BRPI0707749B1

BRPI0707749B1 - Selo dinâmico bidirecional

Info

Publication number: BRPI0707749B1
Application number: BRPI0707749-1A
Authority: BR
Inventors: Alexander Berdichevsky
Original assignee: Freudenberg-Nok General Partnership
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2021-09-08
Also published as: EP2027404A2; WO2007095208A2; KR20080097455A; CN101415974B; BRPI0707749A2; EP2027404A4; CN101415974A; WO2007094440A1; US7494130B2; US20070187904A1; KR101262434B1; WO2007095208A3; JP2009526951A

Abstract

modelo bidirecional para selos dinâmicos. um selo dinâmico bidirecional proporciona vantajosamente o retorno de lubrificante capturado para o lado de lubrificante, independentemente de uma direção de rotação relativa entre o selo e o eixo. o selo utiliza um modelo de elementos de bombeamento simétricos, para facilitar o bombeamento hidrodinâmico do lubrificante capturado, em resposta à rotação relativa. os elementos de bombeamento simétricos têm pontos de terminação que contêm a borda de selo do selo. o selo pode utilizar elementos de bombeamento secundários que se comunica com os elementos de bombe- amento primários a fim de capturar lubrificante que não é capturado pelos elementos de bombeamento primérios.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a selos dinâmicos e, mais particularmente, a modelos de bombeamento bidirecionais para selos dinâmicos.

ANTECEDENTES E RESUMO DA INVENÇÃO

[0002] Os selos de eixos rotativos têm sido usados em maquinaria, na indústria automotiva, bem como em outras indústrias. Por exemplo, essas aplicações podem incluir o uso em transmissões, pinhões, engrenagens, eixos mecânicos etc., que requerem um selo dinâmico de funcionamento simétrico (isto é, o selo deve funcionar efetivamente em ambas as direções de rotação do eixo). O selo tem um lado de ar e um lado de lubrificante. O selo ajuda a manter o lubrificante (por exemplo, óleo) no lado de lubrificante. O lubrificante pode, no entanto, vazar de um lado lubrificado para o lado não lubrificado (ar), por interação da substância ativa do selo com o eixo. As ranhuras espirais ou as nervuras embutidas (a seguir referidas coletivamente como ranhuras) dispostas no lado ativo do selo capturam o lubrificante vazado e bombeiam hidrodinamicamente o lubrificante de volta para o lado lubrificado, devido à rotação relativa entre o selo e o eixo sobre em torno do qual o selo é disposto.

[0003] Tipicamente, as ranhuras são dispostas em uma configuração espiral ou helicoidal no lado de contato com o eixo do selo. Para permitir bombeamento hidrodinâmico do lubrificante capturado, as ranhuras se espiralam ao longo da superfície ativa do selo, em direções opostas, para acomodar a rotação relativa entre o eixo e o selo, independentemente da direção da rotação relativa. As ranhuras são abertas no lado de lubrificante do selo e se comunicam com o lubrificante nele. Com as ranhuras tendo ficado abertas no lado do lubrificante do selo, são criados problemas potenciais. Por exemplo, vazamentos de óleo estático podem se desenvolver. Adicionalmente, vazamento de ar durante teste de pressurização do maquinário no qual o selo está sendo usado, ao final do estágio de montagem, também podem ocorrer. Consequentemente, seria vantajoso proporcionar um selo dinâmico tendo um modelo bidirecional nele, para capturar lubrificante que vaza após a borda do selo e retorna o mesmo para o lado de lubrificante do selo. Além do mais, seria vantajoso se esse selo dinâmico minimizasse e/ou evitasse as deficiências mencionadas acima.

[0004] Um selo dinâmico de acordo com os princípios da presente invenção proporciona vantajosamente o retorno de lubrificante capturado para o lado de lubrificante, independentemente da direção da rotação relativa entre o selo e o eixo. O selo usa elementos de bombeamento simétricos para facilitar o bombeamento hidrodinâmico do lubrificante capturado, em resposta à rotação relativa. Os elementos de bombeamento simétricos têm pontos terminais, que param antes da borda de selo do selo. O selo pode utilizar elementos de bombeamento secundários, que se comunicam com os elementos de bombeamento, para capturar lubrificante que não é capturado pelos elementos de bombeamento primários. Os elementos de bombeamento de estágios secundários capturam o excesso de lubrificante e o transferem o lubrificante para os elementos de bombeamento de estágios primários, para bombeamento hidrodinâmico subsequente de volta para o lado de lubrificante do selo.

[0005] Em um aspecto da presente invenção, um selo dinâmico bidirecional inclui um lado de lubrificante e um lado de não-lubrificante. Há uma parte selante tendo uma superfície ativa que se comunica com o lado de não-lubrificante e uma borda de selo em uma das suas extremidades. A borda de selo fica voltada para o lado de lubrificante. A borda de selo define uma abertura na qual um eixo pode ser disposto. A superfície ativa é operante para acoplamento com selagem contra um eixo disposto na abertura. Vários elementos de bombeamento se estendem ao longo da superfície ativa. Os elementos de bombeamento param antes da borda de selo e há uma barragem estática entre eles. Os elementos de bombeamento são operantes para capturar lubrificante que vaza depois da borda de selo e bombeiam o lubrificante capturado no sentido da borda de selo, depois da barragem estática e de volta para o lado de lubrificante, devido à rotação relativa entre a superfície ativa e o eixo disposto na abertura. O bombeamento ocorre independentemente de uma direção da rotação relativa.

[0006] Em outro aspecto da presente invenção, um selo dinâmico bidirecional inclui uma superfície ativa operante para acoplamento e formação de um selo contra um eixo. Há uma borda de selo que define uma abertura, que é operante para receber um eixo. Um modelo de bombeamento de fluido bidirecional é localizado na superfície ativa, e é operante para capturar lubrificante que vaza depois da borda de selo, e bombeia o lubrificante capturado para um lado de lubrificante. O modelo de bombeamento inclui vários elementos de bombeamento primários, que se estendem ao longo da superfície ativa. Cada elemento de bombeamento primário tem um par de pontos de terminação, adjacente à borda de selo. Cada elemento de bombeamento primário tem um ponto de indução distante da borda de selo. O modelo de bombeamento também inclui vários elementos de bombeamento secundários estendendo-se ao longo da superfície ativa. Os elementos de bombeamento primários são dispostos entre os elementos de bombeamento secundários e a borda de selo. Os elementos de bombeamento secundários são operantes para capturar lubrificante que vaza depois dos elementos de bombeamento primários e direcionam o lubrificante capturado para os pontos de indução dos elementos de bombeamento primários.

[0007] Em mais um outro aspecto da presente invenção, um método de retorno de lubrificante que vaza depois de uma borda de selo de um selo em um eixo, de volta para o lado de lubrificante do selo, é descrito. O método inclui (1) capturar o lubrificante que vaza depois da borda de selo com vários elementos de bombeamento primários, em uma superfície ativa do selo; (2) capturar o lubrificante que vaza depois dos elementos de bombeamento primários com vários elementos de bombeamento secundários na superfície ativa do selo, os elementos de bombeamento primários sendo dispostos entre a borda de selo e os elementos de bombeamento secundários; (3) transferir o lubrificante capturado nos elementos de bombeamento secundários para os pontos de indução dos elementos de bombeamento primários; e (4) bombear o lubrificante capturado por e/ou transferido para os elementos de bombeamento primários para o lado de lubrificante do selo, com rotação relativa entre a superfície ativa do selo e o eixo, independentemente de uma direção da rotação relativa.

[0008] Outras áreas de aplicabilidade da presente invenção vão ficar evidentes da descrição detalhada proporcionada abaixo. Deve-se entender que a descrição detalhada e os exemplos específicos, ainda que indicando a concretização preferida da invenção, são intencionados para fins apenas ilustrativos e não são intencionados para limitar o âmbito da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] A presente invenção vai ser entendida mais inteiramente da descrição detalhada e dos desenhos em anexo, em que:

[00010] A figura 1 é uma vista em perspectiva simplificada do selo da presente invenção; A figura 2 é uma vista em seção transversal do selo da figura 1, disposto em torno de um eixo; A figura 3 é uma representação simplificada esquemática de uma vista em planta de topo da superfície ativa do selo da figura 1, mostrando a primeira concretização preferida do modelo bidirecional da superfície ativa do selo; A figura 4 é uma representação simplificada esquemática de uma vista em planta de topo da superfície ativa do selo da figura 1, mostrando a segunda concretização preferida do modelo bidirecional da superfície ativa do selo; A figura 5 é uma representação simplificada esquemática de uma vista em planta de topo da superfície ativa do selo da figura 1, mostrando a terceira concretização preferida do modelo bidirecional da superfície ativa do selo; A figura 6 é uma representação simplificada esquemática de uma vista em planta de topo da superfície ativa do selo da figura 1, mostrando a quarta concretização preferida do modelo bidirecional da superfície ativa do selo; A figura 7 é uma representação simplificada esquemática de uma vista em planta de topo da superfície ativa do selo da figura 1, mostrando a quinta concretização preferida do modelo bidirecional da superfície ativa do selo; As figuras 8A e B são representações simplificadas esquemáticas de uma parte de uma vista em planta de topo da superfície ativa do selo da figura 1, mostrando disposições alternativas para a conexão dos elementos de bombeamento nos estágios primários e secundários, e/ou nos vários conjuntos de elementos de bombeamento de estágios secundários; e A figura 9 é uma representação simplificada esquemática de uma vista em planta de topo da superfície ativa do selo da figura 1, mostrando a sexta concretização preferida do modelo bidirecional da superfície ativa do selo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS

[00011] A descrição a seguir das concretizações preferidas é de natureza meramente exemplificativa e não é de modo algum intencionada para limitar a invenção, a sua aplicação ou os seus usos. Os índices de referência são usados no presente relatório descritivo para indicar ou descrever componentes, itens ou aspectos particulares da presente invenção. Quando da descrição dos componentes, itens ou aspectos das várias concretizações que são iguais ou similares a componentes, itens ou aspectos descritos previamente de uma ou mais concretizações prévias, os mesmos índices de referência ou os mesmos índices de referência com a adição de um número de centena para os índices de referência originais são usados. Por exemplo, o selo pode ser referido como 20, 120, 220, 320, 420, 520 e 620 para as várias concretizações descritas no presente relatório descritivo.

[00012] Com referência às figuras 1 e 2, um selo dinâmico bidirecional 20, de acordo com os princípios da presente invenção, é mostrado. O selo 20 é montado em um invólucro 22, que é disposto em um alojamento fixo 24, de uma maneira que é bem-conhecida na técnica. O selo 20 acopla um eixo rotativo 26 e proporciona uma relação selada entre o eixo rotativo 26 e o alojamento 24, no qual o invólucro 22 é disposto. Com referência à figura 2, o selo 20 inclui uma parte de montagem 28, tendo um recesso anular 30 nela. Uma parte de montagem 22a do invólucro 22 reside dentro do recesso anular 30. Deve-se notar que a parte de montagem 28 e o invólucro 22 podem assumir muitos formatos e formas, que não são consideradas particularmente relevantes para a presente invenção. A parte de montagem 28 é montada no invólucro 22, que pode ser feito de plástico ou metal, e a parte de montagem 28 pode ser ligada a ele de acordo com técnicas de montagem conhecidas.

[00013] O selo 20 inclui uma abertura central 32, na qual o eixo 26 é disposto. O diâmetro de abertura 32 é dimensionado para ser inferior ao diâmetro do eixo 26, para proporcionar um encaixe desejado entre eles. Isto é, a parte do selo 20 próxima à abertura 32 vai se deformar, na medida em que o selo 20 é posicionado no eixo 26. A deformação do selo 20 tem uma resistência e um selo é formado contra o eixo 26.

[00014] O selo 20 tem uma parte selante em forma cônica 34, que se estende axial e radialmente da parte de montagem 28. A abertura 32 é localizada na parte selante 34. A parte selante 34 tem um lado/superfície ativo 36. A superfície ativa 36 tem uma parte de acoplamento 38, que se acopla com o eixo 26, e uma parte de não acoplamento 40. A parte selante 34 também inclui um lado/superfície não ativa 42, que é oposta à superfície ativa 36. A superfície não ativa 42 não se acopla com o eixo 26. Uma borda ou rebordo de selo de guia 44 separa a superfície ativa 36 e a superfície não ativa 42. A superfície ativa 36 é exposta a um lado de não-lubrificante ou ar 46 do selo 20, enquanto a superfície não ativa 42 e a borda de selo 44 são expostas a um lado de lubrificante (por exemplo, óleo) 48 do selo 20.

[00015] A superfície ativa 36 do selo 20 tem um modelo de bombeamento bidirecional que inclui vários elementos de bombeamento 50, que são dispostos na parte de acoplamento 38 e, em algumas concretizações, também na parte de não acoplamento 40. Os elementos de bombeamento 50 são operantes para capturar lubrificante, que vaza depois da borda de selo 44 e entre o eixo 26 e a parte de acoplamento 38 da superfície ativa 36. Os elementos de bombeamento 50 capturam o lubrificante vazado e bombeiam hidrodinamicamente o lubrificante de volta no sentido e para o lado de lubrificante 48, em consequência da rotação relativa entre o selo 20 e o eixo 26, como descrito abaixo. Uma barragem estática 52 é disposta entre a borda de selo 44 e os elementos de bombeamento 50 e sela contra o eixo 26. A barragem estática 52 separa a região engenheirada (região contendo o modelo de bombeamento) da superfície ativa 36 da borda de selo 44. Os elementos de bombeamento 50 podem ser várias ranhuras que são cunhadas, cortadas, ou de outro modo formadas, ao longo da superfície ativa 36. Alternativamente, os elementos de bombeamento 50 podem ser nervuras salientes que formam canais entre elas, para capturar o lubrificante vazado e bombear hidrodinamicamente o mesmo no sentido e para o lado de lubrificante 48, devido à rotação relativa entre o selo 20 e o eixo 26. As nervuras podem ser formadas, moldadas ou produzidas por outros meios ao longo da superfície ativa 36. Desse modo, deve-se considerar que o termo elementos de bombeamento pode se referir a ranhuras, nervuras ou ambas ao longo da superfície ativa 36 do selo 20.

[00016] Os elementos de bombeamento 50 são dispostos no selo 36 para proporcionar um modelo desejado que resulta na captura do lubrificante vazado e no direcionamento do mesmo no sentido e para o lado de lubrificante 48. Os elementos de bombeamento 50 são dispostos de modo que um modelo bidirecional é formado e os elementos de bombeamento 50 são operantes, independentemente da direção na qual ocorre movimento relativo entre o eixo 26 e o selo 20. Para fazer isso, os elementos de bombeamento 50 são dispostos em uma orientação substancialmente simétrica na superfície ativa 36, como descrito abaixo. Os elementos de bombeamento 50 são escalonados em relação a uma distância da borda de selo 44. Pode haver um ou mais estágios. O estágio mais próximo à borda de selo 44 é chamado o estágio primário 54, enquanto que os elementos de bombeamento 50, que são mais distantes da borda de selo 44, são chamados estágios secundários 56. Por exemplo, como mostrado na figura 3, o selo pode incluir quatro elementos de bombeamento de estágios primários 54 e quaisquer elementos de bombeamento de estágios secundários. Enquanto isso, o selo na figura 4 inclui ambos os elementos de bombeamento de estágios primários (iguais aos da figura 3) e vários elementos de bombeamento de estágios secundários, como descrito abaixo. A função dos elementos de bombeamento de estágios primários é de capturar um lubrificante vazado e direcioná-lo no sentido e para o lado de lubrificante 48 do selo. A função dos elementos de bombeamento de estágios secundários é de capturar o lubrificante que vaza depois dos elementos de bombeamento de estágios primários e transportar o lubrificante capturado de volta para os elementos de bombeamento de estágios primários, para subsequentes bombeamento e transferência de volta para o lado de lubrificante 48, como descrito abaixo.

[00017] De preferência, cada estágio consiste em elementos de bombeamento idênticos posicionados de um modo simétrico ao longo da superfície ativa 36, em torno da abertura central 32. Pode haver tão poucos quanto dois elementos de bombeamento de estágios primários 54 interceptando-se mutuamente no estágio primário, de modo que cada elemento de bombeamento 50 abranja menos de um círculo completo em torno da abertura central 32, e tantos quanto necessários. Um dos fatores a considerar no número de elementos de bombeamento dentro do estágio primário é a relação da altura do selo para o diâmetro do eixo. O uso de um estágio secundário é opcional, como descrito abaixo. Quando um estágio secundário é usado, o número de elementos de bombeamento de estágios secundários 56 nele não tem qualquer limite superior e pode ser tão pouco quanto um.

[00018] De preferência, os elementos de bombeamento de estágios primários 54 estão, em grande parte, dentro da parte de acoplamento 38 da superfície ativa 36 (isto é, a maior parte na área de contato direto entre a superfície ativa 36 e o eixo 26), mas pode também estar em uma parte de não acoplamento 40. Os elementos de bombeamento de estágios secundários 56 estão, de preferência, em maior parte dentro de uma parte de não acoplamento 40 (isto é, em grande parte na área do vão entre a superfície ativa 36 e o eixo 26), mas pode estar também na parte de acoplamento 38.

[00019] De preferência, cada elemento de bombeamento de estágio primário 54 tem uma altura variável (no caso de nervuras) ou uma área de seção transversal variável (no caso de ranhuras), que se reduz a zero na medida em que cada elemento de bombeamento se aproxima dos seus pontos de terminação 58 adjacentes à barragem estática 52. A finalidade dessa variação é provocar um aumento favorável em pressão de fluido dentro dos elementos de bombeamento de estágios primários 54, próximos aos pontos de terminação 58. A pressão máxima atingida nos pontos de terminação 58 depende do comprimento dos elementos de bombeamento (comprimento da ranhura ou volume do modelo em forma de cunha formado pelas nervuras) cheios de fluido. Quando a pressão excede a pressão de abertura da borda de selo, a borda de selo 44 e a barragem estática 52 da parte de acoplamento 38 da superfície ativa 36 levantam o eixo 26, e o lubrificante sendo bombeado pelos elementos de bombeamento de estágios primários 54 é dirigido de volta para o lado de lubrificante 48. A dinâmica desse ciclo de bombeamento de lubrificante capturado para o lado de lubrificante 48 depende de vários fatores, incluindo a taxa na qual o lubrificante vazado é gerado, a geometria da ranhura/nervura, a pressão de abertura da borda de selo, as propriedades de memória do material etc. Dois regimes básicos podem ser considerados - um regime de estado constante e um regime dinâmico. Um regime de estado constante se forma quando a taxa de vazamento e a taxa de bombeamento são equilibradas estaticamente. A área da superfície ativa 36 (a barragem estática 52 e a borda de selo 44) mais próxima aos pontos de terminação 58 é depois aberta continuamente, apenas o suficiente para produzir uma resistência a escoamento suficiente para manter fluido residente permanente na ranhura/cunha formada pelos elementos de bombeamento de estágios primários 54. No regime dinâmico, a borda de selo 44 e a barragem estática 52, adjacentes aos pontos de terminação 58 experimentam levantamentos periódicos do eixo 26, esvaziando o reservatório da ranhura/cunha e retornando o lubrificante capturado para o lado de lubrificante 48. Um benefício dessa construção é que desde que o lubrificante esteja presente nas regiões das ranhuras/cunhas dos elementos de bombeamento de estágios primários 54, lubrificação é proporcionada à borda de selo 44 e à barragem estática 52.

[00020] Com referência agora à figura 3, uma primeira concretização preferida de um modelo bidirecional de elementos de bombeamento na superfície ativa 36 do selo 20 é mostrada. Na primeira concretização preferida, todos os elementos de bombeamento são elementos de bombeamento de estágios primários 54. De preferência, cada um dos elementos de bombeamento de estágios primários 54 é idêntico entre si e posicionado simetricamente na superfície ativa 36. Cada um dos elementos de bombeamento de estágios primários 54 tem dois pontos de terminação 58, que são adjacentes à borda de selo 44, com a barragem estática 52 entre eles. Na primeira concretização preferida, há quatro elementos de bombeamento de estágios primários 54 arqueados idênticos, todos tendo dois pontos de terminação 58 posicionados simetricamente em torno de um único ponto de indução 60. O ponto de indução 60 é a parte do elemento de bombeamento mais distante da borda de selo 44. A distância (na direção radial nas figuras 3 - 7) entre o ponto de indução 60 e os pontos de terminação 58 define o passo do elemento de bombeamento. Nos elementos de bombeamento de estágios primários 54, quanto menor o passo, maior a pressão de fluido nos pontos de terminação 58, mas mais baixo o impulso de fluido axial. Inversamente, quanto mais alto o passo, menor a pressão de fluido no ponto de terminação 58 e mais alto o impulso de fluido axial. Desse modo, o passo é selecionado com base na interação entre o projeto da borda de selo 44, as propriedades do material e a taxa de bombeamento que é necessária. Os elementos de bombeamento de estágios primários 54 são dispostos na superfície ativa 36, de modo que cada elemento de bombeamento abranja menos de um círculo integral em torno da borda de selo 44. De preferência, os elementos de bombeamento de estágios primários 54 são dispostos de modo que o lubrificante escapando depois da borda de selo 44 deve encontrar um ou mais elementos de bombeamento de estágios primários 54, antes de se estenderem além da parte de acoplamento 38 da superfície ativa 36. Os elementos de bombeamento de estágios primários 54 têm interseções múltiplas entre si, na medida em que se estendem entre os pontos de terminação 58. O lubrificante capturado dentro dos elementos de bombeamento de estágios primários 54 é bombeado no sentido de um dos pontos de terminação 58, com base na direção da rotação relativa entre o eixo 26 e o selo 20. Para facilitar o escoamento fluido uniforme para o ponto de terminação pela interseção mútua com outros elementos de bombeamento de estágios primários 54, prefere-se que o ângulo de interseção a, entre os elementos de bombeamento, seja um ângulo agudo significativamente maior do que zero grau. Quando o lubrificante capturado atinge um dos pontos de terminação 58, a pressão de fluido nele aumenta a um nível que excede aquele da pressão de levantamento do selo (a pressão na qual a borda de selo 44 e a barragem estática 52 se levantam do eixo 26) e escoam depois da barragem estática 52 e da borda de selo 44 para o lado de lubrificante 48.

[00021] Com referência agora à figura 4, um modelo bidirecional de elementos de bombeamento 150 para o selo 120, de acordo com uma segunda concretização preferida da presente invenção, é mostrado. Na segunda concretização preferida, elementos de bombeamento de estágios secundários 156 são utilizados além dos elementos de bombeamento de estágios primários 154. Os elementos de bombeamento de estágios secundários 156 funcionam para captar o lubrificante que vaza depois dos elementos de bombeamento de estágios primários 154 e transportá-lo de volta para os elementos de bombeamento de estágios primários 154, para bombeamento adicional para o lado de lubrificante 48. Os elementos de bombeamento de estágios secundários 156 direcionam o lubrificante capturado neles para os pontos de indução 160 dos elementos de bombeamento de estágios primários 154. Em virtude dos pontos de indução 160 serem a parte mais distante dos elementos de bombeamento de estágios primários 154, entre os pontos de indução 158, essa é uma transição na qual a rotação relativa vai fazer com que o lubrificante neles escoe no sentido de um dos pontos de indução 158, dependendo da direção da rotação relativa. O número de elementos de bombeamento de estágios secundários 156 pode variar de zero, tal como na primeira concretização preferida, a elementos de bombeamento de estágios secundários 156 múltiplos, como mostrado na figura 4. Não há qualquer limite superior para o número de elementos de bombeamento de estágios secundários 156 que podem ser empregados.

[00022] Os elementos de bombeamento de estágios secundários 156 se estendem basicamente ao longo da parte de não acoplamento 40 da superfície ativa 36, embora alguma parte dos elementos de bombeamento de estágios secundários 156 possa se estender ao longo da parte de acoplamento 38 da superfície ativa 36. A altura (no caso das nervuras) e a área da seção transversal (no caso das ranhuras) não precisam ser variadas, como nas concretizações preferidas dos elementos de bombeamento de estágios primários. Em vez disso, os elementos de bombeamento de estágios secundários 156 podem ter uma altura ou área de seção transversal geralmente uniforme. Deve-se considerar, no entanto, que a altura (no caso das nervuras) e a área da seção transversal (no caso das ranhuras) podem ser configuradas para serem variáveis, para proporcionar um gradiente de pressão de fluido dentro dos elementos de bombeamento de estágios secundários 156, se desejado. A maior parte da força de bombeamento, criada pelos elementos de bombeamento de estágios secundários 156, é energizada pelo movimento do ar, no lado de não- lubrificante 46, devido à rotação relativa entre o eixo e o selo. Antecipa-se que a taxa de bombeamento, produzida pelos elementos de bombeamento de estágios secundários 156, vai ser menor do que a taxa de bombeamento produzida pelos elementos de bombeamento de estágios primários. Isso é aceitável, pois os elementos de bombeamento de estágios secundários são esperados receber/capturar lubrificante a uma taxa mais baixa do que a dos elementos de bombeamento de estágios primários.

[00023] Na segunda concretização preferida, os elementos de bombeamento de estágios secundários 156 incluem dois elementos de bombeamento estendendo-se radialmente concêntricos 164, que são interligados por vários elementos de bombeamento estendendo-se axialmente 166. Alguns dos elementos de bombeamento estendendo- se axialmente 166 também se comunicam com os pontos de indução 160 nos elementos de bombeamento de estágios primários 154. Os elementos de bombeamento de estágios secundários 156 se comunicam, desse modo, com os pontos de indução 160 dos elementos de bombeamento de estágios primários 154 para dirigir o lubrificante capturado nele de volta para os elementos de bombeamento de estágios primários 154.

[00024] Com referência agora à figura 5, um modelo bidirecional para os elementos de bombeamento 250 para o selo 220, de acordo com uma terceira concretização da presente invenção, é mostrado. Na terceira concretização preferida, os mesmos elementos de bombeamento de estágios primários 250 como os discutidos acima com referência às primeira e segunda concretizações preferidas são utilizadas. Os elementos de bombeamento de estágios secundários 256 são, no entanto, diferentes. Especificamente, os elementos de bombeamento de estágios secundários 256 são arqueados e incluem dois conjuntos distintos de elementos de bombeamento de estágios secundários 256. Um primeiro conjunto 268 de elementos de bombeamento de estágios secundários se estende entre e se comunica com os pontos de indução 260 adjacentes, nos elementos de bombeamento de estágios primários 254. Um segundo conjunto 270 de elementos de bombeamento de estágios secundários se estende entre os pontos de indução 272 adjacentes dos elementos de bombeamento adjacentes no primeiro conjunto 268.

[00025] A forma arqueada dos elementos de bombeamento de estágios secundários 256 faz com que o lubrificante neles escoe do segundo conjunto 270 de elementos de bombeamento de estágios secundários para os pontos de indução 272, no primeiro conjunto 268 de elementos de bombeamento de estágios secundários. O lubrificante dentro do primeiro conjunto 268 de elementos de bombeamento de estágios secundários escoa para os pontos de indução 260 dos elementos de bombeamento de estágios secundários 254, que depois escoa para os pontos de indução 258. Para facilitar a transferência uniforme de lubrificante dentro dos elementos de bombeamento de estágios secundários 256, prefere-se que o ângulo de interseção a, entre os primeiro e segundo conjuntos 268, 270 dos elementos de bombeamento de estágios secundários e entre o primeiro conjunto 268 de elementos de bombeamento e os elementos de bombeamento de estágios primários 54 seja um ângulo agudo significativamente maior do que zero grau. Deve-se considerar que o ângulo de interseção, entre os primeiro e segundo conjuntos 268, 270 dos elementos de bombeamento de estágios secundários, possa ser diferente do ângulo de interseção entre o primeiro conjunto 268 dos elementos de bombeamento de estágios secundários e os elementos de bombeamento de estágios primários 254.

[00026] Na terceira concretização preferida, o número de elementos de bombeamento de estágios primários 254 determina o número de elementos de bombeamento nos primeiro e segundo conjuntos 268, 270 dos elementos de bombeamento de estágios secundários. Isto é, em virtude do primeiro conjunto 268 de elementos de bombeamento de estágios secundários se estender entre os pontos de indução 260 adjacentes dos elementos de bombeamento de estágios primários 254 adjacentes, o mesmo número de elementos de bombeamento é necessário no primeiro conjunto 268 que há nos elementos de bombeamento de estágios primários 254. Igualmente, com o segundo conjunto 270 dos elementos de bombeamento de estágios secundários estendendo-se entre os pontos de indução 272, nos elementos de bombeamento adjacentes no primeiro conjunto 268, o número de elementos de bombeamento no segundo conjunto 270 é igual ao número de elementos de bombeamento no primeiro conjunto 268.

[00027] Com referência agora à figura 6, um modelo bidirecional para os elementos de bombeamento 350 para o selo 320, de acordo com uma quarta concretização preferida da presente invenção, é mostrado. Na quarta concretização preferida, seis elementos de bombeamento de estágios primários 354 são utilizados, todos os elementos de bombeamento de estágios primários 354 estendendo-se ao longo de uma menor parte da superfície ativa 336 do selo 320 do que nas concretizações anteriores. Adicionalmente, os elementos de bombeamento de estágios primários 354 não se interceptam entre si. Em outro aspecto, os elementos de bombeamento de estágios primários 354 são substancialmente iguais aos elementos de bombeamento de estágios primários discutidos acima com referência às primeira, segunda e terceira concretizações preferidas. Os elementos de bombeamento de estágios secundários 356 são arqueados e incluem três conjuntos distintos de elementos de bombeamento de estágios secundários 356. Um primeiro conjunto 368 de elementos de bombeamento de estágios secundários se estende entre e se comunica com os pontos de indução 360 adjacentes, nos elementos de bombeamento de estágios primários 354 adjacentes. Um segundo conjunto 370 de elementos de bombeamento de estágios secundários se estende entre os pontos de indução 372 adjacentes dos elementos de bombeamento adjacentes no primeiro conjunto 368. Um terceiro conjunto 371 de elementos de bombeamento de estágios secundários se estende entre os pontos de indução 372 adjacentes dos elementos de bombeamento adjacentes no segundo conjunto 370.

[00028] A forma arqueada dos elementos de bombeamento de estágios secundários 356 faz com que o lubrificante neles escoe do terceiro conjunto 371 dos elementos de bombeamento de estágios secundários para os pontos de indução 372, no segundo conjunto 370 dos elementos de bombeamento de estágios secundários. O lubrificante dentro do segundo conjunto 370 de elementos de bombeamento de estágios secundários escoa para os pontos de indução 372, no primeiro conjunto 368 de elementos de bombeamento de estágios secundários. O lubrificante dentro do primeiro conjunto 368 de elementos de bombeamento de estágios secundários escoa para os pontos de indução 360 dos elementos de bombeamento de estágios primários 354, que escoa depois para os pontos de terminação 358. Para facilitar a transferência uniforme de lubrificante dentro dos elementos de bombeamento de estágios secundários 356, prefere-se que o ângulo de interseção α entre os primeiro, segundo e terceiro conjuntos 368, 370, 371 dos elementos de bombeamento de estágios secundários, e entre o primeiro conjunto 368 de elementos de bombeamento e os elementos de bombeamento de estágios primários 354, seja um ângulo agudo significativamente maior do que zero grau. Deve-se considerar que os ângulos de interseção entre os primeiro, segundo e terceiro conjuntos 368, 370, 371 dos elementos de bombeamento de estágios secundários podem ser diferentes e podem ser também diferentes do ângulo de interseção entre o primeiro conjunto 368 de elementos de bombeamento de estágios secundários e os elementos de bombeamento de estágios primários 354.

[00029] Na quarta concretização preferida, o número de elementos de bombeamento de estágios primários 354 determina, de novo, o número de elementos de bombeamento nos primeiro, segundo e terceiro conjuntos 368, 370, 371 dos elementos de bombeamento de estágios secundários. Isto é, em virtude de todos os conjuntos de elementos de bombeamento de estágios secundários se estenderem entre os pontos de indução adjacentes de elementos de bombeamento de estágios primários adjacentes 354, ou elementos de bombeamento de estágios secundários 356 adjacentes, o mesmo número de elementos de bombeamento é necessário em cada conjunto de elementos de bombeamento de estágios secundários 356 como aquele de elementos de bombeamento de estágios primários 354.

[00030] Com referência agora à figura 7, um modelo de bombeamento bidirecional de elementos de bombeamento 450 para o selo 420, de acordo com uma quinta concretização preferida da presente invenção, é mostrado. A quinta concretização preferida é similar à terceira concretização preferida, com a diferença sendo que o segundo conjunto 470 de elementos de bombeamento de estágios secundários tem extremidades abertas 474 e falta de um ponto de indução. Os primeiro e segundo conjuntos 468, 470 são ainda arqueados e de natureza simétrica e, desse modo, jogam o lubrificante neles no sentido dos elementos de bombeamento de estágios primários 454, em consequência da rotação relativa entre o eixo e o selo. Justamente como na terceira concretização preferida, o fluido dentro do segundo conjunto 470 de elementos de bombeamento de estágios secundários vai ser dirigido no sentido dos pontos de indução 472 do primeiro conjunto 468 de elementos de bombeamento de estágios secundários. O fluido dentro do primeiro conjunto 468 de elementos de bombeamento de estágios secundários vai ser jogado no sentido dos pontos de indução 460 dos elementos de bombeamento de estágios primários 454, e depois nos pontos de terminação 458 e para o lado de lubrificante do selo 420. As extremidades abertas 474 do segundo conjunto 470 de elementos de bombeamento de estágios secundários podem permitir que algum lubrificante escape. Desse modo, na quinta concretização preferida, todas as vantagens das segunda, terceira e quarta concretizações preferidas podem não acontecer.

[00031] Com referência agora às figuras 8A e 8B, disposições alternativas para a interligação de elementos de bombeamento de estágios secundários 556 com outros elementos de bombeamento de estágios secundários 556 e/ou elementos de bombeamento de estágios primários 554 são apresentadas. Nas concretizações preferidas precedentes, a interseção dos elementos de bombeamento resultou em um ponto de terminação de um elemento de bombeamento correspondente a um ponto de indução do elemento de bombeamento no qual o lubrificante capturado é dirigido. Na concretização mostrada na figura 8A, os elementos de bombeamento de estágios secundários 556 são mostrados como tendo pontos de terminação 580, que se interligam com um elemento de bombeamento de estágio primário 554 e/ou um mais próximo nos elementos de bombeamento de estágios secundários 556, em locais diferentes do que os respectivos pontos de indução 560, 572. Nessas concretizações alternativas, o lubrificante dentro dos elementos de bombeamento de estágios secundários 556 é transferido para os elementos de bombeamento de estágios primários 554, ou outros mais próximos nos elementos de bombeamento de estágios secundários 556, para transferência subsequente para os elementos de bombeamento de estágios primários 554. De novo, para facilitar a transferência uniforme de lubrificante entre os vários elementos de bombeamento, prefere-se que o ângulo de interseção α seja um ângulo agudo significativamente maior do que zero grau.

[00032] Com referência agora à figura 8B, uma segunda configuração alternativa, para a interligação de elementos de bombeamento de estágios secundários 556' com outros elementos de bombeamento de estágios secundários 556', ou elementos de bombeamento de estágios primários 554', é mostrada. Nessa disposição alternativa, os elementos de bombeamento de estágios secundários 556' têm de novo pontos de terminação 580', que se interligam com os elementos de bombeamento de estágios primários 554' ou mais próximos nos elementos de bombeamento de estágios secundários 556', em locais diferentes daqueles dos seus respectivos pontos de indução 560', 572'. Adicionalmente, os elementos de bombeamento de estágios secundários 556' se interceptam entre si, em um ponto de interseção 582' antes dos pontos de terminação 580'. O lubrificante capturado dentro dos elementos de bombeamento de estágios secundários 556'é transferido para os elementos de bombeamento de estágios primários 554', ou outros mais próximos nos elementos de bombeamento de estágios secundários 556', para transferência subsequente para os elementos de bombeamento de estágios primários 554'. Para facilitar a transferência uniforme de lubrificante entre os elementos de bombeamento 550', prefere-se que o ângulo de interseção α seja um ângulo agudo significativamente maior do que zero grau. Deve-se considerar que configurações alternativas, mostradas nas figuras 8A e 8B para os elementos de bombeamento 550, 550', podem ser utilizadas, parcial ou totalmente, com as várias concretizações preferidas.

[00033] Com referência agora à figura 9, um modelo bidirecional de elementos de bombeamento 650 para o selo 620, de acordo com uma sexta concretização preferida da presente invenção, é mostrado. Na sexta concretização preferida, apenas os elementos de bombeamento de estágios primários 654 são utilizados. Os elementos de bombeamento de estágios primários 654 incluem vários elementos de bombeamento estendendo-se helicoidal ou espiralmente, que se estendem dos pontos de terminação 658 adjacentes à barragem estática 652 e à borda de selo 644, para as extremidades abertas 676. Os elementos de bombeamento de estágios primários 654 podem se estender menos de ou mais de toda uma circunferência de abertura central 632, quando estendendo-se dos pontos de terminação 658 para as extremidades abertas 676. Uma metade dos elementos de bombeamento de estágios primários 654 se estende no sentido horário em torno da abertura central 632, para proporcionar, desse modo, bombeamento bidirecional de lubrificante nele. O ângulo α, no qual os elementos de bombeamento de estágios primários 654 se interceptam entre si, é, de preferência, um ângulo agudo significativamente maior do que zero grau, para facilitar a transferência de fluido direta pela interseção. De preferência, a altura (no caso de nervuras) ou área de seção transversal (no caso de ranhuras) diminui a zero, na medida em que os elementos de bombeamento de estágios primários 654 se aproximam dos pontos de terminação 658. Isso resulta em uma maior pressão de fluido, na medida em que o lubrificante se aproxima dos pontos de terminação 658, e facilita o levantamento da barragem estática 652 e da borda de selo 644 e o retorno do lubrificante para o lado de lubrificante 648 do selo 620. De novo, o uso de extremidades abertas 676 pode resultar em algum escapamento de lubrificante. Desse modo, todos os benefícios de algumas das outras concretizações preferidas podem não acontecer na quinta concretização preferida.

[00034] O selo de acordo com os princípios da presente invenção pode ser produzido de várias composições de materiais. Por exemplo, o selo dinâmico pode incluir plástico, borracha ou qualquer outro de uma ampla gama de elastômeros, tais como PTFE, TPE (elastômeros termoplásticos), TPV (agentes de vulcanização termoplásticos) e material de Fluoroprene®, uma composição descrita na patente U.S. 6.806.306, entre outros.

[00035] Desse modo, um selo utilizando um dos modelos bidirecionais para seus elementos de bombeamento captura, vantajosamente, lubrificante que vaza depois da borda de selo e retorna o lubrificante para o lubrificante do selo. O uso de elementos de bombeamento simétricos proporciona uma capacidade de bombeamento substancialmente igual, independentemente da direção de rotação relativa entre o selo e o eixo. Adicionalmente, o uso de uma barragem estática propicia lubrificação da parte de contato da barragem estática com cada descarga de lubrificante de volta para o lado de lubrificante do selo. O uso dos elementos de bombeamento de estágios secundários proporciona vantajosamente capacidades adicionais, no caso em que o lubrificante vaza depois do primeiro estágio de elementos de bombeamento.

[00036] Ainda que a presente invenção tenha sido descrita e ilustrada com referência a concretizações específicas, deve-se considerar que essas concretizações são meramente exemplificativas e que variações que se afastam das concretizações mostradas são intencionadas para ficarem dentro do âmbito da presente invenção. Por exemplo, as formas arqueadas dos vários elementos de bombeamento podem ser diferentes daquelas mostradas. Além do mais, a forma arqueada pode variar, na medida em que os elementos de bombeamento se estendem ao longo da superfície ativa, de modo que uma forma arqueada constante não é necessária. Além do mais, os elementos de bombeamento podem se estender mais ou menos em torno da abertura central do que mostrado. Adicionalmente, o número de elementos de bombeamento que se formam em cada estágio pode ser diferente daquele mostrado. Desse modo, variações que não se afastam do ponto principal da invenção são intencionadas para ficarem dentro do âmbito da invenção. Essas variações não devem ser consideradas como um desvio dos espírito e âmbito da invenção.

Claims

1. Selo dinâmico bidirecional (120, 220, 320, 420, 520, 620) compreendendo: um lado de lubrificante (48); um lado de não-lubrificante (46); uma parte selante (150, 250, 350, 450, 550, 650) tendo uma superfície ativa em comunicação com o lado de não-lubrificante (46), e uma borda de selo de guia (144, 244, 344, 444, 644) em uma das suas extremidades, a borda de selo de guia (144, 244, 344, 444, 644) voltada para o lado de lubrificante (48), a borda de selo de guia (144, 244, 344, 444, 644) definindo uma abertura (132, 232, 332, 432, 632) na qual um eixo (26) pode ser disposto, e a superfície ativa operante para acoplar-se com e selar contra um eixo (26) disposto na abertura; e pelo menos dois elementos de bombeamento (154, 254, 354, 454, 554, 654) estendendo-se ao longo da superfície ativa e parando antes da borda de selo de guia (144, 244, 344, 444, 644) com uma barragem estática (152, 252, 352, 452, 652) entre eles, os elementos de bombeamento (154, 254, 354, 454, 554) operantes para capturar o lubrificante que vaza depois da borda de selo de guia (144, 244, 344, 444, 644) e bombear o lubrificante capturado no sentido da borda de selo de guia (144, 244, 344, 444, 644), depois da barragem estática (152, 252, 352, 452, 652) e de volta para o lado de lubrificante (48), devido à rotação relativa entre a superfície ativa e um eixo (26) disposto na abertura, independentemente de uma direção da rotação relativa, caracterizado pelo fato de que elementos de bombeamento (154, 254, 354, 454, 554, 654) são elementos de bombeamento primários, cada um tendo duas extremidades distais com pontos de terminação (158, 258, 358, 458) adjacentes a barragem estática (152, 252, 352, 452, 652) e um ponto de indução (160, 260, 360, 460, 560) em uma localização ao longo de elementos de bombeamento (154, 254, 354, 454, 554, 654) mais remotos da borda de selo de guia (144, 244, 344, 444, 644), e compreendendo ainda pelo menos dois elementos de bombeamento secundários (156, 256, 356, 456, 556) se estendendo ao longo de superfície ativa (36) com os elementos de bombeamento primários (154, 254, 354, 454, 554, 654) dispostos entre elementos de bombeamento secundários (156, 256, 356, 456, 556) e borda de selo de guia (144, 244, 344, 444, 644), elementos de bombeamento secundários (156, 256, 356, 456, 556) operáveis para capturar lubrificante que vaza depois dos elementos de bombeamento primários (154, 254, 354, 454, 554, 654) e direcionar lubrificante capturado para pontos de indução (160, 260, 360, 460, 560) dos elementos de bombeamento primários (154, 254, 354, 454, 554, 654), e pelo menos um dos elementos de bombeamento secundários (156, 256, 356, 456, 556) intersecta pelo menos um dos elementos de bombeamento primários (154, 254, 354, 454, 554) em um ponto de indução (160, 260, 360, 460, 560).

2. Selo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os pelo menos dois dos elementos de bombeamento (154, 254, 354, 454, 554, 654) se intersectam entre si.

3. Selo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que elementos de bombeamento (154, 254, 354, 454, 554, 654) em interseção têm um ângulo de interseção significativamente maior do que zero.

4. Selo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de bombeamento (154, 254, 354, 454, 554, 654) são simétricos.

5. Selo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de bombeamento (654) terminando adjacentes a uma barragem estática (652) têm uma área de seção transversal, que diminui na medida em que os elementos de bombeamento (654) se aproximam da barragem estática (652).

6. Selo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de bombeamento (154, 254, 354, 454, 554) são ranhuras.

7. Selo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que extremidades distais de cada elemento de bombeamento, em um primeiro conjunto de elementos de bombeamento secundários (256), se estende entre pontos de indução (260) de dois dos elementos de bombeamento primários (254) e direcionam o lubrificante capturado para os pontos de indução (260) dos elementos de bombeamento primários (254).

8. Selo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada elemento de bombeamento, em um segundo conjunto de elementos de bombeamento secundários (270) possui extremidades distais que intersectam com um ponto de indução (272) de um dos elementos de bombeamento secundários no primeiro conjunto (256).

9. Selo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que cada elemento de bombeamento, no segundo conjunto de elementos de bombeamento secundários (270) possui extremidades distais que intersectam com os pontos de indução (272) adjacentes de dois elementos de bombeamento secundários (256) adjacentes no primeiro conjunto.

10. Selo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que uma extremidade de cada elemento de bombeamento, no segundo conjunto de elementos de bombeamento secundários (270), se comunica com um ponto de indução (272) de um dos elementos de bombeamento secundários (256) no primeiro conjunto, e uma segunda extremidade de cada elemento de bombeamento no segundo conjunto é aberta.

11. Selo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos elementos de bombeamento primários (254) é arqueado e simétrico.

12. Selo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada um dos elementos de bombeamento primários é simétrico em torno do seu ponto de indução (260).

13. Selo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um elemento de bombeamento secundário (256) intersecta pelo menos um outro elemento de bombeamento secundário.

14. Selo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos elementos de bombeamento primários (354) intercepta pelo menos dois de outros elementos de bombeamento primários (354).

15. Selo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de bombeamento secundários (164) incluem pelo menos um elemento de bombeamento anular, que circunda os elementos de bombeamento primários (154), e uma pluralidade de elementos de bombeamento retos (170) estendendo-se entre e comunicando-se com o elemento de bombeamento anular (164) e com os pontos de indução (160).