BR102016018040B1

BR102016018040B1 - Arranjos de vedação e de atuador

Info

Publication number: BR102016018040B1
Application number: BR102016018040-6A
Authority: BR
Inventors: Kevin M. Allen
Original assignee: Deere & Company
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2022-05-31
Also published as: DE102016218254A1; CN107023597A; US10012313B2; US20170089462A1; BR102016018040A2; CN107023597B

Abstract

ARRANJOS DE VEDAÇÃO E DE ATUADOR. Um arranjo de vedação inclui um energizador anular suportando uma vedação anular. A vedação é disposta em torno de um eixo geométrico central e tem uma primeira superfície de vedação que se estende em uma direção radial, uma segunda superfície de vedação que se estende em uma direção axial, e um lado traseiro oposto a pelo menos uma da primeira e da segunda superfícies de vedação. O energizador anular é feito de um material compressivo resiliente configurado para engatar o lado traseiro da vedação. A vedação e o energizador são arranjados concentricamente em torno do eixo geométrico central, e o energizador engata a vedação assimetricamente com relação a um plano radial que se estende através de um centro axial da vedação para aplicar uma força de solicitação à vedação, solicitando a primeira superfície de vedação em uma primeira direção radial e solicitando a segunda superfície de vedação em uma primeira direção axial.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção se refere um arranjo de vedações, tal como para vedar câmaras de fluido pressurizadas em vários componentes.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Veículos de trabalho de vários tipos (por exemplo, tratores agrícolas, carregadoras e outros) podem ter eixos de acionamento com componentes internos (por exemplo, conjuntos de freio) que podem ser atuados por fluido hidráulico. Por exemplo, a aplicação de fluido hidráulico sob pressão a um êmbolo de atuador pode acionar um freio para impedir ou cessar a rotação de um eixo de acionamento. A pressão hidráulica pode ser aplicada ao êmbolo através de uma câmara vedada. A vedação dinâmica da câmara de êmbolo deve ser suficientemente robusta (por exemplo, adequadas extrusão e resistência ao desgaste) para prover a vedação apropriada durante a pressurização da câmara de êmbolo, requerida para atuar o êmbolo. Pode também ser benéfico vedar adequadamente a câmara de êmbolo, quando despressurizada, para inibir o vazamento passivo do fluido a partir da câmara, o que pode contribuir para a receptividade tornada lenta da ação de frenagem. Altas pressões e temperaturas de operação, comuns nessas aplicações, podem tornar as vedações planas ineficientes, ou necessitar de arranjos de vedação de material exótico, mas caros, que podem até mesmo provar ser inadequados.

[003] SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] Esta invenção provê um arranjo de vedação energizado, como pode ser usado para vedar câmaras de fluido pressurizadas em vários componentes de acionamento.

[005] Em um aspecto, a invenção provê um energizador anular e arranjo de vedação. A vedação pode ser disposta em torno de um eixo geométrico central e tem uma primeira superfície de vedação que se estende em uma direção radial, uma segunda superfície de vedação que se estende em uma direção axial, e um lado traseiro oposto a pelo menos uma da primeira e da segunda superfícies de vedação. O energizador anular, que pode ser feito de um material compressivo resiliente, é configurado para engatar o lado traseiro da vedação. A vedação e o energizador podem ser arranjados concentricamente em torno do eixo geométrico central, e o energizador pode engatar a vedação assimetricamente com relação a um plano radial que se estende através de um centro axial da vedação para aplicar uma força de solicitação à vedação, solicitando a primeira superfície de vedação em uma primeira direção radial e solicitando a segunda superfície de vedação em uma primeira direção axial.

[006] Em outro aspecto, a invenção provê um arranjo de atuador que pode ter uma placa de êmbolo e um êmbolo de atuador móvel ao longo de um eixo geométrico de curso com relação à placa de êmbolo. A placa de êmbolo e o êmbolo de atuador pode formar um anel anular de ajuste recíproco e arranjo de canal disposto em torno de, e relativamente móvel com relação a, o eixo geométrico de curso. Um arranjo de vedação pode ter uma vedação anular em uma ranhura anular formada no anel ou no canal. A vedação pode ter uma primeira superfície de vedação engatando uma parede da ranhura, uma segunda superfície de vedação engatando uma parede do canal, e um lado traseiro oposto a pelo menos uma da primeira e da segunda superfícies de vedação. Um energizador anular, que pode ser feito de um material compressivo resiliente, é configurado para engatar o lado traseiro da vedação. A vedação e o energizador podem ser arranjados concentricamente em torno do eixo geométrico de curso, e o energizador pode engatar a vedação assimetricamente com relação a um plano radial que se estende através de um centro axial da vedação para aplicar uma força de solicitação à vedação, solicitando a primeira superfície de vedação radialmente na direção à parede de canal e solicitando a segunda superfície de vedação axialmente na direção à parede de ranhura.

[007] Em ainda outro aspecto, a invenção provê um arranjo de atuador que pode ter uma placa de êmbolo definindo um canal anular e um êmbolo de atuador tem um anel anular móvel ao longo de um eixo geométrico de curso dentro do canal da placa de êmbolo. Um arranjo de vedação pode ter uma vedação anular em uma ranhura anular formada no anel ou no canal. A vedação pode ter uma primeira superfície de vedação engatando uma parede da ranhura, uma segunda superfície de vedação engatando uma parede do canal, e um lado traseiro oposto a pelo menos uma da primeira e da segunda superfícies de vedação. Um energizador anular, que pode ser feito de um material compressivo resiliente, é configurado para engatar o lado traseiro da vedação. A vedação e o energizador podem ser arranjados concentricamente em torno do eixo geométrico de curso, e o energizador pode engatar a vedação assimetricamente com relação a um plano radial que se estende através de um centro axial da vedação para aplicar uma força de solicitação à vedação, solicitando a primeira superfície de vedação radialmente na direção à parede de canal e solicitando a segunda superfície de vedação axialmente na direção à parede de ranhura. Pelo menos um do lado traseiro da vedação e o energizador pode ter pelo menos uma superfície de solicitação disposta assimetricamente com relação ao plano radial.

[008] Os detalhes de uma ou mais implementações ou modalidades são expostos nos desenhos anexos e na descrição abaixo. Outras características e vantagens se tornarão aparentes a partir da descrição, dos desenhos, e das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[009] A figura 1 é uma vista lateral de um veículo de trabalho de exemplo na forma de um trator agrícola, no qual pode ser implementado o arranjo de vedação energizado assimétrico descrito;

[0010] a figura 2 é uma vista recortada em perspectiva parcial, simplificada, mostrada de um conjunto de eixo para o veículo de trabalho da figura 1;

[0011] a figura 3 é uma vista secional em perspectiva de um arranjo de êmbolo de atuador associadas com o conjunto de eixo da figura 2, que inclui um arranjo de vedação energizado assimétrico, de exemplo, de acordo com esta invenção;

[0012] a figura 4 é uma vista em detalhe ampliada da área 4-4 da figura 3;

[0013] a figura 5 é uma vista em detalhe ampliada da área 5-5 da figura 4; e

[0014] a figura 6 é uma vista explodida do êmbolo de atuador e o arranjo de vedação assimétrico energizado, mostrado na figura 3.

[0015] Os mesmos símbolos de referência nos vários desenhos indicam os mesmos elementos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0016] O seguinte descreve uma ou mais modalidades de exemplo do arranjo de vedação energizado descrito, como mostrado nas figuras anexas dos desenhos descritos brevemente acima. Várias modificações nas modalidades de exemplo podem ser contempladas por uma pessoa de conhecimento na técnica.

[0017] Como notado acima, a vedação dinâmica de uma câmara de êmbolo deve ser suficientemente robusta para resistir às condições de operação de alta temperatura e alta pressão, associadas com este ambiente de trabalho. Além disso, pode ser desejável vedar a câmara de êmbolo quando a câmara de êmbolo está despressurizada para inibir ou impedir o vazamento passivo do fluido a partir da câmara de êmbolo. Vedações tradicionais podem se desgastar sob as altas temperaturas (tais como em torno de 176,67 graus Celsius (°C) (350 graus Fahrenheit (F)) e altas pressões (tais como em torno de 689,47 N/cm2 (1.000 libras por polegada quadrada (psi)), associadas com as condições de operação da câmara de êmbolo. Ainda, as vedações tradicionais podem não vedar adequadamente quando a câmara de êmbolo é despressurizada, reduzindo potencialmente assim o desempenho do êmbolo.

[0018] O uso do arranjo de vedação energizado assimétrico, descrito, pode abordar essas e várias outras questões. Por exemplo, o arranjo de vedação assimétrico pode incluir um energizador anular, que energiza ou aplica uma força de solicitação a uma vedação anular em múltiplas direções: principalmente uma direção axial e uma direção radial. Por solicitação da vedação anular nessas duas direções, a vedação anular pode permanecer assentada e vedada durante períodos quando o arranjo de atuador está operando e quando é despressurizado. Além disso, o arranjo de vedação assimétrico pode ser composto de materiais que resistem às condições de operação de alta temperatura e alta pressão, associadas com o arranjo de atuador, para permitir que a única força de solicitação aplicada pelo energizador anular permaneça amplamente a mesma sobre o tempo. O arranjo de vedação assimétrico energizado pode também incluir uma característica de chaveta definida em um êmbolo de atuador do conjunto de atuador, que assiste na solicitação do energizador anular em relação à vedação anular. O energizador anular do arranjo de vedação assimétrico, descrito, pode também ser composto de um material de durometria relativamente baixa, que facilita a montagem do arranjo de vedação assimétrico energizado enquanto provê a compressão adicional do energizador anular durante a operação para levar em conta as várias condições de operação.

[0019] Conforme usado aqui, o termo “axial” se refere a uma direção que é geralmente paralela a um eixo geométrico de rotação, eixo geométrico de simetria, ou linha central de um componente ou componentes. Por exemplo, em um cilindro ou disco com uma linha central extremidades ou faces opostas, geralmente circulares, a direção "axial" pode se referir à direção que geralmente se estende em paralelo à linha central entre as extremidades ou faces opostas. Em certos casos, o termo “axial” pode ser utilizado com relação a componentes que não são cilíndricos (ou, pelo contrário, radialmente simétricos). Por exemplo, a direção "axial" para um alojamento retangular que contém um eixo rotativo pode ser visualizada como uma direção que está geralmente em paralelo com o eixo geométrico de rotação do eixo. Além disso, o termo “radialmente", quando usado aqui, pode se referir a uma direção ou uma relação de componentes com relação a uma linha que se estende para fora linha central, eixo, ou referência similar, compartilhado, por exemplo, em um plano de um cilindro ou disco que é perpendicular à linha ou eixo central. Em certos casos, componentes podem ser visualizados como “radialmente" alinhados mesmo quando um ou ambos dos componentes possam não ser cilíndricos (ou, pelo contrário, radialmente simétricos). Além disso, os termos “axial” e “radial” (e quaisquer derivados) podem compreender relações que são diferentes das precisamente alinhadas com (por exemplo, oblíquas a) as dimensões axiais e radiais verdadeiras, desde que a relação esteja predominantemente na respectiva direção nominal axial ou radial.

[0020] Com referência agora à figura 1, um arranjo de vedação energizado assimétrico pode ser implementado com relação a uma variedade de veículos (ou outras plataformas), incluindo, por exemplo, um veículo de trabalho 10. O veículo de trabalho 10, representado aqui como um trator, pode incluir componentes de grupo motopropulsor 12, que podem incluir um motor (ou outra fonte de energia), uma transmissão, vários sistemas de controle (incluindo, por exemplo, vários dispositivos de computação, tais como um módulo de controle da linha de acionamento), e outros. O veículo de trabalho 10 pode ser configurado para acionar ou rebocar vários implementos (por exemplo, colheitadeiras, gadanheiras-enfardadeiras, semeadeiras e outros) e pode, em certas modalidades, ser configurado para prover energia para os implementos externos por intermédio de um eixo de tomada de energia (não mostrado) ou várias outras conexões de transmissão de energia (não mostradas).

[0021] Com referência também á figura 2, e como também discutida acima, os componentes de grupo motopropulsor 12 podem incluir uma fonte de energia (por exemplo, um motor de combustão interna ("CI") (não mostrado)), uma transmissão (não mostrada) e eixos de acionamento, tais como o eixo de acionamento 14. O eixo de acionamento 14 pode transmitir energia a partir da transmissão para um conjunto de eixo 16, que inclui um diferencial 18 e eixos de acionamento 20, 22 que suportam rodas de engate no solo 32 (figura 1). O diferencial 18 pode incluir engrenamento apropriado, que transfere a energia do eixo de acionamento 14 para os eixos de acionamento 20, 22, respectivamente, para acionar a rotação das rodas 32. Em um exemplo, um arranjo de atuador 24 é acoplado a cada eixo de acionamento 20, 22. Neste exemplo, o arranjo de atuador 24 pode fazer parte de um arranjo de freio 34 para aplicar uma força para impedir ou parar a rotação do respectivo eixo de acionamento 20, 22. O arranjo de atuador 24 pode ser responsivo a uma pressão de fluido, tal como uma pressão de fluido hidráulico, para mover ou acionar o freio (não mostrado). Em um exemplo, o arranjo de atuador 24 inclui uma placa de êmbolo 26, um êmbolo de atuador 28 e um arranjo de vedação 30. Como o arranjo de atuador 24 é substancialmente simétrico com relação ao eixo geométrico central A do conjunto de eixo 16, somente o arranjo de atuador 24 associado com o eixo de acionamento 22 será descrito aqui, por clareza, com o entendimento de que o arranjo de atuador 24 associado com o eixo de acionamento 20 pode ser o mesmo ou substancialmente similar.

[0022] Além disso, será entendido que os locais e interconexões dos vários componentes na figura 2 são apresentados como parte de uma configuração de exemplo e que várias outras configurações podem ser possíveis. Por exemplo, vários arranjos de atuador 24 podem não estar fisicamente incluídos no conjunto de eixo 16, embora eles possam cooperar com porções do conjunto de eixo 16, tais como os eixos de acionamento 20, 22. Similarmente, o conjunto de eixo 16 pode ser arranjado com um número de configurações e, em certas modalidades, pode representar somente um de múltiplos conjuntos de eixo, associados com o veículo de trabalho 10. Em certas modalidades, o veículo de trabalho 10 pode incluir uma variedade de outros veículos de trabalho (ou de não trabalho). Será entendido que aspectos desta invenção podem também se beneficamente implementados com relação a arranjos de atuador de não veículos, que requerem vedação.

[0023] Com referência à figura 3, a placa de êmbolo 26 é substancialmente anular, e inclui um primeiro lado 32 e um segundo lado 34. Um orifício passante 36 é definido através do primeiro lado 32 e do segundo lado 34 para permitir que o respectivo eixo de acionamento 20, 22 seja acoplado ao diferencial 18. O segundo lado 34 da placa de êmbolo 26 é substancialmente plano; todavia, o segundo lado 34 pode ter qualquer formato desejado. O primeiro lado 32 pode ter um rebaixo 38, uma superfície 40 e uma ranhura 42. O rebaixo 38 é geralmente definido através do primeiro lado 32 para a superfície 40 e pode incluir uma ou mais características, tais como rampas 44, para guiar o movimento do êmbolo de atuador 28 em relação à placa de êmbolo 26. Deve ser notado que o uso das rampas 44 para guiar o movimento do êmbolo de atuador 28 é meramente um exemplo, pois a placa de êmbolo 26 pode definir qualquer característica ou superfície de cooperação desejada para guiar o movimento do êmbolo de atuador 28 em relação à placa de êmbolo 26. O rebaixo 38 geralmente se estende em torno de um perímetro ou circunferência da placa de êmbolo 26 para definir um trajeto para o êmbolo de atuador 28.

[0024] A superfície 40 geralmente se estende entre a ranhura 42 e uma parede 38a do rebaixo 38. A superfície 40 define um canal anular 46. O canal anular 46 é definido através da superfície 40 em torno de um perímetro ou circunferência da superfície 40 de forma que o canal anular 46 geralmente se estenda substancialmente em torno de uma totalidade da placa de êmbolo 26. Em um exemplo, com referência à figura 4, o canal anular 46 tem paredes laterais substancialmente paralelas 48, 49; todavia, o canal anular 46 pode ter qualquer formato desejado. Uma ou mais das paredes laterais 48, 49 pode incluir um chanfro para dentro 48a, o qual ajuda na recepção da porção do êmbolo de atuador 28 dentro do canal anular 46. Deve ser notado que, embora uma única parede lateral 48 seja ilustrada aqui como incluindo uma condução no chanfro, ambas das paredes laterais 48, 49 podem incluir o chanfro para dentro. O canal anular 46 pode estar em comunicação com um ou mais orifícios 26a definidos através da placa de êmbolo 26 para receber um fluido, incluindo, mas não limitado a, um fluido hidráulico.

[0025] Com referência às figuras 2 e 3, o êmbolo de atuador 28 é móvel em relação à placa de êmbolo 26 ao longo de um eixo geométrico de curso SA, que é substancialmente paralelo a um eixo geométrico longitudinal L do conjunto de eixo 16 (figura 2). Com referência à figura 3, a placa de êmbolo 26 inclui um cabeçote 50 e uma base 52. O cabeçote 50 é voltado para a superfície 40 da placa de êmbolo 26, com a base 52 substancialmente oposta ao cabeçote 50. A base 52, neste exemplo, é substancialmente plana. O cabeçote 50 inclui um anel anular 54. O anel anular 54 se estende para fora a partir de uma superfície 50a do cabeçote 50 e é dimensiona para ser pelo menos parcialmente recebido dentro do canal anular 46 da placa de êmbolo 26. Em um exemplo, o anel anular 54 se ajusta dentro do canal anular 46 com uma folga de interstício, por exemplo, de em torno de 150 até em torno de 200 micrômetros (μ m). O anel anular 54 se estende substancialmente em torno de um perímetro ou circunferência da superfície 50a de forma que o anel anular 54 se estenda substancialmente em torno de uma totalidade do cabeçote 50.

[0026] Com referência à figura 4, o anel anular 54 inclui uma primeira superfície 56 e uma segunda superfície 58, que se estendem a partir de uma raiz 54a até uma ponta 54b do anel anular 54. A primeira superfície 56 é espaçada a partir da segunda superfície 58 ao longo de um diâmetro do anel anular 54. A primeira superfície 56 é posicionada adjacente à parede lateral 49 do canal anular 46 e a segunda superfície 58 é posicionada adjacente à parede lateral 48 do canal anular 46 quando o anel anular 54 é recebido dentro do canal anular 46. Em um exemplo, a primeira superfície 56 define um primeiro rebaixo anular 60. O primeiro rebaixo anular 60 coopera com a parede lateral 49 do canal anular 46 para definir uma primeira ranhura anular, geralmente designada com 62, para receber do arranjo de vedação 30. O primeiro rebaixo anular 60 inclui uma primeira parede 64 espaçada a partir de uma segunda parede 66 e acoplada conjuntamente por intermédio da superfície 67. A primeira parede 64 inclui uma superfície chanfrada 64a adjacente à superfície 67. A primeira parede 64 e a superfície chanfrada 64a contatam uma porção do arranjo de vedação 30 para orientar o arranjo de vedação 30 dentro do primeiro rebaixo anular 60. Geralmente, a superfície chanfrada 64a tem uma superfície oblíqua que se estende obliquamente com relação a um plano radial R definido através de um centro axial AC da vedação anular 102 (figura 5).

[0027] Em certas modalidades, a segunda parede 66 pode incluir uma característica de chaveta 66a e uma estante ou porção elevada 66b. A segunda parede 66, a característica de chaveta 66a e a porção elevada 66b contatam a porção do arranjo de vedação 30 para orientar o arranjo de vedação 30 dentro do primeiro rebaixo anular 60. A superfície 67 forma uma superfície de base do primeiro rebaixo anular 60. Deve ser notado que uma ou mais da superfície chanfrada 64a, da característica de chaveta 66a e da porção elevada 66b podem ser eliminadas ou conformadas diferentemente dentro do primeiro rebaixo anular 60 para assistir na orientação do arranjo de vedação 30 dentro do primeiro rebaixo anular 60.

[0028] A segunda superfície 58 define um segundo rebaixo anular 68. O segundo rebaixo anular 68 é geralmente definido de forma a ser deslocado a partir do primeiro rebaixo anular 60 ao longo de um eixo geométrico longitudinal LR do anel anular 54. O deslocamento entre o primeiro rebaixo anular 60 e o segundo rebaixo anular 68 permite que um único arranjo de vedação 30 entre no canal anular 46 de uma vez, o que pode reduzir o desgaste ou dano ao arranjo de vedação 30 e reduzir a força requerida para montar o êmbolo de atuador 28 na placa de êmbolo 26. O segundo rebaixo anular 68 coopera com a parede lateral 48 do canal anular 46 para definir uma segunda ranhura anular, geralmente designada como 70, para receber do arranjo de vedação 30. O segundo rebaixo anular 68 inclui uma primeira parede 72 espaçada a partir de uma segunda parede 74 e acoplada conjuntamente por intermédio da superfície 76. A primeira parede 72 inclui uma superfície chanfrada 72a adjacente à superfície 76. A primeira parede 72 e a superfície chanfrada 72a contatam a porção do arranjo de vedação 30 para orientar o arranjo de vedação 30 dentro do segundo rebaixo anular 68. Geralmente, a superfície chanfrada 72a tem uma superfície oblíqua que se estende obliquamente com relação ao plano radial R.

[0029] Em certas modalidades, a segunda parede 74 pode incluir uma característica de chaveta 74a e a porção elevada 74b. A característica de chaveta 74a e a porção elevada 74b contatam a porção do arranjo de vedação 30 para orientar o arranjo de vedação 30 dentro do segundo rebaixo anular 68. A superfície 76 forma uma superfície de base do segundo rebaixo anular 68. Deve ser notado que uma ou mais da superfície chanfrada 72a, da característica de chaveta 74a e da porção elevada 74b podem ser eliminadas ou conformadas diferentemente dentro do segundo rebaixo anular 68 para assistir na orientação do arranjo de vedação 30 dentro do segundo rebaixo anular 68.

[0030] A raiz 54a do anel anular 54 é adjacente, e acoplada, à superfície 50a do cabeçote 50. A ponta 54b forma uma extremidade mais distal do anel anular 54. Geralmente, o primeiro rebaixo anular 60 é definido em maior proximidade à ponta 54b ao longo de um comprimento axial do anel anular 54 do que o segundo rebaixo anular 68. Em um exemplo, o anel anular 54 tem uma primeira largura W1 na raiz 54a, e uma segunda largura W2 na ponta 54b. A primeira largura W1 pode ser diferente da segunda largura W2, e, em um exemplo, a primeira largura W1 é maior do que a segunda largura W2 para assistir no movimento do anel anular 54 dentro do canal anular 46.

[0031] O arranjo de vedação 30 é recebido dentro de cada uma da primeira ranhura anular 62 e da segunda ranhura anular 70. A este respeito, o arranjo de atuador 24 geralmente inclui dois arranjos de vedação 30, um primeiro arranjo de vedação 30a recebido na primeira ranhura anular 62 e um segundo arranjo de vedação 30b recebido na segunda ranhura anular 70. O primeiro arranjo de vedação 30a e o segundo arranjo de vedação 30b são geralmente simétricos com relação ao eixo geométrico longitudinal LP do anel anular 54. Cada um do primeiro e do segundo arranjos de vedação 30b inclui um energizador anular 100 e uma vedação anular 102. Com referência à figura 3, o energizador anular 100 e a vedação anular 102 de cada um do primeiro e do segundo arranjos de vedação 30b são dispostos concentricamente em torno do eixo geométrico de curso SA. Como o primeiro arranjo de vedação 30a pode ser o mesmo ou substancialmente similar ao segundo arranjo de vedação 30b, somente o primeiro arranjo de vedação 30a será discutido em detalhe abaixo.

[0032] O energizador anular 100 provê uma força de solicitação contra a vedação anular 102 para energizar a vedação anular 102. Geralmente, com referência à figura 5, o energizador anular 100 mantém uma força radial FR e uma força axial FA contra a vedação anular 102 para vedar ao longo do canal anular 46 durante várias condições de operação associadas com o arranjo de atuador 24. O uso do energizador anular 100 também reduz ou impede o vazamento passivo em torno do anel anular 54 quando a pressão do fluido é reduzida.

[0033] Em um exemplo, o energizador anular 100 é feito de um material compressivo resiliente, tal como de uma borracha sintética Viton® e elastômero de fluoropolímero, comercialmente disponíveis de E. I. du Pont de Nemours and Company de Delaware, EUA. Deve ser notado que, embora o energizador anular 100 seja descrito aqui como compreendendo um material polimérico, o energizador anular 100 pode compreender uma mola de metal, tal como uma mola de lâmina, arruela de Belleville, etc. Em uma modalidade, o energizador anular 100 tem uma baixa durometria, de forma que o energizador anular 100 atue como uma mola macia enquanto aplica a força de solicitação à vedação anular 102. Por atuar como uma mola macia, o energizador anular 100 reduz a força requerida para montar o êmbolo de atuador 28 na placa de êmbolo 26, e permite a compressão adicional do energizador anular 100 durante a operação do arranjo de atuador 24.

[0034] O energizador anular 100 é recebido dentro da primeira ranhura anular 62 de forma que o energizador anular 100 contate a primeira parede 64, a superfície chanfrada 64a e a superfície 67. A superfície chanfrada 64a assiste no solicitação do energizador anular 100 contra a vedação anular 102, e a característica de chaveta 66a posiciona um centro C do energizador anular 100 em um lado oposto do plano radial R. A este respeito, quando a característica de chaveta 66a é posicionada em um primeiro lado axial R1 do plano radial R, a característica de chaveta 66a posiciona o centro C do energizador anular 100 em um segundo lado axial oposto R2 do plano radial R. A superfície chanfrada 64a atua como a superfície de solicitação para tensionar o energizador anular 100 na direção para o segundo lado axial R2 do plano radial R.

[0035] Geralmente, o energizador anular 100 tem uma seção transversal radial substancialmente circular ou em forma de O, tal como um anel em O, todavia; será entendido que o energizador anular 100 pode ter qualquer seção transversal radial apropriada para aplicar uma força compressiva à vedação anular 102. Por exemplo, o energizador anular 100 pode ter uma seção transversal radial em forma de X, similar a uma vedação quadrada, ou a seção transversal do energizador anular 100 pode incluir uma ou mais superfícies planas para facilitar a montagem do energizador anular 100 dentro da primeira ranhura anular 62. Como um outro exemplo, o energizador anular 100 pode incluir uma ou mais superfícies oblíquas, que são arranjadas de forma a ser oblíquas ao plano radial R definido através de um centro axial AC da vedação anular 102. O energizador anular 100 é formado e configurado para ser recebido dentro da primeira ranhura anular 62 de forma a se estenderem torno de uma totalidade do anel anular 54, como ilustrado na figura 6.

[0036] Com referência à figura 5, a vedação anular 102 VEDA contra o canal anular 46. Geralmente, a vedação anular 102 é recebida dentro da primeira ranhura anular 62 e é acoplada ao energizador anular 100 de forma a receber a força de solicitação a partir do energizador anular 100. Em várias modalidades, a vedação anular 102 pode ser composta de um material polimérico, incluindo, mas não limitado a, uma borracha de acrilonitrilo butadieno hidrogenado (HNBR). A vedação anular 102 é geralmente assimétrica com relação ao plano radial R definido através do centro axial AC (ver a figura 6) da vedação anular 102. O formato assimétrico da vedação anular 102 permite que o energizador anular 100 engate a vedação anular 102 assimetricamente com relação ao plano radial R para aplicar uma força de solicitação à vedação anular 102 em duas direções, mais especificamente, uma direção radial e uma direção axial. Em um exemplo, a vedação anular 102 inclui uma primeira superfície de vedação 104, uma segunda superfície de vedação 106 e uma terceira superfície, ou lado traseiro, 108. A vedação anular 102 é disposta em torno de um eixo geométrico central ou linha central CL (ver a figura 6).

[0037] Com referência à figura 5, a primeira superfície de vedação 104 é acoplada a, ou engata a, segunda parede 66 do primeiro rebaixo anular 60 quando o primeiro arranjo de vedação 30a é acoplado à primeira ranhura anular 62. Em um exemplo, a primeira superfície de vedação 104 é substancialmente plana ou chata, de forma que a primeira superfície de vedação 104 contata completamente a segunda parede 66 para prover contato de superfície com superfície. A primeira superfície de vedação 104 se estende em uma direção radial com relação ao eixo geométrico central ou linha central CL da vedação anular 102. A primeira superfície de vedação 104 é conectada à segunda superfície de vedação 106 por intermédio de uma superfície chanfrada 110.

[0038] A segunda superfície de vedação 106 é acoplada a, ou engata a, parede lateral 49 do canal anular 46 quando o primeiro arranjo de vedação 30a é acoplado à primeira ranhura anular 62. Em um exemplo, a segunda superfície de vedação 106 é substancialmente plana ou chata, de forma que a segunda superfície de vedação 106 contata completamente a parede lateral 49 para prover contato de superfície com superfície. A segunda superfície de vedação 106 se estende em uma direção axial com relação ao eixo geométrico central ou linha central CL da vedação anular 102. A segunda superfície de vedação 106 é conectada ao lado traseiro 108 por intermédio de uma primeira superfície inclinada 112 e uma superfície plana 114.

[0039] O lado traseiro 108 inclui uma primeira superfície 116, uma superfície de solicitação ou segunda superfície 118 e uma terceira superfície 120. O lado traseiro 108 é geralmente oposto pelo menos a uma de ou ambas da primeira superfície de vedação 104 e da segunda superfície de vedação 106. A primeira superfície 116 é acoplada à superfície plana 114 e à segunda superfície 118. A primeira superfície 116 se estende substancialmente paralela à segunda superfície de vedação 106. A primeira superfície 116 se estende por um comprimento menor do que um comprimento da segunda superfície de vedação 106. Geralmente, a primeira superfície 116 inclui uma superfície axial adjacente à segunda superfície 118 a uma distancia radial mais distante do eixo geométrico central ou linha central CL do que a segunda superfície 118.

[0040] A segunda superfície 118 é obliqua ou angulada e é acoplada entre a primeira superfície 116 e a terceira superfície 120. Em um exemplo, a segunda superfície 118 se estende de forma a ser oblíqua com relação ao plano radial RA. A segunda superfície 118 também geralmente se estende ao longo de um eixo geométrico de TA transversal ao plano radial RA. A segunda superfície 118 se estende de forma que o eixo geométrico TA definido ao longo da segunda superfície 118 seja transversal a um eixo geométrico e definido ao longo da primeira superfície 116 e um eixo geométrico e definido ao longo da terceira superfície 120. A segunda superfície 118 é também substancialmente assimétrica com relação ao plano radial RA. A segunda superfície 118 é acoplado a, ou engata com, o energizador anular 100 para receber a força de solicitação. Como a segunda superfície 118 é obliqua, a força de solicitação recebida a partir do energizador anular 100 é distribuída tanto na direção axial quanto na direção radial de forma que a primeira superfície de vedação 104 seja tensionada para vedar contra a segunda parede 66 da primeira ranhura anular 62 e a segunda superfície de vedação 106 é tensionada para vedar contra a parede lateral 49 do canal anular 46.

[0041] A terceira superfície 120 é acoplada a, e contata a, porção elevada 66b da segunda parede 66 quando a vedação anular 102 é recebida dentro da primeira ranhura anular 62. A terceira superfície 120 se estende substancialmente paralela à porção elevada 66b para prover contato de superfície com superfície entre a terceira superfície 120 e a porção elevada 66b. A terceira superfície 120 é substancialmente plana ou chata.

[0042] A fim de montar o êmbolo de atuador 28 na placa de êmbolo 26, em um exemplo, o energizador anular 100 do primeiro arranjo de vedação 30a é posicionado dentro do primeiro rebaixo anular 60 de forma que o energizador anular 100 contate a superfície chanfrada 64a. A característica de chaveta 66a posiciona o centro do energizador anular 100 no segundo lado axial oposto do plano radial RA. A vedação anular 102 é posicionada dentro do primeiro rebaixo anular 60 sobre o energizador anular 100 de forma que a primeira superfície de vedação 104 contata a segunda parede 66 do primeiro rebaixo anular 60 e a terceira superfície 120 do lado traseiro 108 contata a porção elevada 66b. Com referência à figura 4, o energizador anular 100 do segundo arranjo de vedação 30b é posicionado dentro do segundo rebaixo anular 68 de forma que o energizador anular 100 contata a superfície chanfrada 72a. A vedação anular 102 é posicionada dentro do segundo rebaixo anular 68 sobre o energizador anular 100 de forma que a primeira superfície de vedação 104 contata a segunda parede 74 do segundo rebaixo anular 68 e o lado traseiro 108 contata a porção elevada 74b.

[0043] Com o primeiro arranjo de vedação 30a e o segundo arranjo de vedação 30b acoplados ao canal anular 46 do êmbolo de atuador 28, o êmbolo de atuador 28 pode ser acoplado à placa de êmbolo 26. O êmbolo de atuador 28 é acoplado à placa de êmbolo 26 de forma que o anel anular 54 se ajuste dentro do canal anular 46. O posicionamento do anel anular 54 dentro do canal anular 46 comprime o energizador anular 100. A compressão do energizador anular 100 gera a força de solicitação. Com referência à figura 5, devido à segunda superfície oblíqua 118 do lado traseiro 108, a força de solicitação a partir do energizador anular 100 é dirigida em uma direção radial (força radial FR) para vedar a segunda superfície de vedação 106 contra a parede lateral 49 do canal anular 46 e uma direção axial (força axial FA) para vedar a primeira superfície de vedação 104 contra a segunda parede 66 do canal anular 46. A direção radial da força radial FR é radialmente para fora a partir do eixo geométrico central CL. Similarmente, a força de solicitação do energizador anular 100, associada com o segundo arranjo de vedação 30b, é dirigida em uma direção radial para vedar a segunda superfície de vedação 106 contra a parede lateral 48 do canal anular 46 e uma direção axial para vedar a primeira superfície de vedação 104 contra a segunda parede 74 do canal anular 46. Assim, os arranjos de vedação 30a, 30b vedam tanto contra o canal anular 46 quanto contra o anel anular 54 e permanecem energizados sem a aplicação de pressão do fluido para impedir ou eliminar vazamento passivo. Quando pressurizado por um fluido hidráulico, o fluido hidráulico atua para assentar os arranjos de vedação 30a, 30b contra o canal anular 46 e a respectiva uma da primeira ranhura anular 62 e da segunda ranhura anular 70. A este respeito, com referência à figura 4, o fluido hidráulico pode entrar através do orifício 26a e aplicar uma força de fluido FF contra os arranjos de vedação 30a, 30b, solicitando assim as vedações anulares 102 de cada um dos arranjos de vedação 30a, 30b. Em uma direção da força de fluido FF contra o canal anular 46 e a respectiva uma da primeira ranhura anular 62 e da segunda ranhura anular 70.

[0044] Quando usadas aqui, a menos que limitadas ou modificadas pelo contrário, listas com elementos que são separados por termos conjuntivos (por exemplo, “e”) e que são também precedidos pela frase “um ou mais de” ou “pelo menos um de” indicam configurações ou arranjos que potencialmente incluem elementos individuais da lista, ou qualquer combinação dos mesmos. Por exemplo, “pelo menos um de A, B, e C” ou “um ou mais de A, B, e C” indica as possibilidades de somente A, somente B, somente C, ou qualquer combinação de dois ou mais de A, B e C (por exemplo, A e B; B e C; A e C; ou A, B e C).

[0045] A terminologia usada aqui é somente para a finalidade de descrição das modalidades particulares e não é destinada a ser limitativa da invenção. Quando usada aqui, as formas singulares “um”, “uma” e “o”, "a" são destinadas a incluir também as formas plurais, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Será ainda entendido que qualquer uso dos termos “compreende” e/ou “compreendendo” nesta descrição especifica a presença das mencionadas características, integradores, etapas, operações, elementos, e/ou componentes, mas não excluem a presença ou a adição de uma ou mais outras características, integradores, etapas, operações, elementos, componentes, e/ou grupos dos mesmos.

[0046] A descrição da presente invenção foi apresentada para finalidades de ilustração e descrição, mas não é destinada a ser exaustiva ou limitada à invenção na forma descrita. Muitas modificações e variações serão aparentes para aqueles de conhecimento comum na técnica sem fugir do escopo e espírito da invenção. As modalidades explicitamente referenciadas aqui foram escolhidas e descritas a fim de mais bem explicar os princípios da invenção e sua aplicação prática, e para permitir que outros de conhecimento comum na técnica compreendam a invenção e reconheçam muitas alternativas, modificações, e variações no(s) exemplo(s) descrito(s). Consequentemente, várias implementações diferentes daquelas explicitamente descritas estão dentro do escopo das reivindicações.

Claims

1. Arranjo de vedação (30) para vedar uma ranhura (42) em um componente de êmbolo, caracterizado pelo fato de que compreende: uma vedação anular (102) disposta em torno de um eixo geométrico central, a vedação tendo uma primeira superfície de vedação (104) que se estende em uma direção radial com relação ao eixo geométrico central, uma segunda superfície de vedação (106) que se estende em uma direção axial com relação ao eixo geométrico central, e um lado traseiro (108) oposto a pelo menos uma da primeira e da segunda superfícies de vedação; e um energizador anular (100) feito de um material compressivo resiliente e configurado para engatar o lado traseiro (108) da vedação; em que a vedação e o energizador são arranjados concentricamente em torno do eixo geométrico central e o energizador engata a vedação assimetricamente com relação a um plano radial que se estende através de um centro axial da vedação para aplicar uma força de solicitação à vedação, solicitando a primeira superfície de vedação (104) em uma primeira direção radial e solicitando a segunda superfície de vedação (106) em uma primeira direção axial; e em que o lado traseiro (108) da vedação inclui pelo menos uma superfície de solicitação incluindo uma superfície angulada obliquamente que se estende obliquamente com relação a e interceptada pelo plano radial; em que o lado traseiro (108) da vedação inclui uma superfície axial adjacente à superfície oblíqua em cada lado do plano radial; em que a ranhura (42) inclui uma característica de chaveta (66a, 74a) posicionada em um primeiro lado axial do plano radial posicionando um centro do energizador para um segundo lado axial oposto do plano radial; e em que a ranhura (42) inclui uma superfície de solicitação no segundo lado axial do plano radial definido por uma superfície oblíqua que se estende obliquamente com relação ao plano radial.

2. Arranjo de vedação (30) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma superfície de solicitação no lado traseiro (108) da vedação é disposta assimetricamente com relação ao plano radial.

3. Arranjo de vedação (30) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma das superfícies axiais adjacentes à superfície oblíqua está a uma distância radial mais afastada da linha central do que a superfície oblíqua.

4. Arranjo de vedação (30) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o energizador tem uma seção transversal radial circular.

5. Arranjo de vedação (30) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira direção radial é radialmente para fora a partir do eixo geométrico central.

6. Arranjo de atuador (24), caracterizado pelo fato de que compreende: uma placa de êmbolo (26); um êmbolo de atuador (28) móvel ao longo de um eixo geométrico de curso com relação à placa de êmbolo (26), a placa de êmbolo (26) e o êmbolo de atuador (28) formando um anel anular (54) de ajuste recíproco e arranjo de canal disposto em torno e relativamente móvel com relação ao eixo geométrico de curso; e um arranjo de vedação (30), incluindo: uma vedação anular (102) em uma ranhura anular formada em um do anel e do canal, a vedação tendo uma primeira superfície de vedação (104) engatando uma parede da ranhura e uma segunda superfície de vedação (106) engatando uma parede do canal, a vedação tendo um lado traseiro (108) oposto a pelo menos uma da primeira e da segunda superfícies de vedação; e um energizador anular (100) feito de um material compressivo resiliente e configurado para engatar o lado traseiro (108) da vedação; em que a vedação e o energizador são arranjados concentricamente em torno do eixo geométrico de curso e o energizador engata a vedação assimetricamente com relação a um plano radial que se estende através de um centro axial da vedação para aplicar uma força de solicitação à vedação, solicitando a primeira superfície de vedação (104) radialmente na direção à parede de canal e solicitando a segunda superfície de vedação (106) axialmente na direção à parede de ranhura; em que a ranhura (42) inclui uma característica de chaveta (66a, 74a) posicionada em um primeiro lado axial do plano radial posicionando um centro do energizador para um segundo lado axial oposto do plano radial; e em que a ranhura (42) inclui uma superfície de solicitação no segundo lado axial do plano radial definido por uma superfície oblíqua que se estende obliquamente com relação ao plano radial.

7. Arranjo de atuador (24) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o lado traseiro (108) da vedação tem pelo menos uma superfície de solicitação disposta assimetricamente com relação ao plano radial.

8. Arranjo de atuador (24) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma superfície de solicitação inclui uma superfície oblíqua que se estende obliquamente com relação ao plano radial.

9. Arranjo de atuador (24) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o lado traseiro (108) da vedação inclui uma superfície axial adjacente à superfície oblíqua a uma distância radial mais distante da linha central do que a superfície oblíqua.

10. Arranjo de atuador (24) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um segundo arranjo de vedação (30b); e em que um do anel e do canal define uma segunda ranhura anular (70) na qual o segundo arranjo de vedação (30b) é disposto concentricamente em torno do eixo geométrico de curso com o arranjo de vedação (30).

11. Arranjo de atuador (24) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o êmbolo de atuador (28) define o anel e a placa de êmbolo (26) define o canal.

12. Arranjo de atuador (24), caracterizado pelo fato de que compreende: uma placa de êmbolo (26) definindo um canal anular (46); um êmbolo de atuador (28) móvel ao longo de um eixo geométrico de curso com relação à placa de êmbolo (26), o êmbolo de atuador (28) tendo um anel anular (54) móvel dentro do canal da placa de êmbolo (26); e um arranjo de vedação (30), incluindo: uma vedação anular em uma ranhura anular formada em um do anel e do canal, a vedação tendo uma primeira superfície de vedação (104) engatando uma parede da ranhura e uma segunda superfície de vedação (106) engatando uma parede do canal, a vedação tendo um lado traseiro (108) oposto a pelo menos uma da primeira e da segunda superfícies de vedação; e um energizador anular (100) feito de um material compressivo resiliente e configurado para engatar o lado traseiro (108) da vedação; em que a vedação e o energizador são arranjados concentricamente em torno do eixo geométrico de curso e o energizador engata a vedação assimetricamente com relação a um plano radial que se estende através de um centro axial da vedação para aplicar uma força de solicitação à vedação, solicitando a primeira superfície de vedação (104) radialmente na direção à parede de canal e solicitando a segunda superfície de vedação (106) axialmente na direção à parede de ranhura; em que o lado traseiro (108) da vedação tem pelo menos uma superfície de solicitação disposta assimetricamente com relação ao plano radial; em que a ranhura (42) inclui uma característica de chaveta (66a, 74a) posicionada em um primeiro lado axial do plano radial posicionando um centro do energizador para um segundo lado axial oposto do plano radial; e em que a ranhura (42) inclui uma superfície de solicitação no segundo lado axial do plano radial definido por uma superfície oblíqua que se estende obliquamente com relação ao plano radial.

13. Arranjo de atuador (24) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma superfície de solicitação inclui uma superfície oblíqua que se estende obliquamente com relação ao plano radial.

14. Arranjo de atuador (24) de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o lado traseiro (108) da vedação inclui uma superfície axial adjacente à superfície oblíqua a uma distancia radial mais afastada da linha central do que a superfície oblíqua.

15. Arranjo de atuador (24) de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o energizador tem uma seção transversal radial circular.