Sistema integrado de soporte y accionamiento de precisión para grandes estructuras móviles.

Objeto de la invención

Se trata de un sistema de soporte de precisión para estructuras, como grandes telescopios, grandes máquinas herramientas, etc. en el que se integra un accionamiento en base a unos motores lineales situados en un mismo bastidor, que se soporta por medio de un sistema de tipo hidrostático, lo que garantiza el correcto posicionamiento del estator/rotor del motor manteniendo el entrehierro en un valor muy pequeño y constante.

Este sistema está pensado para soportar y mover estructuras similares al European Extremely Large Telescope (E-ELT), que con 39m de espejo primario será el telescopio óptico más grande del mundo.

Antecedentes de la invención

La soluciones tradicionalmente aplicadas en telescopios más pequeños (aquellos que tienen del orden 8-1 Om de diámetro de espejo) consistían en realizar un amarre directo de tipo patines hidrostáticos y motores lineales en los nudos de la estructura, lo cual los hacía sensibles a las desalineaciones debido a deformaciones producidas en la estructura. Estos problemas, por lo general, se han resuelto dotando a los patines de una rótula esférica. Esta solución, que ya resultó problemática en el Large Binocular Telescope (LBT), es inviable en el caso de los nuevos Telescopios Extremadamente Grandes (Extremely Large Telescopes) de entre 20 y 50m de diámetro, debido a que es necesario buscar una forma de compatibilizar las grandes deformaciones de la estructura con las precisiones necesarias en el mecanismo.

Se acude en estos casos a un sistema de apoyos hidrostáticos cuya función consiste en permitir apoyar una estructura de forma rígida y estable, colocando una película de aceite entre los apoyos hidrostáticos y la superficie de la guía en la que deslizan, a fin de permitir su movimiento con muy poco esfuerzo y en ausencia de desgaste. En la literatura de patentes encontramos documentos como la patente US2010329593 en la que se describen apoyos hidrostáticos para grandes estructuras, especialmente adecuado para los grandes telescopios.

También forman parte del estado de la técnica los motores lineales, que son motores eléctricos en los que el estator y ei rotor están distribuidos de tal forma que en vez de producir un movimiento de rotación produce una fuerza en sentido longitudinal. Los motores lineales de baja aceleración son apropiados para el transporte superficial y en la literatura de patentes figuran varios ejemplos de ello.

Descripción de la invención

El nuevo telescopio óptico e infrarrojo E-ELT permitirá avanzar en el conocimiento de los temas astronómicos a nivel global. Se trata de un diseño que dispondrá de un diámetro de espejo primario de 42m de diámetro. Tanto este espejo principal, como los otros cuatro que completan el tren óptico y diversos otros sistemas se hayan montados en la Estructura Principal del Telescopio (Main Structure), una gran estructura móvil de unos 60m de altura y 70m de anchura y un peso total de unas 3000toneladas que permite apuntar a un objeto celeste y seguirlo compensando el movimiento de rotación de la Tierra.

La estructura principal del telescopio está compuesta de dos subestructuras con movimiento relativo entre ellas la estructura de elevación y la estructura de acimut. Los mecanismos del telescopio (acimut y elevación) soportan dichas estructuras accionando el movimiento relativo.

La invención trata de un sistema de soporte de precisión que integra un accionamiento basado en unos motores lineales situados en cada uno de los bastidores que soportan la estructura móvil, que se soportan por medio de un sistema de tipo hidrostático, lo que garantiza el correcto posicionamiento del estator/rotor del motor manteniendo el entrehierro en un valor muy pequeño y constante. Los patines hidrostáticos, que funcionan con una capa de aceite típica de 60-70micras se adaptan a la pista, asegurando el correcto posicionamiento de los motores lineales que necesitan un entrehierro típico del orden de un milímetro. Estos bastidores que integran los motores lineales y patines hidrostáticos se ajustan con precisión a la pista por la que circulan garantizando el correcto funcionamiento de los sistemas, mientras que la conexión de cada uno de los bastidores a la estructura que arrastra se hace a través de una conexión cinemáticamente compatible (flexible) que permite movimientos relativos entre ambos (bastidor y estructura). De esta forma el mecanismo sólo se ve afectado en su funcionamiento por las deformaciones de pequeña escala de la pista por la que circula y no por las deformaciones de gran escala de la estructura.

El sistema de soporte y accionamiento de precisión integra tres dispositivos esenciales para su funcionamiento: a) Un dispositivo de accionamiento consistente en un carril situado en la estructura fija, cuya superficie exterior constituye el estator de un motor eléctrico lineal, cuyo rotor se ubica en cada uno de los bastidores que soportan la estructura móvil, situándose en correspondencia con estator para mantener el entrehierro en un valor constante y muy bajo (menor de 1 mm). b) Un dispositivo de soporte que comprende al menos una pista situada en un plano paralelo al que define la superficie del carril antes citado, sobre la cual deslizan una serie de patines hidrostáticos que están presentes en la cara de apoyo de cada uno de los bastidores que sustentan la estructura móvil, garantizando un correcto y muy próximo posicionamiento del estator/rotor del motor lineal de accionamiento. c) Un dispositivo de conexión entre cada uno de los bastidores y la estructura que arrastra, a través de una conexión cinemáticamente flexible que permite movimientos relativos entre ambos (bastidor y estructura), actuando rígida en sentido vertical, pero comportándose como una rótula al establecer una conexión flexible a momentos que permiten giros relativos sin la aparición de momentos secundarios.

Se complementa este sistema con una unidad de freno existente también en cada bastidor que apoya en la estructura fija y soportan la estructura móvil. Todas estas unidades de frenado se montan sobre un disco que se sitúa en un plano paralelo a las pistas sobres las que se apoyan los patines hidrostáticos y al carril que en conjunción con los bastidores conforma el motor eléctrico lineal.

Descripción de las figuras

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una posible implantación del sistema.

Las figuras 2 y 3 representan sendas vistas en alzado lateral y planta inferior del sistema de soporte y accionamiento de la invención.

La figura 4 representa una vista en sección según un plano transversal del sistema.

La figura 5 representa una vista en despliegue de la conexión entre estructura y bastidor.

Realización preferente de la invención

Tal y como se aprecia en las figuras, el sistema de soporte y accionamiento para grandes estructuras móviles se basa en la existencia de una estructura fija de apoyo (1 ) en la cual se ancla la estructura móvil a través de una serie de bastidores (7) interpuestos en distintos puntos, normalmente uniformemente repartidos.

La estructura fija (1 ) presenta centralmente un carril (3) que está escoltado por sendas pistas laterales (2), el cual presenta en su superficie exterior, preferentemente por ambos costados, la constitución y configuración propia del estator de un motor eléctrico lineal (5), cuyo rotor se ubica en un bastidor (7) y se sitúa en correspondencia con aquel manteniendo el entrehierro en un valor constante y muy bajo. La estructura fija (1 ) presenta sendas pistas (2), situada en un plano paralelo al que define la superficie del carril (3), sobre las cuales deslizan una serie de patines hidrostáticos (4) presentes en la cara de apoyo del bastidor (7), que garantizan un correcto y muy próximo posicionamiento del estator/rotor del motor lineal (5). Por su parte, cada uno de los bastidores (7) en los que apoya la estructura móvil en la estructura fija (1 ) comprende:

- El rotor de un motor lineal eléctrico (5) dispuesto longitudinalmente, en correspondencia con el carril (3) presente en la estructura fija de apoyo (1 ).

- Una serie de patines hidrostáticos (4) dispuestos a lo largo de la cara por la que dicho bastidor (7) apoya en la pista (2) de la estructura fija (1 ); que funcionan con una capa de aceite típica de 60-70micras, de forma que garantiza una aproximación entre el estator y el rotor del motor lineal que define un entrehierro menor de 1 mm.

- Cada bastidor (7) define un mecanismo de conexión en la estructura móvil que arrastra, a través de una conexión cinemáticamente flexible que permite movimientos relativos entre ambos (bastidor y estructura), de forma que el mecanismo sólo se ve afectado en su funcionamiento por las deformaciones de pequeña escala de la pista por la que circula y no por las deformaciones de gran escala de la estructura. Este mecanismo comprenden sendas conexiones rígidas (10) que se abren en dirección opuestas hacia los sentidos del movimiento de la estructura móvil, apoyando sobre ellas una placa rígida (8), paralela y por encima del bastidor (7), mientras que entre ambos elementos (bastidor (7) y placa (8)) se interpone un elastómero (9), que ocupa la zona central del medio de conexión, que resulta adecuado para efectuar una conexión rígida en sentido vertical, pero flexible a momentos que permitan giros relativos, sin la aparición de momentos secundarios, lo que permitirá compensar los posibles errores existentes en la pista.

La estructura fija de apoyo (1 ) presenta un disco (1 1 ), en un plano paralelo a las pistas (2) y al carril (3), sobre el que actúan los frenos hidráulicos (6) que incorpora cada uno de los bastidores (7).