ES2235491T3 - Junta hermetica para tubo con geometrias combinadas de labio y cierre de compresion. - Google Patents
Junta hermetica para tubo con geometrias combinadas de labio y cierre de compresion.Info
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Abstract
Una junta hermética de cierre para tubo diseñada para ser recibida dentro de una ranura (45) existente dentro de un extremo de encastre hembra (47) de un tubo termoplástico, comprendiendo la junta hermética (43; 73): - un cuerpo elastomérico en forma de anillo que tiene una composición sustancialmente homogénea que, cuando se observa en sección transversal, incluye una región frontal saliente (75) y una región de más baja compresión (77), una región de ranura intermedia (87) que tiene una pared mirando hacia adentro, y una superficie de cierre secundaria (83), de manera que la región frontal saliente (75) mira generalmente hacia al extremo del encastre hembra (47) del tubo una vez la junta hermética ha sido insertada en el tubo; - en que la región frontal saliente (75) está unida a la región de más baja compresión (77) por medio de una región de superficie principal inclinada (79) que define un ángulo á con respecto a un eje horizontal (81) trazado paralelo a un eje central (61) del tubo; y- en que la región frontal de superficie inclinada (79) forma una rampa de alineación para guiar un extremo de espiga apareado durante la inserción.
Description
Junta hermética para tubo con geometrías
combinadas de labio y cierre de compresión.
El presente invento se refiere generalmente a
juntas herméticas utilizadas en uniones de tubos en las cuales una
espiga de tubo macho se aloja dentro de una sección equiparable de
tubo con encastre hembra.
Los tubos fabricados con materiales
termoplásticos, incluyendo polipropileno y PVC, se utilizan en una
diversidad de industrias. Al formar una unión entre secciones de
tubo, la espiga o extremo macho del tubo se introduce dentro del
encastre o extremo hembra del tubo. Normalmente, se coloca un anillo
o junta anular elastomérica dentro de una ranura formada en el
extremo de encastre del tubo termoplástico. Al insertar la espiga
dentro del encastre, la junta proporciona una mayor capacidad de
cierre hermético a la unión. Durante el proceso de instalación es
crítico que la junta no se tuerza o salte puesto que una junta
desplazada o mal colocada afectaría negativamente la capacidad
final de cierre de la unión.
Ciertas técnicas anteriores, por ejemplo la
EP-A-0.156.222 (anillo de junta que
tiene una superficie frontal inclinada, un labio de limpieza y un
área posterior de cierre), la
US-A-3.179.446 (junta de cierre que
tiene una superficie frontal inclinada y un labio de cierre anular
que se extiende axial e internamente); la
US-A-4.315.630 (anillo de cierre que
tiene sustancialmente una porción exterior rígida y una porción
interna elástica provista de un labio de cierre); y la
US-A-4.818.209 (anillo de cierre que
tiene una porción frontal provista de una superficie interior de
inclinada y una porción de cierre con un labio provisto con una
superficie posterior que forma un ángulo obtuso con la línea opuesta
axial al anillo de cierre) han implicado el uso de juntas
herméticas que se basan completamente en juntas "labiales" en
vez de una "junta de compresión". Las juntas de técnica
anterior que se encontraban en el comercio tenían una porción de
labio que se deformaba doblándose hacia atrás al insertar la sección
macho del tubo dentro de la sección hembra del tubo. Las juntas
labiales confían generalmente en la presión del interior del tubo
para conseguir un efecto de cierre hermético. En algunas
condiciones, las juntas labiales de la técnica anterior se pelaban
permitiendo fugas a través de la unión. Particularmente, bajo
condiciones de impulsos de presión, las juntas labiales normalmente
disponibles pueden dar resultados menos que satisfactorios. Una
brusca reducción de la presión en el interior del tubo puede causar
la contaminación del área de cierre y del interior del
\hbox{tubo.}
Uno de los intentos para asegurar la integridad
de la unión del tubo comportaba el uso de una junta hermética para
tubo que tenía una región formada de un material de cierre
producible elásticamente, tal como caucho, y una segunda región
distinta formada con un material más rígido, tal como un plástico
rígido. Véase por ejemplo la antes mencionada patente
US-A-4.818.209. La junta compuesta
de caucho y plástico necesitaba una interface de adhesivo entre las
secciones de la junta, estando sometida a degradación durante las
operaciones de abocinado o en presencia de calor, y a menudo pierde
capacidad en cierre en condiciones de presión baja.
También resulta crítico para el éxito de la unión
del tubo que la junta hermética de cierre se mantenga en posición
adecuada dentro de su respectiva ranura de junta durante la
instalación y el uso. Un primer intento para garantizar la
integridad de las uniones de tubo empleadas bajo condiciones
exigentes consistía en disponer un refuerzo local en la parte de la
ranura del extremo del encastre hembra por medio de un mayor
espesor de pared en dicha zona del tubo. En algunos casos también se
empleaban manguitos de refuerzo. Cada una de tales soluciones era
menos que ideal, en ciertos casos no proporcionaban la integridad
de unión requerida y a menudo contribuyan a la complejidad y al
coste del trabajo de fabricación.
A principios de los años 1970, Rieber & Son
de Bergen, Noruega, desarrolló una nueva tecnología conocida en la
industria como "junta Rieber". El sistema Rieber utilizaba un
elemento de moldeo y un anillo de cierre combinados para formar una
unión hermética entre el extremo de encastre y el extremo de espiga
de dos tubos en cooperación formados de materiales termoplásticos.
En el procedimiento Rieber, la junta elastomérica se insertaba
dentro de una ranura interna en el extremo de encastre del tubo
hembra al mismo tiempo que se estaba formando el extremo hembra o
abocinado. La provisión de una junta elastomérica preestirada y
anclada durante el proceso de abocinado al fabricar el tubo
proporcionaba un extremo de encastre perfeccionado para una unión
de tubo con una junta hermética de cierre que no se doblaría ni
caería, o bien que no dejase penetrar impurezas en las zonas de
cierre de la unión, aumentado pues la fiabilidad de la unión y
reduciendo el riesgo de fugas o posibles fallos causados por la
abrasión. El procedimiento Rieber se describe en las siguientes
patentes estadounidenses publicadas, entre otras: 4.120.521;
4.061.459 (en cuya forma de dos partes está basada la patente
independiente 1); 4.030.872; 3.965.715; 3.929.958; 3.887.992;
3.884.512 y 3.776.682.
El sistema Rieber, con su junta hermética
íntegramente instalada, proporciona una geometría de un cierre de
compresión, en vez de estar basada en los sistemas de cierre labial
de la técnica anterior. Al enfriarse el extremo del encastre hembra
del tubo alrededor de la junta previamente montada, el cuerpo
elastomérico de la junta era comprimido entre un anillo de refuerzo
de acero y la ranura formada en el extremo encastre del tubo. Al
instalar la espiga pareja para formar la unión de un tubo, se
producía más compresión de la junta hermética en un sentido radial
a lo largo de una región de compresión interna de la junta.
A pesar de los avances ofrecidos por el
procedimiento Rieber, la conocida geometría redondeada del cierre
de compresión, tal como se describe en la patente
US-A-4.061.459, presenta problemas
en algunos campos de aplicación. En algunas aplicaciones, sobre
todo las que comportan tubos de gran diámetro, la fuerza de
inserción necesaria para instalar el extremo de la espiga macho
dentro del extremo del encastre correspondiente requería una
elevada fuerza de inserción que, en ciertos casos, podía hacer que
la junta hermética resultara deformada o desplazada.
El presente invento tiene como un objeto
proporcionar una junta hermética para junta apta para usar en
sistemas que ofrecen la ventaja de un cierre labial sin perder las
ventajas de un cierre de compresión en una junta hermética estilo
Rieber.
Otro objeto del invento es proporcionar una de
tales juntas para tubo que ofrezca una mínima trayectoria de
interferencia y la consecuente menor fuerza de inserción del
extremo de la espiga macho al penetrar dentro del extremo del
encastre hembra para facilitar el montaje de la unión del tubo en el
lugar.
Otro objeto del invento es proporcionar un
sistema de cierre hermético del tipo anterior en que se instala una
junta de cierre hermético dentro de una ranura dispuesta en un
extremo con encastre hembra de un tubo termoplástico, en que la
junta está diseñada con una geometría de inserción perfeccionada
para conseguir una menor fuerza de inserción, al tiempo que
mantiene un cierre de compresión adecuado con respecto a un extremo
de espiga macho durante condiciones de baja presión, y en que se
mantiene un cierre labial adicional durante condiciones de baja
presión.
Una junta hermética de cierre para tubo del
invento, tal como viene definida en la reivindicación independiente
1, está diseñada para ser recibida dentro de una ranura dispuesta
dentro de un extremo de encastre de un tubo termoplástico. La junta
hermética incluye un cuerpo elastomérico en forma de anillo que
tiene una composición sustancialmente homogénea el cual, cuando se
observa en sección transversal, incluye una región frontal saliente
y una región de más baja compresión generalmente plana. La región
frontal saliente está unida a la región de más baja compresión
mediante una región de superficie principal inclinada que forma una
rampa de alineación para guiar un extremo de espiga apareada durante
la inserción, y que define un ángulo \alpha con respecto a un eje
horizontal trazado paralelo a un eje central del tubo. La región de
más baja compresión está separada de una superficie de cierre
secundaria por medio de una porción de labio vertical que termina
en una superficie posterior que define un segundo ángulo \beta
con respecto al eje horizontal trazado paralelo al eje central del
tubo. La presencia de una región de más baja presión generalmente
plana evita que la porción del labio vertical se doble hacia atrás
bajo las cargas de presión. El ángulo \alpha se selecciona de
manera que sea inferior o igual a unos 60 grados y mayor o igual a
aproximadamente 15º, mientras que el ángulo \beta se selecciona
para que sea aproximadamente de 90º para minimizar la fuerza de
inserción requerida al insertar el extremo de la espiga macho centro
del extremo de encastre hembra y mientras se mantiene un cierre de
compresión entre las secciones de tubo.
La adecuada selección de los ángulos \alpha y
\beta, particularmente del ángulo \alpha, proporciona varias
ventajas sobre la técnica anterior. Se reduce la fuerza de
inserción requerida durante el montaje de la unión. La geometría
perfeccionada también proporciona un efecto de autocentrado para el
extremo de la espiga del tubo durante la inserción. El diseño de la
junta hermética de cierre del invento también permite la inserción
de espigas no chaflanadas (cortadas en el lugar) sin dañar la junta
hermética o interferir en la integridad de la unión del tubo. La
combinación de la porción labial y la región de cierre a compresión
proporciona varias ventajas adicionales que resultarán evidentes en
la siguiente descripción escrita.
La figura 1 es una vista en perspectiva parcial,
y parcialmente cortada, que muestra la unión de tubo según el
invento en que el extremo del tubo con la espiga macho se inserta
dentro del extremo del encastre hembra, teniendo el extremo de
encastre hembra una ranura pare recibir la junta hermética de cierre
del invento;
La figura 2 es una vista en sección transversal
de una junta hermética de la técnica anterior, según la patente
US-A-4.061.459, a la cual van
dirigidas las características perfeccionadas de acuerdo con el
invento;
Las figuras 3 a 6 son ilustraciones esquemáticas
simplificadas del procedimiento Rieber de técnica anterior para
instalar una junta hermética de cierre a compresión dentro de una
ranura formada en el extremo de encastre hembra de un tubo
termoplástico;
La figura 7 es una vista lateral, en sección
transversal, de la junta hermética de cierre del invento, mostrada
de manera aislada por motivos de facilidad de ilustración;
La figura 8 es una vista lateral, en sección
transversal, de la junta hermética de la figura 7, mostrada en
posición comprimida al insertar el extremo de tubo con la espiga
macho dentro del extremo del encastre hembra a fin de formar una
unión de tubo; y
La figura 9 es un gráfico de la fuerza de
reacción con respecto al tiempo, comparando la junta hermética del
invento con varias juntas herméticas de la técnica anterior.
Se comprenderán mejor las ventajas proporcionadas
por la junta hermética para tubo que tiene una geometría de cierre
perfeccionada según el invento, haciendo referencia a juntas
herméticas de la técnica anterior conseguidas mediante el
procedimiento Rieber. Pasando primero por las figuras 3 a 6, se
representa el procedimiento Rieber mostrando la instalación de una
junta hermética de compresión de la técnica anterior dentro de la
ranura existente en el extremo del encastre de la sección de tubo
hembra.
La figura 3 muestra una junta hermética de cierre
elastomérica 11 que tiene un anillo de refuerzo de acero 13
colocado sobre la superficie de trabajo externa generalmente
cilíndrica 15 del mandril 17 utilizado en el proceso de abocinado.
La junta hermética elastomérica 11 puede estar formada, por ejemplo
de caucho y ser un miembro circular en forma de anillo, que tiene
una región de más baja compresión 19 y una región saliente expuesta
21 que, tal como puede verse en la figura 1, hace tope con un
collar de formación o apoyo 23. El collar de formación 23 tiene una
primera extensión generalmente cilíndrica 25 que está unida a una
segunda extensión cilíndrica 27 por medio de una región escalonada
29, siendo dicha segunda extensión 27 de diámetro exterior mayor que
la primera extensión cilíndrica 25, tal como puede verse en la
figura 3.
En la técnica anterior, el anillo elastométrico
reforzado con acero 11 se coloca sobre la superficie de trabajo del
mandril 17 y se empuja a una posición contra el collar de formación
o apoyo 23. En esta posición, la junta hermética está firmemente
anclada a la superficie el mandril.
En la segunda fase del procedimiento, se calienta
el extremo del encastre 33 del tubo termoplástico 31 y es empujado
sobre el mandril de acero 17, la junta hermética 11 y el collar de
apoyo 23. El extremo del encastre se expande debido a la naturaleza
termoplástica del tubo. Un número de materiales termoplásticos,
tales como polietileno, polipropileno y cloruro de polivinilo (PVC)
son conocidos en la técnica anterior, teniendo las características
de expansión requeridas, en función de la aplicación final de la
unión del tubo.
El extremo del encastre 33 fluye sobre la primera
extensión cilíndrica 25 del collar de apoyo 23 y hace tope con la
región escalonada 29 en la segunda etapa del procedimiento.
En la siguiente etapa de la técnica (figura 5),
el mandril y el tubo se separan del collar de apoyo 23 y el extremo
del encastre del tubo 33 se retrae alrededor del mandril y junta
hermética 11 debido a las fuerzas elásticas del material
termoplástico. Normalmente, también se suministraba vacío a través
de las puertas 35, 37 que conectaban la superficie de trabajo del
mandril con una fuente de vacío (no representada).
En la última fase del procedimiento (figura 6),
el extremo del encastre del tubo 33 se enfría mediante una barra
aspersora de agua 39 y boquillas rociadoras 41. Al enfriarse, el
extremo del encastre del tubo 33 se contrae alrededor de la junta
hermética 11, comprimiendo así el cuerpo de caucho de la junta
hermética entre el anillo de refuerzo de acero 13 y la ranura del
encastre para establecer un cierre firme. Dado que el cierre de la
junta hermética contra el encastre tiene lugar bajo condiciones
controladas en fábrica, no existe ninguna posibilidad de que
contaminantes de arena o similares penetren en la zona crucial de
cierre de la junta hermética durante su almacenamiento, transporte o
instalación.
El procedimiento Rieber antes descrito ha tenido
uso comercial desde comienzos de los años 1970 y se describe en las
anteriormente citadas patentes estadounidenses, entre otras
fuentes. Por tanto, resultará familiar para los entendidos en
técnicas de cierre de tubos termoplásticos.
La figura 1, muestra una junta hermética de
cierre según el invento, indicada generalmente con la referencia 43,
la cual está instalada dentro de una ranura 45 existente en un
extremo de encastre 47 de un tubo termoplástico. La junta hermética
43 tiene la geometría de cierre perfeccionada del invento, de modo
que la inserción de la sección del tubo macho, en espiga 49 dentro
de la sección hembra, en el encastre 47, puede conseguirse con una
mínima fuerza de inserción mientras se mantiene el deseado cierre
de compresión para la unión realizada. Mientras la vista de
despiece de las secciones de tubo macho y hembra 47, 49 muestran la
sección macho de la espiga del tubo 48 con un labio o bisel
achaflanado 50, se ha descubierto que la junta hermética
perfeccionada del invento se adapta a un extremo espiga no
achaflanado.
La geometría perfeccionada de cierre de la junta
hermética del invento puede apreciarse mejor, con respecto a la
junta de la técnica anterior, en la figura 2 de los dibujos. La
junta de técnica anterior 51 es un cuerpo elastomérico en forma de
anillo que, al ser observado en sección transversal, incluye una
región frontal saliente 53 y una región de más baja compresión
redondeada 55. La región frontal saliente 53 está unida a la región
de más baja compresión 55 por medio de una región de superficie
principal curvada 57 que define un ángulo "x" con respecto a
un eje horizontal 59 trazado paralelo a un eje central 61 (figura 1)
de un extremo hembra o encastre del tubo termoplástico. En el
ejemplo representado en la figura 2, el ángulo "x" es
aproximadamente de 75º con respecto al eje horizontal 59.
La región de más baja compresión 55 también se
une a una superficie de cierre secundaria 63 por medio de una región
de superficie posterior curvada 65 que define un segundo ángulo
"y" con respecto al eje horizontal 59 trazado paralelo al eje
central 61 del tubo. En este caso, el ángulo "y" es
aproximadamente de 45º. La junta hermética de cierre 51, en este
caso, también incluye un elemento de refuerzo metálico, tal como un
anillo de acero 67, que pasa por el interior de la junta hermética
alrededor del diámetro de la misma.
Haciendo referencia a la figura 1, la realización
de la unión del tubo requiere la inserción de la sección de tubo
con la espiga macho 49 dentro de la abertura formada por el extremo
del encastre hembra 47. Cuando el extremo de la espiga macho 49
pasa sobre la región de la junta hermética, la región de compresión
55 de la junta hermética de cierre 51 resulta comprimida
aproximadamente hasta el eje horizontal 59. Para ejercer la fuerza
de inserción necesaria para que la sección del tubo con la espiga
macho 49 pase sobre la junta hermética de cierre 51 dentro de sus
vectores componentes, la región de superficie principal curvada 57
de la junta hermética de técnica anterior se requiere un componente
de fuerza x 69 aproximadamente igual a 550 Newton y un componente
de fuerza y de aproximadamente 155 Newton.
Volviendo a la figura 7, en ella se representa
una junta hermética de cierre para tubos según el invento, indicada
generalmente con la referencia 73. La junta hermética está formada
por una composición generalmente homogénea, tal como un caucho
adecuado, en vez de incluir una región elastomérica unida a una
región de plástico duro. Un caucho natural o sintético de dureza 50
proporciona la capacidad de deformación preferida a la junta. La
junta hermética 73, vuelve a incluir una región saliente frontal 75
que está unida a una región de más baja compresión generalmente
plana 77 por medio de una región de superficie principal inclinada
79, la cual forma una rampa de alineación para guiar una espiga
extrema apropiada durante la inserción, y que define un ángulo
\alpha_{1} con respecto al eje horizontal 81 trazado paralelo a un
eje central 61 del tubo. La región de más baja compresión 77 está
unida a una superficie de cierre secundaria 83 por medio de una
porción de labio vertical 82 que termina en una superficie
posterior 85 que define un segundo ángulo \beta_{1} con respecto
al eje horizontal 81 trazado paralelo al eje central 61 del tubo. La
región de más baja compresión 77 tiene un tamaño elegido para evitar
que la porción de labio vertical 82 flexe hacia atrás durante la
formación del abocinado o bajo cargas de alta presión. En el
ejemplo preferido, que se ha representado en la figura 7, la
longitud total "l" es de 153 mm, mientras que la longitud
"l," de la región de más baja compresión 77 es de 13 mm. La
superficie superior 85 está separada de la superficie de cierre
secundaria 83 mediante una región de ranura periférica intermedia
87. La región de ranura 87 incluye una pared externa 88 que forma un
ángulo obtuso con respecto al resto de la región de ranura definida
por una pared mirando hacia adentro, que se inclina hacia al
interior desde la superficie posterior 85 de la región de labio
vertical 82.
La superficie de cierre secundaria 83 es una
región periférica plana que termina en un ángulo interno 89 de la
junta de estanqueidad 73. El ángulo interno está conectado a una
región curvada exterior 91 de la junta hermética 73 por medio de
una superficie de junta exterior que desciende uniformemente 93. La
región curvada exterior 91 está conectada a la región saliente 75
de la junta hermética mediante una región curvada cóncava 95. La
junta hermética 93 también puede tener un elemento de refuerzo, tal
como el anillo metálico 97. La más baja pendiente que conduce a la
región curvada exterior 91, si la comparamos con la junta hermética
de la técnica anterior representada en la figura 2, minimiza la
reducción de espesor del encastre del tubo durante la operación de
abocinado. La cavidad 110 (figura 7) formada entre la región cóncava
exterior 95 y la ranura de la bocina 112 permite la deformación del
caucho debido a la inserción del extremo de la espiga del tubo. El
ángulo frontal reducido presentado por la superficie 95 también es
más fácil de seguir durante la formación del abocinado y garantiza
un mejor contacto entre el encastre del tubo y el saliente 75 de la
junta hermética.
En el caso de la junta hermética de cierre
perfeccionada 73 del invento, los ángulos \alpha_{1} y
\beta_{1} se seleccionan a fin de minimizar la fuerza de
inserción requerida para insertar un extremo de espiga macho 48
dentro del extremo del encastre hembra 47, mientras se mantiene un
cierre de compresión entre las secciones del tubo. El ángulo
\alpha_{1} se selecciona de modo que sea menor o igual a
aproximadamente 60º, mientras que el ángulo \beta_{1} se
selecciona para que sea aproximadamente de 90º con respecto al eje
horizontal 81 trazado paralelo al eje central 61 del tubo. Más
preferiblemente, el ángulo \alpha_{1} se selecciona para que sea
de unos 45º o menos.
En el ejemplo de la figura 7, donde el ángulo
\alpha_{1} es aproximadamente de 45º y el ángulo \beta_{1} es
aproximadamente de 90º, los componentes de la fuerza de inserción
se dividen en los vectores componentes x e y que, en
este caso producen un componente x de 155 Newton y un
componente y de 155 Newton. Por tanto, modificando los
ángulos \alpha_{1} y \beta_{1}, la fuerza de inserción total se
reduce (F_{x} de 155 N contra F_{x} de 550 N).
Reduciendo el ángulo \alpha presentado por la
región de superficie principal curvada 79 al eje horizontal B1,
puede reducirse la fuera inserción necesaria del extremo de la
espiga macho dentro del encastre hembra del tubo. Sin embargo,
existe un compromiso entre la fuerza de inserción deseada y la
fuerza de compresión proporcionada por la junta hermética en estado
de la unión montada. Si la fuerza de inserción requerida se fuese
reduciendo continuamente al bajar el ángulo de inserción,
eventualmente no se dispondría de fuerza de compresión de cierre
para mantener la integridad de la unión en las condiciones del lugar
de trabajo. En la práctica, el solicitante ha descubierto que el
ángulo \alpha_{1} para la región de superficie principal
inclinada 79 debe ser inferior o igual a unos 60º, y mayor o igual
a aproximadamente 15º con respecto al eje horizontal 103, y más
preferiblemente de unos 45º con respecto al eje horizontal 81.
El ángulo \beta_{1} definido por la superficie
posterior 85 proporciona un estado "labial" a la junta para
permitir que la región de labio 82 se deforme hacia adentro hasta
el punto representado en la figura 8, mientras todavía proporciona
un cierre de compresión. Obsérvase que, en el estado comprimido, la
región del labio 82 deja un pequeño espacio 92 adyacente a la
superficie 82 para ayudar a crear un efecto de autobloqueo con
cargas de alta presión dentro de la junta. Tal como se ha indicado
anteriormente, el ángulo \beta_{1} definido por la superficie
posterior 85, es aproximadamente 90º con respecto al eje horizontal
103.
Los ángulos antes descritos proporcionan una
junta hermética con una geometría de inserción perfeccionada. La
junta hermética tiene la misma área de cierre en contacto con la
espiga macho que las justas herméticas de la técnica anterior, pero
no obstante se requiere una fuerza de inserción de aproximadamente
el 50%, en el ejemplo preferido.
Por tanto, en los ejemplos presentados, la fuerza
de inserción requerida, para introducir el extremo de la espiga
macho dentro el extremo del encastre hembra para realizar una unión
de tubo, puede descomponerse en una componente de fuerza x y
un componente de fuerza y. Los ángulos \alpha y \beta se
seleccionan para reducir la componente de fuerzo x sin
alterar significativamente la componente de fuerza y cuando
se inserta el extremo de la espiga macho dentro del extremo del
encastre hembra. Como "alterar significativamente" quiere
decirse que la componente de fuerza x se reduce
preferentemente el 40% o más, más preferiblemente alrededor del 50%,
mientras que la componente de fuerza y se reduce menos de
entorno un 5-10%, y más preferiblemente permanece
invariable.
La figura 9 es un gráfico de la fuerza de
reacción respecto al tiempo que el extremo de la espiga macho del
tubo se mueve dentro del extremo del encastre hembra para conseguir
una junta hermética de acuerdo con el invento 102, 104, en
comparación con una junta hermética Rieber de técnica anterior 106,
y en comparación con la junta hermética de caucho/plástico 108
descrita en la patente estadounidense 4.818.209 antes citada. En
este caso, la junta hermética 102, 104 tiene una espiga macho
achaflanada. La fuerza de reacción de la junta hermética de técnica
anterior fue considerablemente mayor que la junta hermética del
invento. La fuerza de reacción es menor y más uniforme para la junta
hermética 102, 104 del invento.
Un invento ha sido provisto de varias ventajas.
El sistema de cierre del invento proporciona una junta hermética de
cierre, formada íntegramente dentro de una ranura dispuesta en un
extremo de encastre de un tubo termoplástico, que se caracteriza
por una baja geometría de inserción perfeccionada. El diseño de la
junta hermética del invento presenta las ventajas de un cierre de
compresión mientras se reduce la fuerza de inserción necesaria para
garantizar que la junta hermética de cierre permanece en su sitio
sin ser desplazada o deformada durante la realización de la unión
del tubo.
La junta hermética de cierre perfeccionada del
invento emplea básicamente la misma cantidad de caucho que el diseño
de junta hermética de la técnica anterior, permitiendo así un
cierre de compresión adecuado a la vez que reduce la fuerza de
inserción necesaria del extremo del tubo con la espiga macho dentro
del respectivo extremo de encastre hembra del tubo. Como
consecuencia de ello, se preserva la integridad de la unión
mientras se reduce la fuerza de inserción requerida, facilitando
así el montaje de la junta en el lugar de trabajo.
El diseño de junta hermética del invento también
es un diseño "híbrido" puesto que proporciona tanto una región
de cierre a compresión como una región de cierre labial. El cierre
labial ofrece una alta interferencia de la espiga para un amplio
margen de contacto, tolera las falsas alienaciones y proporciona un
efecto de autobloqueo a alta presión. La configuración labial acepta
mayores tolerancias de diámetro exterior, así como ovalidad.
La rampa de autoalineación de la región frontal
de la junta hermética guía una espiga mal alineada durante la
inserción. La zona de compresión plana que está unida a la rampa de
alineación proporciona presión de contacto a bajas presiones del
fluido dentro de la unión a fin de garantizar integridad de cierre
hermético. Esta región ofrece una baja interferencia de espiga para
la fuerza de inserción reducida. También tiene un tamaño apropiado
para evitar que se doble hacia atrás la porción del labio durante
la formación del abocinado o bajo cargas de presión, y permite una
mejor capacidad de flexión. La superficie vertical posterior de la
porción del labio de la junta hermética está provista de un gran
radio de filete para una inyección y desmoldeo más fáciles durante
la fabricación de la junta hermética. La superficie de cierre
secundaria o cola de la junta hermética proporciona apoyo al cierre
bajo condiciones de presione al vacío y añade estabilidad para un
tubo mal alineado o cuando el tubo está sometido a cargas de
flexión. La superficie de caucho de alta resistencia a la
temperatura de la junta hermética permite la formación del
abocinado, sin refrigeración, durante la fabricación. El bajo ángulo
de elevación de la suave inclinación de la superficie exterior de
la junta hermética minimiza la reducción de espesor del encastre
durante las operaciones de abocinado. El mayor radio de la región
convexa del exterior de la junta hermética produce un modelo de
deformación más liso durante la formación del abocinado. La región
de radio convexo también produce elevadas presiones de contacto
para mejorar la hermeticidad entre la junta hermética y la ranura
del encastre. La cavidad que se forma entre la región cóncava del
exterior de la junta hermética y la ranura del tubo, permite la
deformación del caucho causada por la inserción de la espiga
durante el montaje. El reducido ángulo frontal del exterior de la
junta hermética es más fácil de seguir durante las operaciones de
formación del abocinado y garantiza un mejor contacto entre el
encastre y la región saliente de la junta hermética.
Los cambios de geometría de la junta hermética de
cierre no requieren cambios dramáticos en las herramientas
necesarias, pudiéndose modificar la junta hermética de una manera
simple y económica, a la vez que se consigue un rendimiento
sustancialmente mejorado en el sector.
Mientras el invento se ha representado únicamente
en una de sus formas, no por ello queda limitado, sino que es
susceptible de varios cambios y modificaciones sin por ello
apartarse del ámbito de las reivindicaciones.
Claims (6)
1. Una junta hermética de cierre para tubo
diseñada para ser recibida dentro de una ranura (45) existente
dentro de un extremo de encastre hembra (47) de un tubo
termoplástico, comprendiendo la junta hermética (43; 73):
- -
- un cuerpo elastomérico en forma de anillo que tiene una composición sustancialmente homogénea que, cuando se observa en sección transversal, incluye una región frontal saliente (75) y una región de más baja compresión (77), una región de ranura intermedia (87) que tiene una pared mirando hacia adentro, y una superficie de cierre secundaria (83), de manera que la región frontal saliente (75) mira generalmente hacia al extremo del encastre hembra (47) del tubo una vez la junta hermética ha sido insertada en el tubo;
- -
- en que la región frontal saliente (75) está unida a la región de más baja compresión (77) por medio de una región de superficie principal inclinada (79) que define un ángulo \alpha con respecto a un eje horizontal (81) trazado paralelo a un eje central (61) del tubo; y
- -
- en que la región frontal de superficie inclinada (79) forma una rampa de alineación para guiar un extremo de espiga apareado durante la inserción;
caracterizado por el hecho de que
- -
- la región de más baja compresión (77) forma una superficie plana generalmente paralela al eje horizontal (81) trazado paralelo al eje central (61) del tubo, y la región de más baja compresión (77) se une a la superficie de cierre secundaria (83) por medio de una porción de labio vertical (82) que incluye una primera superficie inclinada que tiene una longitud que se extiende radialmente al exterior formando un ángulo obtuso con respecto a la región de más baja compresión (77), extendiéndose la porción de labio vertical (82) radialmente hacia adentro hasta formar una superficie posterior (85), de manera que la superficie posterior (85) define un segundo ángulo \beta con respecto al eje horizontal (81) trazado paralelo al eje central (61) del tubo, pudiéndose acoplar dicha porción de labio vertical (82) con la citada pared que mira hacia adentro de la mencionada región de ranura (87) con la junta hermética en estado comprimido;
- -
- en que la presencia de la región de más baja presión generalmente plana (77) acorta efectivamente la longitud de la primera superficie inclinada de la porción de labio vertical (82) respecto a la longitud de la superficie posterior (85) de la porción de labio vertical (82), resistiendo con ello cualquier tendencia de la porción de labio vertical (82) a doblarse hacia atrás bajo la carga de presión en que dicha carga de presión actúa sobre la superficie posterior (85); y
- -
- en que el ángulo \alpha se selecciona de manera que sea inferior o igual a unos 60 grados y mayor o igual a aproximadamente 15º, mientras que el ángulo \beta se selecciona para que sea aproximadamente de 90º para minimizar la fuerza de inserción requerida al introducir el extremo de la espiga macho dentro del extremo de encastre hembra (47) mientras aún se mantiene un cierre de compresión entre las secciones de tubo.
2. La junta hermética para tubo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el
ángulo \alpha se selecciona para que sea de aproximadamente de 45
grados o menos.
3. La junta hermética para tubo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la
superficie posterior (85) de la porción de labio vertical (82) de
la junta (43; 73) se dobla hacia adentro en dirección a la
superficie de cierre secundaria (83) cuando la región de más baja
compresión (77) entra en contacto con el extremo de espiga apareado
durante la inserción, y en que existe un pequeño espacio (92) entre
la superficie posterior (85) de la porción de labio doblada (82) y
la superficie de cierre secundaria (83) una vez el extremo de espiga
está completamente insertado para formar una unión de tubo.
4. La junta hermética para tubo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la
superficie de cierre secundaria (83) es una región plana cuando se
observa en sección transversal, la cual termina en un ángulo interno
(86) de la junta hermética (43; 73), estando dicho ángulo interno
(89) conectado a una región curvada externa (91) de la junta
hermética (43; 73) mediante una superficie exterior uniformemente
inclinada de la junta (93), de manera que la región externa curvada
(91) está conectada a una región saliente (75) de la junta
hermética (43; 73) mediante una región cóncava curvada (95).
5. La junta hermética para tubo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la junta
hermética (43; 73) incluye además un elemento metálico de refuerzo
(97) que pasa alrededor del diámetro de la misma.
6. La junta hermética para tubo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que dicha
pared que mira al interior de dicha región de ranura (87) se
inclina hacia adentro desde dicha superficie posterior (85) de la
citada porción de labio vertical (82).
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