APARATO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA A PARTIR DE ENERGÍA HIDRÁULICA.

Aparato DE producción de energía mecánica a partir de energía hidráulica Campo de la invención La presente invención se refiere a la producción de la energía mecánica a partir de energía hidráulica; en particular, se refiere a un motor que se acciona mediante un fluido, preferentemente agua o gas, preferentemente aire, bajo presión. También se refiere a un mecanismo para el accionamiento de un eje mediante un fluido a presión que comprende un conjunto de biela oscilante y por lo menos una manivela accionada por dicho conjunto de biela, tal como se define más adelante. La invención también se refiere a la utilización de este mecanismo para el accionamiento de varios aparatos mecánicos. La invención también se refiere a una válvula para controlar la alimentación y la descarga de fluido a presión y desde un conjunto de biela, sincrónicamente con la posición angular de la manivela accionada por dicho conjunto. Antecedentes de la invención Los mecanismos accionados con fluidos para llevar a cabo trabajo mecánico son conocidos en la técnica y se han descrito en una serie de patentes. El documento USP 2.518.990 describe una bobina de manguera accionada con fluido en un aspersor de riego. El documento USP 2.989.605 describe un cabezal de ducha retráctil de accionamiento hidráulico. Más recientemente, el documento USP 5.741.188 divulga un juguete de paseo o una herramienta de jardín, que incluye un elemento estacionario, un elemento móvil conectado al mismo, medios operativos de presión de agua para mover el elemento móvil respecto al elemento estacionario, una entrada de agua y una salida de agua, y una válvula para controlar el flujo del agua a través del dispositivo. La solicitud de patente europea 136414 A2 divulga un dispositivo operado por flujo de agua para el enrollado y/o desenrollado de una capa de material flexible, que comprende un elemento estacionario, una bobina que tiene un eje central, siendo dicha bobina giratoria alrededor de un eje central cuando se acopla con el elemento estacionario, y un mecanismo operado mediante flujo de agua acoplado mediante dicho elemento estacionario para la rotación de manera controlada de dicha bobina. De especial interés para la presente invención es la patente de Eliot, US 1.954.408, que describe un motor impulsado con fluido, que comprende: una unidad de accionamiento conectable a una fuente de fluido a presión y que incluye un pistón móvil dentro de un cilindro; un conjunto de válvula que controla la introducción de fluido a presión en el cilindro, y la descarga de fluido gastado desde el mismo para accionar el pistón respecto al cilindro; y un árbol de accionamiento rotativo que incluye un brazo de manivela acoplado a la unidad de accionamiento para hacer girar el árbol de accionamiento sobre un eje giratorio; el pistón se proyecta a través de un extremo del cilindro y está acoplado de manera pivotante con el brazo de la manivela para hacer girar el árbol de accionamiento durante las carreras de avance y de retorno del pistón respecto al cilindro, estando el extremo opuesto del cilindro montado de forma pivotante en el conjunto de la válvula para oscilar con el pistón entre lados opuestos del eje de rotación del árbol de accionamiento durante las carreras de avance y retroceso del pistón; el extremo opuesto del cilindro se forma con un puerto a través del cual se introduce fluido a presión y el fluido gastado se descarga controlado mediante el conjunto de la válvula durante las oscilaciones del cilindro y el pistón. Objetos y breve sumario de la presente invención Un objeto de la presente invención es proporcionar un motor accionado con fluido del tipo descrito en la patente US 1.954.408 citada anteriormente, pero con una serie de ventajas, tal como se describirá más particularmente a continuación. De acuerdo con la presente invención, por lo tanto, se proporciona un motor accionado con fluido del tipo descrito en la patente US 1.954.408, según lo indicado anteriormente, y más particularmente definido en la primera parte de la reivindicación 1 adjunta, caracterizado porque el conjunto de válvula incluye un cuerpo de válvula de configuración cilíndrica montado de manera giratoria en el extremo opuesto del cilindro para el movimiento pivotante alrededor del eje longitudinal del cuerpo de la válvula; incluyendo el cuerpo de la válvula una superficie cilíndrica que sirve como asiento de soporte pivotante para el extremo opuesto del cilindro y formado con un par de aberturas de la válvula circunferencialmente separadas entre sí para poderse alinear selectivamente con el puerto formado en el extremo opuesto del cilindro durante los movimientos de pivote del cilindro para controlar la introducción de fluido a presión en el cilindro y la descarga del fluido gastado del cilindro. Así, mientras que el cuerpo de la válvula en la patente 1.954.408 de Eliot se describe particularmente (y reivindica) como de configuración esférica, en el motor de la presente solicitud, el cuerpo de la válvula es de configuración cilíndrica. Esta configuración proporciona una serie de ventajas importantes. Una ventaja importante es que el asiento de válvula cilíndrico definido por el cuerpo de la válvula restringe todos los movimientos del cilindro y el pistón a movimientos axiales de transmisión de fuerza, es decir, a movimientos en paralelo al eje longitudinal del cilindro que son efectivos para rotar el árbol de accionamiento, y evita los movimientos laterales del cilindro y el pistón, que no sólo disminuyen la eficiencia del motor, sino que también contribuyen a un 2 E03744490 05-10-2011   rápido desgaste de sus piezas. Además, al proporcionar el motor con un cuerpo de válvula que tiene un asiento cilíndrico, en lugar de un asiento esférico, las aberturas de la válvula pueden ser alargadas en la dirección axial del cuerpo de la válvula, y, además, se pueden proporcionar anillos de sellado, para producir una transferencia más eficiente del fluido a presión desde el cuerpo de la válvula al cilindro, y del fluido gastado desde la parte posterior del cilindro al cuerpo de la válvula para la descarga del mismo. Además, haciendo que el cuerpo de la válvula de una configuración cilíndrica, permite un montante mejor una pluralidad estas unidades de accionamiento de forma modular, de acuerdo con los requerimientos de cualquier aplicación particular, para el accionamiento de un árbol de accionamiento común. De acuerdo con otras características, en las realizaciones preferidas de la invención que se describen a continuación, las aberturas de la válvula son de longitud relativamente larga en la dirección axial de la superficie cilíndrica del cuerpo de la válvula (figuras 4, 5, 13) y de anchura relativamente estrecha en la dirección circunferencial de la superficie cilíndrica del cuerpo de la válvula. Tal como se indicó anteriormente, esta característica permite una transferencia más eficiente del fluido entre el cuerpo de la válvula y el cilindro. De acuerdo con otras características en algunas realizaciones preferidas descritas, el cuerpo de la válvula incluye una tapa para al menos una de dichas aberturas de la válvula, y una manguito elastomérico entre el cuerpo de la válvula y la tapa para presionar la tapa contra la superficie de dicho cilindro, montado de manera pivotante el cilindro y el pistón en el cuerpo de la válvula. Esta característica proporciona un sellado efectivo entre el cuerpo de la válvula y el cilindro durante los movimientos pivotantes del cilindro. De acuerdo con otras características en algunas realizaciones preferidas descritas, el motor comprende una pluralidad de al menos tres unidades de accionamiento, incluyendo cada una un pistón móvil dentro de un cilindro, y un conjunto de válvula para cada una de las unidades de accionamiento para controlar la introducción de fluido a presión en el cilindro de la unidad de accionamiento correspondiente y la descarga del fluido gastado de la misma para el accionamiento del pistón de la unidad de accionamiento correspondiente, estando acoplado cada uno de los pistones al árbol de accionamiento de tal manera que los pistones inician sus respectivas carreras hacia adelante en diferentes posiciones angulares del árbol de accionamiento. Esta construcción elimina la necesidad de un volante, como sería necesario en Eliot. Preferentemente, los pistones están acoplados al árbol de accionamiento, como para iniciar sus carreras hacia adelante respectivas en posiciones angulares equidistantes del árbol de accionamiento. De acuerdo con una realización preferida que se describe a continuación, las unidades de accionamiento y los conjuntos de válvula están dispuestos, cada uno, en una disposición lineal con el conjunto de la válvula en un extremo de la unidad de accionamiento respectiva y en relación de tope... [Seguir leyendo]

una unidad de accionamiento (13) conectable a una fuente de fluido a presión y que incluye un pistón (15) desplazable dentro de un cilindro (14); un conjunto de válvula (20) que controla la introducción de fluido a presión en dicho cilindro (14), y la descarga del fluido gastado del mismo para el accionamiento de dicho pistón (15) respecto a dicho cilindro; y un árbol de accionamiento giratorio (10) que incluye un brazo de manivela (16) acoplado a dicha unidad de accionamiento (13) para la rotación de dicho árbol de accionamiento alrededor de un eje giratorio (11); proyectándose dicho pistón (15) a través de un extremo de dicho cilindro (14) y que está acoplado de manera pivotante a dicho brazo de manivela (16) para la rotación de dicho árbol de accionamiento (10) durante las carreras de avance y de retorno del pistón respecto al cilindro; estando montado el extremo opuesto de dicho cilindro (14) de forma pivotante en dicho conjunto de válvula (20) para oscilar con dicho pistón (15) entre lados opuestos de dicho eje de rotación (11) del árbol de accionamiento durante las carreras de avance y retroceso del pistón; estando formado dicho extremo opuesto del cilindro (14) con un puerto (36) a través del cual se introduce un fluido a presión y el fluido gastado se descarga como controlado por dicho conjunto de válvula (20) durante las oscilaciones de dicho cilindro y el pistón (15); caracterizado porque dicho conjunto de válvula (20) incluye un cuerpo de válvula (32, 45) de configuración cilíndrica giratoria de montaje de forma pivotante de dicho extremo opuesto del cilindro (14) para el movimiento pivotante alrededor del eje longitudinal del cuerpo de válvula; incluyendo dicho cuerpo de válvula una superficie cilíndrica que sirve como asiento de montaje pivotante para dicho extremo opuesto del cilindro y formado con un par de aberturas de válvula (38, 39) circunferencialmente separadas entre sí para ser selectivamente alineables con dicho puerto (36) formado en dicho extremo opuesto del cilindro durante los movimientos pivotantes de dicho cilindro para controlar la introducción de fluido a presión en el cilindro y la descarga del líquido gastado del cilindro, en el que dichas aberturas de válvula (38, 39) son de una longitud relativamente larga en la dirección axial de dicha superficie cilíndrica del cuerpo de válvula (figuras 4, 5, 13) y de anchura relativamente estrecha en la dirección circunferencial de dicha superficie cilíndrica del cuerpo de válvula. 2. Motor según la reivindicación 1, en el que las aberturas de la válvula (38, 39) son de configuración generalmente rectangular. 3. Motor según la reivindicación 1, en el que dicho extremo opuesto del cilindro (14) está formado con un casquillo cilíndrico (31) que recibe dicho cuerpo de válvula (45, figura 4) para el movimiento pivotante del cilindro y el pistón (15) respecto al eje longitudinal del cuerpo de válvula. 4. Motor según la reivindicación 3, en el que dicha superficie cilíndrica del cuerpo de la válvula también incluye un par de anillos de sellado (109, 109', figura 5) en los lados opuestos de dichas aberturas de la válvula (38', figura 5). 5. Motor según la reivindicación 1, en el que dicho cuerpo de válvula (45) incluye una tapa (108) para al menos una de dichas aberturas de la válvula, un manguito elastomérico (107) que encaja de manera ajustada sobre un borde que define una abertura, y siendo dicha tapa rígida y encajando de manera ajustada sobre dicho manguito elastomérico, siendo dicha tapa deslizable respecto a dicho borde, formando dicho manguito elastomérico un sello entre dicha tapa y dicho cuerpo de válvula y estando montado de manera que presiona dicha tapa hacia el exterior y estando provista dicha tapa de una fina pared radial capaz de deformarse hacia la superficie de pivote del cilindro del conjunto de biela. 6. Motor según la reivindicación 1, en el que dicho cuerpo de válvula (45) incluye una tapa (108, 112, figura 13) para cada una de dichas aberturas de válvula (38, 39), un manguito elastomérico (107) que encaja de manera ajustada sobre un borde que define una abertura, y siendo dicha tapa rígido y encaja de manera ajustada sobre dicho manguito elastomérico, siendo dicha tapa deslizable respecto a dicho borde, formando dicho manguito elastomérico un sello entre dicha tapa y dicho cuerpo de válvula y estando montado de manera que presiona dicha tapa hacia el exterior y estando dicha tapa provista de una fina pared radial capaz de deformarse hacia la superficie de pivote del cilindro del conjunto de biela. 7. Motor según la reivindicación 1, en el que las aberturas de la válvula (38, 39) son de longitud relativamente larga en la dirección axial de dicha superficie cilíndrica del cuerpo de la válvula (figura 13) y de anchura relativamente estrecha en la dirección circunferencial de dicha superficie cilíndrica del cuerpo de la válvula; y en el que dicho cuerpo de la válvula (45) incluye una tapa (108, 117) para al menos una de dichas aberturas de la válvula, y un manguito elastomérico (107) que encaja de manera ajustada sobre un borde que define una abertura, y siendo dicha tapa rígida y encaja de manera ajustada sobre dicho manguito elastomérico, siendo dicha tapa deslizable respecto a la dicho borde, formando dicho manguito elastomérico un sello entre dicha tapa y dicho cuerpo de válvula y estando montado para presionar dicha tapa hacia el exterior y estando provista dicha tapa de una fina pared radial capaz de deformarse hacia la superficie de pivote del cilindro del conjunto de biela. 9 E03744490 05-10-2011   8. Motor según la reivindicación 7, en el que dicho cuerpo de válvula incluye un tapón (108, 112) y un manguito elastomérico (107, 111) para cada una de dichas aberturas de la válvula (38, 39). 9. Motor según la reivindicación 1, en el que dicho brazo de manivela (16) de dicho árbol de accionamiento (10) incluye un pasador de acoplamiento (17), y en el que uno de los extremos del pistón (15) está formado por un anillo de ajuste a presión (30) configurado para ajustarse a presión en dicho pasador de acoplamiento. 10. Motor según la reivindicación 1, en el que dicho brazo de manivela (16) de dicho árbol de accionamiento (10) incluye un pasador de acoplamiento (17), y en el que uno de los extremos del pistón (15) está formado por un anillo de acoplamiento (42) dimensionado para alojarse de forma giratoria en dicho pasador de acoplamiento. 11. Motor según la reivindicación 1, en el que dicho motor comprende una pluralidad de al menos tres de dichas unidades de accionamiento (figuras 6 a 10, 16 , 17) incluyendo cada una un pistón (53, 54, 55) desplazable dentro de un cilindro (56, 57, 58), y un conjunto de válvula (60, 61, 62) para cada una de dichas unidades de accionamiento para controlar la introducción de un fluido a presión en el cilindro de la unidad de accionamiento respectiva y la descarga del fluido gastado de la misma para accionar el pistón de la unidad de accionamiento respectiva; estando acoplado cada uno de dichos pistones (53, 54, 55) a dicho árbol de accionamiento de tal manera que los pistones inician sus respectivas carreras hacia adelante en diferentes posiciones angulares del árbol de accionamiento. 12. Motor según la reivindicación 11, en el que dichos pistones (53, 54, 55) están acoplados a dicho árbol de accionamiento como para iniciar sus respectivas carreras hacia adelante en posiciones angulares igualmente separadas del árbol de accionamiento. 13. Motor según la reivindicación 11, en el que dichas unidades de accionamiento y conjuntos de válvula están cada uno dispuestos en una disposición lineal (figuras 6, 7), con el conjunto de válvula (63, 64, 65) en un extremo de la unidad de control respectiva y en relación de tope con el conjunto de válvula de la unidad de accionamiento adyacente, y con el árbol de accionamiento acoplado a los pistones (53, 54, 55) en los extremos opuestos de las unidades de accionamiento. 14. Motor según la reivindicación 13, en el que los pistones (53, 54, 55) de las unidades de accionamiento están acoplados a dicho árbol de accionamiento a través de un cigüeñal (50) que incluye un brazo de manivela (51, 52, 52) para cada pistón. 15. Motor según la reivindicación 11, en el que dichas unidades de accionamiento y conjuntos de válvula están dispuestos en una disposición radiada (figuras 8 - 10, 16, 17), con el conjunto de válvula (94, 95, 96) en el extremo exterior de la unidad de accionamiento respectiva y acoplados de manera pivotante con el cilindro (83, 84, 85) de la unidad de accionamiento respectiva, y con el árbol de accionamiento en los extremos interiores de todas las unidades de accionamiento y acoplado con los pistones (86, 87, 88) de todas las unidades de accionamiento. 16. Motor según la reivindicación 15, en el que dicho árbol de accionamiento incluye un único brazo de manivela (89) en el que los pistones de todas las unidades de accionamiento están acopladas de manera pivotante. 17. Motor accionado por fluido, que comprende: una pluralidad de unidades de accionamiento (figuras 6 - 10, 16, 17) conectables a una fuente de fluido a presión; incluyendo cada una de dichas unidades de accionamiento: un pistón (53, 54, 55) desplazable dentro de un cilindro (56, 57, 58); un conjunto de válvula (60, 61, 62) que controla la introducción de fluido a presión en el cilindro de cada unidad de accionamiento, y la descarga de fluidos gastado del mismo para el accionamiento del pistón de la unidad de accionamiento correspondiente; y un árbol de accionamiento giratorio (10) acoplado a dichas unidades de accionamiento para hacer girar el árbol de accionamiento alrededor de un eje giratorio (11); proyectándose cada uno de dichos pistones (53, 54, 55) a través de un extremo de su respectivo cilindro (56, 57, 58) y que está acoplado a dicho árbol de accionamiento para la rotación de dicho árbol de accionamiento durante las carreas de avance y de retorno de los pistones respecto a su cilindros; estando los extremos opuestos de los cilindros (56, 57, 58) montados de forma pivotante en sus respectivos conjuntos de válvula (60, 61, 62), para oscilar con sus respectivos pistones entre lados opuestos del eje de rotación (11) del árbol de accionamiento durante las carreras de avance y de retorno de los pistones; estando el extremo opuesto de cada uno de los cilindros (56, 57, 58) formado con un puerto (36) a través del cual se introduce un fluido a presión y fluido gastado se descarga como controlado mediante el conjunto de válvula respectivo durante las oscilaciones de los cilindros y los pistones; caracterizado porque cada uno de dichos conjuntos de válvula (60, 61, 62) incluye un cuerpo de válvula (32, 45) de configuración cilíndrica montado de manera giratoria en dicho extremo opuesto del cilindro (14) para el movimiento pivotante alrededor del eje longitudinal del cuerpo de la válvula; incluyendo dicho cuerpo de válvula una superficie cilíndrica que sirve como asiento de montaje pivotante para dicho extremo opuesto del cilindro y formado con un par de aberturas de válvula (38, 39) circunferencialmente separadas entre sí para poderse alinear selectivamente con dicho puerto (36) formado en dicho extremo opuesto del E03744490 05-10-2011   cilindro durante los movimientos pivotantes de dicho cilindro para controlar la introducción del fluido a presión en el cilindro y la descarga del fluido gastado del cilindro, en el que cada una de dichas aberturas de válvula (38, 39) es de longitud relativamente larga en la dirección axial de dicha superficie cilíndrica del cuerpo de válvula (figuras 4, 5, 13) y de anchura relativamente estrecha en la dirección circunferencial de dicha superficie cilíndrica del cuerpo de la válvula; y también se caracteriza porque hay por lo menos tres de dichas unidades de accionamiento, y porque los pistones de dichas unidades de accionamiento están acoplados al árbol de accionamiento como para iniciar sus respectivas carreras de avance en diferentes posiciones angulares del árbol de accionamiento. 18. Motor según la reivindicación 17, en el que dichos pistones (53, 54, 55) están acoplados a dicho árbol de accionamiento tal como para iniciar sus respectivas carreras de avance en posiciones angulares separadas de manera igual del árbol de accionamiento. 19. Motor según la reivindicación 17 o la reivindicación 18, en el que dichas unidades de accionamiento y conjuntos de válvula están cada uno dispuestos en una disposición lineal (figuras 6, 7), con el conjunto de válvula (63, 64, 65) en un extremo de la unidad de accionamiento respectiva y en relación de tope con el conjunto de válvula de la unidad de accionamiento adyacente, y con el árbol de accionamiento acoplado a los pistones (53, 54, 55) en los extremos opuestos de las unidades de accionamiento. 20. Motor según la reivindicación 17, 18 ó 19, en el que los pistones (53, 54, 55) de las unidades de accionamiento están acoplados a dicho árbol de accionamiento (50) a través de un cigüeñal que incluye un brazo de manivela (51, 52, 52) para cada pistón. 21. Motor según la reivindicación 17, 18, 19 ó 20, en el que dichas unidades de accionamiento y conjuntos de válvula están dispuestos en una disposición radiada (figura 8 - 10, 16, 17), con el conjunto de válvula (94, 95, 96) en el extremo exterior de la unidad de accionamiento respectiva y acoplado de manera pivotante con el cilindro (83, 84, 85) de la unidad de accionamiento respectiva, y con el árbol de accionamiento en los extremos interiores de todas las unidades de accionamiento y acoplados a los pistones (86, 87, 88) de todas las unidades de accionamiento. 22. Motor según la reivindicación 19, en el que dicho árbol de accionamiento incluye un único brazo de manivela (89) en el que los pistones de todas las unidades de accionamiento están acopladas de manera pivotante. 11 E03744490 05-10-2011   12 E03744490 05-10-2011   13 E03744490 05-10-2011   14 E03744490 05-10-2011   E03744490 05-10-2011   16 E03744490 05-10-2011   17 E03744490 05-10-2011   18 E03744490 05-10-2011   19 E03744490 05-10-2011   E03744490 05-10-2011   21 E03744490 05-10-2011   22 E03744490 05-10-2011   23 E03744490 05-10-2011   24 E03744490 05-10-2011   E03744490 05-10-2011   26 E03744490 05-10-2011   27 E03744490 05-10-2011   28 E03744490 05-10-2011   29 E03744490 05-10-2011