ES2219394T3 - Anillo obturador de cepillo. - Google Patents

Abstract

Anillo obturador de cepillo (10) para su empleo como elemento de estanqueización entre unas partes componentes, que están en movimiento entre si, sobre todo entre un rotor y un estátor, como un elemento fijado en el estátor; con una carcasa de forma anular (2) así como con una multitud de cerdas, que están fijadas dentro de la carcasa y que sobresalen de los contornos de la carcasa en el sentido radial ó axial; cerdas éstas cuyas caras frontales libres son tangentes con una superficie imaginaria de forma simétrica rotativa ó plana; en este caso, las cerdas están constituidas por los tramos (5, 6) de unas cuerdas y/ó de unos hilos, que están presentes en una forma de disposición bobinada y cada tramo se extiende en la forma de un lazo alrededor de un núcleo (11) y se aleja de este núcleo sin cruzarse con el otro tramo, de tal manera que las dos caras frontales sean tangentes con la misma superficie imaginaria, que se encuentra distanciada del núcleo (11) y, en este caso, los tramos (5, 6) están dispuestos en varias capas -la una por encima de la otra- alrededor del núcleo (11), y los mismos están fijados mediante un perfil de sujeción (12); anillo obturador de cepillo éste que está caracterizado porque las cuerdas y/ó los hilos se componen exclusivamente de unas finas fibras de aramida, en la forma de ¿cabello de ángel¿, así como caracterizado porque los tramos (5, 6) de las fibras se encuentran fijados solamente mediante un arrastre de fricción entre el núcleo (11) y el perfil de sujeción (12).

Description

Anillo obturador de cepillo.

La presente invención se refiere a un anillo obturador de cepillo para su empleo como elemento de estanqueización entre unas partes componentes, que están en movimiento entre si, conforme a lo indicado en el preámbulo de la reivindicación de patente 1), tal como el mismo ya es conocido, por ejemplo, a través de la Patente Británica Núm. GB-A 2 033 026.

Los anillos obturadores de cepillo de esta clase pueden estar provistos de unas cerdas, que de la carcasa sobresalen en el sentido radial hacia fuera, en el sentido radial hacia dentro ó bien en el sentido axial hacia un lado. En su acción de conjunto con una superficie antagónica -lisa y resistente al desgaste- de la parte componente, con una geometría plana preferentemente de forma cilíndrica circular, un tal anillo obturador de cepillo, una vez instalado, constituye una junta de cepillo propiamente dicho. Con el fin de mantener las cerdas libres de unas fuerzas centrífugas, estos anillos obturadores de cepillo son instalados, por regla general, de manera rígida en el estátor. Aparte de unas partes componentes rotativas como, por ejemplo, los ejes, también pueden estar estanqueizadas con los cepillos unas partes componentes casi-estáticas, de tipo oscilante ó con un menor movimiento; en este caso, una estanqueización de este tipo no es hermética, es decir, la misma trabaja con ciertas fugas. Los medios, que han de ser estanqueizados, son preferentemente de tipo gaseiforme.

La Patente Alemana Núm. DE 34 29 708 C1 protege una junta de cepillo, cuyas cerdas están realizadas en la forma de unos materiales compuestos. Por este motivo, las cerdas deben ser elásticas como resortes, es decir, que han de ser deformables elásticamente y de manera reversible; la envolvente de las cerdas tiene que ser de una buena conductividad calorífica y ha de reducir el rozamiento así como el desgaste. Es mencionada una multitud de materiales y combinaciones de materiales, que pueden ser apropiados en este sentido. Entre otros materiales más, también es indicado un material plástico como material para núcleo ó para la envoltura; la tabla, indicada al final de la memoria descriptiva, menciona concretamente el Kevlar -es decir, unas fibras de aramida- como el material del núcleo de las cerdas, el cual puede estar recubierto por un metal. De la Patente en su conjunto -en especial de las Figuras de los planos- puede ser apreciado que aquí están referidas unas cerdas en el sentido de unos tramos de material rectos y separados, con unas secciones transversales bien definidas, las cuales pueden ser bien manipuladas, es decir, ser cogidas, formadas en haces, sujetadas, soldadas, pegadas, pueden ser sinterizadas etc., etc.

Quien conozca la estructura fina "en forma de cabello de ángel" de cuerdas, de hilos y de otras conformaciones de las fibras de arámida comprende, que los mismos no pueden ser cambiados, en cuanto a su conformación, ó solamente pueden ser modificados con una inversión altamente antieconómica, conforme a la Patente Alemana anteriormente mencionada, en cerdas ó en cepillos.

La Patente Europea Núm. 0 211 275 B1 hace referencia a un procedimiento aquí incluido el dispositivo -para la fabricación de una junta de cepillo mediante una técnica por bobinado. En este caso, el material de las cerdas -en forma de hilos ó de alambres es bobinado sobre dos mandriles paralelos; el mismo es cogido con unas regletas de sujeción y es separado entre los mandriles.

Los cepillos -en primer lugar rectos- que se producen de este modo, son doblados para constituir unos anillos, y los mismos son luego ensamblados de tal manera, que se puedan conseguir unos anillos obturadores de cepillos entre si cerrados, de los cuales las cerdas sobresalen unilateralmente. A continuación, y mediante un corte, los extremos de las cerdas pueden ser procesados todavía con una mayor exactitud a la medida de acabado. Esta Patente se refiere principalmente a metal y a cerámica como los materiales para las cerdas, es decir, a un material duro, al estilo de un alambre y con una bien definida sección transversal. Las fibras de silicio carburo (fibras de SiC) -que, aparte del metal, son especialmente interesantes en este contexto- presentan ciertos problemas en el sentido de que el espesor de las mismas, el cual es preferido para las cerdas, no puede, sin embargo, ser bobinado con unos radios muy estrechos, por lo cual son necesarios un núcleo (mandril), cuya sección transversal sea mayor, así como un perfil de sujeción cuyo diámetro sea relativamente más grande. El procedimiento, protegido de esta Patente Europea, es empleado hasta la presente esencialmente sólo para unos cepillos hechos de metal.

La Patente Alemana Núm. DE 197 20 649 A1 revela una junta de cepillo con una geometría especial de la carcasa, la cual mejora el apoyo de las cerdas durante el funcionamiento, es decir, a una presión diferencial reduciéndose, de este modo, las fugas. Puede ser observada la disposición de las cerdas en la forma de un lazo alrededor de un núcleo de alambre y con la fijación por una pieza de sujeción. Un anillo obturador de cepillo de esta clase puede ser fabricado, de una manera conveniente, según el procedimiento de la Patente Europea Núm. 0 211 275 B1. Sin embargo, en esta Patente Alemana Núm. DE 197 20 649 Al no se dice nada acerca del material para las cerdas.

En relación con ello, la presente invención tiene el objeto de proporcionar un anillo obturador de cepillo con unas cerdas sobre 1 base de fibras de aramida, el cual se distinga por una fabricación más favorable; por una bien definida y reproducible estructura de las cerdas; así como por un buen comportamiento de estanqueización, que puede ser calculado de antemano.

De acuerdo con la presente invención, este objeto se consigue por la combinación de características, que está indicada en la reivindicación de patente 1), en conjunto con las características indicadas en el preámbulo de esta reivindicación de patente.

De una manera sorprendente, se ha descubierto ahora que las cuerdas ó los hilos finos "en forma de cabello de ángel", hechos de unas fibras de aramida, pueden ser fijados y alineados entre si de un modo fiable mediante una sujeción, es decir, en arrastre de fricción. La disposición de las fibras en la forma de unos lazos alrededor de un núcleo tiene por efecto una fijación especial por cada cerda/tramo, que se encuentra en contacto con el perfil de sujeción circundante. Un muy importante aspecto técnico de la fabricación consiste en el hecho de que estas cerdas están constituidas por unos tramos de cuerdas ó de hilos, que están presentes en una disposición bobinadas, teniendo en cuenta que el material de fibras de aramida, el cual ha de ser empleado, solamente puede ser manipulado, de una manera eficiente, mediante una técnica de bobinado. Se quisiera hacer constar aquí, que un cepillo de esta clase no posee unas cerdas rígidas con unas bien definidas secciones transversales, que pueden ser claramente diferenciadas entre si, sino este cepillo se parece más bien a una brocha de pelo filo, con unas geometrías capilares que varían dentro de ciertos límites.

En las reivindicaciones secundarias están indicadas unas preferidas formas para la realización del anillo obturador de cepillo conforme a la reivindicación principal. La presente invención se refiere asimismo -según las reivindicaciones de patente 6) y 7)- a unas aplicaciones especiales para un anillo obturador de cepillo de esta clase.

A continuación, la presente invención es explicada con más detalles por medio del plano adjunto. La Figura única del plano muestra en una vista, que no está realizada a escala -una sección transversal, es decir, la vista de sección de un anillo obturador de cepillo, efectuada en el sentido axial/radial.

Como elemento soporte -que también protege y realiza la estanqueización- este anillo obturador de cepillo 1 posee una carcasa de forma anular 2 que es -por lo menos esencialmente- de tipo simétrico rotativo. Por motivos de la fabricación, esta carcasa se compone de dos partes, es decir, de una placa de cobertura 3 y de una placa de apoyo 4, las que aquí se solapan mutuamente en el sentido axial dentro de la zona superior y las cuales están unidas entre si en arrastre de forma, preferentemente a través de un rebordeado. El eje central longitudinal X del anillo obturador de cepillo 1 se encuentra aquí por el lado de la carcasa 2, por el cual también sobresalen las cerdas con respecto a la carcasa. Por consiguiente, las cerdas sobresalen de forma radial hacia dentro desde los contornos de la carcasa -en dirección hacia la parte central- con el objeto de actuar en conjunto con una parte componente central de forma redonda, sobre todo con un árbol rotativo; a este efecto, el eje de la parte componente antagónica -que aquí no está indicada- habría de ser idéntico al eje central longitudinal X.

El anillo obturador de cepillo también podría estar estructurado de tal manera, que las cerdas sobresalgan en el sentido radial de la circunferencia exterior del mismo, con el fin de actuar en conjunto con, por ejemplo, un árbol hueco Como la parte componente antagónica. Partiendo de la representación gráfica aquí indicada, el eje central longitudinal estaría situado, en este caso, por encima de la carcasa, que aquí está indicada en vista de sección.

Otra forma de construcción del anillo obturador de cepillo podría estar realizada de tal modo, que las cerdas sobresalgan lateralmente y en el sentido axial de la carcasa para actuar en conjunto con una parte componente antagónica, que es de forma plana por su zona de estanqueización. Partiendo de la representación gráfica aquí indicada, el eje central longitudinal se extendería, en este caso, de forma vertical, y el mismo estaría situado lateralmente, a la derecha ó a la izquierda de la sección de la carcasa.

Todas estas modificaciones no tienen, sin embargo, ninguna influencia sobre la idea esencial de la presente invención.

La presente invención consiste -como tal en la Estructura constructiva del propio cepillo, la cual ha de ser realizada de la mejor forma posible y en función de los materiales disponibles. El material de partida para las cerdas consiste en unas fibras de poliamidas aromáticas, es decir, en las fibras de aramida, que se conocen más bien por las denominaciones de "Kevlar" ó "fibras de Kevlar". Estas fibras están reunidas en cuerdas ó en hilos, que se pueden adquirir en una forma bobinada. De las cuerdas ó de los hilos son confeccionados unos tramos, que han de constituir las cerdas del cepillo. Si ya se considera como "cerda" un tal tramo ó solamente una multitud de estos tramos, es más bien aleatorio y carece aquí de importancia.

En el caso de estos cepillos de fibras de aramida, que tienen una estructura fina y blanda, sería mejor hablar de "pelos de cepillos".

A efectos de una aclaración, en la Figura se muestran solamente dos tramos, 5 y 6, es decir, las "cerdas" cuyo espesor ha sido indicado aquí a escala de varios aumentos estando el mismo, en realidad, más bien dentro de la gama de algunas milésimas hasta pocas centésimas de milímetro. Los tramos, 5 y 6, están colocados en la forma de lazos alrededor de un núcleo redondo 11, y los mismos se alejan del núcleo por ambos lados y sin cruzarse entre si así como, de tal modo, que las respectivas dos caras frontales -7 y 9 así como 8 y 10- de cada tramo sean tangentes con la misma superficie imaginaria F, que es, por lo menos aproximadamente, de forma idéntica a la superficie de la parte componente antagónica, es decir, que en este caso corresponde a una superficie tridimensional de un cilindro circular, con el eje central longitudinal X. La forma de disposición ligeramente curvada de los tramos, 5 y 6 -con una puesta a tope lateral en la placa de apoyo 4- permite suponer unas condiciones de trabajo con una sobrepresión por el lado de la placa de cobertura 3, es decir, por el lado izquierdo. La fijación de los tramos, 5 y 6, sobre el núcleo 11 es llevada a efecto en arrastre de fricción, ó sea, por medio de un perfil de sujeción en forma de C 12, que es pretensado y que posee un ensanchamiento elástico en su sección transversal; perfil éste que puede estar realizado a partir de un tubo ranurado. Por fuera de la zona de sujeción -es decir, desde la superficie F hasta la parte 12- los tramos, 5 y 6, se extienden -en su estado sin carga- esencialmente de forma radial ó de forma radial y en la dirección circunferencial, ó sea, con un bien definido ángulo de incidencia (hasta aproximadamente 45 grados) en la dirección circunferencial. Unas "cerdas" colocadas de forma oblicua son más flexibles en la dirección radial, es decir, las mismas compensan mejor las diferencias en el posicionamiento de la parte componente antagónica. En la rotación de un árbol, sin embargo, solamente es admisible un posicionamiento de inclinación de las "cerdas". Esto ya es conocido por la persona familiarizada con este ramo técnico, por lo cual ello no ha sido indicado aquí con más detalles. Según la presente invención, las "cerdas" están constituidas por unos tramos, 5 y 6, de las cuerdas ó de los hilos de fibras de aramida, los cuales están presentes en una forma de disposición bobinada. Según un procedimiento, mencionado al principio y protegido mediante patente, las cuerdas ó los hilos son bobinados alrededor de dos núcleos rectos -que están distanciados de forma paralela entre si- y ellos son fijados sobre estos núcleos mediante unos perfiles de sujeción. A continuación los bobinados son desplazados entre si en el sentido axial, con el fin de producir un ángulo de incidencia. Los bobinados son separados seguidamente de forma central entre los dos núcleos, de tal manera que se puedan producir dos cepillos, idénticos entre si y de forma recta, cada uno con su núcleo y con su perfil de sujeción. Estos cepillos son doblados luego en forma de anillos y son ensamblados en un punto de choque mediante una soldadura normal, una soldadura blanda, un pegamento ó mediante otro proceso similar; a este efecto, ha de ser tenido en cuenta que las fibras de material plástico no pueden ser deterioradas ó destruidas por una acción térmica. También podría pensarse en aplicar -entre otras posibilidades más- una unión de cubrejuntas con unos puntos de soldadura, en este caso, el calor podría ser evacuado a través de los contactos de la soldadura. Cada cepillo de forma anular, que es continuo en si, está integrado en una carcasa de dos ó de más piezas componentes, de tal modo que se pueda obtener el deseado anillo obturador de cepillo. A continuación, los extremos libres y sobresalientes de las cerdas pueden ser procesados todavía con mayor exactitud a la medida de acabado (superficie F).

Las correosas fibras de aramida -que también son resistentes al desgarro- solamente pueden ser separadas con dificultades, de tal manera que puedan hacer falta unos especiales procedimientos para la separación de las mismas. Aparte de un corte, de un estampado, de un rebordeado, etc., etc., de tipo mecánico se ha pensado aquí sobre todo en un corte por rayos Láser, con ó sin refrigeración, así como en un corte mediante chorro de agua, con ó sin unos aditivos abrasivos.

Claims (7)

1. Anillo obturador de cepillo (10) para su empleo como elemento de estanqueización entre unas partes componentes, que están en movimiento entre si, sobre todo entre un rotor y un estátor, como un elemento fijado en el estátor; con una carcasa de forma anular (2) así como con una multitud de cerdas, que están fijadas dentro de la carcasa y que sobresalen de los contornos de la carcasa en el sentido radial ó axial; cerdas éstas cuyas caras frontales libres son tangentes con una superficie imaginaria de forma simétrica rotativa ó plana; en este caso, las cerdas están constituidas por los tramos (5, 6) de unas cuerdas y/ó de unos hilos, que están presentes en una forma de disposición bobinada y cada tramo se extiende en la forma de un lazo alrededor de un núcleo (11) y se aleja de este núcleo sin cruzarse con el otro tramo, de tal manera que las dos caras frontales sean tangentes con la misma superficie imaginaria, que se encuentra distanciada del núcleo (11) y, en este caso, los tramos (5, 6) están dispuestos en varias capas -la una por encima de la otra- alrededor del núcleo (11), y los mismos están fijados mediante un perfil de sujeción (12); anillo obturador de cepillo éste que está caracterizado porque las cuerdas y/ó los hilos se componen exclusivamente de unas finas fibras de aramida, en la forma de "cabello de ángel", así como caracterizado porque los tramos (5, 6) de las fibras se encuentran fijados solamente mediante un arrastre de fricción entre el núcleo (11) y el perfil de sujeción (12).

2. Anillo obturador de cepillo conforme a la reivindicación 1) y caracterizado porque el núcleo (11) está conformado de un alambre metálico con una sección transversal redonda, mientras que el perfil de sujeción (12) está conformado a partir de un tubo metálico redondo y ranurado en la dirección longitudinal.

3. Anillo obturador de cepillo conforme a las reivindicaciones 1) ó 2) y caracterizado porque los tramos (5, 6) tienen -por fuera de la zona de sujeción (12) y adicionalmente a su orientación, que es esencialmente radial ó axial- también una componente de dirección en el sentido circunferencial.

4. Anillo obturador de cepillo conforme a una ó varias de las reivindicaciones 1) hasta 3) y caracterizado porque los tramos (5, 6) poseen unas caras frontales (7, 9; 8, 10), que son realizadas mediante un corte ó un cizallamiento mecánicos; por un corte con rayos Láser, dado el caso con refrigeración por agua (procedimiento "Lasermicrojet" ó microchorro por rayos Láser); ó bien son realizadas a través de un corte por chorro de agua.

5. Anillo obturador de cepillo conforme a una ó varias de las reivindicaciones 1) hasta 4) y caracterizado porque las fibras de aramida, que son empleadas como material para las cerdas, corresponden en cuanto a su estructura, tanto química como física -a la fibra Kevlar Tipo 49 de la Firma Comercial Dupont.

6. Empleo de un anillo obturador de cepillo conforme a una ó a varias de las reivindicaciones 1) hasta 5) y caracterizado porque este anillo obturador de cepillo está previsto para la estanqueización contra unos fluidos, principalmente de tipo gaseiforme e incluido el hidrógeno.

7. Empleo de un anillo obturador de cepillo conforme a una ó a varias de las reivindicaciones 1) hasta 5) y caracterizado porque este anillo obturador de cepillo está previsto para su empleo en los motores de turbopropulsión de cualquier tipo así como en los generadores de electricidad.