Válvula de seta electroproporcional operada por piloto con compensación de presión.

Una válvula (4) de cartuchos que comprende:

una jaula (14) de válvula que define un paso

(22) central, una entrada (12) de fluido y una salida (13) de fluido, una válvula (5) de control de flujo de fluido recibida dentro del paso y que define un área (31, 32; 131, 132) de válvula entre la entrada y la salida, presentando la válvula de control de flujo de fluido una seta (31) de válvula amovible de una primera posición normalmente cerrada estanca con un asiento (32) de válvula y que bloquea el flujo desde la entrada hasta la salida en una segunda posición de desbloqueo del flujo desde la entrada hasta la salida, y

un compensador (8) de presión recibido dentro del paso para controlar un diferencial de presión a través del área (31, 32; 131, 132) de válvula, comprendiendo el compensador de presión:

una bobina (58, 158) de compensador móvil longitudinalmente que define un orificio (58, 13; 158, 113) de flujo de fluido variable en la salida (13) de fluido y que presenta un área de flujo de fluido determinada por la posición de la bobina de compensador, y

un pistón (64, 164) de control de compensador móvil longitudinalmente que presenta un primer lado y un segundo lado, actuando el pistón de control de compensador contra la bobina de compensador en el primer lado para desplazar la bobina de compensador y cambiar la posición de la bobina de compensador para controlar el diferencial de presión a través del área de válvula en la que el segundo lado está expuesto a la presión de entrada en la entrada.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2011/062976.

Solicitante: PARKER-HANNIFIN CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 6035 PARKLAND BOULEVARD CLEVELAND, OH 44124 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: ARANOVICH,FELIX.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > DISPOSITIVOS ACCIONADORES POR PRESION DE UN FLUIDO;... > SISTEMAS QUE FUNCIONAN POR MEDIO DE FLUIDOS EN GENERAL;... > Detalles de los sistemas de servomotores (F15B 15/00... > F15B13/04 (para utilización con un único servomotor)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > DISPOSITIVOS ACCIONADORES POR PRESION DE UN FLUIDO;... > SISTEMAS QUE FUNCIONAN POR MEDIO DE FLUIDOS EN GENERAL;... > Sistemas de servomotores desprovistos de acción... > F15B11/05 (especialmente adaptados para mantener una velocidad constante, p. ej. con compensación de la presión, sensible a la carga)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > DISPOSITIVOS ACCIONADORES POR PRESION DE UN FLUIDO;... > SISTEMAS QUE FUNCIONAN POR MEDIO DE FLUIDOS EN GENERAL;... > Detalles de los sistemas de servomotores (F15B 15/00... > F15B13/02 (Dispositivos de distribución o de suministro, del fluido caracterizados por su adaptación al control del servomotor (válvulas de vías múltiples F16K 11/00))

PDF original: ES-2536082_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Válvula de seta electroproporcional operada por piloto con compensación de presión

La invención se refiere al campo de las válvulas de control hidráulico. Más en concreto, la presente Invención se refiere a una válvula de control de flujo hidráulico con compensación de presión. Aún más en concreto, la presente invención se refiere a una válvula electroproporcional tipo seta con una fuga Integral escasa y una característica de compensación de presión de flujo óptima, que presenta una configuración normalmente abierta o normalmente cerrada.

Las válvulas de control hidráulico son sobradamente conocidas y están indicadas en una amplia variedad de aplicaciones. Las válvulas de control hidráulico accionadas por solenoide presentan típicamente una bobina que rodea un inducido y una tapa o tapón terminal. El Inducido y la tapa están fabricados en un material ferromagnétlco y están coaxialmente dispuestos con un entrehierro entre el Inducido y la tapa. Un miembro de válvula se extiende desde el inducido. Cuando la bobina es energizada, el Inducido y, por tanto, el miembro de válvula, son desplazados debido a las fuerzas del flujo producidas a través del entrehierro. Para las válvulas de control hidráulico proporcionales accionadas por solenoide, el desplazamiento del miembro de válvula es proporcional a la corriente de entrada aplicada sobre la bobina de solenoide.

Un tipo de válvula de control por solenoide proporcional es una válvula accionada por piloto, esto es, una válvula que incorpora un miembro de válvula de piloto y un miembro de válvula principal. El solenoide de dicha válvula controla la posición del inducido para desplazar la válvula de piloto hasta una posición accionada para de esta manera hacer posible el desplazamiento del miembro de válvula principal. Las válvulas operadas por piloto son típicamente utilizadas en la mayoría de las veces en situaciones de alta presión en las que es necesario un suave control del flujo.

Las válvulas tipo seta operadas por piloto electroproporclonales son utilizadas para controlar el flujo en muchas aplicaciones. Proporcionan una abertura para el flujo en base a la cantidad de la corriente aplicada. Estas válvulas pueden ser válvulas de tipo normalmente abiertas o normalmente cerradas, y el flujo o bien aumenta o bien disminuye con la corriente aplicada. La ventaja de la válvula de seta es que permite un escaso flujo cuando está completamente cerrada. Esto contrasta con las válvulas de bobina, las cuales pueden ser utilizadas para estrangular el flujo pero tienden a permitir fugas que pueden hacer posible que una carga mantenida en una determinada altura gotee con el tiempo.

Aunque la válvula de seta controla el flujo en base a una corriente aplicada sobre la bobina de solenoide, cualquier variación en la diferencia de presión a través de la válvula de seta modifica el caudal respecto de cualquier abertura de tamaño determinada de la seta de la válvula. Un procedimiento para remediar este problema consiste en utilizar la válvula de seta electroproporcional con una bobina de compensación de la presión convencional que mantenga una caída de presión constante a través de la abertura de la válvula de seta. El problema de este procedimiento es que la propia bobina de compensador presenta fugas y hace posible que la carga gotee. La adición de cierres estancos en la bobina de compensador puede ayudar a controlar las fugas pero aumenta la histéresis en el rendimiento de la válvula.

Así mismo, es conveniente seleccionar el diámetro de la bobina de compensador para hacer posible un flujo máximo a través de la bobina de compensador con mínimas pérdidas de presión. Esto significa que el diámetro de la bobina de compensador debe seleccionarse con el mismo tamaño que permita la válvula de seta. Así mismo, para que la bobina de compensador mantenga una caída de presión elevada constante a través de la válvula de seta con el fin de conseguir un caudal elevado a través de la válvula de seta, una bobina de compensador convencional con un diámetro relativamente grande requiere un muelle de compensador con una precarga relativamente alta. Esto se debe a que la caída de presión a través de la válvula de seta también se produce a través de la bobina de compensador, y el muelle de compensador debe equilibrar las fuerzas opuestas aplicadas sobre la bobina de compensador convencional provocadas por esta diferencia de presión. Cuando una válvula de seta es utilizada en un conjunto de válvula hidráulica estilo cartucho, las limitaciones de espacio inherentes impuestas por el diseño del cartucho puede limitar o precluir el uso de una bobina de compensador de presión convencional de caída de presión elevada y un muelle compensador solidario con el cartucho debido, al menos en parte, a estas consideraciones de diseño típicas para las bobinas de compensador convencionales.

El documento US-3777773 divulga una válvula de compensador de presión para su uso con una válvula de control de bobina única para controlar un cilindro hidráulico de un motor de fluidos. Las válvulas de compensación y control están dispuestas en carcasas separadas. El fluido a presión suministrado a la bobina de la válvula de control actúa sobre un émbolo de compensación de la válvula de compensación. El émbolo es también accionado por un pistón de empuje discontinuo. Un lado del pistón está en comunicación con un orificio de escape de baja presión y es accionado por un muelle primario. El otro lado del pistón es accionado por un muelle secundario más débil que el muelle primario. Un agujero de alimentación está dispuesto en la pared de la carcasa de la válvula de compensación para suministrar fluido a la válvula de control. El flujo del fluido en el orificio de alimentación se determina por la posición del émbolo de compensación, la cual viene determinada por los muelles primario y secundario y por la presión del fluido dentro de los orificios de la carcasa de la válvula de compensación.

El documento US-5375623 divulga una válvula de cartuchos de compensación de presión que incluye un miembro de válvula que puede deslizarse por dentro de una carcasa de válvula entre una primera posición en la que se cierra de forma estanca con un asiento de válvula suministrado por la carcasa, y una segunda posición en la cual el fluido puede fluir entre la entrada y la salida de la válvula. El miembro de válvula presenta unas superficies abocinadas separadas en las inmediaciones de la salida de la válvula para que la presión que actúa sobre el vástago resulte compensada en su efecto sobre el vástago. El espacio alrededor del miembro de válvula al nivel de la entrada de la válvula está conectado al espacio que rodea el extremo opuesto del miembro de válvula por medio de un orificio de equilibrio de la presión para compensar la presión que rodea al miembro de válvula a la entrada de la válvula.

La presente invención proporciona una válvula de cartuchos que incluye una jaula de válvula, una válvula de control de flujo de fluido y un compensador de presión, según se define en la reivindicación 1.

La válvula de cartuchos utiliza un compensador de presión que hace posible un muelle del compensador de tamaño reducido manteniendo al tiempo una caída de presión elevada y unos caudales elevados. Así mismo, el compensador de presión reduce al mínimo las fugas a través del compensador de presión para reducir al mínimo el goteo de una carga. El compensador de presión incluye una bobina de compensador equilibrada de presión y un pistón de control de compensador con un diferencial de presión o desequilibrado en presión. El pistón de control de compensador actúa sobre la bobina de compensador, y el muelle de compensador actúa sobre... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Una válvula (4) de cartuchos que comprende:

una jaula (14) de válvula que define un paso (22) central, una entrada (12) de fluido y una salida (13) de fluido, una válvula (5) de control de flujo de fluido recibida dentro del paso y que define un área (31, 32; 131, 132) de válvula entre la entrada y la salida, presentando la válvula de control de flujo de fluido una seta (31) de válvula amovible de una primera posición normalmente cerrada estanca con un asiento (32) de válvula y que bloquea el flujo desde la entrada hasta la salida en una segunda posición de desbloqueo del flujo desde la entrada hasta la salida, y

un compensador (8) de presión recibido dentro del paso para controlar un diferencial de presión a través del área (31, 32; 131, 132) de válvula, comprendiendo el compensador de presión:

una bobina (58, 158) de compensador móvil longitudinalmente que define un orificio (58, 13; 158, 113) de flujo de fluido variable en la salida (13) de fluido y que presenta un área de flujo de fluido determinada por la posición de la bobina de compensador, y

un pistón (64, 164) de control de compensador móvil longitudinalmente que presenta un primer lado y un segundo lado, actuando el pistón de control de compensador contra la bobina de compensador en el primer lado para desplazar la bobina de compensador y cambiar la posición de la bobina de compensador para controlar el diferencial de presión a través del área de válvula en la que el segundo lado está expuesto a la presión de entrada en la entrada.

2.- Una válvula de cartuchos según se define en la reivindicación 1, en la que la bobina de compensador está equilibrada en presión y el pistón de control de compensador está desequilibrado en presión.

3.- Una válvula de cartuchos según se define en la reivindicación 1, en la que el pistón de control de compensador presenta una primera área (64a, 164a) en sección transversal expuesta a una presión de fluido sobre un lado del área de válvula y una segunda área (64b, 164b) en sección transversal lateral expuesta a la presión de fluido sobre el otro lado del área de válvula.

4 - Una válvula de cartuchos según se define en la reivindicación 3, en la que las primera y segunda áreas en secciones transversales laterales del pistón de control de compensador son sustancialmente iguales.

5.- Una válvula de cartuchos según se define en la reivindicación 4, en la que la bobina de compensador presenta unas primera y segunda áreas (58a, 58b; 158a, 158b) en secciones transversales laterales opuestas, expuestas a la presión de fluido sobre un lado del área de válvula, y las primera y segunda áreas en secciones transversales laterales de la bobina de compensador son sustancialmente iguales.

6.- Una válvula de cartuchos según se define en la reivindicación 5, en la que las primera y segunda áreas en secciones transversales laterales del pistón de control de compensador son cada una más pequeña que cada una de las primera y segunda áreas de las secciones transversales laterales de la bobina de compensador.

7.- Una válvula de cartuchos según se define en la reivindicación 1, en la que la bobina de compensador y el pistón de control de compensador presenta cada uno unas áreas (58a, 58b; 158a, 158b; 64a, 64b; 164a, 164b) en secciones transversales laterales de igual tamaño opuestas, y las áreas en secciones transversales laterales del pistón de compensador son más pequeñas que las áreas en secciones transversales laterales de la bobina de compensador.

8.- Una válvula de cartuchos según se define en la reivindicación 7, en la que el pistón de control de compensador actúa contra la bobina de compensador en una dirección longitudinal, el compensador incluye además un muelle (61, 161), y el muelle actúa contra la bobina de compensador o contra el pistón de control de compensador en una dirección longitudinal opuesta a la primera dirección.

9.- Una válvula de cartuchos según se define en la reivindicación 8, en la que la bobina de compensador presenta unas áreas (58a, 58b; 158a; 158b) en secciones transversales laterales opuestas, expuestas a la presión de fluido procedente de un lado del área de válvula, el pistón de control de compensador presenta unas áreas (64a, 64b; 164a, 164b) en secciones transversales laterales opuestas con una de sus áreas expuesta a la presión de fluido procedente de un lado del área de válvula y con la otra de sus áreas expuesta a la presión de fluido procedente del otro lado del área de válvula.

1.- Una válvula de cartuchos según se define en cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 9, en la que el control de pistón de compensador incluye una superficie (66, 166) de válvula que sustancialmente cierra completamente el flujo de fluido de fuga alrededor del pistón de control de compensador entre las áreas en secciones transversales laterales opuestas del pistón de control de compensador cuando el pistón de control de compensador es desplazado en una dirección longitudinal.

11Una válvula de cartuchos según se define en la reivindicación 1, en la que el área de válvula se define por una seta (31, 131) de válvula, y un asiento (32, 132) de válvula, el pistón de control de compensador actúa contra la bobina de compensador en una dirección longitudinal, el compensador Incluye un muelle, el muelle actúa contra la bobina de compensador en una dirección longitudinal opuesta, el área en sección transversal lateral de la bobina de compensador incluye unas áreas en secciones transversales laterales sustancialmente ¡guales opuestas, expuestas a una presión de fluido sustanclalmente Igual desde un lado del área de válvula, el área en sección transversal lateral del pistón de control de compensador incluye unas áreas en secciones transversales laterales opuestas sustancialmente ¡guales con una de sus áreas expuesta a la presión de fluido procedente de un lado del área de válvula y con la otra de sus áreas expuesta a la presión de fluido procedente del otro lado del área de válvula, el pistón de control de compensador incluye una superficie de válvula que sustancialmente cierra completamente una fuga de fluido entre las áreas en secciones transversales laterales opuestas del control de pistón de compensador, cuando el control de pistón de compensador es desplazado en una dirección longitudinal.

12.- Una válvula de cartuchos según se define en la reivindicación 11, que Incluye una jaula (14, 114) de cartucho de válvula, siendo el área de válvula y el compensador integrales y estando dispuestos dentro de la jaula de cartucho de válvula, presentando la jaula de cartucho de válvula una entrada (12, 112) y una salida (13, 113) y una cámara (59, 159) intermedia entre la entrada y la salida, abriendo y cerrando el área de válvula una comunicación de presión de fluido entre la entrada y la cámara Intermedia, la bobina de compensador abriendo y cerrando la comunicación de presión de fluido entre la cámara Intermedia y la salida y manteniendo el compensador un diferencial de presión sustancialmente constante entre la entrada y la cámara intermedia.

13.- Una válvula de cartuchos según se define en la reivindicación 11, que Incluye un operador de piloto operativamente conectado a la seta de válvula y un inducido (44, 144) de solenolde eléctrico operativamente conectado al operador de piloto, por medio de lo cual la posición de la seta de válvula con respecto al asiento de válvula es proporcional a la potencia eléctrica suministrada al operador de solenolde, y el diferencial de presión entre la entrada y la cámara intermedia a través del área de válvula es sustancialmente constante.

14.- Una válvula de cartuchos según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que la bobina de compensador es operable selectivamente para proporcionalmente abrir y cerrar un paso (58, 13; 158, 113) de dosificación a través de un manguito de carcasa, la posición de la bobina de compensador en el bloqueo del paso de dosificación es proporcional a la entrada al diferencial de presión de salida, el pistón de control de compensadores capaz de operar para detectar el diferencial de presión a través del área de válvula, presentando el pistón de control de compensador un extremo expuesto a la presión de entrada, y actuando la presión de entrada sobre el pistón de control de compensador forzando una superficie del pistón de control de compensador para encajar de forma estanca con un asiento del pistón de control de compensador.

15.- Una válvula de cartuchos según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que el área en sección transversal lateral del pistón de control de compensador incluye un área en sección transversal lateral expuesta a la presión de fluido corriente arriba del área de válvula y otra área en sección lateral expuesta a la presión de fluido corriente abajo del área de válvula, una trayectoria de flujo de fuga entre las áreas en secciones transversales laterales corriente arriba y corriente abajo se define por el pistón de control de compensador, y el pistón de control de compensador incluye una válvula que sustancialmente cierra la trayectoria de flujo de fuga cuando el pistón de control de compensador está en una posición que desplaza la bobina de compensador para sustancialmente cerrar su orificio de flujo de fluido variable cuando la seta (31; 131) de válvula está en la posición cerrada.