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Patent Searching and Data


Title:
DUAL PNEUMO-HYDRAULIC PUMP UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/087139
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention comprises a system containing a multipurpose hydraulic unit that can be used in machines and equipment, driven by low-pressure compressed air or other gases, comprising two hydraulic pumps that work together with a hydraulic pressure accumulator, where the main function of the hydraulic pumps is to pump oil to ensure that the hydraulic pressure accumulator (28) is always full, in which the pumping of oil begins with the supply of compressed air, which passes through the pneumatic directional valve (11) and is conveyed to the lower pneumatic chamber (22) or to the upper pneumatic chamber (4) to move the pneumatic cylinder and to push the hydraulic liners of the pumps, which pumps are assembled in parallel with the shaft of the pneumatic cylinder, each on one side, and as such, when the hydraulic chambers move, they exert a force on this volume of oil and force this stored oil out through the check valves to the hydraulic pressure accumulator, where it is kept under pressure and ready for use, and while this volume of oil is being pumped out of the hydraulic chamber, another volume of oil is being drawn into the hydraulic chamber opposite this hydraulic chamber, also to be pumped when the reverse movement of the pneumatic cylinder occurs, at which point said pneumatic cylinder begins pumping this new volume of oil, and so on until the pressure accumulator is full and pumping is stopped as a result of pressure equilibrium being reached, nonetheless maintaining the system under pressure, said system being restarted whenever oil is consumed as a result of the movement of any hydraulic actuator of the machine that is using this invention.

Inventors:
NEMA ÉRCIO MIGUEL (BR)
Application Number:
PCT/BR2019/000033
Publication Date:
May 07, 2020
Filing Date:
October 23, 2019
Export Citation:
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Assignee:
DRAUSUISSE BRASIL COMERCIO E LOCACAO DE UNIDADES HIDRAULICAS INTELIGENTES S A (BR)
International Classes:
F15B3/00; F15B1/00; F15B11/00; F15B15/00
Domestic Patent References:
WO2008012704A22008-01-31
Foreign References:
US20160230786A12016-08-11
US9926947B22018-03-27
US4528894A1985-07-16
US4765225A1988-08-23
US8186972B12012-05-29
US3249053A1966-05-03
CN2777258Y2006-05-03
US20160230786A12016-08-11
Attorney, Agent or Firm:
TRENCH, ROSSI E WATANABE ADVOGADOS (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1 ) Unidade pneumo-hidráulica de bomba dupla caracterizada por compreender:

bombas hidráulicas de pistão (20, 39) compreendendo camisas (41 , 42); um cilindro pneumático central (5) compreendendo um êmbolo (25); um conjunto de hastes hidráulicas (8, 18, 27, 36);

um acumulador de pressão hidráulica (28);

êmbolos hidráulicos (15, 31);

mancais (2);

um reservatório de óleo (1);

válvulas direcionais pneumáticas (3, 24);

orifícios hidráulicos superiores (6, 38); e

válvulas de retenção hidráulica superiores (7, 37);

em que o cilindro pneumático central (5) trabalha no centro das duas bombas hidráulicas de pistão (20, 39);

em que as bombas hidráulicas de pistão (20, 39) são montadas em paralelo ao êmbolo (25) do cilindro pneumático central (5), posicionadas uma de cada lado; e

em que o ar comprimido ou outros gases pressurizados são utilizados para movimentar o cilindro pneumático central (5), como fonte de energia motora para bombear óleo sob pressão até o acumulador de pressão hidráulica (28) para posterior acionamento dos atuadores hidráulicos.

2) Unidade pneumo-hidráulica de bomba dupla, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por os pistões das bombas hidráulicas (20, 39) trabalharem invertidos, onde o conjunto de hastes hidráulicas (8, 18, 27, 36) e os êmbolos hidráulicos (15, 31) são estáticos e fixados em mancais (2).

3) Unidade pneumo-hidráulica de bomba dupla, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por as camisas (41 , 42) das bombas hidráulicas (20, 39) se deslocarem para succionar e bombear o óleo do reservatório de óleo (1) até o acumulador de pressão hidráulica (28).

4) Unidade pneumo-hidráulica de bomba dupla, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o processo de bombeamento ser iniciado por um compressor (14) passando por uma unidade de tratamento de ar (12) e alimentando uma válvula direcional pneumática (11 ) e outras duas válvulas direcionais pneumáticas (3, 24).

5) Unidade pneumo-hidráulica de bomba dupla, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por as válvulas direcionais pneumáticas (3, 24) atuarem na reversão do cilindro pneumático central (5).

6) Unidade pneumo-hidráulica de bomba dupla, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o armazenamento do óleo no acumulador de pressão hidráulica (28) ocorrer através da abertura das válvulas de retenção hidráulica superiores (7, 37) que recebem o óleo dos orifícios hidráulicos superiores (6, 38).

7) Unidade pneumo-hidráulica de bomba dupla, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por compreender ainda câmaras hidráulicas (9, 17, 29, 33) possuindo furos de comunicação (13, 16, 30, 32), que são independentes e não se comunicam entre si.

8) Unidade pneumo-hidráulica de bomba dupla, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por as câmaras hidráulicas inferiores (17, 29) serem preenchidas pelo óleo sugado do reservatório de óleo (1), forçando a abertura de válvulas de retenção hidráulica inferiores (10, 35).

9) Unidade pneumo-hidráulica de bomba dupla, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por compreender ainda um orifício de saída de pressão hidráulica (34).

Description:
"UNIDADE PNEUMO-HIDRÁULICA DE BOMBA DUPLA"

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Trata a presente patente de invenção de uma bomba hidráulica dupla acionada por ar comprimido, para aplicação em máquinas e equipamentos que utilizam força hidráulica para realizar trabalhos, principalmente em ambientes com gases inflamáveis, ou sujeitos a incêndios causados por faísca gerada por motores elétricos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[002] A invenção possui um cilindro pneumático central que movimenta as camisas hidráulicas de duas bombas distintas, as quais estão montadas em paralelo e simetricamente posicionadas, sendo uma do lado esquerdo e outra do lado direito do cilindro pneumático, ditas bombas fixadas em dois mancais pelas extremidades das hastes hidráulicas que, na verdade, são os pistões das bombas, que possuem furos por onde passa o óleo hidráulico proveniente do reservatório e depois sai pressurizado para encher um acumulador de pressão, o qual tem a função de armazenar determinado volume de óleo pressurizado, para permitir maior velocidade nos atuadores no momento em que estes forem utilizados.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] As chamadas bombas hidropneumáticas têm a função de bombear óleo hidráulico utilizando ar comprimido como fonte de energia e são capazes de gerar altas pressões hidráulicas, porém com baixo volume de vazão.

[004] Normalmente, estas bombas são compostas, cada qual, por um cilindro pneumático de haste passante e, nas extremidades, possui uma câmara hidráulica separada por um êmbolo hidráulico e duas válvulas de retenção unidirecionais, cuja função é succionar o óleo hidráulico de um reservatório quando o cilindro pneumático recua e empurra para fora o óleo pressurizado quando o cilindro pneumático avança, realizando este movimento de bombeamento de forma constante.

[005] As bombas hidropneumáticas possuem algumas características limitantes, assim relacionadas:

-A interrupção do fluxo de óleo durante a reversão do movimento de avanço ou retorno da bomba hidropneumática, fazendo com que o movimento de um atuador hidráulico não seja constante;

-Volume de óleo deslocado: as bombas hidropneumáticas deslocam baixo volume de óleo em cada avanço e, quando há necessidade de volumes maiores, as dimensões físicas da bomba aumentam significativamente no sentido axial;

-Não proporciona alta velocidade no movimento dos atuadores: por deslocar baixo volume de óleo em cada avanço e não manter um fluxo constante no bombeamento, o fluxo de óleo fornecido pela bomba não permite grandes velocidades em seu deslocamento.

ESTADO DA TÉCNICA

[006] O estado da técnica, referente a este segmento tecnológico, apresenta alguns documentos já publicados. É o caso do US3249053A de 03/05/1996, que descreve um SISTEMA DE CONTROLE PARA BOMBAS HIDRÁULICAS E INTENSIFICADORES, o qual relata um sistema que trabalha com bombas hidráulicas em linha, montadas no mesmo eixo axial, produzindo movimentos pulsantes e de baixa vazão de óleo. [007] O documento CN2777258 de 03/05/2006, descreve um impulsionador de pressão, particularmente de um impulsionador de pressão de transmissão de ar-líquido de dois estágios, adotando a tecnologia de aumento de pressão de fluído. Para a estrutura, um cilindro hidráulico de primeiro estágio, um cilindro pneumático de segundo estágio e um pistão são respectivamente distribuídos simetricamente em ambos os lados de um cilindro de ar, sendo que uma fonte de ar é conectada ao cilindro de ar por meio de uma tubulação e uma válvula reversível pneumática. Um tanque de óleo é conectado, respectivamente, a uma cavidade de cilindro hidráulico de primeiro estágio e a um cilindro hidráulico de segundo estágio por meio de dutos e válvulas unidirecionais. O modelo adota uma estrutura de reforço de pressão bidirecional de dois estágios de transmissão de ar-líquido, sendo que a conversão de um estado de suprimento de óleo de alta pressão e um estado de suprimento de óleo de baixa pressão pode ser automaticamente concluída, de acordo com a exigência de uma condição de trabalho, sendo que o movimento é realizado a alta velocidade no momento de carga leve e a velocidade baixa no momento de carga pesada.

[008] Tecnicamente, este documento chinês trabalha com bombas hidráulicas nas extremidades do cilindro pneumático, que produz fluxo irregular devido à pulsação gerada pela reversão no sentido da direção do avanço ou retorno do cilindro pneumático, e ocupa muito espaço físico no sentido axial do eixo.

[009] O documento US20160230786A1 , publicado em 11/08/2016, descreve uma UNIDADE DE GERAÇÃO DE PRESSÃO HIDRÁULICA COM ATUAÇÃO PNEUMÁTICA, particularmente de uma unidade multifunção acionada por ar de baixa pressão, composta por pelo menos uma bomba, preferencialmente duas bombas, pneumaticamente automatizadas, compreendendo um cilindro pneumático com um êmbolo medial, além de dois êmbolos hidráulicos simétricos e opostos limitando uma câmara hidráulica superior e outra câmara hidráulica inferior com diferentes volumes, em que, uma vez que trabalham em paralelo e fora de fase, torna-se necessário um volume reduzido de óleo e o seu movimento pulsátil é removido.

[010] Explicando melhor, no documento do parágrafo anterior é utilizado um par de bombas que trabalham defasadas com o objetivo de eliminar o efeito de pulsação, que é a interrupção do fluxo de óleo durante a reversão do movimento de avanço e retorno do cilindro pneumático, e que continua sendo limitada em volume de óleo deslocado por minuto. Este volume está limitado ao tempo de deslocamento do cilindro pneumático, que não é constante devido à compressibilidade do ar e, portanto, não garante aumento de velocidade nos atuadores hidráulicos.

[011] Ou seja, através do quanto exposto acima, fica evidenciado que todas as bombas hidropneumáticas do mercado não conseguem garantir aumento de velocidade nos atuadores hidráulicos e não conseguem deslocar grandes volumes de óleo em um avanço do cilindro pneumático, sem aumentar significativamente suas dimensões no sentido axial do eixo.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[012] U primeiro objetivo desta invenção, é aumentar o volume de óleo deslocado de uma só vez, utilizando um, ou mais, acumuladores de pressão hidráulica, trabalhando interligados como parte integrante da bomba dupla desta invenção, sendo o seu mecanismo acionado somente por ar comprimido ou outros gases pressurizados.

[013] É um segundo objetivo desta invenção, propor um equipamento capaz de garantir o bombeamento de óleo utilizando ar comprimido como fonte de energia.

[014] É um terceiro objetivo desta invenção, reduzir espaço físico fazendo com que as bombas hidráulicas trabalhem em dois eixos separados e paralelos entre si, tendo no centro dos dois eixos o cilindro pneumático, que está com a ponta da sua haste pneumática conectada a uma barra que interliga as duas camisas hidráulicas que se movem.

[015] Um quarto objetivo desta invenção é deslocar as camisas hidráulicas das bombas ao invés de deslocar o êmbolo hidráulico ou o pistão da bomba, diferentemente das bombas hidropneumáticas existentes.

[016] Um quinto objetivo desta invenção é que a unidade permita que os atuadores hidráulicos que a utilizam tenham um deslocamento mais rápido e uniforme.

DESCRIÇÃO GERAL DA INVENÇÃO

[017] A “UNIDADE PNEUMO-HIDRÁULICA DE BOMBA DUPLA” tem como base para o seu funcionamento a utilização exclusiva de ar comprimido a baixa pressão, ou outros gases, que é utilizado para movimentar o cilindro pneumático que tem a função de empurrar para cima e para baixo duas camisas hidráulicas, que são as partes móveis das bombas hidráulicas pois, nesta invenção, os pistões das bombas são estáticos e fixados em mancais e quem realmente se movimenta são as camisas hidráulicas que, ao se deslocarem para cima, exercem uma pressão no óleo que está armazenado naquela câmara hidráulica inferior, conduzindo aquele volume todo através de um furo que existe na haste do pistão que possui na sua ponta uma conexão e uma válvula de retenção unidirecional, por onde o óleo é conduzido após forçar a abertura da retenção da válvula e, então, o óleo é empurrado para dentro de um acumulador de pressão, onde fica armazenado sob pressão e pronto para ser usado, enquanto que, no mesmo movimento de subida, o óleo da câmara hidráulica inferior é empurrado, e a câmara hidráulica superior succiona o óleo para dentro, de modo que, ao chegar no fim de curso, o cilindro pneumático recebe um comando de reversão de sentido de deslocamento, que acontece através da mudança de posição de uma válvula direcional pneumática e, a partir de agora, o cilindro pneumático começa a descer, exercendo pressão sobre o óleo da câmara hidráulica superior, fazendo com que este óleo passe pelo furo dentro da haste hidráulica inferior e force a abertura da válvula de retenção que está fixada nesta face da haste inferior do pistão da bomba dupla, e seja conduzido até o interior do acumulador de pressão hidráulica, onde permanecerá até o momento de sua utilização e, desta forma, ao chegar no final de curso de descida, haverá novamente a reversão na válvula direcional pneumática que comanda o cilindro pneumático e a bomba dupla entra em regime contínuo de bombeamento, até que o acumulador de pressão fique cheio e, quando o acumulador de pressão estiver pleno, as bombas irão parar de funcionar, pois a pressão hidráulica do acumulador de pressão gerou um equilíbrio de pressão no sistema e agora o cilindro pneumático, que mantém uma força constante aplicada sobre as bombas, continua exercendo e mantendo a pressão do sistema, porém sem consumir ar comprimido e atuando como um acumulador de pressão, que estará sempre pronto para voltar a bombear óleo para o sistema sempre que houver necessidade de reposição de qualquer volume utilizado, por menor que este seja, e quando houver necessidade de enviar um grande volume de óleo em um único golpe, para atuar em alguma fase do ciclo que precisa de um movimento muito rápido de um dos atuadores hidráulicos, o acumulador de pressão irá atuar para que isto aconteça em um único golpe de descarga total do óleo, se estiver programado no ciclograma da máquina que está utilizando esta invenção.

VANTAGENS DA INVENÇÃO

[018] Além das características anteriormente apresentadas, a patente em questão proporciona os seguintes pontos positivos a serem destacados:

Equipamento muito mais compacto, ocupa menos espaço físico;

O compartimento hidráulico é refrigerado com o escape de ar do cilindro pneumático, diminuindo expressivamente a temperatura do óleo;

Economiza energia elétrica, porque as bombas irão se movimentar somente se houver movimentação de algum atuador hidráulico da máquina ou equipamento que estiver utilizando esta invenção;

Produz baixo ruído, pois as partes móveis são isoladas e não existe contato de metal com metal;

Não existe atrito ou contato de metal com metal nas partes móveis da bomba hidráulica e, portanto, não há desgaste e nem liberação de partículas sólidas de metal que danificam e reduz a vida das vedações;

Não possui sistema de ventagem, que é a recirculação do óleo retornando para o reservatório quando os atuadores estão em repouso, isto ajuda a manter baixa a temperatura do óleo;

Não produz faísca causada por eletricidade, porque usa ar comprimido como fonte de energia e, portanto, é o tipo de equipamento ideal para usar onde há gás em suspensão ou produtos inflamáveis com risco de explosão ou incêndio, provocado muitas vezes pelo motor elétrico da unidade hidráulica convencional.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[019] A seguir, para possibilitar a visualização da construtividade, aplicação e funcionamento da“UNIDADE PNEUMO-HIDRÁULICA DE BOMBA DUPLA”, e melhor elucidar o relatório técnico, explica-se com referência aos desenhos anexos, no qual estão representados de forma ilustrativa e não limitativa:

FIGURA 1 : Desenho em corte do conjunto completo;

FIGURA 2: Detalhe ampliado de uma das bombas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[020] A“UNIDADE PNEUMO-HIDRÁULICA DE BOMBA DUPLA” é composta por um cilindro pneumático central (5) e duas bombas hidráulicas de pistão (20) e (39) que são montadas em paralelo ao eixo do cilindro pneumático central (5), e dispostas uma em cada lado.

[021] Nesta invenção, as bombas hidráulicas (20) e (39) são de 9

pistões, e trabalham de forma inversa aos sistemas convencionais, ou seja, as hastes hidráulicas (8), (18), (27) e (36) e os êmbolos (15) e (31) são estáticos e fixados em mancais, enquanto quem se movimenta para realizar a sucção e bombeamento de óleo são as camisas hidráulicas (41) e (42) das bombas hidráulicas (20) e (39), que tem a função de bombear o óleo até o acumulador de pressão hidráulica (28) e mantê-lo cheio e pressurizado, sempre pronto para uso.

[022] O processo de bombeamento começa com o ar que vem de um compressor (14), passando por uma unidade de tratamento de ar (12) e alimentando uma válvula direcional pneumática (11) e outras duas válvulas direcionais pneumáticas (3) e (24), que são as válvulas responsáveis pela reversão do cilindro pneumático central (5).

[023] Quando a válvula direcional pneumática (11) está enviando ar para a câmara pneumática inferior (22), a câmara pneumática superior (4) está aberta e descarregando o ar para a atmosfera, fazendo com que o cilindro pneumático central (5) comece a subir, levando junto as duas camisas hidráulicas (41) e (42) das duas bombas hidráulicas (20) e (39), que estão interligadas uma com a outra por meio de uma peça (40) que está fixada na ponta da haste do cilindro pneumático central (5).

[024] Quando as camisas (41) e (42) das bombas hidráulicas (20) e (39) começam a subir, o óleo que está nas câmaras hidráulicas inferiores (17) e (29) começa a ser comprimido e, com a força aplicada sobre aquele volume, ele começa a ser empurrado para fora, passando pelas válvulas de retenção hidráulica inferiores (10) e (35), que se abrem para permitir que o óleo seja conduzido até o acumulador de pressão hidráulica (28) e fique armazenado ali.

[025] Enquanto o óleo das câmaras hidráulicas inferiores (17) e (29) é bombeado, as câmaras hidráulicas superiores (9) e (33) são preenchidas através da sucção realizada pelo deslocamento de subida das duas camisas (41) e (42) das bombas hidráulicas (20) e (39).

[026] Quando o êmbolo (25) do cilindro pneumático central (5) chegar no fim de curso da subida, a válvula direcional pneumática (3) superior será acionada e pilotará a válvula direcional pneumática (11) que mudará de posição, fazendo com que o ar pressurizado seja direcionado para a câmara pneumática superior (4), enquanto o ar que estava na câmara pneumática inferior (22) é descarregado para a atmosfera, fazendo com que o cilindro pneumático central (5) comece a descer, trazendo junto as camisas (41) e (42) das bombas hidráulicas (20) e (39), empurrando o óleo sob pressão através dos orifícios hidráulicos superiores (6) e (38) que conduzem o óleo até as válvulas de retenção hidráulica superiores (7) e (37), que são forçadas a abrir para permitir a passagem de óleo que será armazenado no acumulador de pressão hidráulica (28).

[027] Ao mesmo tempo em que o óleo está sendo bombeado para o acumulador de pressão hidráulica (28), as câmaras hidráulicas inferiores (17) e (29) estão sendo preenchidas pelo óleo que vem sugado do reservatório de óleo (1), forçando a abertura das válvulas de retenção inferiores (10) e (35) e passando pelos orifícios hidráulicos inferiores (19) e (26) e conduzido até as câmaras hidráulicas inferiores (17) e (29), até que fiquem cheias e, ao final do curso do êmbolo (25) do cilindro pneumático central (5), acionará a válvula direcional inferior (24), que pilotará a válvula direcional pneumática (11) fazendo com que a mesma mude de posição e agora comece a direcionar o ar comprimido para a câmara pneumática inferior (22), passando pelo orifício de alimentação de ar (21) da câmara inferior e, ao mesmo tempo, o ar que estava comprimido na câmara pneumática superior (4) começa a sair pelo orifício de alimentação de ar (23) da câmara superior, passando pela válvula direcional pneumática (11) e é descarregado na atmosfera, reiniciando todo o processo de bombeamento.

[028] As bombas hidráulicas (20) e (39) tem um princípio de funcionamento diferente, onde podemos notar que o pistão é estático com as hastes hidráulicas (8), (18), (27) e (36) apoiadas e fixadas em mancais (2), apresentando assim uma garantia de alinhamento das bombas.

[029] Com o deslocamento das camisas (41) e (42) das bombas hidráulicas (20) e (39), o óleo é conduzido para dentro ou para fora das câmaras hidráulicas (9), (17), (29) e (33) através de furos de comunicação (13), (16), (30) e (32), que são independentes e não se comunicam entre si de forma alguma, para permitir que as bombas trabalhem com as câmaras de sucção e pressurização de forma independente.

[030] Quando o acumulador de pressão (28) ficar totalmente cheio, a contra pressão, gerada pelo equilíbrio de forças, fará com que o cilindro pneumático pare e permaneça estático, porém, mantendo todo o sistema pressurizado, e somente voltando a bombear óleo, automaticamente, quando houver utilização de óleo através do movimento de algum atuador hidráulico da máquina ou equipamento que está utilizando esta invenção, e que está conectado ao equipamento através do orifício de saída de pressão hidráulica (34).