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.

Disposición de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión para y con un consumidor (1),

en particular para prensas, con dos cámaras (K, R) de presión de acción opuesta, de las que una puede alimentarse a través de un primer conducto (D1) de presión y una disposición (20) de bombas y la otra puede alimentarse a través de un segundo conducto (D2) de presión 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 un número de revoluciones variable para carreras de trabajo y por una bomba (P2) auxiliar accionada con un número de revoluciones variable para carreras de retorno, y porque el sentido de desplazamiento de la bomba (P2) auxiliar puede invertirse y la bomba (P2) auxiliar está conectada o puede conectarse hidráulicamente a través de una válvula (13) distribuidora opcionalmente con la primera cámara (K) de presión y/o con la segunda cámara (R) de presión del consumidor (1).

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 5

Campo de la invención

La invención se refiere a una disposición de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión con las características del preámbulo de la reivindicación 1. Según éste, la disposición de accionamiento presenta un 10 consumidor con dos cámaras de presión de acción opuesta, de las que una puede alimentarse a través de un primer conducto de presión y una disposición de bombas y la otra puede alimentarse a través de un segundo conducto de presión y la disposición de bombas con medio de presión, para, por ejemplo, provocar una carrera de trabajo de un consumidor en forma de una unidad de émbolo/cilindro y devolverlo en una carrera de retorno a la posición de partida. La invención se refiere además a un procedimiento para el accionamiento hidráulico sin acumulador de 15 presión de un consumidor según las características del preámbulo de la reivindicación 14.

Antecedentes de la técnica

Los circuitos para controlar el movimiento de consumidores hidráulicos, tales como cilindros diferenciales, se 20 realizan hoy en día en un número muy predominante de tal manera que una bomba de trabajo se acciona de manera continua por un motor asíncrono. El aceite hidráulico desplazado fluye a una válvula distribuidora, en cuya posición de reposo (estado cerrado) el aceite hidráulico, desplazado por la bomba, fluye de vuelta sin presión al depósito de almacenamiento. Si el émbolo de la unidad de émbolo/cilindro debe salir, entonces la válvula distribuidora de control se cambia a una primera posición de trabajo, en la que el aceite hidráulico fluye a la primera cámara de presión 25 (cámara de émbolo) del cilindro de trabajo, de modo que el vástago del émbolo sale. El aceite desplazado en la cámara presión opuesta con respecto al émbolo a la cámara de émbolo (cámara anular alrededor del vástago del émbolo de la unidad de émbolo/cilindro) fluye a través de la válvula distribuidora de vuelta al depósito. Para el recorrido de vuelta del émbolo de trabajo se pasa la válvula distribuidora a una segunda posición de trabajo, en la que el aceite hidráulico desplazado por la bomba de trabajo se desplaza a la cámara anular de la unidad de 30 émbolo/cilindro en lugar de a la cámara de émbolo, mientras que la cámara de émbolo está conectada ahora a través del conducto de retorno con el depósito de aceite hidráulico. Una válvula limitadora de presión limita la presión del sistema a una medida admisible. En caso de superar la presión límite, el aceite hidráulico puede salir sin presión al depósito.

Se han implementado un gran número de disposiciones de accionamiento según este concepto y funcionan de manera fiable y segura. Sin embargo, los controles tienen también desventajas considerables:

- en los periodos de descanso del sistema, el motor de accionamiento accionado eléctricamente sigue funcionando de manera continua y consume energía; 40

- si el émbolo de trabajo debe realizar un trabajo, entonces aumenta la presión del sistema y el aceite hidráulico se comprime aproximadamente un 1%. Al cambiar a la carrera de retorno, la energía acumulada previamente en el aceite hidráulico se transforma en vano en calor, que calienta el aceite y no puede recuperarse; 45

- si con el sistema se pretende posicionar de manera exacta un émbolo, entonces por regla general se utilizan válvulas proporcionales que pueden activarse de manera gradual o, con menor frecuencia, bombas complejas con flujo de desplazamiento ajustable. En el primer caso, al estrangular el flujo de aceite se destruye a su vez energía; en el segundo caso es necesario un esfuerzo constructivo considerable. 50

Con la aparición de motores eléctricos más eficientes, que se controlan con un número de revoluciones y un sentido de giro variables mediante variadores correspondientes se cambió radicalmente el concepto básico descrito anteriormente. La bomba de trabajo está conectada ahora sin válvula todo-nada con la cámara de émbolo de una unidad de émbolo/cilindro. El motor de accionamiento eléctrico de la bomba puede parametrizarse libremente a 55 través de un control de variador con respecto al número de revoluciones y el sentido de giro hasta su parada. El flujo de aceite desplazado por la bomba de trabajo se comporta de manera aproximadamente proporcional al número de revoluciones del motor. De esta manera puede influirse libremente en el flujo de aceite hidráulico y por consiguiente también en el movimiento del émbolo. El lado de cámara anular del émbolo está conectado con un acumulador, cuya presión está ajustada a un valor algo más alto que la contrapresión necesaria para superar las pérdidas por fricción y 60 la fuerza de la gravedad del émbolo y posibles masas acopladas. La posición real del vástago del émbolo se transmite a través de un transductor de posición al dispositivo de control. En las fases de parada del consumidor, el motor de accionamiento eléctrico está parado y no se desplaza aceite hidráulico y con ello no se desencadena ningún movimiento del émbolo. Si se pretende que el émbolo de trabajo salga, entonces el motor de accionamiento eléctrico empieza a rotar, el aceite hidráulico fluye a la cámara de émbolo y el vástago del émbolo sale. El volumen 65 de aceite hidráulico del lado de cámara anular fluye al acumulador y aumenta ligeramente su presión. Tras alcanzar la posición de émbolo deseada, el motor de accionamiento eléctrico se para de nuevo a través de una activación correspondiente y se mantiene la posición del émbolo. La capacidad del sistema de controlar con precisión angular el motor de accionamiento eléctrico posibilita un posicionamiento muy exacto del émbolo de trabajo. Las posiciones teóricas se alcanzan y se mantienen a presión completa con una precisión de hasta 1 µm sin pérdidas por estrangulación. 5

Para la carrera de retorno del émbolo se cambia ahora el sentido de giro del motor de accionamiento eléctrico. La energía acumulada en el aceite hidráulico comprimido en el acumulador respalda por un lado la aceleración del motor de accionamiento eléctrico en sentido contrario, por otro lado la energía de compresión en exceso puede transformarse en energía eléctrica mediante la actuación a modo de generador del motor de accionamiento eléctrico 10 y, o bien acumularse electrónicamente en condensadores del variador, o bien suministrarse de vuelta a la red eléctrica. Esta disposición de accionamiento hidráulico con acumulador de presión tiene muchas ventajas con respecto a las disposiciones de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión del tipo descrito anteriormente, tal como un alto rendimiento global, una construcción muy sencilla del sistema, una carga térmica muy reducida del aceite hidráulico y una menor emisión de ruido por el número de revoluciones variable del motor de accionamiento. 15 Una disposición de accionamiento hidráulico con acumulador de presión de este tipo se conoce por el documento DE 103 29 067 A1 o el documento US 6.379.119 A.

Con esta disposición de accionamiento hidráulico conocida se han implementado ya muchas aplicaciones. Los límites se alcanzan, por un lado, cuando las cargas acopladas o las fuerzas de retroceso del proceso son tan 20 grandes que las presiones en principio reducidas del acumulador no son suficientes para una carrera de retorno del émbolo o bien el diámetro de cilindro y/o la carrera de émbolo son tan grandes que el volumen del acumulador asciende por encima de una medida económicamente justificable. Éste es el caso, por ejemplo, en las máquinas de trabajo hidráulicas con fuerzas por encima de aproximadamente 4000 kN y/o carreras por encima de aproximadamente 700 mm. Sin embargo, precisamente en el caso de cilindros grandes, la ventaja energética sería 25 especialmente importante.

Un dispositivo de accionamiento hidráulico, en el que el acumulador o el acumulador de presión pasivo está sustituido por un componente neumático activo, puede deducirse del documento JP 2001-2 14 903 A. En éste, para mejorar la capacidad de control y la precisión del dispositivo se propone conectar cada cámara de presión de una 30 unidad de émbolo/cilindro con una unidad de motor/bomba propia, regulada independientemente, para la aplicación de presión. De esta manera puede evitarse la incorporación de válvulas en los conductos de presión.

También trabaja con dos bombas un dispositivo para la protección contra caídas de cargas levantadas hidráulicamente según el documento... [Seguir leyendo]

1. Disposición de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión para y con un consumidor (1) , en particular para prensas, con dos cámaras (K, R) de presión de acción opuesta, de las que una puede alimentarse a través de un primer conducto (D1) de presión y una disposición (20) de bombas y la otra 5 puede alimentarse a través de un segundo conducto (D2) de presión 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 un número de revoluciones variable para carreras de trabajo y por una bomba (P2) auxiliar accionada con un número de revoluciones variable para carreras de retorno, y porque el sentido de desplazamiento de la bomba (P2) auxiliar puede invertirse y la bomba (P2) auxiliar está 10 conectada o puede conectarse hidráulicamente a través de una válvula (13) distribuidora opcionalmente con la primera cámara (K) de presión y/o con la segunda cámara (R) de presión del consumidor (1) .

2. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque la cámara (R) anular y la cámara (K) de émbolo pueden conectarse a través de un conducto (D2, D4) de presión conmutable opcionalmente de manera 15 hidráulica entre sí y separarse de nuevo una de otra.

3. Disposición según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la cámara (K) de émbolo puede conectarse a través de la válvula (13) distribuidora opcionalmente con un conducto (12) de vaciado.

4. Disposición de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque está previsto un dispositivo (6) de control, con el que puede controlarse o regularse una contrapresión, que debe generarse por la bomba (P2) auxiliar y que actúa contra la presión en la cámara de trabajo del consumidor (1) , en la cámara de presión asociada a la bomba auxiliar.

5. Disposición según la reivindicación 4, caracterizada porque el primer conducto (D1) de presión es una conexión directa sin válvula todo-nada entre la bomba (P1) de trabajo principal y la primera cámara (K) de presión y el segundo conducto (D2) de presión es una conexión directa sin válvula todo-nada entre la bomba (P2) auxiliar y la segunda cámara (R) de presión.

6. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la capacidad nominal de la bomba (P2) auxiliar asciende a entre el 2% y el 50% de la capacidad nominal, de manera preferible a aproximadamente el 10% de la capacidad nominal de la de la bomba (P1) de trabajo principal.

7. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque entre la bomba (P1) de trabajo 35 principal y un motor (M1) de accionamiento asociado a la bomba (P1) de trabajo principal está previsto una transmisión mecánica, mediante la cual puede variarse el número de revoluciones de la bomba (P1) de trabajo principal con respecto al número de revoluciones del motor (M1) de accionamiento asociado a la bomba (P1) de trabajo principal.

8. Disposición de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque puede variarse el volumen, desplazado por cada revolución, de la bomba (P1) de trabajo principal y/o de la bomba (P2) auxiliar, pudiendo regularse la variación del volumen desplazado por cada revolución preferiblemente en función de la presión generada por la bomba (P1) de trabajo principal y/o la bomba (P2) auxiliar. 45

9. Disposición de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la disposición (20) de bombas presenta al menos una bomba accionada por un motor de accionamiento eléctrico que puede accionarse con un número de revoluciones variable para carreras de trabajo de la disposición de accionamiento hidráulico configurada como transmisión hidráulica, en la que los 50 conductos (D1, D2) de presión están libres de válvulas todo-nada relevantes para la seguridad, y porque un dispositivo (6) de control configurado como variador presenta una categoría de riesgo alta conocida en sí misma para el motor de accionamiento eléctrico como sustitución de un control hidráulico.

10. Disposición según la reivindicación 9, caracterizada por un freno (8) , que actúa entre el motor (M1) de 55 accionamiento eléctrico y la bomba (P1) de trabajo.

11. Disposición de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión según el preámbulo de la reivindicación 1, caracterizada porque la disposición (20) de bombas está compuesta por una bomba (P1) de trabajo principal accionada con un número de revoluciones variable para carreras de trabajo y por una bomba (P2) 60 auxiliar accionada con un número de revoluciones variable para carreras de retorno, y porque está previsto un dispositivo (6) de control, con el que puede controlarse o regularse una contrapresión, que debe generarse por la bomba (P2) auxiliar y que actúa contra la presión en la cámara de trabajo del consumidor (1) , en la cámara de presión asociada a la bomba auxiliar.

12. Disposición de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión según el preámbulo de la reivindicación 1, caracterizada porque la disposición (20) de bombas está compuesta por una bomba (P1) de trabajo principal accionada con un número de revoluciones variable para carreras de trabajo y por una bomba (P2) auxiliar accionada con un número de revoluciones variable para carreras de retorno, y porque puede variarse el volumen, desplazado por cada revolución, de la bomba (P1) de trabajo principal y/o de la bomba (P2) auxiliar, pudiendo regularse la variación del volumen desplazado por cada revolución preferiblemente 5 en función de la presión generada por la bomba (P1) de trabajo principal y/o la bomba (P2) auxiliar.

13. Disposición de accionamiento hidráulico sin acumulador de presión según el preámbulo de la reivindicación 1, caracterizada porque la disposición (20) de bombas presenta al menos una bomba accionada por un motor de accionamiento eléctrico que puede accionarse con un número de revoluciones variable para 10 carreras de trabajo de la disposición de accionamiento hidráulico configurada como transmisión hidráulica, en la que los conductos (D1, D2) de presión están libres de válvulas todo-nada relevantes para la seguridad, y porque un dispositivo (6) de control configurado como variador presenta una categoría de riesgo CE alta conocida en sí misma para el motor de accionamiento eléctrico como sustitución de un control hidráulico. 15

14. Procedimiento para el accionamiento hidráulico sin acumulador de presión de un consumidor (1) , con dos cámaras (K, R) de presión de acción opuesta, de las que una se alimenta a través de un primer conducto (D1) de presión y una disposición (20) de bombas y la otra se alimenta a través de un segundo conducto (D2) de presión y la disposición (20) de bombas con medio de presión, caracterizado porque como 20 sustitución de un acumulador de presión se usa una bomba (P1) de trabajo principal accionada con un número de revoluciones variable para carreras de trabajo y una bomba (P2) auxiliar accionada con un número de revoluciones variable para carreras de retorno y, por medio de un dispositivo (6) de control, la bomba (P2) auxiliar genera o mantiene una contrapresión en contra de la presión en la cámara de trabajo del consumidor (1) , y porque se invierte el sentido de desplazamiento de la bomba (P2) auxiliar durante la 25 carrera de trabajo del consumidor y el flujo de desplazamiento de la bomba (P2) auxiliar se desvía de una conexión inicial con la cámara (K) de émbolo del consumidor (1) a una conexión con la cámara (R) anular del consumidor (1) .

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque se varía el número de revoluciones de la 30 bomba (P1) de trabajo principal con respecto al número de revoluciones de un motor (M1) de accionamiento asociado a la bomba (P1) de trabajo principal, teniendo lugar la variación del número de revoluciones de la bomba (P1) de trabajo principal con respecto al número de revoluciones del motor (M1) de accionamiento asociado a la bomba (P1) de trabajo principal preferiblemente mediante una transmisión mecánica prevista entre la bomba (P1) de trabajo principal y el motor (M1) de accionamiento asociado a la bomba (P1) de 35 trabajo principal.

16. Procedimiento según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque se varía el volumen, desplazado por cada revolución, de la bomba (P1) de trabajo principal y/o de la bomba (P2) auxiliar, regulándose la variación del volumen desplazado por cada revolución preferiblemente en función de la presión generada 40 por la bomba (P1) de trabajo principal y/o la bomba (P2) auxiliar.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 14 a 16, en el que la disposición (20) de bombas está compuesta por al menos una bomba accionada con un número de revoluciones variable, caracterizado porque el aceite hidráulico fluye a través de los conductos (D1, D2) de presión sin válvulas todo-nada 45 relevantes para la seguridad y el al menos un motor de accionamiento de bomba con número de revoluciones variable se activa por un variador eléctrico de una categoría de riesgo CE alta.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque se usa de manera redundante un freno (8) que actúa entre el motor (M1) de accionamiento eléctrico y la bomba (P1) de trabajo. 50

19. Procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 14, en el que la disposición (20) de bombas está compuesta por al menos una bomba accionada con un número de revoluciones variable, caracterizado porque el aceite hidráulico fluye a través de los conductos (D1, D2) de presión sin válvulas todo-nada relevantes para la seguridad y el al menos un motor de accionamiento de bomba con número de 55 revoluciones variable se activa por un variador eléctrico de una categoría de riesgo CE alta.