INTRODUÇÃO

[0001] A presente patente de invenção refere-se a uma unidade hidráulica, com dimensões compactas, para bombear óleo hidráulico sob pressão, pelo fato das bombas estarem posicionadas paralelas ao cilindro pneumático, cujo ponto a destacar é o uso de ar comprimido combinado com o servo motor, capaz de atuar como bomba hidráulica e acumulador de pressão, proporcionando redução do volume do óleo do reservatório, economia de energia elétrica, redução e estabilidade de temperatura do óleo, somado ao baixo ruído e, portanto, eliminando diversos problemas limitantes das unidades hidráulicas convencionais. A unidade hidráulica também é capaz de gerar até quatro diferentes pressões, sendo uma para cada câmara hidráulica.

CAMPO DE APLICAÇÃO

[0002] A presente invenção tem o seu campo de aplicação voltado para movimentação dos atuadores hidráulicos na grande maioria das máquinas e equipamentos que operam com óleo hidráulico .

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[0003] As bombas hidráulicas convencionais utilizadas nas unidades hidráulicas podem ser classificadas em quatro modelos, que são: Pistão , Engrenagem, Palheta e Parafuso, sendo que em todas elas, independentemente do modelo, existe o contato de metal com metal das partes móveis de bombeamento, e as vedações são feitas pelo próprio óleo que está sendo bombeado, que forma uma película na folga mecânica do sistema que, na verdade, é classificado como vazamento, reduzindo a eficiência, que acaba se agravando pelo desgaste gerado pelo atrito constante das partes metálicas móveis . [0004] É de conhecimento dos técnicos no assunto que as unidades hidráulicas convencionais potencializam e controlam uma determinada força, que possibilita de forma fácil o controle e movimento dos atuadores hidráulicos e que apresentam funções específicas para as máquinas industriais, como, por exemplo, prensas, bem como geração de energia, mineração e equipamentos siderúrgicos. Estas unidades hidráulicas podem ser equipadas com trocadores de calor para reduzir a alta temperatura do óleo, em que a elevação da temperatura, por muitas das vezes, é gerada pelo próprio óleo, uma vez que a recirculação do óleo é constante para o tanque, quando os atuadores hidráulicos estão em repouso. Ainda assim, as unidades hidráulicas apresentam motores elétricos que são acoplados às bo bas hidráulicas, que realizam o trabalho de bombeamento do óleo do reservatório das mesmas . Estas unidades hidráulicas geralmente são de grande porte e bombeiam óleo para o sistema em regime contínuo, mesmo quando os atuadores hidráulicos estão em repouso, o que resulta em vibração, ruído e aquecimento do óleo .

PROBLEMAS A SEREM RESOLVIDOS

[0005] Abaixo são listados alguns limitantes das unidades hidráulicas convencionais:

[0006] Ruído - gerado em função do contato das partes metálicas durante os movimentos realizados, necessários para realizar o bombeamento, que tendem a aumentar à medida que se desgastam.

[0007] Temperatura elevada - temperatura alta devido ao fato de a bomba deslocar um volume de óleo muito maior do que realmente é utilizado e ao fato de fazer o óleo recircular para o reservatório, ininterruptamente. Isso não concede ao sistema tempo suficiente para o resfriamento, o que normalmente é feito aumentando a capacidade do reservatório ou adicionando dispositivos para troca de calor.

[0008] Consumo de energia elétrica - nos modelos convencionais a bomba hidráulica funciona initerruptamente, mesmo quando os atuadores hidráulicos estão em repouso.

[0009] Assim, os motores elétricos utilizados nas unidades hidráulicas conhecidas permanecem ligados 100% do tempo e quando os atuadores hidráulicos estão em repouso, a bomba hidráulica continua bombeando o óleo e uma válvula de segurança, ou uma válvula direcional, direciona o óleo que não está sendo utilizado de volta ao reservatório, consumindo energia elétrica sem realizar nenhum trabalho.

[0010] Liberação de partículas sólidas - resíduos que se desprendem entre as partes metálicas. O desgaste decorrente do atrito constante, em alta rotação, produz a liberação de partículas sólidas que são liberadas diretamente no circuito, o que muitas vezes causam diversos problemas como, por exemplo:

[0011] Entupimento dos filtros que utilizam malhas bem fechadas, com o objetivo de reter estas partículas menores que, se passarem pelo filtro, poderão causar danos nas válvulas direcionais e muito mais se forem proporcionais .

[0012] O entupimento dos filtros também gera um aumento de pressão hidráulica no sistema, pois a bomba terá que fazer mais força para passar pela malha do filtro e este aumento de pressão intensifica o aumento da temperatura do óleo e também aumenta o consumo de energia elétrica.

[0013] Aumento da folga entre as partes móveis da bomba, o que acaba reduzindo a eficiência do bombeamento, gerando vazamentos cada vez maiores entre as partes móveis, e tendo como consequência a queda de pressão que, rapidamente, chega a um nível que a bomba não mais consegue gerar a pressão de trabalho, até o ponto de necessitar de uma manutenção corretiva, para substituição de componentes da bomba, e muitas vezes até troca da bomba inteira.

[0014] Volume do reservatório de óleo hidráulico - o aumento da capacidade volumétrica dos reservatórios de óleo, das unidades hidráulicas convencionais, é consequência de todos os problemas citados nos pontos acima, que tem como objetivo reduzir a temperatura do óleo para tentar aumentar a vida útil das vedações, que são as partes mais afetadas da temperatura elevada, que traz como consequência os vazamentos e queda de eficiência na pressão e volume deslocado .

[0015] Cubagem da unidade - as bombas por serem alinhadas verticalmente, ou seja, no mesmo eixo do cilindro pneumático têm dimensões bastante avantajadas, o que limita a sua aplicação em locais de áreas amplas e pé direito alto. ESTADO DA TÉCNICA

[0016] O atual estado da técnica antecipa alguns documentos de patentes que versam sobre a matéria em apreço, como a US5261810A, depositado em 16/09/1992 e publicado em 16/11/1993, intitulado "SISTEMA DE FECHAMENTO E LIMPEZA", que consiste em um fuso de esferas que aciona o movimento axial de avanço e retorno de um êmbolo hidráulico, montado no mesmo eixo axial, que tem a função de succionar e bombear óleo .

[0017] 0 documento acima citado funciona como uma bomba de pistão, que é composto por um êmbolo com haste passante nas duas faces, sendo que em uma delas está fixada a porca do fuso de esferas, se limitando apenas a bombear o óleo .

[0018] 0 outro documento, US6079797A, depositado em 12/02/1999 e publicado em 27/06/2000 intitulado, "BOMBA DUPLA DE AÇÃO BOLA DE PARAFUSO", que apresenta uma construção mecânica diferente da anterior, mas, da mesma forma, é composto por um fuso de esferas que está montado no mesmo eixo axial, de um só pistão, que se movimenta em função da rotação do fuso de esferas.

[0019] 0 documento acima descreve um sistema que funciona como uma bomba de pistão, composto pela porca do fuso de esferas, que está fixada em uma das extremidades da haste do pistão e, quando o fuso gira, o que ocorre em ambos os sentidos, o pistão também se movimenta no sentido axial, realizando o trabalho de sucção de óleo e bombeamento, sendo que todo o conjunto se encontra alinhado no mesmo eixo. OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0020] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica com bombas hidráulicas paralelas ao cilindro pneumático ligado ao fuso de esfera, o qual opera em conjunto com um servo motor, o que a torna mais compacta e potente, possibilitando sua aplicação no bombeamento de óleo hidráulico em máquinas e equipamentos que utilizam a força hidráulica. Principalmente aqueles que estejam localizados em espaços físicos reduzidos.

[0021] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica capaz de operar com um reservatório de óleo de menor volume, uma vez que o cilindro pneumático trabalha mergulhado neste fluido. A expansão do ar comprimido reduz a temperatura do cilindro pneumático e dissipa o calor do óleo hidráulico.

[0022] Assim, é possível eliminar o sistema de circulação constante do óleo para o tanque, conhecido como "ventagem", que é uma recirculação contínua do óleo bombeado para o reservatório nos momentos em que os atuadores hidráulicos estão em repouso.

[0023] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica cujas duas bombas operam com as camisas móveis nas respectivas hastes hidráulicas, possibilitando assim a obtenção de quatro diferentes pressões. [0024] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica capaz de eliminar o contato de metal com metal, que é o atrito entre as partes móveis da bomba, responsável pela geração do ruído do sistema de bombeamento, seja a bomba de Pistão, Palhetas, Engrenagens ou Parafuso.

[0025] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica capaz de eliminar os vazamentos de óleo, que são causados pela alta temperatura do óleo, que resseca as vedações e gera vibração que, somado à uma vedação deficiente, resulta em vazamentos que são constantes nos sistemas convencionais.

[0026] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica capaz de separar as partes metálicas móveis, que se movimentam, utilizando elementos de vedações e mancais auto lubrificantes permanentes.

[0027] É objetivo da presente invenção, propor uma unidade hidráulica capaz de reduzir expressivamente o ruido no ambiente de trabalho, proporcionando ao usuário um ambiente mais confortável.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0028] A unidade hidráulica reivindicada, de construtividade compacta, tem seu funcionamento baseado na utilização de ar comprimido que aciona um cilindro pneumático, posicionado no entremeio de duas bombas em paralelo, o qual está acoplado a um fuso de esferas, por sua vez conectado a um servo motor, que perfaz movimentos rotativos alternados com a finalidade de movimentar ciclicamente, para baixo e para cima, duas camisas hidráulicas, que possuem duas câmaras hidráulicas, separadas por um êmbolo hidráulico com haste passante fixada em mancais fixos, onde quem se movimenta são as camisas hidráulicas e não as hastes, como acontece na maioria das bombas. O movimento das camisas tem a função de sugar o fluido do reservatório de óleo e bombeá-lo com pressão para dentro de acumuladores de pressão hidráulica que ficam disponíveis para utilização, quando necessário, permitindo o deslocamento de grandes volumes de óleo de uma só vez, a fim de atender a demanda em determinadas fases do ciclo de trabalho de máquinas e equipamentos que operam com óleo hidráulico .

[0029] O ar comprimido no cilindro pneumático combinado com a atuação do servo motor, gera um somatório de forças favoráveis a eficácia da unidade hidráulica compacta. VANTAGENS DA INVENÇÃO

[0030] Em suma, a presente invenção apresenta como vantagens mais preponderantes:

- Versatilidade - a interface, com os equipamentos que a unidade hidráulica irá usar, é automática e o reconhecimento é feito hidraulicamente com o sistema hidráulico conectado na máquina, portanto não utilizando a eletrónica para esta interface;

- Economia - economia de até 85% de energia elétrica;

- Conforto termo-acústico;

- Usabilidade - pode ser aplicada em locais de área e pé-direito reduzidos;

- Independência - não precisa de equipamentos auxiliares para refrigeração do óleo hidráulico;

- Sustentabilidade - não gera resíduos metálicos; utiliza 90% menos óleo hidráulico; vedação eficiente (óleo trabalha a temperatura menor) e a unidade não bombeia quando os atuadores estão em repouso.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0031] A invenção será, a seguir, descrita em sua forma de realização, sendo que, para melhor entendimento, referências serão feitas aos desenhos anexos, no qual estão representadas :

FIGURA 1: Vista em corte da unidade hidráulica com bombas paralelas ao cilindro pneumático ligado a servo motor; FIGURA 2: Detalhe ampliado da válvula unidirecional da unidade hidráulica com bo bas paralelas ao cilindro pneumático ligado a servo motor.

DESCRIÇÃO TÉCNICA DETALHADA DA INVENÇÃO

[0032] A UNIDADE HIDRÁULICA COM BOMBAS PARALELAS AO CILINDRO PNEUMÁTICO LIGADO A SERVO MOTOR refere-se a uma unidade hidráulica (U) multifuncional, composta por duas bombas (1 e 2) hidráulicas posicionadas em paralelo, entremeadas por um cilindro pneumático (3) , cuja haste está acoplada a um fuso de esferas (4) ligada a um servo motor (5) , de forma que o ar comprimido e o referido servo motor (5) somam forças para deslocar para cima e para baixo duas camisas (6X e 6D) hidráulicas, montadas em paralelo e interligadas de forma solidária entre si, por meio de uma peça que tem a haste (7) do cilindro pneumático (3) nela fixada, sendo que tais camisas ( 6E e 6D) hidráulicas se movimentam verticalmente sobre as hastes (8E, 8E' e 8D, 8D' ) , fixas, de dois pistões num ritmo apropriado ao bombeamento, de acordo com o sentido de rotação do servo motor (5) . As hastes (8E, 8E' e 8D, 8D' ) dos pistões das bombas (1 e 2) hidráulicas são fixadas em mancai (9S) rolamentado e base (91) e possuem um êmbolo (10E e 10D) hidráulico que separa uma câmara hidráulica superior (11E e 11D) e uma câmara hidráulica inferior (12E e 12D) das camisas (6E e 6D) hidráulicas, sendo que em cada extremidade das hastes (8X, 8E' e 8D, 8D' ) dos pistões existe um furo roscado (13 e 13' e 14 e 14') para a passagem do óleo que vem das câmaras hidráulicas superiores (11E e 11D) , das câmaras hidráulicas inferiores (12E, e 12D) , e passam por uma válvula unidirecional (VI e V2) de retenção hidráulica inferior, esquerda e direita, para saída de óleo, que direciona o óleo pressurizado até um acumulador de pressão hidráulica (15E e 15D) , e uma segunda válvula unidirecional (V3 e V4) de retenção hidráulica superior, esquerda e direita, recebe o óleo sugado do reservatório (16) , e na saída de cada acumulador de pressão hidráulica (15E e 15D) existe um furo roscado (17E e 17D) para fixação da mangueira hidráulica que alimentará a máquina ou equipamento com óleo pressurizado. Ao preencher todos os pontos que necessitam de óleo, ou quando os atuadores estiverem estáticos, o sistema de bombeamento é automaticamente interrompido e se mantém atuando como um acumulador de pressão hidráulica (15E e 15D) e recomeça a bombear no momento em que houver utilização de óleo através de algum movimento.

[0033] Mais particularmente, a unidade hidráulica (U) reivindicada compreende duas bombas (1 e 2) hidráulicas que trabalham em paralelo, tendo entre elas, numa posição central, um cilindro pneumático (3) , que trabalha mergulhado no reservatório (16) de óleo, onde o bombeamento é feito por meio do deslocamento das camisas (6E e 6D) hidráulicas das bombas (1 e 2) hidráulicas, que deslizam sobre as hastes (8E, 8E' e 8D, 8D' ) dos pistões hidráulicos, que são estáticos e fixados em mancai (9S) rolamentado e base (91) , devidamente apoiados, onde o óleo é sugado do reservatório de óleo (16) como resultado do movimento das camisas (6E e 6D) hidráulicas, seja na subida ou na descida, e ao mesmo tempo que suga o óleo empurra um certo volume para dentro de um acumulador de pressão hidráulica (15E ou 15D) .

[0034] O movimento de bombeamento tem início com a energização do equipamento e a liberação do ar comprimido para alimentar o cilindro pneumático (3) da unidade hidráulica (U) . Ao detectar a baixa pressão hidráulica e ausência de óleo dentro dos acumuladores de pressão hidráulica (15E ou 15D) , o pressostato (18) comanda automaticamente a partida do servo motor (5) que está fixado no mancai ( 9S ) rolamentado e faz girar o fuso de esferas (4) que desloca as camisas (6E e 6D) hidráulicas das bombas (1 e 2) hidráulicas , que estão interligadas e solidárias entre si, por meio de uma peça (19) que tem na face superior a porca do fuso de esferas (4) e na outra face a haste (7) do cilindro pneumático (3) .

[0035] Quando o fuso de esferas (4) gira em sentido horário, as camisas (6E e 6D) hidráulicas das bombas (1 e 2) hidráulicas começam a se deslocar para cima, deslizando nas hastes (8E e 8D) hidráulicas, onde um êmbolo (10E e 10D) hidráulico separa a câmara hidráulica superior (11E e 11D) da câmara hidráulica inferior (12E e 12D) , que ao se movimentar começa a comprimir um volume de óleo que está em repouso na câmara hidráulica Inferior (12E e 12D) que ao receber a força aplicada nesta área, começa a forçar a passagem do óleo através da haste hidráulica inferior (8E' e 8D' ) , onde através do orifício hidráulico inferior (13' e 14') força a abertura da válvula unidirecional (VI e V2) de retenção hidráulica inferior e é armazenado no interior do acumulador de pressão hidráulica (15D e 15D) , que começa a ser enchido.

[0036] Ao mesmo tempo em que a câmara hidráulica inferior (12E e 12D) é esvaziada pela força que está sendo aplicada pelo servo motor (5) em conjunto com o cilindro pneumático (3) , o êmbolo (10E e 10D) hidráulico começa a sugar o óleo do reservatório de óleo (16), que passa pelo filtro de sucção (20 e 21) superior, esquerdo e direito, forçando a abertura da válvula unidirecional (V3 e V4) de retenção hidráulica superior, esquerda e direita, onde através do furo roscado (13 e 14) superior passa por dentro da haste hidráulica superior (8E e 8D) , chegando até a câmara hidráulica superior (11E e 11D) .

[0037] Quando o fuso de esferas (4) gira no sentido horário, puxando as camisas (6E e 6D) hidráulicas das bombas (1 e 2) hidráulicas para cima, a válvula direcional pneumática (V5) direciona o ar comprimido para a câmara pneumática inferior (22) e o cilindro pneumático (3) começa a fazer força para cima, auxiliando o fuso de esferas (4) na geração de força.

[0038] Quando o cilindro pneumático (3) chegar no fim de curso de subida, um sinal elétrico irá comandar a mudança no sentido de rotação do servo motor (5), de sentido horário para anti-horário e ao mesmo tempo comandará a mudança de posição da válvula direcional pneumática (V5) , que agora direciona o ar comprimido para a câmara pneumática superior (23) , que começará a deslocar as camisas hidráulicas das bombas (1 e 2) hidráulicas para baixo, aplicando toda a força somada do servo motor (5) com o cilindro pneumático (3) no óleo que está em repouso na câmara hidráulica superior (11E e 11D) , empurrando o óleo através do furo de comunicação superior (24 e 25) , fazendo com que ele passe por dentro da haste (8E e 8D) hidráulica superior e conduzido até a válvula unidirecional (V3 e V4) de retenção hidráulica superior, esquerda e direita, através do orifício hidráulico superior (13 e 14) e levado para dentro do acumulador de pressão hidráulica (15E e 15D) onde permanecerá até o momento de ser utilizado .

[0039] Ao chegar no fim de curso de descida do cilindro pneumático (3) , haverá o comando de reversão do sentido de rotação do servo motor (5) e da válvula direcional pneumática (V5) e, assim, alternando sucessivamente num processo de bombeamento de óleo que continuará até o momento em que os acumuladores de pressão hidráulica (15E e 15D) estiverem completamente cheios.

[0040] Quando o manómetro hidráulico (26) registrar a pressão máxima programada no sistema, o pressostato (18) será acionado e comandará a desenergização da válvula direcional pneumática (V5) e também do servo motor (5) e, desta forma, as bombas (1 e 2) hidráulicas permanecerão em repouso, porem mantendo o sistema pressurizado, eliminando a circulação de óleo para que o mesmo não aqueça. [0041] A "UNIDADE HIDRÁULICA COM BOMBAS PARALELAS AO CILINDRO PNEUMÁTICO LIGADO A SERVO MOTOR", é eletronicamente inteligente e ficará monitorando as atividades da máquina que está utilizando esta invenção, e quando um de seus atuadores hidráulicos começar a se movimentar haverá a utilização de um certo volume de óleo, que sairá dos acumuladores de pressão hidráulica (15E e 15D) e consequentemente uma queda de pressão hidráulica, que será registrada pelo manómetro hidráulico (26) e acionará o pressostato (18) , que irá comandar a continuidade do funcionamento do servo motor (5) , que voltará a girar no mesmo sentido que estava anteriormente e mudará a posição da válvula direcional pneumática (V5) para a mesma posição anterior e, desta forma, dando continuidade ao processo de bombeamento, que será interrompido toda vez que os atuadores chegarem em fim de curso, e tendo como consequência a redução no volume de óleo utilizado, bem como redução do consumo de energia elétrica e diminuição da temperatura do óleo hidráulico .