BR102013019786A2

BR102013019786A2 - união rotativa com acionador de vedação controlado por pressão

Info

Publication number: BR102013019786A2
Application number: BR102013019786A
Authority: BR
Inventors: Aaron Lacroix
Original assignee: Deublin Co
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2016-07-19
Also published as: US20140035274A1; MX2013008968A; CN103711809A; MX338734B; KR20140018159A; TWI597446B; CA2822554A1; JP2014040915A; EP2693094B1; TW201418604A; US9133967B2; EP2693094A1; CN103711809B

Abstract

união rotativa com acionador de vedação controlado por pressão. uma união rotativa inclui um suporte de vedação rotativo tendo um membro de vedação rotativo conectado nele, e um suporte de vedação não rotativo tendo um membro de vedação não rotativo conectado nele. uma porção de pistão do suporte de vedação não rotativo tem um anel de restrição de fluxo disposto nele, e ambos são dispostos de modo deslizante e estanque dentro de um orifício de pistão formado em um alojamento. um espaço é formado entre um diãmetro exterior do anel de restrição de fluxo e um diâmetro interior do orifício de pistão. o diâmetro alargado da porção de pistão fornece uma superfície pneumática ou hidráulica líquida que pode ser atuada por um fluido em uma pressão atmosférica positiva ou negativa presente no orifício de pistão do alojamento.

Description

UNIÃO ROTATIVA COM ACIONADOR DE VEDAÇÃO CONTROLADO POR

PRESSÃO

REFERÊNCIA CRUZADA PARA PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido de patente reivindica o beneficio do Pedido de Patente Provisório No. US 61/679.343, depositado em 3 de agosto de 2012, que é aqui incorporado na sua totalidade por esta referência.

CAMPO TÉCNICO DA DIVULGAÇÃO A presente invenção refere-se a dispositivos de acoplamento de fluido tais como uniões rotativas e, mais particularmente, a um mecanismo de acionador de controle de vedação aperfeiçoado que funciona com pressão de fluido independentemente do use de meios de lubrificantes, meios não lubrificantes, ou nenhum meio na união rotativa.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Dispositivos de acoplamento de fluido, tais como uniões rotativas, são utilizados em aplicações industriais, por exemplo, usinagem de metais ou plásticos, conservação de trabalho, impressão, fabricação de filme plástico, fabricação de papel, fabricação de pastilha semicondutora, e outros processos industriais que necessitam que um meio fluido seja transferido a partir de uma fonte estacionária tal como uma bomba ou um reservatório para um elemento rotativo tal como uma haste de ferramenta de máquina, sistema de aperto de peça de trabalho, ou tambores ou cilindros rotativos. Muitas vezes essas aplicações requerem relativamente altas pressões de meio, taxas de fluxo, ou altas velocidades de rotação de ferramenta de máquina.

Uniões rotativas usadas em tais aplicações transmitem meio fluido usado pelo equipamento para refrigeração, aquecimento, ou para acionar um ou mais elementos rotativos. Meios fluidos tipicos incluem líquidos à base de água, óleos hidráulicos ou de refrigeração e ar. Em certos casos, por exemplo, quando um meio de evacuação a partir de passagem de fluido, uniões rotativas podem operar sob vácuo. Máquinas usando uniões rotativas tipicamente incluem componentes de precisão, tais como rolamentos, engrenagens, componentes elétricos, e outros, que são caros e / ou de difícil reparação ou substituição durante o serviço. Estes componentes são frequentemente sujeitos a ambientes corrosivos ou danificam quando expostos ao vazamento ou ventilação de fluido a partir da união rotativa durante a operação.

Uma união rotativa inclui normalmente um membro estacionário, por vezes referido como o alojamento, que tem uma porta de entrada para recepção de meio fluido. Um membro de vedação não rotativo é montado no interior do alojamento. Um membro rotativo, o qual é por vezes referido como um rotor, inclui ura membro de vedação rotativo e uma porta de salda para o fornecimento de fluído a um componente rotativo. Urna superfície de vedação do membro de vedação não rotativo é pressionada em engate estanque de fluido com a superfície de vedação do membro de vedação rotativo, geralmente por uma mola, pressão de meio, ou por outro método, permitindo assim uma vedação ser formada entre o componente rotativo e não rotativo da união. A vedação permite transferência do meio fluido através da união sem vazamentos significativas entre o a porção rotativa e não rotativa. Meio fluido passando através da união rotativa pode lubrificar as superfícies de vedação engatadas para minimizar desgaste dos membros de vedação. Quando uma união rotativa é usada com meio não lubrificante (como ar seco) ou sem qualquer meio, as superfícies de vedação engatadas podem experimentar uma condição de "execução seca", o que provoca desgaste de vedação rápido devido à falta de lubrificação adequada. Longos períodos de execução seca podem causar graves danos aos membros de vedação, exigindo assim substituição cara e demorada de um ou ambos os membros de vedação.

Equipamento de usinagem de alta velocidade, tal como fresadoras de controle numérico de computador (CNC), furadeiras, tornos, linhas de transferência, e assim por diante, usam uniões rotativas para fornecer um meio diretamente para a borda de corte de uma ferramenta para arrefecimento e lubrificação em um arranjo que é vulgarmente designado por "refrigeração através de haste". Um arranjo de refrigeração através de haste estende a vida útil de ferramentas de corte dispendiosas, aumenta produtividade por permitir velocidades de corte mais elevadas, e descarrega lascas de material capazes de danificar a peça de trabalho ou ferramenta de corte para longe das superfícies de corte da ferramenta. Materiais de peça de trabalho diferentes tipicamente requerem diferentes meios para melhor produtividade e desempenho. Por exemplo, meios aéreos ou de aerossol podem fornecer melhor controle térmico na usinagem de materiais muito duros, enquanto refrigerantes líquidos podem oferecer melhor desempenho na usinagem de materiais macios, como o alumínio. Além disso, certos tipos de trabalhos podem ser executados de forma mais eficaz e menos dispendiosa sem um meio através de haste .

Em certas aplicações, também pode ser desejado evitar qualquer derrame do fluido de trabalho do acoplamento, quando a vedação é desengatada, por exemplo, ao mudar hastes de ferramenta. Ao longo destas mesmas linhas, pode ainda ser desejável engatar a vedação rotativa do acoplamento antes do fluido de trabalho estar em pressão total de modo que a iniciação de fluxo, o qual fluxo pode incluir uma mistura do fluido de trabalho com ar, não provoca vazamentos do fluido de trabalho.

SUMÁRIO DA DIVULGAÇÃO

Em. um aspecto, a divulgação descreve uma união rotativa para fornecer uma conexão de fluido entre um componente de máquina rotativo e um componente de máquina não rotativo. A união rotativa inclui um suporte de vedação rotativo adaptado para conexão ao componente de máquina rotativo. 0 suporte de vedação rotativo tem um membro de vedação rotativo conectado nele. Um suporte de vedação não rotativo tendo uma forma geralmente cilíndrica tem um membro de vedação não rotativo conectado nele. Uma porção de pistão é conectada a uma extremidade do suporte de vedação não rotativo na proximidade do membro de vedação não rotativo. A porção de pistão tem uma forma qeralmente cilíndrica com um diâmetro alargado em relação ao suporte de vedação não rotarivo. Um anel de restrição de fluxo tem uma forma geralmente anelar e é disposto em torno da porção de pistão. Um alojamento é conectado ao componente de máquina não rotativo e forma um orifício de suporte no qual o suporte de vedação não rotativo é disposto de modo deslizante e estanque. Quando o suporte do vedação não rotativo se encontra em uma posição estendida relativamente ao alojamento, a vedação não rotativa engata a vedação rotativa de modo a formar uma vedação de face deslizante. O alojamento forma ainda um orificio de pistão que de forma deslizante aceita no seu interior a porção de pistão e o anel de restrição de fluxo de tal modo que um espaço é formado em uma direção radial entre um diâmetro exterior do anel de restrição de fluxo e um diâmetro interior do orifício de pistão. Um canal de meio segmentado é formado no suporte de vedação rotativo e não rotativo. O canal de meio segmentado é adaptado para definir uma passagem de fluido que transporta meios de fluído entre o componente de máquina rotativo e não rotativo enquanto vedação de face deslizante está presente. 0 canal de meio seqmentado é ainda adaptado para ser aberto para ventilação para a atmosfera quando o membro de vedação rotativo e não rotativo não estão engatados. Em uma modalidade descrita, o diâmetro alargado da porção de pistão fornece uma superfície pneumática ou hidráulica líquida que pode ser atuada por um fluido em urna pressão atmosférica positiva ou negativa presente no orifício de pistão do alojamento.

Em outro aspecto, a revelação descreve uma união rotativa para utilização em uma máquina incluindo componente rotativo e não rotativo. A união rotativa é disposta para conectar fluidicamente um canal de meio segmentado estendendo entre o componente de máquina rotativo e não rotativo. A união rotativa inclui um suporte de vedação rotativo que pode ser conectado ao componente de máquina rotativo. O suporte de vedação rotativo tem um membro de vedação rotativo conectado nele. Um suporte de vedação não rotativo pode ser conectado ao componente componente de máquina não rotativo e tem um membro de vedação não rotativo conectado nele. Uma porção de pistão é formada sobre uma extremidade do suporte de vedação não rotativo próximo ao componente de máquina não rotativo. A porção de pistão tem uma forma geralmente cilíndrica com uma dimensão exterior alargada em relação ao suporte de vedação não rotativo. Um alojamento forma um orifício de suporte no qual o suporte de vedação não rotativo é disposto de modo deslizante e estanque de tal modo que, quando o suporte de vedação não rotativo encontra-se em uma posição estendida relativamente ao alojamento, a vedação não rotativa engata a vedação rotativa para formar uma vedação de face deslizante. 0 alojamento forma ainda um orifício de pistão que de forma deslizante aceita no seu interior a porção de pistão de tal modo urn espaço que é formado em uma direção radial entre o diâmetro exterior da porção de pistão de fluxo e um diâmetro interior do orifício de pistão. Um canal de meio segmentado é formado no suporte de vedação rotativo e não rotativo. 0 canal de meio segmentado é adaptado para definir uma passagem de fluido que transporta meios de fluido entre o componente de máquina rotativo e não rotativo enquanto a vedação de face deslizante está presente. 0 canal de meio segmentado é ainda adaptado para ser aberto para ventilação para a atmosfera quando o membro de vedação rotativo e não rotativo não estão engatados. A dimensão exterior alargada da porção de pistão fornece uma superfície pneumática ou hidráulica liquida que pode ser atuada por um fluido em uma pressão atmosférica positiva ou negativa presente no orifício de pistão do alojamento.

Em ainda outro aspecto, a revelação descreve uma máquina que tem um componente rotativo e um componente não rotativo. 0 componente rotativo e não rotativo formam um canal de meio segmentado por meio do qual pode ser fornecido fluido entre o componente rotativo e não rotativo. A máquina inclui ainda uma união rotativa disposta seletivamente para criar uma passagem de fluido ao longo do canal de meio segmentado. A união rotativa compreende um suporte de vedação rotativo que pode ser conectado ao componente de máquina rotativo e que tem um membro de vedação rotativo conectado nele. A união rotativa compreende ainda um suporte de vedação não rotativo que pode ser conectado ao componente de máquina não rotativo e que possuí um membro de vedação não rotativo conectado nele. Uma porção de pistão é formada sobre uma extremidade do suporte de vedação não rotativo na proximidade do componente de máquina não rotativo. A porção de pistão tem uma forma geralinente cilíndrica com uma dimensão exterior alargada em relação ao suporte de vedação não rotativo. Um alojamento forma um orifício de suporte no qual o suporte de vedação não rotativo é disposto de modo deslizante e estanque de tal modo que, quando o suporte de vedação não rotativo encontra-se em uma posição estendida relativamente ao alojamento, a vedação não rotativa engata a vedação rotativa de modo a formar uma vedação de face deslizante. O alojamento forma ainda um orifício de pistão que de forma deslizante aceita no seu interior a porção de pistão de tal modo um espaço quo é formado em. uma aireçào radial entre o diâmetro exterior da porção de pistão de fluxo e um diâmetro interior dc orifício de pistão. 0 canai de meio segmentado define a passagem de fluido que transporta o meio fluido entre o componente de máquina rotativo e não rotativo enquanto a vedação de face deslizante está presente. 0 canal de meio segmentado é aberto para ventilação para a atmosfera quando o membro de vedação rotativo e não rotativo não estão engatados. Durante a operação, a dimensão exterior alargada da porção de pistão fornece uma superfície pneumática ou hidráulica líquida que pode ser atuada por um fluido em uma pressão atmosférica positiva ou negativa presente no orifício de pistão do alojamento.

BREVE DESCRIÇÃO DAS DIVERSAS VISTAS DOS DESENHOS A Figura 1 é uma vista de esboço de uma união rotativa de acordo com a divulgação. A Figura 2 é uma vista lateral de uma união rotativa instalada entre o componente de máquina rotativo e estacionário de acordo com a divulgação. A Figura 3 é uma secção transversal de uma modalidade de uma união rotativa tendo um mecanismo de engate de vedação de ar controlado de acordo com a divulgação. A Figura 4 é uma secção transversal de uma outra modalidade de uma união rotativa tendo um mecanismo de engate de vedação de ar controlado de acordo com a divulgação. A Figura 5 é um fluxograma para um método de funcionamento de uma união rotativa tendo um mecanismo de engate de vedação de ar controlado de acordo com a divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Nos desenhos, que constituem uma parte desta especificação, a Figura 1 é uma vista isométríca explodida de uma modalidade de uma união rotativa 100, e a Figura 2 é uma vista lateral da união rotativa 100 como instalada entre dois componentes de máquina, que são mostrados em linhas tracejadas e seccionados para ilustração do posicionamento dos componentes de união rotativa no seu interior e entre. Em referência às Figuras 1 e 2, a união rotativa 100 inclui um membro de vedação rotativo 102 conectado à extremidade de um suporte de vedação rotativo 101, o qual é normalmente referido como um rotor, e um membro de vedação não rotativo 104 que é conectado à extremidade de um suporte de vedação não rotativo 103 (Figura 3). O suporte de vedação não rotativo 103 é axialmente móvel ern relação ao alojamento 106. O membro de vedação rotativo 102 é associado com um componente de máquina rotativo 108 (Figura. 2), e o alojamento 106 é associado com um componente de máquina não rotativo 110. Um duto segmentado ou canal de mero 112 estende através do componente de máquina não rotativo 110, o suporte de vedação rotativo 101 e o suporte de vedação não rotativo 103, o membro de vedação rotativo e não rotativo 102 e 104, respectivamente, e o componente de máquina rotativo 108 como está melhor ilustrado na Figura 2 .

Porções do canal de meio 112 são definidas em diferentes componentes da união rotativa 100 para fornecer uma passagem de fluido através do componente de máquina rotativo e não rotativo 108 e 110 quando o membro de vedação rotativo e não rotativo 102 e 104 estão engatados. O canal de meio 112 pode ser seletivamenLe disposto para de maneira estanque envolver fluidos quando o membro de vedação rotativo e não rotativo 102 e 104 estão engatados um ao outro, e ser aborto para ventilação para a atmosfera quando o membro de vedação rotativo e não rotativo 102 e 104 não estão engatados, como é descrito em mais detalhe em relação ao funcionamento da união rotativa 100 e a descrição que segue relativa ao fluxograma da Figura 5, tal como descrito abaixo. Em certas aplicações, o canal de meio 112 pode ser submetido a um vácuo que puxa e evacua fluidos de trabalho a partir de dentro do canal de meio 112. 0 componente de máquina rotativo 108, que pode ser qualquer tipo de componente de máquina como uma haste de uma fresadora CNC, suporta o suporte rotativo 101 e o membro de vedação rotativo 102. Uma vedação de face mecânica criada quando a membro de vedação rotativo 102 é engatado com o membro de vedação não rotativo 104 veda o canal de meio 112 para transferência de um meio fluido a partir do não rotativo para o componente de máquina rotativo 110 para 108. Na modalidade ilustrada, o alojamento 106 é conectado ao componente de máquina não rotativo 110 por meio de parafusos 105 (quatro mostrados) que engatam aberturas roscadas correspondentes formadas no componente de máquina não rotativo 110, mas outros modos de monracem podem ser usados. O componente de máquina rotativo 108 tem um orifício que define uma porção do canal de meio 112 e ainda define recursos para receber de maneira estanque o suporte de vedação rotativo 101 e o membro de vedação rotativo 102.

Uma modalidade para a união rotativa 100 é mostrada na secção transversal da Figura 3. Em referência à Figura 3, o membro de vedação não rotativo 104 é conectado ao suporte de vedação não rotativo 103. O suporte de vedação não rotativo 103 é disposto de modo deslizante e estanque dentro de um orifício 128 do alojamento 106, e tem uma porção de diâmetro exterior que engata de modo deslizante uma região 129 do orifício 128. Como mostrado na Figura 3, o orifício 128 é geralmente escalonado ao longo de vários segmentos do mesmo de forma que a região 129 entra em contacto deslizante com o suporte 103 e forma um pequeno diferenço entre os mesmos que permite desalinhamento angular em uma direção axial entre o suporte 103 e o orifício 128, o que vantajosamente permite a união rotativa acomodar condições de montagem e de desalinhamento operacional entre o componente de máquina rotativo e não rotativo 108 e 110 (Figura 2) . O comprimento axial e dimensão de diâmetro interior da região 129, que estende anularmente em torno do suporte de vedação não rotativo 103, podem ser selecionados dependendo dos requisitos de concepção particulares e desalinhamento esperado entre os componentes para cada aplicação. O arranjo estrutural permitindo deslizamento do membro de vedação não rotativo 104 em relação ao componente de máquina não rotativo 110 permite o engate e desengate seletivo do membro de vedação não rotativo 104 com o membro de vedação rotativo 102, e compensa o deslocamento axial que pode estar presente entre o componentes de máquina rotativo e não rotativo 108 e 110. O alojamento 106 tem passagens e aberturas para o fornecimento de um fluido de trabalho para o canal de meio 112, que pode ser um líquido ou um gás, e para fornecimento de ar ou vácuo para um canal de ativação, o que faz o suporte de vedação não rotativo 103 movem em relação ao alojamento 106. Mais especificamente, o alojamento 106 forma uma porta de acionamento de ar 200, que é conectada fluidicamente a um orificio de pistão 202 formado no alojamento 106. 0 orifício de pistão 202 faz parte de, e coaxial com, o orifício 128 que acomoda a vedação não rotativa 104 e o suporte de vedação não rotativo 103. Como pode ser visto na Figura 3, o orifício de pistão 202 tem um de grande diâmetro em relação às porções restantes do orifício 128, e é disposto na extremida.de do orifício 128 para formar uma extremidade aberta do mesmo que enfrenta o membro de vedação rotativo 102. Uma passagem de acionamento de ar 204 estende através de uma porção do alojamento 106 para interconectar fluidicamente o orifício de pistão 202 com a porta de acionamento de ar 200.

Uma porção do suporte de vedação não rotativo 103 que é disposto dentro do orifício de pistão 202 tem um diâmetro alargado em relação às porções restantes do mesmo, o que para simplificar serão aqui referidas como a porção de pisrão 206. A porção de pistão 206 é reciprocamente disposta dentro do orifício de pistão 202 quando o suporte de vedação não rotativo 103 é disposto no alojamento 106. O diâmetro relativamente alargado da porção de pistão 206 fornece uma superfície pneumática ou hidráulica líquida que pode ser atuada por um vácuo ou um fluido em uma pressão existente no interior da passagem de ar de acionamento 204. O fluido sob pressão ou vácuo é geralmente contido adjacente a tal superfície pneumática ou hidráulica pelo auxílio de um anel de restrição de fluxo 208. O anel de restrição de fluxo 208 controla as características de tamanho e fluxo de um espaço 210 que pode estar presente entre o diâmetro exterior da porção de pistão 206 e um diâmetro interior do orifício de pistão 202. De uma maneira que é semelhante à vedações fornecidas entre um orifício e um pistão de retribuição em urr. motor de combustão interna, o anel de restrição de fluxo 2 08 é uma vedação geralmente de forma anular que é disposta no interior de um canal 212 formada anelarmente em torno da porção de pistão 206. 0 anel de restrição de fluxo 208 pode incluir uma abertura de corte transversal para ajudar na instalação dentro da ranhura ou canal 212, ou alternativamente pode ser continuo e instalado utilizando outros arranjos. C anel de restrição de fluxo 208 do pode possuir ainda alguma resistência de tal modo que uma ligeira compressão do mesmo pode ser necessária em uma direção radialmente para o interior durante a instalação dentro do orifício de pistão 202. Alternativamente, o anel de restrição de fluxo 208 pode ser feito para ter um diâmetro exterior que tem um encaixe de folga dentro do orifício de pistão 202. Quando instalado, o anel de restrição ce fluxo 208 é configurado para permitir um pequeno vazamento de fluido, por exemplo, ar, para dentro ou para fora a partir de um volume de pistão 214 . Em outras palavras, uma condição de vazamento controlada é criada para fluidos passando além da interface entre o anel de restrição de fluxo 208 e o orifício de pistão 202 e / ou a porção de pistão 206. O termo volume de pistão 214 é aqui utilizado para descrever a porção do orifício de pistão 202 que está em comunicação fluídica com a passagem de acionamento de ar 204 e é definida entre a passagem de acionamento de ar 204 e o anel de restrição de fluxo 208. 0 volume de pistão 214 estende geralmente simetricamente em torno do orificio de pistão 202 de tal forma que qualquer força pneumática ou hidráulica aplicada à porção de pistão 206 é, vantajosamente, simétrica em relação ao membro de vedação não rotativo 104.

Uma vedação secundária 146 fornece uma vedação deslizante entre o alojamento 106 e uma superfície exterior do suporte de vedação não rotativo 103. A vedação secundária 146 na modalidade ilustrada é axialmente localizada entre o volume de pistão 214 e uma entrada 144 da porção do canal cie meio 112 que estende através do suporte de vedação não rotativo 103. A vedação secundária 146 pode ser concretizado como qualquer tipo apropriado de vedação deslizante, por exemplo, uma vedação ce copo em U, vedação de anel em O, vedação de lábio e semelhantes. Quando o meio pressurizado ou vácuo está. presente no canal de meio 112, a vedação secundária atua para selar o canal de meio 112 tanto a partir do ambiente assim como a partir do volume de pistão 214.

Durante operação, a aplicação de uma pressão de ar relativamente baixa ou um vácuo ao volume de pistão 214 vai fazer o suporte de vedação não rotativo 103 estender ou retrair em relação ao alojamento 106. Em outras palavras, independentemente de quaisquer forças hidráulicas que atuam sobre o suporte de vedação não rotativo 103 pelo meio e provocando o mesmo mover axialmente em relação ao alojamento 106, uma aplicação de pressão de ar ou vácuo ao volume de pistão 214 vai ter o efeito de um acionador de pistão linear pneumático (ou hidráulico, dependendo do tipo de fluido usado) que irá funcionar para estender ou retrair o suporte 103 em relação ao orifício 202 do alojamento 106. Especificamente, quando o fluxo de ar é fornecido para a porta de acionamento de ar 200, o momento de fluxo deste ar vai encher o volume de pistão 214 e, mesmo através do fluxo de ar irá vazar a uma taxa controlada além do anel de restrição de fluxo 208, vai empurrar dinamicamente contra um lado de trás da porção de pistão 202 e / ou o anel 208, fazendo assim o suportei de vedação não rotativo 103 moverem uma direção estendendo em relação ao alojamento 106. Do mesmo modo, quando a porta de acionamento de ar 200 é submetida a um vácuo, o momento de fluxo de um fluxo de ar movendo para dentre do volume de pistão 214 em uma forma de vazamento controlada vai empurrar em anel 208 e, portanto, conferir uma força tendendo a empurrar o suporte de vedação não rotativo 103 na direção de retração ern relação ao alojamento 106. Alternati vamente, movimento axial. do rotor ou suporte de vedação rotativo 101 em direção ao alojamento 106 pode provocar retração do suporte de vedação não rotativo 103.

Em relação ao anel de restrição de fluxo 208, embora seja mostrado na Figura 3 para ter uma secçáo transversal retangular, outras secções transversais podem ser usadas. O anel 208 pode ser ferto de qualquer material adequado. Em uma modalidade, o anel 208 é feito de um material que é moldável em dimensões desejadas, tem um atrito relativamente baixo quando interagindo com as paredes do orifício de pistão 202, e é geralmente autolubrificante quando ar é utilizado como o fluido de atuação relativo ao volume de pistão 214. 0 independente fornecimento de ar ou vácuo ao volume de pistão 214 permite vantajosamente a abertura e fechamento seletivos da vedação rotativa, ou seja, o engate ou desengate do o membro de vedação rotativo e não rotativo 102 e 104, independentemente do tipo, presença ou ausência de meios de trabalho dentro do canal de meio 112. Como é sabido, uma relação de equilíbrio pode ser estruturalmente definida em relação ao suporte de vedação não rotativo 103 e vedação 104, o que pode apresentar uma superfície equivalente de abertura ou fechamento hidráulica líquido em relação aos fluidos presentes no canal de meio 112. Desta forma, um fluido pressurizado agindo sobre esta superfície equivalente pode transmitir uma força que tende a engatar ou desengatar o o membro rotativo e não rotativo 102 e 104. Na modalidade ilustrada, a relação de equilíbrio da estrutura mostrada é de cerca de 54%, mas pode variar entre 50 e 60%'. Com esta relação de equil íbrio, a vedação rotativa pode ser engatada quando meio incompressível mídia está presente no interior do canal 112 em uma pressão, ou fornecer um espaço entre o membro de vedação rotativo e não rotativo quando material compressível está presente no canal de meio 112, quando nenhum fluxo de ar ou vácuo é fornecido à porta de acionamento de ar 200.

Uma modalidade alternativa da união rotativa 100 é mostrada na Figura 4. Aqui, números de referência semelhantes indicam estruturas semelhantes, como anteriormente descrito e mostrado, por exemplo, na Figura 3, por simplicidade. Nesta modalidade, a união rotativa 100 inclui uma mola de abertura 216. A mola de abertura 216 é disposta entre o alojamento 106 e o suporte de vedação não rotativo 103 e é configurada para fornecer uma força de pressão que tende a empurrar o suporte de vedação não rotativo 103 em uma direção axial de retração em relação ao alojamento. Esta modalidade pode ser adequada para aplicações em que a união rotativa 100 é instalada em uma orientação vertical ou angulada, ou seja, uma orientação em que uma linha central 218 do suporte de vedação não rotativo 103 não é horizontal. Em tais aplicações, a força de mola ou constante de mola da mola 216 pode ser selecionada de tal modo que a força fornecida pela mola seja suficiente para ultrapassar o peso do suporte de vedação não rotativo 103 e membro de vedação não rotativo 104. Como pode ser apreciado, dependendo da orientação de instalação, a mola e alojamento 106 podem ser configurados para fornecer uma força de fechamento em vez de uma força de abertura. Apesar da presença e ação da mola 216, no entanto, a relação de equilíbrio do suporte de vedação não rotativo 103 e membro de vedação 104 pode vantajosamente permanecer inalterada crare as modalidades mostradas e discutidas em relação às Figuras 3 e 4.

Um fluxograma de um método de funcionamento da união rotativa 100 é mostrado na Figura 5. O método descrito é apresentado para ilustrar um possível modo de operação da união rotativa 100 e não deve ser entendido para ser exclusivo de outros modos de funcionamento ou exaustivo de todos os modos de funcionamento possíveis. O processo descrito inclui características desejáveis para o funcionamento de uma união rotativa, a totalidade ou um subconjunto dos quais podem ser usados em diferentes momentos durante o funcionamento ou em aplicações diferentes dependendo dos requisitos específicos de cada tarefa operacional. 0 método descrito é aplicável à utilização de um acoplamento rotativo em uma ferramenta de máquina, em que características operacionais indesejáveis podem estar presentes no início e no fim de uma tarefa de trabalho. A tarefa de trabalho contemplada pode incluir um ciclo de iniciação, uso e evacuação do meio de trabalho a partir de dentro da união rotativa. Na aplicação contemplada, vazamento do material de trabalho é indesejável tanto no início e no fim da tarefa de trabalho.

Com o anterior em mente, um fluxo de ar é aplicado à porta de atuação de ar em 302, que opera des modo a engatar a vedação rotativa na ausência de meio de trabalho como discutido anteriormente. Nesta fase, o fluxo de ar faz um recurso tipo pistão da união transmitir uma força que tende a estender o membro de vedação não rotativo em relação ao alojamento. Quando a vedação engatou, o fluxo de ar pode ser opcionalmente interrompido em 304, o que em uma modalidade ocorre ao mesmo tempo ou logc a seguir ao início do meio fluir no canal ic meio em 306. Deve ser apreciado que para aquelas modalidades de uniões rotativas que incluem uma mola de abertura, interrupção do fluxo de ar na ausência de meio de trabalho pode fazer a vedação desengatar e, por conseguinte, para estas modalidades, passo de processo 304 pode ser omitido. Para aquelas modalidades que não incluem uma mola de abertura, interrupção do fluxo de ar pode não fazer a vedação desengatar se forças estáticas, tais como fricção, e forças de fechamento, tais como molas, etc, podem superar quaisquer forças de abertura tal que o acoplamento de vedação pode ser mantido.

Com a vedação rotativo engatada, um fluxo de meio de trabalho pode ser iniciado em 306. Envolvimento da vedação antes da iniciação do fluxo de meio de trabalho pode ser desejável por várias razões. Por exemplo, apesar de meio de trabalham incompressível causar engate de vedação com base na relação de equilíbrio da união rotativa, forças hidráulicas insuficientes durante um período limitado de iniciação de fluxo dentro do canal de rr.eio pode permitir vazamento de fluido a menos que a vedações já estejam engatadas. Por primeiro fornecer o fluxo de ar para engatar a vedação em 302, um pode assegurar contra tais vazamentos de fluido indesejáveis.

Quando a tarefa de trabalho estiver completa, um fluxo de ar pode ser aplicado à porta de atuação de ar em 308. Normalmente, a força tendendo a engatar as vedações pode não ser composta com uma força hidráulica a partir do meio de trabalho para reduzir o desgaste de vedação. Aqui, a aplicação do fluxo de ar é para um período de tempo limitado enquanto o fluxo de fluido de trabalho e pressão são reduzidos de maneira que a vedação pode permanecer em uma condição engatada. Opcionalmente, um vácuo pode ser aplicado ao canal de meio para remover qualquer fluido de trabalho remanescente em 310, enquanto o fluxo de ar é ainda aplicado para manter a vedação em uma condição engatada. Desta forma, evacuação eficaz do canal de meio pode ser conseguida e vazamentos de fluido podem ser evitados.

Quando evacuação dc fluido de trabalho está completa, q fluxo de ar para a porta de atuação de ar é interrompido e pode, opcionalmente, ser substituído pela aplicação de um vácuo nessa mesma porta em 312. Como descrito anteriormente, aplicação de vácuo para a porta de atuação de ar pode provocar o desengate dos membros de vedação. Novamente, deve ser apreciado que este passo de processo pode não ser necessário se uma mola de abertura, tal como a mostrada na modalidade da Figura 4, é utilizada. Em alternativa, desengate dos membros de vedação pode ser conseguido pelo movimento axial do membro de vedação rotativo.

Em operação, a união rotativa 100 pode utilizar um fluxo de ar ou um fluxo de liquido de refrigeração fornecido a cerca de 0 bar para o volume de pistão 214 (Figura 3 cu 4) tal que os membros de vedação 102 e 104 podem ser engatados. Para desengatar as vedações, pode ser usado um vácuo de entre 3 e 6 bar. A magnitude desses parâmetros pode mudar dependendo das dimensões particulares que forem selecionadas para as estruturas que facilitam o engate ou desengate das vedações.

Todas as referências, incluindo publicações, pedidos de patentes e patentes, aqui citadas são aqui incorporadas por referência na mesma medida como se cada referência fosse especifica e individualmente indicada para ser incorporada por referência e foram estabelecidas na sua totalidade neste documento. A utilização dos termos "um" e "uma" e "o" e similares referentes no contexto da descrição da invenção (especialmente no contexto das seguintes reivindicações) deve ser entendida para cobrir ambos o singular e o plural, a menos que de outra forma aqui indicado ou claramente desmentido pelo contexto. Os termos "compreendendo", "tendo", "incluindo" e "contendo" devem ser interpretados como termos abertos (isto é, significando "incluindo, mas não limitado a"), a menos que indicado de outra maneira. Recitação de intervalos de valores aqui apresentadas destinam-se meramente a servir como um método abreviado de se referir individualmente a cada valor separado que cai dentro do intervalo, a menos que de outro modo aqui indicado, e caca valor separado incorporado na especifícação como se fosse individualmente aqui recitado. Todos os métodos aqui descritos podem ser realizados em qualquer ordem adequada, a menos que de outro modo aqui indicado ou de outro modo claramente contradito pelo contexto. 0 uso de qualquer e todos os exemplos, ou linguagem exemplificai iva (per exemplo, "tal como") aqui fornecida, pretende apenas esclarecer melhor a invenção e não constitui uma limitação do âmbito da. invenção a menos que de outro modo afirmado. Nenhuma linguagem na especificação deve ser interpretada como indicando qualquer elemento não reivindicado como essencial para a prática da invenção.

Modalidades preferidas da presente invenção são aqui descritas, incluindo o melhor modo conhecido pelos inventores para realizar a invenção. Variações destas modalidades preferidas podem tornar-se evidentes para os peritos na técnica após a leitura da descrição anterior. Os inventores esperam que artesãos especializados empreguem tais variações conforme o caso, e os inventores pretendem que a invenção seja praticada de outra forma do que como aqui especificamente descrito. Assim, esta invenção inclui todas as modificações e equivalentes do assunto recitado nas reivindicações anexas, conforme permitido pela lei aplicável. Além disso, qualquer combinação dos elementos acima descritos, em todas as variações possíveis do mesmo, está englobada pela invenção, a menos que de outro modo aqui ou de outro modo claramente contradito pelo contexto indicado.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. União rotativa para fornecer uma conexão de fluido entre um componente de máquina rotativo e um componente de máquina não rotativo, caracterizada pelo fato de que compreende: um suporte de vedação rotativo adaptado para conexão ao componente de máquina rotativo, o suporte de vedação rotativo tendo um elemento de vedação rotativo conectado ne 1 e ; um suporte de vedação não rotativo tendo uma forma geralmente cilíndrica, c suporte de vedação não rotativo tendo um membro de vedação não rotativo conectado nele; uma porção de pistão conectada a uma extremidade do suporte de vedação não rotativo na proximidade do membro de vedação não rotativo, a porção de pistão tendo uma forma geralmente cilíndrica com um diâmetro alargado errt relação ao suporte de vedação não rotativo, um anel de restrição de fluxo tendo urna forma geralnente anular disposta em torno da porção de pistão, um alojamento conectado ao componente de .máquina não rotativo e formando um orifício de suporte dentro de qual o suporte de vedação não rotativo é disposto de modo deslizante e estanque de tal modo que, quando o suporte de vedação não rotativo encontra-se em uma posição estendida relativamente ao alojamento, a vedação não rotativa engata a vedação rotativa de modo a formar uma vedação de face deslizante, c alojamento ainda formando um orifício de pistão que de forma deslizante aceita no seu interior a porção de pistão e o anel de restrição dc fluxo de tal modo que um espaço é formado em uma direção radial entre o diâmetro exterior do anel de restrição de fluxo e um diâmetro interior do orifício de pistão, um canal de meio segmentado formado no suporte de vedação rotativo e não rotativo, o canai de meio segmentado sendo adaptado para definir uma passagem de fluido que transporta meio fluido entre o componente de máquina rotativo e não rotativo enquanto a vedação de face deslizante está presente, em que o canal de meio segmentado é ainda adaptado para ser aberto para ventilar para a atmosfera quando o membros de vedação rotativo e não rotativo não estão engatados; em que o diâmetro alargado da porção de pistão fornece uma superfície pneumática ou hidráulica líquida que pode ser atuada por um fluido em uma pressão atmosférica positiva ou negativa existente dentro do orifício de pistão do alojamento.

2. União rotativa, de acordo com a reivindrcação 1, caracterizada pelo fato de que o canal de meio segmentado é configurado para operar sob uma pressão positiva ou um vácuo quando transportando meio entre o componente de máquina rotativo e não rotativo.

3. União rotativa, do acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um vedação secundária disposta entre o orifício de suporte do alojamento e o suporte de vedação não rotativo, a vedação secundária fornecendo uma vedação deslizante entre uma superfície interior do orifício de suporte e uma superfície exterior do suporte de vedação não rotativo, a vedação deslizante separando fluidos em diferentes pressões presentes dentro do canal de meio segmentado e o orifício de pistão.

4. União rotativa, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a vedação secundária está axialmente localizada entre o orifício de pistão e uma abertura de entrada do canal de meio segmentado disposto dentro do alojamento.

5. União rotativa, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a vedação secundária é selecionada a partir do grupo consistindo de uma vedação de copo em U, uma vedação de anel em 0, e uma vedação de lábio.

6. União rotativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma passagem de acionamento formada no alojamento e interligando f 1 uid icarnente o orifício de pistão com uma porta de acionamento de ar formada no alojamento e conectada à fonte configurada seletivamente ou dissipadcr de pressão de fluido.

7. União rotativa, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que quando um fluxo de ar é fornecido à porta de acionamento de ar, um momento de fluxo do fluxo de ar entrando no orifício de pistão através da passagem de acionamento de ar é configurada para encher o orifício de pistão, vaza em uma taxa predeterminada através da abertura radial além do anel de restrição de escoamento, e empurra dinamicamente contra um lado de trás da porção de pistão e o anel de restrição, em parte, insta o suporte de vedação não rotativo para mover em uma direção estendendo em relação ao alojamento.

8. União rotativa, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que, quando a porta de acionamento de ar é submetida a um vácuo, um momento de fluxo do fluxo de ar entrando no orifício de pistão a partir do ambiente é configurado para vazar a uma taxa predeterminada através do espaço radial além do anel de restrição de fluxo, e empurrar dinamicamente um lado frontal da porção de pistão e o anel de restrição para, em parte, instar c suporte de vedação não rotativo para mover em uma direção dei retração em relação ao alojamento.

9. União rotativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um elemento resiliente disposto entre o suporte de vedação não rotativo e o alojamento, o elemento resiliente sendo disposto para fornecer uma força resiliente em uma direção instando o suporte de vedação não rotativo em uma direção de retração relativa ao alojamento.

10. União rotativa, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a força resiliente é configurada de modo que a força fornecida pelo elemento resiliente é suficiente para ultrapassar o peso do suporte de vedação não rotativo e membro de vedação r:ão rotativo quando a união rotativa é instalada em uma posição em que uma linha central do orifício de suporte é em um ângulo diferente de horizontal.

11. União rotativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o anel de restrição é feito de um material que é moldável em dimensões desejadas, tem um atrito relativamente baixo quando interagindo com as paredes do orifício de pistão, e é geralmente autolubri f icante quando ar é utilizado como um fluido de atuação em relação à porção de pistão.

12. União rotativa, de acordo con a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o orifício de suporte e o orifício de pistão são formados como orifícios escalonados dentro do alojamento, e em que o orifício de suporte tem um espaço em relação ao suporte de vedação não rotativo, o espaço permitindo desalinhamento ançular em uma direção axial entre o suporte de vedação não rotativo e o orifício de suporte de tal modo que condições de funcionamento ou de desalinhamento de montagem entre o componente de máquina rotativo e não rotativo podem ser acomodadas.

13. União rotativa para utilização em uma máquina incluindo componente rotativo e não rotativo, a união rotativa disposta para conectar fluidicamente um canal de meio segmentado estendendo entre o componente de máquina rotativo e não .rotativo, a união rotativa, caracterizada p e1o f a to de que c ompr e e n d e: um suporte de vedação rotativo que pode ser conectado ac componente de máquina rotativo, o suporte de vedação rotativo tendo um membro de vedação rotativo conectado nele, um suporte de vedação não rotativo que pode ser conectado ao componente de máquina não rotativo, o suporte de vedação não rotativo tendo um membro de vedação não rocativo conectado nele; uma porção de pistão formada sobre uma extremidade do suporte de vedação não rotativo na proximidade do componente de máquina não rotativo, a porção de pistão tendo uma forma geralmente cilíndrica com uma dimensão exterior alargada em relação ao suporte de vedação não rctativo, um alojamento formando um orifício de suporce em que o suporte de vedação não rotativo é disposto de modo deslizante e estanque de tal modo que, quando o suporte de vedação não rotativo encontra-se em uma posição estendida relativamente ao alo j ament. o, a vedação não rotativa engata a vedação rotativa de modo a formar uma vedação de face deslizante, o alojamento ainda formando um orificio de pistão que de forma deslizante aceita no seu interior a porção de pistão de tal modo que um espaço é formado em uma direção radial entre c diâmetro exterior da porção de pistão de fluxo e um diâmetro interior do orifício de pistão, um canal de meio segmentado formado no suporte de vedação rotativo e não rotativo, o canal de meio segmentado sendo adaptado para definir uma passagem de fluido que transporta meio fluido entre o componente de máquina rotativo e não rotativo enquanto a vedação de face deslizante está presente, em que o canal de meio segmentado é ainda adaptado para ser aberto para ventilação para a atmosfera quando o membros de vedação rotativo e não rotativo não estão engatados, em que a dimensão exterior alargada da porção de pistão fornece uma superfície pneumática ou hidráulica liquida que pode ser atuada por um fluido sob uma pressão acmosférica positiva ou negativa presente dentro do orifício de pistão do alojamento.

14. União rotativa, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fatc de que compreende ainda um anel de restrição de fluxo tendo uma forma geralmente anular disposta em torno da porção de pistão, em que o espaço é fornecido entre uma porção exterior do anel de restrição e uma superfície interior do orifício de pistão.

15. União rotativa, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que, quando un fluido em uma pressão manométrica positiva é fornecido ao orifício de pistão, um momento de fluxo de fluido entrando no orifício de pistão enche o orifício de pistão, vaza em uma taxa predeterminada através do espaço radial além da porção de pistão, e empurra dinamicamente contra um lado de trás da porção de pistão, assim fazendo o suporte de vedação não rotativo mover em urna direção estendendo em relação ao a lo j arnento .

16. União rotativa, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que, quando uma pressão manométrica negativa é induzida no orifício de pistão, um momento de fluxo de um fluxo de ar entrando no orifício de pistão a partir do ambiente é configurado para vazar em uma taxa predeterminada através do espaço radial e empurrar dinamicamente um lado frontal da porção de pistão, assim fazendo o suporte de vedação não rotativo mover em uma direção de retração em relação ao alojamento.

17. Máquina tendo um componente rotativo e um componente não rotativo, o componentes rotativo e não rotativo formando um canal de meio segmentado através do qual fluido pode ser fornecido entre o componente rotativo e não rotativo, caracterizada pelo fato de que compreende: uma união rotativa disposta para criar seletivamente um passagem de fluido ao longo do canal de meio segmentado, a união rotativa compreendendo: um suporte de vedação rotativo que pode ser conectado ao componente de máquina rotativo, o suporte de vedação rotativo tendo um elemento de vedação rotativo conectado nele, um suporte de vedação não rotativo que pode ser conectado ao componente de máquina não rotativo, o suporte de vedação não rotativo tendo um membro de vedação não rotativo conectado nele, e urna porção de pistão formada sobre uma extremidade do suporte de vedação não rotativo na proximidade do componente de máquina não rotativo, a porção de pistão tendo uma geralmente forma cilíndrica com uma dimensão exterior alargada em relação ao suporte de vedação não rotativo, um alojamento formarr.to um orifício ce suporte no qual o suporte de vedação não rotarivo é disposto de modo deslizante e estanque de tal modo que, quando o suporte de vedação não rotativo encontra-se em uma posição estendida em relação ac alojamento, a vedação não rotativa engata a vedação rotativa de modo a formar uma vedação de face deslizante, o alojamento formando ainda um orifício de pistão que de forma deslizante aceita no seu interior a porção de pistão de taí modo que um espaço é formado em uma direção radial entre um diâmetro exterior da porção de pistão de fluxo e um diâmetro interior do orifício de pistão, em que o canal de meio segmentado define a passagem de fluido que transporta meio fluido entre o componente de máquina rotativo e não rotativo enquanto a vedação de face deslizante está presente, em que o canal de meio segmentado é aberto para ventilação para a atmosfera quando o membro de vedação rotativo e não rotativo não estão engatados, e em que a dimensão exterior alargada da porção de pistão fornece uma superfície pneumática ou hidráulica líquida que pode ser atuada por um fluido em uma pressão atmosférica positiva ou negativa presente dentro do orifício de pistão do alojamento.

18. Máquina, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fatc de que a união rotativa compreende ainda um anel de restrição de fluxo tendo uma forma geralmente anular disposta em torno da porção de pistão, em que o espaço é fornecido entre uma porção exterior do anel de restrição e o orifício de pistão.

19. Máquina, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fatio de que, quando um fluído em urna pressão rnanomé t;r i ca positiva é fornecido ao orifício de pistão, um momento de fluxo de fluido entrando no orifício de pistão enche o orifício de pistão, vaza em uma taxa predeterminada através do espaço radial além da porção de pistão, e empurra dinamicamente contra um lado de trás da porção de pistão, assim fazendo o suporte de vedação não rotativo mover em uma direção estendendo em relação ao aloj amento.

20. Máquina, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que, quando uma pressão manométrica negativa é induzida no pistão de orifício, um momento de fluxo de um fluxo de ar entrando no orifício de pistão a partir do ambiente é configurado para vazar em uma taxa predeterminada através do espaço radial e dinamicamente empurrar um lado frontal da porção de pistão, assim fazendo o suporte de vedação não rotativo mover em uma direção de retração em relação ao alojamento.