BRPI0707982A2 - condensador de pistão de levantamento com vedação de fenda sem contato - Google Patents
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Abstract
CONDENSADOR DE PISTãO DE LEVANTAMENTO COM VEDAçãO DE FENDA SEM CONTATO. A presente invenção refere-se a um condensador de pistão de levantamento (1; 1'), com pelo menos dois cilindros de trabalho (2, 4; 2', 4') dispostos um depois do outro ao longo de um eixo de cilindro, nos quais está guiado de modo axialmente móvel, em cada caso, um pistão (6, 8; 6', 8'), sendo que os pistões (6, 8; 6', 8') apresentam uma haste de pistão (10; 10') comum, manobrada axialmente, que se estende por uma abertura de passa- gem (32, 32') em uma parede divisória (26, 26') entre os cilindros de trabalho (2, 4; 2', 4'). A invenção prevê que os cilindros de trabalho (2, 4; 2', 4') este- jam vedados um em relação ao outro na região da haste de pistão (10, 10') exclusivamente por uma vedação sem contato na forma de uma vedação de fenda (66, 66'), formada entre uma superfície periférica radialmente externa da haste de pistão (10, 10') e uma superfície periférica radialmente interna da abertura de passagem (32, 32').
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONDEN-SADOR DE PISTÃO DE LEVANTAMENTO COM VEDAÇÃO DE FENDASEM CONTATO".
DESCRIÇÃOESTADO DA TÉCNICA
A presente invenção refere-se a um condensador de pistão delevantamento com pelo menos dois cilindros de trabalho, dispostos sucessi-vamente, ao longo de um eixo de cilindro, no qual está guiado, de modo axi-almente móvel, em cada caso, um pistão, sendo que os pistões apresentamuma haste de pistão comum, manobrada axialmente, que se estende poruma abertura de passagem em uma parede divisória entre os cilindros detrabalho, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.
Nos condensadores de pistão de levantamento conhecidos doestado da técnica, normalmente, entre a abertura de passagem e a haste depistão, está prevista uma vedação de contato, para vedar os cilindros de tra-balho dispostos em fileira, um depois do outro, uns em relação aos outros.Sobretudo no uso de condensadores de pistão de levantamento em instala-ções de freios de ar comprimido de veículos utilitários, devido à grande ne-cessidade de ar comprimido, é necessária uma alta potência de condensa-ção, de modo que o condensador de pistão de levantamento precisa forne-cer um alto número de cursos de condensação. Mas, as vedações de conta-to utilizadas até agora produzem atrito, de modo que, em vista do alto núme-ro de cursos de condensação, são formadas perdas por atrito relativamentegrandes, que em temperaturas elevadas, de até 300°C, também se refletemna região da vedação. Pelas razões citadas, para as vedações é necessárioum material de baixo atrito e, simultaneamente, resistente a calor, que é cor-respondentemente oneroso.
Por conseguinte, a presente invenção tem por base a tarefa dedesenvolver adicionalmente um condensador de pistão de levantamento dotipo mencionado inicialmente, de tal modo que ele possa ser produzido demodo mais vantajoso.
Essa tarefa é solucionada de acordo com a invenção pelas ca-racterísticas da reivindicação 1.
VANTAGENS DA INVENÇÃO
A invenção baseia-se na idéia de vedar os cilindros de trabalho,na região da haste de pistão, exclusivamente por uma vedação sem contato,na forma de uma vedação de fenda axial, formada entre uma superfície peri-férica radialmente externa da haste de pistão e uma superfície periférica ra-dialmente interna do furo de passagem. Em outras palavras, a haste de pis-tão deve estender-se pela abertura de passagem, sem intercalação de umavedação de contato separada. Embora, nesse caso, se forme um determina-do vazamento entre os cilindros de trabalho, a mesma não perturba osmesmos no presente tipo de construção de condensadores de ar de pistãode levantamento, com pelo menos dois cilindros de trabalho, dispostos umdepois do outro, uma vez que, de qualquer modo, cada cilindro de trabalhoestá solicitado com ar comprimido. Então, as vedações de contato, até agorausuais, nas paredes divisórias entre os cilindros de trabalho, que acarretamas desvantagens citadas inicialmente, podem ser suprimidas.
A invenção faz uso das propriedades de viscosidade do ar, emrazão da qual o ar comprimido, sob rápido aumento de pressão, tem umatendência menor de passar por uma fenda estreita, do que no caso de umaumento de pressão mais lento. Diante do fato dos números normalmentealtos de cursos de condensação a cada tempo em condensadores de pis-tões de levantamento, em instalações de freio de ar comprimido de veículosutilitários, e, com isso, do rápido aumento de pressão nos cilindros de traba-lho, conseqüentemente deve-se esperar um vazamento pequeno.
A fenda anular, que se estende axialmente entre a superfícieperiférica radialmente externa da haste de pistão e a superfície periféricaradialmente interna do furo de passagem, forma um estrangulamento, naqual a corrente de fenda perde energia de pressão. Dependendo da largurada fenda, em conseqüência do estrangulamento, a fenda baixa um nível depressão alto para um nível substancialmente mais baixo.
Pelas medidas apresentadas nas reivindicações secundárias,são possíveis desenvolvimentos e aperfeiçoamentos da invenção indicadanas reivindicações independentes.
Para a formação de uma vedação de fenda de labirinto, pelomenos a superfície periférica radialmente interna do furo de passagem estádotada de modo particularmente preferido de ranhuras radicais, dispostas àdistância axial uma da outra. Em uma vedação de fenda de labirinto dessetipo, o fluido corre de uma câmara de um cilindro de trabalho com pressãomais alta para uma câmara de pressão mais baixa do outro cilindro de traba-lho, por diversos pontos de estrangulamento estreitos, que são formadospelos estreitamentos da abertura de passagem, dispostas entre as ranhuras.Nos espaços mais largos depois dos pontos de estrangulamento, isto é, nasranhuras a energia cinética da corrente de fluido é convertida quase total-mente em calor de atrito, isto é, em energia de perda.
De acordo com um uso preferido da invenção, o condensador depistão de levantamento é reversível, sendo que pela corrente de vazamentoque corre pela vedação de fenda, de um cilindro de trabalho para o outrocilindro de trabalho, o volume de ar a ser condensado no movimento de re-versão subseqüente da haste de pistão é vantajosamente aumentado.
De acordo com um desenvolvimento, a invenção também pode-ria ser executada em um condensador de pistão de levantamento de está-gios múltiplos, que realizada uma condensação em estágios múltiplos do araspirado e no qual cada cilindro de trabalho está associado a um estágio decondensação.
De modo particularmente preferido, a invenção é usada em umcondensador de pistão de levantamento de uma instalação de freio de arcomprimido de um veículo utilitário pelas razões já citadas acima.
Maiores detalhes evidenciam-se da descrição abaixo de exem-plos de modalidades.
DESENHO
A seguir, estão representados nos desenhos exemplos de moda-lidades da invenção e explicados mais detalhadamente na descrição subse-qüente. No desenho mostram:
a Figura 1 uma representação em corte transversal de um con-densador de pistão de levantamento de acordo com uma modalidade prefe-rida da invenção, em uma primeira posição;
a Figura 2 o condensador de pistão de levantamento da figura 1,em uma segunda posição;
a Figura 3 uma representação em corte transversal de um con-densador de pistão de levantamento de acordo com uma outra modalidadeda invenção, em uma primeira posição;
a Figura 4 o condensador de pistão de levantamento da figura 2,em uma segunda posição.
DESCRIÇÃO DOS EXEMPLOS DE MODALIDADES
O condensador de pistão de levantamento 1 é do tipo, no qualdiversos, de preferência, dois, cilindros 2, 4 estão dispostos um depois dooutro, sendo que os pistões 6, 8, guiados axialmente nos cilindros, estãounidos com uma haste de pistão 10 comum, que é acionada de maneira re-versível por um motor de combustão interna, não mostrado por razões deescala, do veículo utilitário, para produção de ar comprimido para a instala-ção de freio de ar comprimido. Nesse caso, em cada cilindro 2, 4 dá-se, emcada caso, um processo de condensação independente do ar de entrada,sem que inicialmente, o ar comprimido produzido por um dos cilindros 2 sejaalimentado ao outro cilindro 4 ou vice-versa.
Os dois cilindros 2, 4 consistem, em cada caso, em uma carcaçaexterna 12, 14, que no lado das extremidades estão fechados por placas defundo 18, 20, 22, 24, dotadas de aberturas de passagem 16. Além disso,está intercalada axialmente aos cilindros 2, 4 uma parede divisória 26, naqual estão formados pelo menos um canal de entrada contínua, em cadacaso, alinhado com a abertura de passagem 16 associada nas placas defundo 18, 10, 22, 24 dos cilindros 2, 4, e um canal de saída 30, bem comouma abertura de passagem 32 para a haste de pistão 10. O canal de saídaencontra-se acima de uma ligação de saída, estendida transversalmente30 ao mesmo, com um reservatório de ar comprimido, não mostrada, e o canalde entrada 28 encontra-se em ligação com o ambiente, com uma ligação deentrada 36, igualmente estendida transversalmente ao mesmo.As aberturas de passagem 16 das placas de fundo 20, 22, queestão dispostas na extremidade da carcaça externa 12, 14, não voltada paraa parede divisória 16, também estão alinhadas com ligações de entrada 38,42 ou ligações de saída 40, 44, que estão formadas em peças terminais 46,48 inseridas axialmente sobre essas placas de fundo 20, 22.
Além disso, existe na placa de fundo 20 e na peça terminal 48de um dos cilindros 2 uma abertura de passagem 50 para a haste de pistão10, que é posta em contato com uma vedação anular 54, retida em uma ra-nhura 52 radialmente interna da peça terminal 48. Os pistões 6, 8 dividem oscilindros 2, 4, em cada caso, em uma primeira câmara de cilindro 56, 58 eem uma segunda câmara de cilindro 60, 62, cujo tamanho depende da res-pectiva posição do pistão 6, 8. A vedação anular 54 serve, então, para vedara primeira câmara de cilindro 56 de um dos cilindros 2 em relação ao ambiente.
Além disso, também os pistões 6, 8 sustentam em suas superfí-cies periféricas radialmente externas vedações 64, que vedam, em cada ca-so, a primeira câmara de cilindro 56, 58 e a segunda câmara de cilindro 60,62 um em relação ao outro. Nas vedações 54, 64 descritas até agora se tra-ta sempre de vedações de contato, isto é, que a vedação 54, 64 entra emcontato com a superfície de movimento, em cada caso, associada.
Para vedar a segunda câmara de cilindro 60 de um dos cilindros2 em relação à primeira câmara de cilindro 58 do outro cilindro 4, porém, nãoestá prevista uma vedação de contato, mas uma vedação de fenda axial 66,que, no presente caso, está formada, de preferência, como vedação de fen-da de labirinto. Alternativamente, também é possível uma vedação de fendacilíndrica reta ou escalonada. Para esse fim, entre uma superfície periféricaradialmente externa da haste de pistão 10 e uma superfície periférica radi-almente interna da abertura de passagem 32 da parede divisória 26 estáformada uma fenda axial 66 estreita, que, aliás, também existe entre as duasplacas de fundo 18, 24 e a haste de pistão 10. Para formação de uma veda-ção de fenda de labirinto 66, além disso, pelo menos a superfície periféricaradialmente interna da abertura de passagem 32 da parede divisória 26 estádotada de ranhuras radiais 68 dispostas à distância axial uma da outra.
A seguir, as setas 70 desenhadas em linhas cheias grossas indi-cam o caminho de corrente de ar condensado, as setas 72 circundadas depreto, o caminho de corrente de ar aspirado, setas 74 circundadas de preto edotadas de um sombreamento, o caminho de corrente de um cilindro 2, 4para o outro cilindro 2, 4 de ar corrente, e setas 76 desenhadas em linhasestreitas, o caminho de corrente de correntes de vazamento. Diante dessecenário, o modo de funcionamento do condensador de pistão de levanta-mento 1 é o seguinte:
em um movimento da haste de pistão 10 de acordo com a figura1, o volume das duas primeiras câmaras de cilindro 56, 58 diminui para aesquerda, a uma simultânea ampliação das duas segundas câmaras de ci-lindro 60, 62, de modo que a pressão crescente pi, o ar que se encontra nasduas primeiras câmaras de cilindro 56, 58 é comprimido e é expelido atravésdas ligações de saída 34, 44, nas quais está ligada uma linha coletora, nãomostrada, para alimentar o ar comprimido, comprimido, ao reservatório de arcomprimido. Esse movimento de corrente está caracterizado na figura 1 pe-las setas 70, desenhadas em linhas cheias grossas.
Simultaneamente, o volume das segundas câmaras de cilindro60, 62 é ampliado, com o que, ali, a pressão P2 cai e ar é aspirado atravésdas ligações de entrada 36, 38, tal como indicam as setas 72 circundadas depreto. Devido à queda de pressão dp = P1-P2, entre a primeira câmara decilindro 58 do outro cilindro 4 e a segunda câmara de cilindro 60 de um doscilindros 2, resulta uma corrente de vazamento pequena, simbolizada poruma seta 76 estreita, que, no entanto, não causa perturbação, uma vez queela contribuir para encher a segunda câmara de cilindro 60 de um dos cilin-dros 2 com ar, que no decorrer do movimento de reversão subseqüente dahaste de pistão 10 é comprimido.
Nesse movimento reversível da haste de pistão 10, mostrado nafigura 2, o ar previamente aspirado nas segundas câmaras de cilindro 60,62, assim como também o ar de vazamento introduzido pela fenda 66 nasegunda câmara de cilindro 60 de um dos cilindros 2 são condensados ealimentados ao reservatório de ar comprimido através das ligações de saída34, 40. Simultaneamente, ar novo é aspirado através das ligações de entra-da 36, 42 nas primeiras câmaras de cilindro 56, 58. Com isso, é formadanovamente uma corrente de vazamento 76 pela fenda, agora em direçãocontrária, que alimenta mais ar à primeira câmara de cilindro 58 do outrocilindro 4.
Pelos movimentos de reversão da haste de pistão 10, ar é, por-tanto, introduzido, primeiramente, em cada câmara de cilindro 56, 58, 60, 62,por ampliação de volume, condensado e expelido, sendo que as duas super-fícies de pistão de cada um dos pistões 6, 8 representam superfícies de fun-cionamento, que atuam nas duas direções. Nesse caso, porém, a correntede vazamento formada, em cada caso, não é expelida para o ambiente, mascontribui para aumentar o volume de ar a ser condensado no movimento dereversão subseqüente da haste de pistão 10.
No segundo exemplo de modalidade da invenção de acordo comas figuras 3 e 4, as partes inalteradas e com a mesma função em relação aoexemplo precedente estão caracterizadas pelos menos sinais de referência,mas com um apóstrofe adicional. Diferentemente do mesmo, o condensadorde pistão de levantamento 1' está formado em estágios múltiplos, isto é, quedurante um curso, o ar condensado por um dos cilindros 2' na primeira câ-mara de cilindro 56' é guiado para a segunda câmara de cilindro 62' do outrocilindro 4', para ali ser submetido a uma condensação adicional durante ocurso de reversão da haste de pistão 10', antes que o ar comprimido sejaalimentado ao reservatório de ar comprimido através da ligação de saída 40'.Por esse motivo, a primeira câmara de cilindro 56' da um dos cilindros 2' nãotem ligações de saída, mas encontra-se em ligação de corrente na forma deum canal de ar comprimido 78 com a segunda câmara de cilindro 62' do ou-tro cilindro 4'. Além disso, a segunda câmara de cilindro 60' de um dos cilin-dros 2' está ligada com a primeira câmara de cilindro 58' do outro cilindro 4'por um canal de desvio 80'.
A um movimento da haste de pistão 10' para a esquerda na figu-ra 3, o ar na primeira câmara de cilindro 56' de um dos cilindros 2' é postosob pressão pelo volume que se reduz e é introduzido através do canal de arcomprimido 78' na segunda câmara de cilindro 62' do outro cilindro 4' e aliapóia o movimento de pistão do pistão 8' associado a esse cilindro 4', quecondensa o ar existente na primeira câmara de cilindro 58' do mesmo e ali-menta o mesmo através da ligação de saída 34 ao reservatório de ar com-primido. Pela queda de pressão entre a pressão pV mais alta na primeiracâmara de cilindro 58' do outro cilindro 4' e a pressão P2' mais baixa em rela-ção à mesma na segunda câmara de cilindro 60' de um dos cilindros 2' correuma parte menor do ar comprimido como corrente de vazamento 76' para asegunda câmara de cilindro 60' de um dos cilindros 2' e ali apóia o movimen-to de pistão. Simultaneamente, um dos cilindros 2' aspira, através da ligaçãode entrada 36', ar do ambiente para sua segunda câmara de cilindro 60'.
No âmbito do movimento de reversão da haste de pistão 10',para a esquerda de acordo com a figura 4, o ar aspirado na segunda câmarade cilindro 60' de um dos cilindros 2" é condensado e a maior parte é movidaatravés do canal de desvio 80' para a primeira câmara de cilindro 58' do ou-tro cilindro 4', para, ali, apoiar o movimento de pistão para a direita. Simulta-neamente, o pistão 8' do outro cilindro 4' condensa o ar comprido, já pré-condensado, existente em sua segunda câmara de cilindro 62' e move omesmo através da ligação de saída 40' para o reservatório de ar comprimi-do. Nesse caso, o pistão 6' de um dos cilindros 2' move novamente uma pe-quena corrente de vazamento 76 da segunda câmara de cilindro 60' para aprimeira câmara de cilindro 58' do outro cilindro 4', para apoiar o movimentode pistão do pistão 8' ali existente e para pôr ar à disposição para o proces-so de condensação seguinte.
LISTAGEM DE REFERÊNCIA
1 condensador de pistão de levantamento
2 cilindro
4 cilindro
6 pistão
8 pistão
10 haste de pistão12 carcaça externa 14 carcaça externa 16 aberturas de passagem 18 placa de fundo 20 placa de fundo 22 placa de fundo 24 placa de fundo 26 parede divisória 28 canal de entrada 30 canal de saída 32 abertura de passagem 34 ligação de saída 36 ligação de entrada 38 ligação de entrada 40 ligação de saída 42 ligação de entrada 44 ligação de saída 46 peça terminal 48 peça terminal 50 abertura de passagem 52 ranhura 54 vedação 56 - primeira câmara de cilindro 58 primeira câmara de cilindro 60 segunda câmara de cilindro 62 segunda câmara de cilindro 64 vedações 66 vedação de fenda 68 ranhuras 70 seta 72 seta 74 seta76 seta
78 canal de ar comprimido
80 canal de desvio
Claims (5)
1. Condensador de pistão de levantamento (1; 1') com pelo me-nos dois cilindros de trabalho (2, 4; 2', 41) dispostos um depois do outro aolongo de um eixo de cilindro, nos quais está guiado de modo axialmente mó-vel, em cada caso, um pistão (6, 8; 6', 8'), sendo que os pistões (6, 8; 6', 8')apresentam uma haste de pistão (10; 10') comum, manobrada axialmente,que se estende por uma abertura de passagem (32, 32') em uma parededivisória (26, 26') entre os cilindros de trabalho (2, 4; 2', 4'), caracterizadopelo fato de que os cilindros de trabalho (2, 4; 2', 4') estão vedados um emrelação ao outro na região da haste de pistão (10, 10') exclusivamente poruma vedação sem contato na forma de uma vedação de fenda (66, 66'),formada entre uma superfície periférica radialmente externa da haste de pis-tão (10, 10') e uma superfície periférica radialmente interna da abertura depassagem (32, 32').
2. Condensador de pistão de levantamento de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que para formação da vedação defenda de labirinto, pelo menos a superfície periférica interna da abertura depassagem (32, 32') está dotada de ranhuras (68; 68') radiais, dispostas àdistância axial uma da outra.
3. Condensador de pistão de levantamento de acordo com a rei-vindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o mesmo é um condensa-dor de pistão de levantamento (1, 1') reversível e pela corrente de vazamen-to (76; 76'), que corre pela vedação de fenda (66; 66') de um dos cilindros detrabalho (2, 4; 2', 4') para o outro cilindro de trabalho (2, 4; 2', 4'), no movi-mento de reversão subseqüente da haste de pistão (10; 10') amplia o volu-me de ar a ser condensado.
4. Condensador de pistão de levantamento de acordo com a rei-vindicação 3, caracterizado pelo fato de que o mesmo está realizado comocondensador de pistão de levantamento (11) de estágios múltiplos para umacondensação de estágios múltiplos, no qual cada cilindro de trabalho (2', 4')está associado a um estágio de condensação.
5. Instalação de freio de um veículo, manobrado por ar compri-mido, que contém um condensador de pistão de levantamento (1; 1') comodefinido em pelo menos uma das reivindicações precedentes.
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