BRPI0902369A2

BRPI0902369A2 - vedação radial hidraulicamente equilibrada

Info

Publication number: BRPI0902369A2
Application number: BRPI0902369-0A
Authority: BR
Inventors: Robert P Laplante
Original assignee: Freudenberg Nok Gp
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2010-06-22
Also published as: US20100084823A1

Abstract

A presente invenção refere-se a uma vedação radial hidraulicamente equilibrada que é configurada de modo que a pressão hidráulica de um fluido que é vedado faz com que a borda primária de vedação dinâmica se estenda mais por uma extensão maior no sentido axial e também incorpore a borda secundária de vedação estática cujo interior frisado fica travado na ranhura de alojamento na superfície externa da borda de vedação dinâmica e realiza uma vedação entre as duas bordas. A borda secundária de vedação estática sendo assim disposta de modo a fazer com que a mesma seja comprimida e diminuída pela pressão hidráulica do fluido que é vedado a uma extensão comparável à da borda primária de vedação dinâmica que é estirada sob a mesma pressão, mantendo as duas bordas travadas entre si. Esta construção única mantém um equilíbrio hidráulico favorável inicialmente concebido para a vedação, permitindo que a mesma acomode pressões hidráulicas acima de 15,75 kgf/cm2 (225 psi).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VEDAÇÃORADIAL HIDRAULICAMENTE EQUILIBRADA".

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a vedações radiais de alta pres-são equilibradas hidraulicamente.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Esta seção do presente documento prove informações de fun-damento relacionadas à presente invenção, e não necessariamente a umatécnica anterior.

As vedações radiais que permitem que a pressão de um meioque é vedado atue contra a borda da vedação provocam cargas muito altasna junção da borda da vedação e no eixo, resultando na falha prematura davedação devido a uma fricção excessiva, ou ainda calor ou desgaste. Astentativas feitas no sentido de melhorar estas vedações, como, por exemplo,o aumento da espessura de sua seção flexível ou a diminuição do seu com-primento, o uso de um material mais duro na borda de vedação, ou o uso deuma luva rígida de reforço entre a superfície interna da borda de vedação eo eixo, limitam a capacidade de a vedação acomodar o desalinhamento doeixo com relação ao furo e a excentricidade do eixo dinâmico, encurtando avida útil da vedação.

A Patente U.S. N° 3 443 814 apresenta uma vedação radial hi-draulicamente equilibrada que prove um desenho de vedação superior aosdas vedações das técnicas anteriores que não empregam uma mola de pro-teção ou outra forma de mola em termos da manipulação das altas grandespressões a velocidades mais elevadas, mas que ainda possui uma capaci-dade de acomodação de pressão hidráulica relativamente limitada devido aofato de que a localização axial da vedação secundária de anel em O e a pa-rede rígida da caixa contra a qual o anel em O se encosta e as vedaçõesficam relativamente fixas em sua posição axial. A borda de vedação dinâmi-ca de borracha fica relativamente livre para ser comprimida no sentido axialpor meio da pressão hidráulica de modo a ser vedada, conforme mostradona Patente U.S. N° 3 443 814 de acordo com a sua Figura 2. Esta compres-são altera e atrapalha o equilíbrio hidráulico inicialmente provido no dese-nho, definitivamente limitando o desenho a pressões hidráulicas de vedaçãode até no máximo 7 kgf/cm2 (100 psi). Por conseguinte, é desejável se pro-ver uma vedação radial hidraulicamente equilibrada capaz de vedar pres-soes hidráulicas maiores que as apresentadas nos desenhos de vedaçãodesta técnica anterior.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Esta seção do presente documento prove um sumário geral dapresente invenção e não vem a ser uma ampla apresentação do âmbito totalde aplicação da presente invenção ou de todos os seus aspectos.

A presente invenção prove uma vedação radial hidraulicamenteequilibrada configurada de modo que a pressão hidráulica do fluido que évedado faz com que a borda primária de vedação dinâmica seja mais estira-da no sentido axial e também incorpora uma borda secundária de vedaçãoestática cujo interior frisado se fecha dentro de uma ranhura de alojamentona superfície externa da borda de vedação dinâmica e realiza uma vedaçãoentre as duas bordas. A borda secundária de vedação estática é então dis-posta de modo a fazer com que a mesma seja comprimida e diminuída pelapressão hidráulica do fluido que é vedado a uma extensão comparável à daborda primária de vedação dinâmica que é estirada sob a mesma pressão,mantendo as duas bordas travadas entre si. Esta construção única mantémo equilíbrio hidráulico favorável inicialmente desenhado para a vedação,permitindo que a mesma acomode pressões hidráulicas de mais de 15,75kgf/cm2 (225 psi).

De acordo com um aspecto da presente invenção, uma vedaçãoradial hidraulicamente equilibrada para a vedação de um eixo em um furo éprovida com uma caixa externa tendo uma superfície externa revestida comborracha adaptada de modo a se encaixar de forma vedante no furo, e umaborda de vedação estática fixada de modo a se fechar em uma borda de ve-dação dinâmica da montagem de vedação. Uma vedação dinâmica incluindouma borda de vedação é adaptada de modo a se encaixar em um eixo e éapoiada por um inserto rígido acomodado na caixa externa. A vedação di-nâmica inclui uma ranhura de alojamento sobre a superfície externa da bor-da de vedação para a acomodação da borda de vedação estática na mes-ma. Uma passagem de ventilação é disposta entre a caixa externa e o inser-to de vedação de modo a comunicar um meio pressurizado à borda de ve-d ação estática.

Outras áreas de aplicabilidade tornar-se-ão aparentes a partir dadescrição provida no presente documento. A descrição e os exemplos espe-cíficos neste sumário foram concebidos com a finalidade de ilustrar somente,de forma alguma limitando o âmbito de aplicação da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos descritos no presente documento têm o propósitode ilustrar apenas as modalidades selecionadas e não todas suas possíveisimplementações, não pretendendo, contudo, restringir o âmbito de aplicaçãoda presente invenção.

A Figura 1 é uma vista em seção transversal de uma vedaçãoradial hidraulicamente equilibrada de acordo com os princípios da presenteinvenção; e

A Figura 2 é uma vista em seção transversal de uma vedaçãoradial hidraulicamente equilibrada alternativa de acordo com os princípios dapresente invenção.

Números de referência correspondentes indicam peças correla-tas em todas as diversas vistas dos desenhos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A seguir, serão descritas de uma forma mais ampla modalidadesexemplares com referência aos desenhos em anexo.

Com referência à Figura 1, será descrita, a seguir, uma vedaçãoradial hidraulicamente equilibrada 10, de acordo com os princípios da pre-sente invenção. A vedação radial 10 é concebida para ser acomodada emum furo 12 de um alojamento 14 e se encaixa em um eixo 16. A vedação 10inclui uma caixa 20 que suporta uma vedação estática 22 e uma vedaçãodinâmica 24 suportada por um inserto de vedação 26. A caixa 20 pode incluiruma porção estendida no sentido axial 20a e uma porção interna estendidano sentido radial 20b que se estende a partir de uma extremidade da porçãoestendida no sentido axial 20a. A porção estendida no sentido axial 20a po-de ser sobremoldada com um elastômero que oferece um encaixe de fricçãocom o furo 12 do alojamento 14.

A vedação estática 22 pode ser moldada na porção radial 20b dacaixa 20 em uma extremidade radial interna da mesma. A vedação estáticapode incluir um interior frisado 32 que se estende no sentido axial na direçãodo líquido ou do lado de alta pressão da vedação 10. O interior frisado 32 davedação estática tem uma porção de face de extremidade 32a. A caixa 20pode incluir um material elastomérico 34 sobre uma superfície interna daporção axial 20a que pode ser provida com ranhuras de ventilação 36 quepermitem que um meio pressurizado entre em uma câmara 38 disposta entrea caixa 20 e o inserto de vedação 26.

O inserto de vedação 26 pode ser separadamente formado efixado na caixa 20 ou integralmente fixado à mesma. No caso de um insertoseparadamente formado, o inserto de vedação 26 poderá ser provido comum material elastomérico 40 sobre uma superfície externa do mesmo paraencaixe com o material elastomérico 34 no interior da caixa 20. O materialelastomérico 40 ou o inserto de vedação 26 pode também ser provido comranhuras ou passagens de ventilação em adição, ou como alternativa, àsranhuras de ventilação 36 providas no material elastomérico 34 no interior dacaixa 20. A eliminação do material elastomérico 34 ou 40 é também contem-plada pela presente invenção, contanto que passagens de ventilação sejamprovidas para comunicação com a câmara 34 entre as mesmas. O inserto devedação 26 pode incluir uma porção estendida no sentido axial 26a, de mo-do geral concêntrica com relação à porção axial 20a da caixa 20, podendotambém incluir uma porção interna estendida no sentido radial 26b que seestende a partir de uma extremidade da porção estendida no sentido axial26a oposta à porção estendida no sentido radial 20b da caixa 20. A vedaçãodinâmica 24 se estende no sentido axial a partir de uma extremidade internada porção interna estendida no sentido radial 26b e inclui uma borda de ve-dação dinâmica 44 que se encaixa no eixo 16. Uma ranhura de alojamento56 é disposta sobre uma superfície externa da vedação dinâmica 24 e aco-moda o interior frisado 32 da vedação estática 22 na mesma. A ranhura dealojamento 46 pode incluir uma porção de ressalto 48 disposta contra umaface de extremidade 32a da vedação estática 22.

Em operação, a pressão hidráulica do fluido sendo vedada fazcom que a vedação dinâmica 24 se estenda por uma extensão maior no sen-tido axial e também incorpore a borda secundária de vedação estática 22cujo interior frisado 32 fica travado na ranhura de alojamento 46 na superfí-cie externa da borda de vedação dinâmica 44 e realiza uma vedação entre avedação dinâmica 24 e a vedação estática 22. A borda secundária de veda-ção estática 22 é então disposta de modo a fazer com que a mesma sejacomprimida e diminuída pela pressão hidráulica do fluido que é vedado auma extensão comparável à da borda primária de vedação dinâmica que éestirada sob a mesma pressão, mantendo as duas bordas 22, 44 travadasentre si. O fluido pressurizado que é vedado entra na câmara 38 entre a cai-xa 20 e o inserto de vedação 26 e atua para dentro sobre ambas a bordasecundária de vedação estática 22 e a borda primária de vedação dinâmica44. A pressão também entra pela borda primária de vedação dinâmica 44 eatua para fora sobre a borda; desta forma deslocando, cancelando, ou equi-librando, em uma grande extensão, a pressão hidráulica que atua interna-mente sobre as bordas. Este equilíbrio hidráulico é o que permite que as ve-dações 22, 24 suportem pressões muito mais elevadas do que as constru-ções de vedação mais convencionais que não provêm uma maneira de im-pedir que pressões atuem sobre toda a extensão da borda de vedação di-nâmica ou ao prover uma forma de essencialmente equalizar a pressão queatua sobre as superfícies externa e interna da borda de vedação dinâmica. Avedação da presente invenção permite que a mesma acomode pressõeshidráulicas superiores a 15,75 kgf/cm2 (225 psi), que é mais que o dobro dapressão hidráulica do desenho da técnica anterior da Patente U.S. N° 3 443 814.

Com referência à Figura 2, é mostrada uma vedação radial hi-draulicamente equilibrada alternativa 10', virtualmente idêntica à vedação 10mostrada na Figura 1, com exceção do interior da borda de vedação dinâmi-ca 44', que tem um forro de PTFE 50 a fim de reduzir a fricção com o eixo derotação 16. O desenho da presente invenção prove um desempenho maisconfiável que os desenhos de vedação radial hidraulicamente equilibradaexistente em apenas uma fração do custo dos desenhos, tais como os apre-sentados na Patente U.S. N° 3 443 814.

O desenho de vedação radial hidraulicamente equilibrada aper-feiçoado da presente invenção, em termos efetivos, pelo menos dobra a ca-pacidade de manipulação da pressão hidráulica dos desenhos conhecidosda técnica anterior. Este desenho aperfeiçoado também elimina a retificaçãodescentralizada ou o fechamento do rolo da caixa externa, as operações deperfuração da caixa interna inerentes ao desenho da técnica anterior de mo-do a reduzir o custo de fabricação em comparação ao mesmo. Este desenhoaperfeiçoado também se caracteriza por um diâmetro externo de uma mon-tagem de vedação revestida com borracha para uma vedação mais confiávelnos furos do alojamento mais desbastados ou de maior tolerância, e/ou parao encaixe sob pressão ou a fixação da montagem de vedação em furos deexpansão térmica mais branda ou maior, como as de plástico ou alumínio,ao invés das de aço. Estas vantagens por si só e em seu todo aumentamsignificativamente os potenciais de aplicação e a competitividade de custodos desenhos aperfeiçoados em comparação aos dos desenhos da técnicaanterior. Uma aplicação potencial destes novos desenhos de vedação sepresta a desenhos capazes de uma alta rotação de velocidade (isto é, 40FPS (40 quadros por segundo) a alta pressão (superior a 14 kgf/cm2 (200psi)), tais como em um sistema de frenagem regenerativa híbrida hidráulicaconcebido para uso em veículos de partidas / paradas freqüentes, como, porexemplo, os caminhões de entulho ou os veículos de entrega postal.

A descrição acima das modalidades foram providas para fins deilustração e descrição. A mesma não pretende ser exaustiva ou limitar a pre-sente invenção. Os elementos ou aspectos individuais de uma modalidadeem particular de modo geral não se limitam àquela modalidade em especial,mas, sim, quando aplicável, podem ser intercambiáveis ou usados em umamodalidade selecionada, mesmo que não especificamente mostrado ou des-crito. Os mesmos podem também ser modificados de muitas maneiras. Taisvariações não devem ser consideradas como um afastamento da presenteinvenção. Sendo assim, todas estas modificações são concebidas de modoa serem inclusas dentro do âmbito de aplicação da presente invenção.

Claims

1. Vedação radial hidraulicamente equilibrada para a vedação deum eixo em um furo, compreendendo:- uma caixa tendo uma superfície externa adaptada de modo aencaixar de maneira vedante o furo e uma vedação estática fixada à ditacaixa;- uma vedação dinâmica incluindo uma borda de vedação adap-tada de modo a encaixar o eixo e suportada por um inserto de vedação fixa-do à dita caixa, a dita vedação dinâmica incluindo uma ranhura de alojamen-to sobre a superfície externa da dita borda de vedação para a acomodaçãoda dita vedação estática na mesma;- uma passagem de ventilação disposta entre a dita caixa e odito inserto de vedação para a comunicação de um meio pressurizado à ditavedação estática.

2. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 1, na qual a dita ranhura rebaixada tem uma seção transversalarqueada.

3. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 2, na qual a dita vedação estática tem uma seção transversalarqueada.

4. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 1, na qual a dita borda de vedação se estende no sentido axiala partir do dito inserto de vedação em uma primeira direção e a dita vedaçãoestática se estende no sentido axial a partir da dita caixa em uma segundadireção axial oposta à dita primeira direção.

5. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 1, na qual a dita caixa inclui uma porção estendida no sentidoaxial tendo um material elastomérico sobre a superfície interna da mesma eincluindo pelo menos uma ranhura na mesma que define a dita passagem deventilação.

6. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 1, na qual a dita caixa inclui uma porção estendida no sentidoaxial e uma porção interna estendida no sentido radial, a dita vedação estáti-ca estendendo-se axialmente a partir da dita porção interna estendida nosentido radial.

7. Vedação radial hidráulica mente equilibrada, de acordo com areivindicação 6, na qual o dito inserto de vedação inclui uma porção de inser-to estendida no sentido axial concêntrica com relação à dita porção estendi-da no sentido axial da dita caixa, e uma porção interna de inserto que se es-tende no sentido radial que suporta a dita vedação dinâmica e espaçada dadita porção interna estendida no sentido radial da dita caixa.

8. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 1, na qual a dita vedação estática é moldada à dita caixa.

9. Vedação radial hidraulicamente equilibrada para a vedação deum eixo em um furo, compreendendo:- uma caixa tendo uma superfície externa adaptada de modo aencaixar de maneira vedante o furo e uma vedação estática fixada à ditacaixa;- uma vedação dinâmica incluindo uma borda de vedação adap-tada de modo a encaixar o eixo e suportada por um inserto de vedação fixa-do à dita caixa, a dita vedação estática encaixando-se a uma superfície ex-terna da dita vedação dinâmica;- o dito inserto de vedação e a dita caixa definindo uma câmaraentre os mesmos e uma passagem de ventilação comunicando-se com adita câmara para a comunicação de um meio pressurizado de modo a forçara dita vedação estática contra a dita vedação dinâmica.

10. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 9, na qual a dita superfície externa da dita vedação dinâmicainclui uma ranhura rebaixada tendo uma seção transversal arqueada.

11. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 10, na qual a dita vedação estática é acomodada na dita ra-nhura rebaixada e tem uma seção transversal arqueada.

12. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 9, na qual a dita borda de vedação se estende no sentido axiala partir do dito inserto de vedação em uma primeira direção e a dita vedaçãoestática se estende no sentido axial a partir da dita caixa em uma segundadireção axial oposta à dita primeira direção.

13. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 9, na qual a dita caixa inclui uma porção estendida no sentidoaxial tendo um material elastomérico sobre a superfície interna da mesma eincluindo pelo menos uma ranhura na mesma que define a dita passagem deventilação.

14. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 9, na qual a dita caixa inclui uma porção estendida no sentidoaxial e uma porção interna estendida no sentido radial, a dita vedação estáti-ca estendendo-se axialmente a partir da dita porção interna estendida nosentido radial.

15. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 14, na qual o dito inserto de vedação inclui uma porção de in-serto estendida no sentido axial concêntrica com relação à dita porção es-tendida no sentido axial da dita caixa, e uma porção interna de inserto es-tendida no sentido radial que suporta a dita vedação dinâmica e espaçadada dita porção interna estendida no sentido radial da dita caixa.

16. Vedação radial hidraulicamente equilibrada, de acordo com areivindicação 9, na qual a dita vedação estática é moldada à dita caixa.