segunda camara de presion

10

disposicion de accionamiento S biela

11

valvula T tanque

12

conducto

20

Claims (15)

10

15

20

25

2.

30

3.

35

4.

40

5.

45

6.

50

7.

55

8.

60

9.

REIVINDICACIONES

Disposicion de accionamiento hidraulico sin acumulador de presion para y con un gran consumidor (1), concretamente para una prensa hidraulica, con dos camaras (K, R) de presion que actuan de manera opuesta, de las que una puede abastecerse a traves de un primer conducto (D1) presurizado y una disposicion (20) de bombas y la otra puede abastecerse a traves de un segundo conducto (D2) presurizado y la disposicion (20) de bombas con medio de presion,

caracterizada

porque la disposicion (20) de bombas esta compuesta por una bomba (P1) de trabajo principal accionada con una velocidad variable para carreras de trabajo y por una bomba (P2) auxiliar accionada con una velocidad variable para carreras de retorno, estando constituida la bomba (P1) de trabajo principal y/o la bomba (P2) auxiliar como bomba de pistones axiales o como bomba de paletas,

porque el sentido de transporte de la bomba (P2) auxiliar puede invertirse y la bomba (P2) auxiliar esta conectada o puede conectarse hidraulicamente a traves de una valvula (13) de vias opcionalmente con la primera camara (K) de presion y/o con la segunda camara (R) de presion del consumidor (1), y

porque ademas de la bomba (P1) de trabajo principal esta prevista una bomba de marcha rapida con un piston (3’) de marcha rapida insertado en el piston de una unidad de piston-cilindro, estando previsto un tercer conducto (D3) presurizado, que puede conectarse adicionalmente a traves de una valvula (11) de apertura/cierre en una derivacion con el primer conducto (D1) presurizado, no conduciendose mediante el cierre de la valvula (11) de apertura/cierre la corriente de bomba de la bomba (P1) de trabajo principal al piston principal de la bomba (P1) de trabajo principal sino al piston (3’) de marcha rapida de diametro menor, con lo que la biela (S) puede desplegarse mas rapidamente, y pudiendo conectarse adicionalmente la superficie de piston principal con la valvula (11) de apertura/cierre tras alcanzar una presion ajustable.

Disposicion segun la reivindicacion 1, caracterizada por un conducto (7) de llenado que conecta la camara (K) de piston con el tanque (T), en el que esta dispuesta una valvula (9) de llenado, abriendose igualmente la valvula (9) de llenado durante la carrera de retorno, para poder hacer funcionar la disposicion con una velocidad elevada durante la carrera de retorno.

Disposicion segun una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque el espacio (R) anular y la camara (K) de piston pueden opcionalmente conectase hidraulicamente entre si y separarse de nuevo el uno de la otra a traves de un conducto (D2, D4) presurizado conmutable.

Disposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la camara (K) de piston puede conectarse opcionalmente con un conducto (12) de vaciado a traves de la valvula (13) de vias.

Disposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la disposicion (20) de bombas esta compuesta por una bomba (P1) de trabajo principal accionada con una velocidad variable para carreras de trabajo y por una bomba (P2) auxiliar accionada con una velocidad variable para carreras de retorno y porque esta previsto un dispositivo (6) de control, con el que puede controlarse o regularse una contrapresion que debe crearse por la bomba (P2) auxiliar, que actua en contra de la presion en la camara de trabajo del consumidor (1) en la camara de presion asociada a la bomba auxiliar.

Disposicion segun la reivindicacion 5, caracterizada porque el primer conducto (D1) presurizado es una conexion directa sin valvula de conmutacion entre la bomba (P1) de trabajo principal y la primera camara (K) de presion y el segundo conducto (D2) presurizado es una conexion directa sin valvula de conmutacion entre la bomba (P2) auxiliar y la segunda camara (R) de presion.

Disposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la potencia nominal de la bomba (P2) auxiliar asciende a entre el 2% y el 50% de la potencia nominal, preferiblemente a aproximadamente el 10% de la potencia nominal de la de la bomba (P1) de trabajo principal.

Disposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque entre la bomba (P1) de trabajo principal y un motor (M1) de accionamiento asociado a la bomba (P1) de trabajo principal esta previsto un engranaje mecanico, con lo que puede variarse la velocidad de la bomba (P1) de trabajo principal con respecto a la velocidad del motor (M1) de accionamiento asociado a la bomba (P1) de trabajo principal.

Disposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque puede variarse el volumen transportado por revolucion de la bomba (P1) de trabajo principal y/o de la bomba (P2) auxiliar, pudiendo regularse la variacion del volumen transportado por revolucion preferiblemente en funcion de la presion generada por la bomba (P1) de trabajo principal y/o la bomba (P2) auxiliar.

11.

10

12.

15

20

25

30

35

13.

40

14.

45

50

15.

55

16.

Disposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la disposicion (20) de bombas presenta al menos una bomba accionada por un motor de accionamiento electrico que puede accionarse con una velocidad variable para carreras de trabajo de la disposicion de accionamiento hidraulico disenada como engranaje hidraulico, en la que los conductos (D1, D2) presurizados estan libres de valvulas de conmutacion relevantes para la seguridad, y porque un dispositivo (6) de control disenado como convertidor presenta una categoria de riesgo CE elevada en si conocida para el motor de accionamiento electrico como sustitucion para un control hidraulico.

Disposicion segun la reivindicacion 10, caracterizada por un freno (8), que actua entre el motor (M1) de accionamiento electrico y la bomba (P1) de trabajo.

Procedimiento para el accionamiento hidraulico sin acumulador de presion de un gran consumidor (1), concretamente de una prensa hidraulica, con dos camaras (K, R) de presion que actuan de manera opuesta, de las que una se abastece a traves de un primer conducto (D1) presurizado y una disposicion (20) de bombas y la otra se abastece a traves de un segundo conducto (D2) presurizado y la disposicion (20) de bombas con medio de presion

caracterizado

porque como sustitucion para un acumulador de presion se usa una bomba (P1) de trabajo principal accionada con una velocidad variable para carreras de trabajo y una bomba (P2) auxiliar accionada con una velocidad variable para carreras de retorno y por medio de un dispositivo (6) de control de la bomba (P2) auxiliar se crea o se mantiene una contrapresion en contra de la presion en la camara de trabajo del consumidor (1), estando formada la bomba (P1) de trabajo principal y/o la bomba (P2) auxiliar como bomba de pistones axiales o como bomba de paletas, y

porque ademas de la bomba (P1) de trabajo principal se hace funcionar una bomba de marcha rapida con un piston (3’) de marcha rapida insertado en el piston de una unidad de piston-cilindro, estando previsto un tercer conducto (D3) presurizado, que se conecta adicionalmente a traves de una valvula (11) de apertura/cierre en una derivacion con el primer conducto (D1) presurizado, no conduciendose mediante el cierre de la valvula (11) de apertura/cierre la corriente de bomba de la bomba (P1) de trabajo principal al piston principal de la bomba (P1) de trabajo principal sino al piston (3’) de marcha rapida de diametro menor, con lo que la biela (S) se despliega mas rapidamente, y conectandose adicionalmente la superficie de piston principal tras alcanzar una presion ajustable con la valvula (11) de apertura/cierre, y estando previsto un conducto (7) de llenado que conecta la camara (K) de piston con el tanque (T), en el que esta dispuesta una valvula (9) de llenado, abriendose igualmente durante la carrera de retorno la valvula (9) de llenado, para hacer funcionar la disposicion con una velocidad elevada.

Procedimiento segun la reivindicacion 12, caracterizado porque el sentido de transporte de la bomba (P2) auxiliar se invierte durante la carrera de trabajo del consumidor y la corriente de transporte de la bomba (P2) auxiliar se desvia de una conexion inicial con la camara (K) de piston del consumidor (1) a una conexion con el espacio (R) anular del consumidor (1).

Procedimiento segun la reivindicacion 12 o 13, caracterizado porque se varia la velocidad de la bomba (P1) de trabajo principal con respecto a la velocidad de un motor (M1) de accionamiento asociado a la bomba (P1) de trabajo principal, teniendo lugar la variacion de la velocidad de la bomba (P1) de trabajo principal con respecto a la velocidad del motor (M1) de accionamiento asociado a la bomba (P1) de trabajo principal preferiblemente mediante un engranaje mecanico previsto entre la bomba (P1) de trabajo principal y el motor (M1) de accionamiento asociado a la bomba (P1) de trabajo principal.

Procedimiento segun una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque se varia el volumen transportado por revolucion de la bomba (P1) de trabajo principal y/o de la bomba (P2) auxiliar, regulandose la variacion del volumen transportado por revolucion preferiblemente en funcion de la presion generada por la bomba (P1) de trabajo principal y/o la bomba (P2) auxiliar.

Procedimiento segun las reivindicaciones 123 a 15, en el que la disposicion (20) de bombas esta compuesta por al menos una bomba accionada con una velocidad variable, caracterizado porque aceite hidraulico fluye a traves de los conductos (D1, D2) presurizados sin valvulas de conmutacion relevantes para la seguridad y el al menos un motor de accionamiento de bomba con una velocidad variable se activa por un convertidor electrico de una categoria de riesgo CE elevada.

Procedimiento segun la reivindicacion 16, caracterizado porque se usa de manera redundante un freno (8) que actua entre el motor (M1) de accionamiento electrico y la bomba (P1) de trabajo.