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ES2981789T3 - Pistón de una máquina de pistón hidráulico - Google Patents

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ES2981789T3
ES2981789T3 ES22159767T ES22159767T ES2981789T3 ES 2981789 T3 ES2981789 T3 ES 2981789T3 ES 22159767 T ES22159767 T ES 22159767T ES 22159767 T ES22159767 T ES 22159767T ES 2981789 T3 ES2981789 T3 ES 2981789T3
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ES
Spain
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piston
sliding shoe
plastic material
channel
hole
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Application number
ES22159767T
Other languages
English (en)
Inventor
Frank Holm Iversen
Stig Kildegaard Andersen
Tommi Kolb
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Danfoss AS
Original Assignee
Danfoss AS
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Publication date
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Abstract

Se describe un pistón (1) de una máquina hidráulica de pistón, comprendiendo el pistón un eje de pistón (2), una cabeza esférica (3) en un extremo del eje de pistón (2), y una zapata deslizante (4) montada en la cabeza esférica (3), comprendiendo la cabeza esférica (3) un canal pasante (5), la zapata deslizante (4) comprende una superficie deslizante (6) y un orificio pasante (7) en comunicación con un extremo del canal pasante (5), y un material plástico (8) está dispuesto en un hueco entre la zapata deslizante (4) y la cabeza esférica (3) y forma un revestimiento interior (9) del orificio pasante (7). Se debe facilitar la producción de un pistón de este tipo. Para ello, se dispone una superficie de sellado (14) en el extremo del canal pasante (5), rodeando la superficie de sellado (14) la abertura del canal pasante (5) hacia el orificio pasante (7) y el diámetro interior de la superficie de sellado (14) es menor que el diámetro interior del revestimiento interior (9) del orificio pasante (7). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Pistón de una máquina de pistón hidráulico
La presente invención se refiere a un pistón de una máquina de pistón hidráulico que comprende un árbol de pistón, una cabeza esférica situada en un extremo del árbol de pistón, y una zapata deslizante montada sobre la cabeza esférica, en el que la cabeza esférica comprende un canal pasante, la zapata deslizante comprende una superficie terminal y un agujero pasante en comunicación con un extremo del canal pasante, y un material plástico está dispuesto en un espacio entre la zapata deslizante y la cabeza esférica y forma un revestimiento interno del agujero pasante.
Dicho pistón es conocido, por ejemplo, por el documento US 2012/0148342 A1.
Otro pistón de una máquina hidráulica se muestra en el documento DE 102019 130844 A1 que comprende un árbol de pistón, una cabeza esférica dispuesta en un extremo del árbol de pistón, una zapata deslizante montada sobre la cabeza esférica, en el que la cabeza esférica comprende un canal pasante, la zapata deslizante comprende una superficie terminal y comprende un agujero pasante en comunicación con un extremo del canal pasante, en el que un material plástico está dispuesto entre la zapata deslizante y la cabeza esférica y forma un revestimiento interno del taladro pasante.
El documento DE 43 01 123 A1 muestra otra máquina hidráulica que presenta un pistón con una cabeza esférica dispuesta en un extremo y una zapata deslizante montada sobre la cabeza esférica, en el que la cabeza esférica comprende un canal pasante, la zapata deslizante comprende una superficie terminal y un agujero pasante en comunicación con un extremo del canal pasante, y un material plástico está dispuesto entre la zapata deslizante y la cabeza esférica y forma un revestimiento interno del agujero pasante.
El documento EP 0770 180 B1 muestra otra máquina hidráulica que presenta un pistón que incorpora una cabeza esférica en un extremo y una zapata deslizante montada sobre la cabeza esférica, en el que la cabeza esférica comprende un canal pasante, la zapata deslizante comprende una superficie terminal y un agujero pasante en comunicación con un extremo del canal pasante, y un material plástico está dispuesto en un espacio entre la zapata deslizante y la cabeza esférica y forma un revestimiento interno del agujero pasante.
El documento JP 2004-094660 A muestra una bomba de pistón axial que presenta un pistón con una cabeza esférica y una zapata deslizante. La zapata deslizante está conectada con la cabeza esférica por medio de un asiento esférico.
El documento GB 2502623 A muestra un dispositivo de pistón con un mecanismo para asegurar un pistón a un control deslizante
Dicho pistón puede, en particular, ser utilizado en una máquina hidráulica de agua. Una máquina hidráulica de agua utiliza el agua como fluido hidráulico. A diferencia de las máquinas de aceite no presenta características lubricantes, de manera que la fricción entre las superficies deslizantes debe reducirse de otra manera. En el supuesto actual, la fricción entre la cabeza esférica y la zapata deslizante se reduce mediante el material plástico.
Dicho pistón es generalmente fabricado de tal manera que la zapata deslizante y la cabeza esférica del pistón queden ensamblados, y este ensamblaje es situado en una herramienta en la que se inyecta el material plástico. Con el fin de guiar el material plástico hacia el interior del espacio entre la zapata deslizante y la cabeza esférica, un pasador es insertado dentro del árbol de pistón y a través del canal pasante hasta que llegue a una abertura del canal pasante. Una punta del pasador forma una guía de flujo para la distribución del material fundido el cual es introducido a través del taladro pasante.
Dicho modo de fabricación del pistón es complicado y requiere un posicionamiento muy preciso de todas las piezas del pistón y de la herramienta.
El objetivo subyacente a la invención es facilitar la fabricación de un pistón de una máquina de pistón hidráulico.
Este objetivo se resuelve mediante un pistón según se define en la reivindicación 1, en el que una superficie de estanqueidad está dispuesta en el extremo del canal pasante, en el que la superficie de estanqueidad rodea la abertura del canal pasante por dentro del taladro pasante y un diámetro interno de la superficie de estanqueidad es inferior a un diámetro interno del revestimiento interno del taladro pasante en el extremo del taladro pasante adyacente a la superficie de estanqueidad.
De esta manera, es posible insertar un pasador desde el lateral de la zapata deslizante opuesto a la cabeza esférica. Este pasador se cierra herméticamente contra la superficie de estanqueidad, de manera que el material plástico fundido no pueda entrar en el canal pasante. No obstante, el material plástico fundido puede entrar en el espacio situado entre la zapata deslizante y la cabeza esférica y puede también formar un revestimiento interno del taladro pasante.
En una forma de realización de la invención, la superficie de estanqueidad tiene forma cónica. La forma cónica facilita el centrado del pasador con respecto al canal pasante, de modo que el pasador automáticamente adopte la posición correcta. Así mismo, la forma cónica de la superficie de estanqueidad hace posible una mejor conexión entre el taladro pasante y el canal pasante e incluso cuando la zapata deslizante está inclinada con respecto al árbol de pistón.
En una forma de realización de la invención, el diámetro radialmente externo de la superficie de estanqueidad se corresponde con un diámetro interno del diámetro interno. El diámetro radialmente interno del revestimiento puede ser igual o ligeramente inferior al diámetro radialmente externo de la superficie de estanqueidad. Esto proporciona una transición satisfactoria entre el revestimiento interno del taladro pasante y el material plástico en el espacio entre la zapata deslizante y la cabeza esférica. Con este fin, el diámetro del pasador es igual o ligeramente superior al diámetro de la superficie de estanqueidad.
En una forma de realización de la invención, el canal pasante comprende una primera sección de un diámetro interno reducido, en la que la superficie de estanqueidad está situada en un extremo de la primera sección. El diámetro interno reducido habilita un espacio para la superficie de estanqueidad.
En una forma de realización de la invención una segunda sección del canal pasante presenta el mismo diámetro interno que el taladro pasante. Más exactamente, el diámetro interno del revestimiento interno del taladro pasante es el mismo que el diámetro interno de la segunda sección. De este modo, el fluido hidráulico puede pasar a través del canal pasante y a través del taladro pasante sin estrangulamiento sustancial, de modo que se pueda conseguir un equilibrio hidráulico sobre la zapata deslizante. El taladro pasante puede presentar más de dos de las secciones mencionadas.
En una forma de realización de la invención, el taladro pasante comprende un rebajo radial interno y el revestimiento interno se extiende por el interior del rebajo radial interno. De este modo, se puede conseguir, un firme bloqueo entre el material plástico y la zapata deslizante.
En una forma de realización de la invención, el rebajo radial interno está situado en la superficie deslizante de la zapata deslizante. Esto hace posible formar el rebajo radial interno con medios sencillos.
En una forma de realización de la invención, la zapata deslizante comprende un cuerpo, en el que el material plástico se extiende desde el espacio libre hasta una circunferencia externa del cuerpo. El material plástico es de una pieza lo que proporciona una estabilidad mecánica potenciada.
En una forma de realización de la invención, el material plástico cubre una cara delantera del cuerpo encarado hacia el árbol de pistón. De este modo, se forma una conexión entre el material plástico del espacio entre la zapata deslizante y la cabeza esférica y el material dispuesto sobre el exterior del cuerpo, en una zona no sometida a ninguna fuerza de fricción. Una conexión entre estas dos piezas del material plástico resulta entonces muy estable y duradera. El material plástico puede ser inyectado desde la cara delantera.
En una forma de realización de la invención, la circunferencia externa del cuerpo comprende un rebajo externo y el material plástico se extiende por el interior del rebajo externo. De este modo, se consigue una segunda forma de ajuste entre el material plástico y el cuerpo de la zapata deslizante.
En una forma de realización de la invención, el rebajo externo está situado al nivel del diámetro del cuerpo que es mayor que un diámetro de la cabeza esférica. Cuanto mayor sea el diámetro del cuerpo donde está situado el rebajo, más fuerte será la conexión entre el material plástico y el cuerpo.
En una forma de realización de la invención, el material plástico situado sobre el exterior del cuerpo es mecanizado al menos sobre una cara opuesta a la superficie terminal. De este modo, el grosor de la zapata deslizante entre la superficie terminal y la cara opuesta a la superficie terminal se puede ajustar con gran precisión.
En una forma de realización de la invención, la superficie terminal comprende un elemento deslizante fabricado en material cerámico. Este elemento deslizante puede estar montado sobre la superficie terminal antes del posicionamiento del ensamblaje de la zapata deslizante y del pistón en la herramienta de inyección o el elemento cerámico puede ser encolado dentro de la superficie terminal de la zapata deslizante.
En una forma de realización de la invención, el elemento deslizante presenta la forma de un anillo. De este modo, la zapata deslizante puede apoyarse contra una placa oscilante con una superficie bastante amplia.
En una forma de realización de la invención, el material plástico está fijado de manera rotativa sobre la zapata deslizante. De este modo, no hay movimiento entre el material plástico y la zapata deslizante.
A continuación se describirá la invención con mayor detalle con referencia a los dibujos, en los que:
Fig. 1 muestra una primera forma de realización de una parte de un pistón,
Fig. 2 muestra esquemáticamente una parte de una herramienta con la cual el pistón puede ser fabricado, y
Fig. 3 muestra el pistón junto con otras partes de una máquina hidráulica.
La Fig. 1 muestra esquemáticamente un pistón 1 de una máquina de pistón hidráulico. La máquina de pistón hidráulico puede ser, por ejemplo, una máquina de pistón axial.
El pistón 1 comprende un árbol de pistón 2, una cabeza esférica 3 en un extremo del árbol de pistón 2, y una zapata deslizante montada sobre la cabeza esférica 3. La cabeza esférica 3 comprende un canal pasante 5. La zapata deslizante 4 comprende una superficie terminal 6 y un taladro pasante 7 en comunicación con el extremo del canal pasante 5. Un material plástico 8 está dispuesto en un espacio entre la zapata deslizante 4 y la cabeza esférica 3 y forma un revestimiento interno 9 del agujero pasante 7.
Durante el funcionamiento de la máquina de pistón hidráulico la zapata deslizante 4 puede quedar inclinada con respecto al árbol de pistón 2, por ejemplo, cuando el pistón 1 es desplazado sobre una placa oscilante 21 (Fig. 3) la cual está inclinada con respecto a un eje geométrico del árbol de pistón 2. Un fluido hidráulico puede ser suministrado a través del canal pasante 5 y del taladro pasante 7 para producir una presión hidráulica entre la superficie terminal 6 y la placa oscilante. El tamaño de la superficie terminal 6 está dimensionado de manera que la zapata deslizante 4 quede situada con fuerzas equilibradas.
La zapata deslizante 4 comprende un cuerpo 10, fabricado, por ejemplo, en acero u otro material similar. El material plástico 8 presenta propiedades de fricción reducidas. Un material preferente del material plástico 8 es PEEK (poliéter éter cetona). Se pueden seleccionar otros materiales plásticos entre el grupo de materiales termoplásticos de gran resistencia, en base a poli - ary - éter - cetonas, en particular las ya denominadas poliéter éter cetonas, poliamidas, poliacetales, éteres de éteres poliarílicos, polietileno, tereftalatos, sulfuros de polifenileno, polisulfonas, sulfonas de poliéter, imidas de poliéter, poliamida imida, poliacrilatos, resinas de fenol, por ejemplo, resinas de novolak o sustancias similares, vidrio, grafito, politetrafluoroetileno o carbono, especialmente en forma de fibras, que se utilicen como rellenos. Al utilizar dichos materiales es posible utilizar agua como fluido hidráulico.
El canal pasante 5 comprende una primera sección 11 de un diámetro reducido y una segunda sección 12 que presenta el mismo diámetro interno que el taladro pasante 7, más exactamente, que el diámetro interno del revestimiento interno 9 del taladro pasante 7. La primera sección 11 es mucho más corta que el resto del canal pasante 5 y mucho más corta que la segunda sección 12. De este modo, el fluido hidráulico que fluye a través del canal pasante 5 y del taladro pasante 7 no está básicamente sometido a ningún estrangulamiento en esta posición, de modo que la presión hidráulica sobre la superficie terminal 6 se pueda mantener.
El cuerpo 10 comprende un rebajo radial interno 13. El material plástico del revestimiento interno 9 se extiende por dentro del rebajo radial interno y dispone un firme bloqueo con el cuerpo 10 de la zapata deslizante 4. El rebajo radial interno 13 está situado en la superficie terminal 6 de la zapata deslizante 4. Esto facilita la fabricación del rebajo radial interno 13 mediante maquinado. El rebajo radial interno 13 es accesible desde la superficie terminal 6.
Una superficie de estanqueidad 14 está formada en el extremo del canal pasante 5. La superficie de estanqueidad 14 rodea la abertura del canal pasante 5 por dentro del taladro pasante 7 y un diámetro interno de la superficie de estanqueidad 14 es inferior a un diámetro interno del revestimiento interno 9 del taladro pasante 7.
Como se puede apreciar en la Fig. 1, la superficie de estanqueidad 14 presenta forma cónica. El diámetro radialmente externo de la superficie de estanqueidad 14 se corresponde con el diámetro radialmente interno del revestimiento interno 9.
La ventaja de dicha estructura se analizará con referencia a la Fig. 2.
Cuando se fabrica un pistón 1 del tipo descrito en conexión con la Fig. 1, el cuerpo 10 de la zapata deslizante es ensamblado con la cabeza esférica 3. Este ensamblaje queda situado en una herramienta de inyección. Un pasador 15 es insertado a través de un tubo metálico 22 y del taladro pasante 7 hasta que descanse contra la superficie de estanqueidad 14. El diámetro del pasador es igual o ligeramente superior al diámetro externo de la superficie de estanqueidad 14. Se dispone un espacio libre entre el pasador 15 y el cuerpo 10, de manera que el material plástico 8 pueda ser inyectado alrededor del pasador 5 dentro del taladro pasante 7. El material plástico 8 puede, sin embargo, no introducirse en el canal pasante 5, dado que el pasador 15 y la superficie de estanqueidad 14 forman entre sí una barra. El revestimiento interno 9 asegura que no haya fuerzas laterales sobre el pasador 15 y que el agujero pasante 7 no tenga que ser muy preciso, para asegurar el cierre, en cuanto el tubo 22 descansa contra la cara terminal 6 y se cierra.
Cuando el pasador 15 presenta sustancialmente el mismo diámetro externo que el de la superficie de estanqueidad 14, se puede conseguir una transición suave entre el revestimiento interno 9 y el material plástico 8 en el espacio entre la cabeza esférica 3 y el cuerpo 10.
El material plástico 8 se extiende desde el espacio libre hasta una circunferencia externa 16 del cuerpo 10. El material plástico 8 cubre una cara delantera 17 del cuerpo encarado hacia el árbol de pistón 2. De este modo, una conexión entre el material plástico 8 en el espacio entre el cuerpo 10 y la cabeza esférica 3 y el material plástico 8 sobre la circunferencia del cuerpo 10 se fabrica en un área no sometida a ningún tipo de fricción, de modo que esta conexión resulta muy estable y no queda sometida a desgaste. El tubo 22 se cierra contra la superficie terminal 6. El material plástico 8 es inyectado desde la cara delantera 17.
El cuerpo 10 comprende un rebajo externo 18 dentro del cual se extiende el material plástico 8. El material plástico 8 dispone un firme bloqueo o un ajuste de forma con el cuerpo 10 en dos posiciones, a saber, al menos en el rebajo radial interno 13 y en el rebajo externo 18. El material plástico 8 queda mantenido de forma no rotativa con respecto al cuerpo 10 de la zapata deslizante 4.
El rebajo externo 18 está situado en un diámetro del cuerpo 10 que es mayor que un diámetro de la cabeza esférica 3. De este modo, el rebajo externo queda situado en un diámetro bastante mayor lo que resulta positivo con relación a las fuerzas de retención del material plástico con respecto al cuerpo 10 de la zapata deslizante 4.
El material plástico 8 dispuesto sobre el exterior del cuerpo 10 comprende una cara 19 opuesta a la superficie terminal 6. La superficie terminal 6 puede estar provista de un elemento deslizante 20 constituido por un material cerámico. El elemento deslizante 20 puede presentar forma de anillo. Durante el funcionamiento de una máquina hidráulica de pistón axial, una placa de presión 23 actúa sobre esta cara 19. Al menos esta cara 19 es mecanizada, de modo que el grosor de la zapata deslizante 4, en esta zona, esto es, la distancia entre la superficie deslizante del elemento deslizante 20 y la cara 19, puede ser ajustada con gran precisión. Esto posibilita la aplicación incluso de presión sobre la zapata deslizante 4.
El árbol de pistón 2 y la cabeza esférica 3 pueden estar fabricados en un material metálico, por ejemplo, acero, como se indicó anteriormente, o puede estar fabricado a partir también de un material cerámico.
La Fig. 3 muestra el pistón 1 junto con otras partes de la máquina hidráulica 24. Los mismos elementos se designan con las mismas referencias numerales.
La máquina hidráulica 24 comprende una carcasa 25 que es soportada por un tambor cilíndrico 26 de modo rotativo. El tambor cilíndrico 26 comprende una pluralidad de cilindros 27. Un pistón 1 está dispuesto en cada uno de los cilindros 27.
El tambor cilíndrico 26 actúa por medio de un resorte 28 sobre la placa de presión 23. La placa de presión 23 mantiene las zapatas deslizantes 4 de los pistones 1 contra la placa oscilante 21, la cual está inclinada con respecto a un eje geométrico de rotación del tambor cilíndrico 26. La placa deslizante 21 está fabricada en acero inoxidable y está provista de una lámina cerámica 29 sobre el lado contra el cual se apoyan las zapatas deslizantes 4, de modo que los elementos deslizantes 20 de las zapatas 4 discurran sobre un material cerámico de placa oscilante.
El pistón 1 puede estar fabricado en acero y la fricción se reduce debido al material plástico 8. Sin embargo, el pistón puede estar fabricado en un material cerámico que se utilice en conexión con el material plástico 8. Sin embargo, cuando se utilice material cerámico, es posible que el material cerámico se deslice sobre el material cerámico.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. - Pistón (1) de una máquina de pistón hidráulico que comprende un árbol de pistón (2), una cabeza esférico (3) dispuesta en un extremo del árbol de pistón (2), y una zapata deslizante (4) montada sobre la cabeza esférica (3), en el que la cabeza esférica (3) comprende un canal pasante (5), la zapata deslizante (4) comprende una superficie terminal (6) y un agujero pasante (7) en comunicación con un extremo del canal pasante (5) y un material plástico (5) está dispuesto en un espacio entre la zapata deslizante (4) y la cabeza esférica (3) y forma un revestimiento interno (9) del taladro pasante (7),caracterizado porqueuna superficie de estanqueidad (14) está dispuesta en el extremo del canal pasante (5), en el que la superficie de estanqueidad (14) rodea la abertura del canal pasante (5) dentro del taladro pasante (7), y el diámetro interno de la superficie de estanqueidad (14) es inferior a un diámetro interno del revestimiento interno (9) del taladro pasante (7) dispuesto en el extremo del taladro pasante (7) en posición adyacente a la superficie de estanqueidad (14).
2. - Pistón de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizado porquela superficie de estanqueidad (14) presenta forma cónica.
3. - Pistón de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,caracterizado porqueel diámetro radialmente externo de la superficie de estanqueidad (14) se corresponde al menos con un diámetro radialmente interno del revestimiento interno (9).
4. - Pistón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,caracterizado porqueel canal pasante (5) comprende una primera sección (11) con un diámetro interno reducido, en el que la superficie de estanqueidad (14) está situada en un extremo de la primera sección (11).
5. - Pistón de acuerdo con la reivindicación 4,caracterizado porqueuna segunda sección (12) del canal pasante (5) presenta el mismo diámetro interno que el del taladro pasante (7).
6. - Pistón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizado porqueel taladro pasante (7) comprende un rebajo radial interno (13) y el revestimiento interno (9) se extiende por dentro del rebajo radial interno (13).
7. - Pistón de acuerdo con la reivindicación 6,caracterizado porqueel rebajo radial interno (13) está situado en la superficie terminal (6) de la zapata deslizante (4).
8. - Pistón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,caracterizado porquela zapata deslizante (4) comprende un cuerpo (10) en el que el material plástico (8) se extiende desde el espacio hasta una circunferencia externa (16) del cuerpo (10).
9. - Pistón de acuerdo con la reivindicación 8,caracterizado porqueel material plástico (8) cubre la cara delantera (17) del cuerpo (10) encarado hacia el árbol de pistón (2).
10. - Pistón de acuerdo con la reivindicación 8 o 9,caracterizado porquela circunferencia externa (16) del cuerpo comprende un rebajo externo (18) y el material plástico (8) se extiende por dentro del rebajo externo (18).
11. - Pistón de acuerdo con la reivindicación 10,caracterizado porqueel rebajo externo (18) está situado en un diámetro del cuerpo (10) que es mayor que un diámetro de la cabeza esférica (3).
12. - Pistón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11,caracterizado porqueel material plástico (8) sobre el exterior del cuerpo (10) está mecanizado al menos sobre una cara (19) opuesta a la superficie terminal (6).
13. - Pistón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12,caracterizado porquela superficie terminal (6) comprende un elemento deslizante (20) fabricado en material cerámico.
14. - Pistón de acuerdo con la reivindicación 13,caracterizado porqueel elemento deslizante (20) presenta forma de anillo.
15. - Pistón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14,caracterizado porqueel material plástico (8) está fijado de manera rotativa sobre la zapata deslizante (4).
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