ES2257880T3 - Obturador hidrodinamico y metodo de fabricacion. - Google Patents
Obturador hidrodinamico y metodo de fabricacion.Info
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Abstract
Un conjunto (10) de obturador hidrodinámico para ejes, que comprende: un portador (14); un miembro obturador (12) montado en dicho portador para aplicarse en relación de obturación a un eje (20) relativamente giratorio; y al menos una ranura hidrodinámica (50) formada en dicho miembro obturador, que se caracteriza porque la ranura hidrodinámica, o cada una de ellas, comprende una porción (54) de canal abierto y al menos una porción cortada (56) de mejora de flexión que se extiende desde la citada porción de canal abierto dentro del citado miembro obturador para incrementar la flexibilidad del citado miembro obturador.
Description
Obturador hidrodinámico y método de
fabricación.
Esta invención se refiere en general a
obturadores hidrodinámicos y más en particular, a la formación de
ranuras hidrodinámicas en tales obturadores.
Los obturadores hidrodinámicos para ejes se
fabrican convencionalmente moldeando, estampado o cortando una
ranura helicoidal u otra estructura o ayuda hidrodinámica en el
obturador. La ranura hidrodinámica interactúa con el eje rotativo
para bombear cualquier aceite lubricante que pueda encontrar camino
bajo el obturador, de vuelta al lado del aceite del obturador.
Las ayudas hidrodinámicos a menudo toman la forma
de una ranura en hélice como se ilustra, por ejemplo, en la patente
norteamericana número 4.739.998, o de un canal helicoidal abierto
como se ilustra, por ejemplo, en la patente norteamericana número
3.857.156. Cada una de las configuraciones hidrodinámicas anteriores
tiene sus ventajas y sus desventajas.
Las ranuras helicoidales en general se extienden
más profundas en el obturador que lo que lo hacen los canales
helicoidales y de esta manera en general incrementan la flexibilidad
del obturador en mayor medida que los canales. La flexibilidad
incrementada disminuye ventajosamente la fuerza de obturación
requerida que debe ejercer el obturador alrededor del eje para
efectuar una obturación estanca, con lo cual se disminuye el
desgaste y se prolonga la vida útil del obturador. Sin embargo, la
naturaleza cerrada de tales ranuras proporciona una acción de bombeo
de fluido menor que en un canal helicoidal abierto.
Los canales helicoidales abiertos tienen una
capacidad de bombeo de fluido mayor debido a la capacidad
relativamente mayor de volumen de fluido que ofrecen, pero en
general son menos efectivos al incrementar la flexibilidad de los
obturadores. Existe un límite superior del tamaño de tales canales
abiertos. Hacerlos demasiado grandes para tratar de incrementar la
flexibilidad puede deteriorar las capacidades de obturación estática
y/o conducir a una acción de bombeo hidrodinámico excesiva, siendo
ambas perjudiciales para el rendimiento del obturador.
Es un objeto principal de la presente invención
proporcionar un obturador hidrodinámico para ejes que presente los
beneficios de ambas ayudas hidrodinámicas de ranuras cerradas así
como de canales abiertos que se han mencionado con anterioridad, sin
sus inconvenientes inherentes.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un conjunto de obturadores hidrodinámico para ejes que
comprende:
- un portador;
- un miembro obturador montado en dicho portador para aplicarse en relación de obturación con un eje relativamente giratorio; y
- al menos una ranura hidrodinámica formada en el citado miembro obturador, que se caracteriza porque la ranura hidrodinámica, o cada una de ellas, comprende una porción de canal abierto y, al menos, una porción cortada de mejora de flexión que se extiende desde la citada porción de canal abierto dentro del citado miembro obturador para incrementar la flexibilidad del citado miembro obturador.
También de acuerdo con la presente invención se
proporciona un método para formar una característica hidrodinámica
helicoidal en un obturador para eje, que comprende:
- formar una porción de canal helicoidal abierto en una cara del obturador; y
- cortar una porción cortada de mejora de flexión, helicoidal, en el obturador que se extiende desde la porción de canal abierto.
Se proporciona un conjunto de obturador
hidrodinámico para ejes que comprende un portador; un miembro
obturador montado en el portador para aplicarse en relación de
obturación con un eje relativamente giratorio y, al menos, una
característica hidrodinámica formada en el miembro obturador que
tiene una porción de canal helicoidal abierto y, al menos, un corte
helicoidal para mejorar la flexión que se extiende desde la porción
de canal abierto dentro del miembro obturador.
De esta manera, el obturador para ejes es un tipo
de híbrido entre un obturador hidrodinámico del tipo de canal
abierto y un obturador hidrodinámico del tipo de ranura cerrada. La
porción de canal abierto optimiza la acción de bombeo hidrodinámico
y minimiza el atrapamiento de residuos mientras que el corte de
mejora de flexión optimiza la flexibilidad del obturador sin
sacrificar las capacidades de obturación estática e hidrodinámica
del obturador.
La invención también proporciona un método para
formar una ranura hidrodinámica de este tipo en un obturador para
ejes, que comprende formar la porción de canal helicoidal abierto en
una cara del obturador para ejes y, también, formar la porción
cortada de mejora de flexión que se extiende dentro del obturador
desde la porción de canal abierto. Los obturadores para ejes
formados de acuerdo con el método de la invención comparten las
mismas ventajas que se han expuesto más arriba.
Estas y otras características y ventajas de la
presente invención serán más fácilmente apreciadas cuando se
consideren en conjunto con la descripción detallada que sigue y con
los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista desde un extremo de un
obturador para ejes del tipo radial, preparado de acuerdo con la
invención;
la figura 2 es una vista en corte transversal,
agrandada, tomada generalmente por las líneas 2-2
de la figura 1;
la figura 3 es una vista seccionada fragmentaria,
agrandada, de la porción de labio de obturación del obturador para
ejes que muestra detalles de la característica hidrodinámica de
acuerdo con la realización preferida de la invención;
la figura 4 es una vista en corte transversal,
fragmentaria, de un conjunto de obturador que incorpora la presente
invención y que se muestra montado entre un eje rotativo y un
orificio estacionario de un alojamiento;
la figura 5 es una vista en corte transversal,
agrandada, de una porción del labio de obturación en la condición
instalada;
las figura 6 y 7 ilustran un método preferido
para formar las características hidrodinámicas de acuerdo con la
invención; y
la figura 8 ilustra una construcción de obturador
hidrodinámico alternativo.
Haciendo referencia inicialmente a las figuras 1,
2 y 4, un conjunto de obturador hidrodinámico para ejes construido
de acuerdo con una realización actualmente preferida de la invención
se muestra generalmente como 10 y comprende un elemento obturador
montado en un portador 14 para su instalación en el interior de un
ánima 16 de un alojamiento 18 para aplicarse en relación de
obturación a un miembro 20 de eje relativamente giratorio, de manera
que contenga un fluido, y típicamente aceite lubricante, en un lado
22 de aceite del conjunto de obturador y para excluir contaminantes
en un lado 24 de aire opuesto axialmente del conjunto 10.
El elemento obturador 12, adopta la forma de una
placa u oblea hecha de un material polímero y preferiblemente de un
compuesto de poli (tetra fluoroetileno) (PTEF), que se corta de un
tocho tubular. Se pueden añadir cargas al material de la oblea para
adaptar específicamente la oblea a su uso pretendido. Materiales de
carga adecuados incluyen fibras de vidrio, bisulfuro de molibdeno,
grafito y bronce. El elemento obturador 12 incluye una porción
radial exterior 26 fijada al portador 14 y una porción interior
radial flexible 26 que se extiende radialmente hacia dentro del
portador 14 y que termina en un labio 29 de obturación para
aplicarse en relación de obturación al eje 20. Se entenderá que el
término "eje", de la manera que se usa en la presente memoria
descriptiva, incluye un eje rotativo "per se" así como
un casquillo de desgaste equivalente que se puede montar y que puede
ser hecho girar con el eje de una manera bien conocida, para
proporcionar una superficie de obturación que puede, o no, ser
utilizada con el conjunto 10 de obturador.
Como se muestra del mejor modo en figura 2, el
portador 14 incluye un alojamiento exterior metálico 30 y un
alojamiento interior metálico 32 que tienen porciones 34, 35 de
cuerpo cilíndrico anidadas que terminan, en un extremo, en pestañas
extremas anulares 38, 40 separadas axialmente, que se extienden
radialmente hacia dentro de las porciones de cuerpo respectivas 34,
36 y que definen una separación anular 42 entre ellas, en la cual se
dispone la porción exterior radial 28 del elemento obturador 12.
También se dispone una junta 44 de elastómero en la separación 42,
entre la pestaña extrema 38 del alojamiento exterior 30 y la porción
exterior radial 28 del elemento obturador 12. La pestaña extrema 40
del alojamiento interior 32 es forzada hacia la pestaña extrema 38
del alojamiento exterior 30 de manera que la porción exterior radial
28 y la junta 44 estén comprimidas apretadamente entre las pestañas
extremas 38, 40 para fijar con seguridad el elemento obturador 12 en
el portador 14 e impedir fugas de aceite más allá de la junta 44.
Una porción extrema 46 del alojamiento exterior 30 está curvada
sobre un borde libre 48 del alojamiento interior 32, sirviendo para
bloquear los miembros 30, 32 de alojamiento con seguridad en la
condición comprimida.
Los expertos en la técnica reconocerán que la
disposición de sujeción que se ha descrito más arriba para asegurar
un elemento obturador, y en particular uno fabricado de poli (tetra
fluoroetileno) (PTFE), es bien conocida. La invención contempla
otras construcciones de portador y maneras de asegurar el elemento
obturador 12 al portador 14 tales como, por ejemplo, pegar en lugar
sujetar el elemento obturador 12 a un portador 14 que es,
igualmente, una práctica conocida en la técnica, como se muestra,
por ejemplo, en la patente norteamericana número 5.024.364 de la que
es titular, también, el cesionario de la presente invención y su
exposición se incorpora a la presente memoria descriptiva como
referencia.
De acuerdo con la invención, la porción interior
radial 28 del elemento obturador 12 está formada con características
hidrodinámicas que, generalmente, se indican en 50, que funcionan
durante la rotación relativa del eje 20 para generar una acción de
bombeo hidrodinámico que actúa para devolver cualquier cantidad de
aceite que se pueda desplazar a lo largo del eje 20 hasta el
obturador, de vuelta al lado 22 del aceite del conjunto 10 de
obturador, en la dirección de la flecha 52. De esta manera,
cualquier aceite que encuentre camino entre el eje 20 y el labio
obturador 29 será devuelto al lado 22 del aceite del conjunto 10 de
obturador por la acción de las características hidrodinámicas
50.
Las características hidrodinámicas son conocidas
de por sí en la técnica y, usualmente, adoptan la forma de un canal
helicoidal abierto o de una ranura helicoidal cerrada. La
característica hidrodinámica 50 de acuerdo con la presente invención
es un híbrido de ayudas hidrodinámicas del tipo de canal helicoidal
abierto y del tipo de ranura cerrada. De acuerdo con la invención,
el elemento obturador 12 está formado con una porción 54 de canal
helicoidal abierto en combinación con, al menos, una porción 56 de
corte helicoidal de mejora de flexibilidad que se extiende desde la
porción 54 de canal abierto en el elemento obturador 12 para
proporcionar una mayor flexibilidad al elemento obturador 12. Las
figura 2, 3, 6 y 7 muestran al elemento obturador 12 en un estado
relajado o libre de tensiones antes de su instalación sobre el eje
20. Se verá que la porción 54 de canal abierto tiene paredes 58, 60
que se encuentran separadas una de la otra en una superficie de
obturación 62 del elemento obturador 12 y convergen o se encuentran
hacia dentro en una raíz o base 64 de la porción de canal abierto 50
debajo de la superficie 62. La porción 54 de canal abierto tiene,
preferiblemente, forma de sección transversal en general en V, y una
pared 60 puede ser paralela al eje longitudinal A del elemento
obturador 12 mientras que la otra pared 58 está inclinada con un
ángulo agudo predeterminado \alpha con respecto al eje y,
preferiblemente, en el rango de, aproximadamente, 25º a 45º. La
invención contempla una construcción en la que ambas paredes están
inclinadas para proporcionar un ángulo incluido \alpha que se
encuentra, por ejemplo, en el margen de 50º a 90º, aproximadamente,
como se ilustra en la figura 8 Como tal, la porción 54 de canal
abierto está libre de material del elemento obturador puesto que sus
paredes están separadas. La porción 54 de canal abierto define un
espacio de volumen abierto predeterminado en el cual, en
funcionamiento, se puede recoger el aceite y redireccionarlo por
medio de la acción de bombeo hidrodinámico, de vuelta al lado 22 del
aceite del conjunto 10 de obturador durante la operación.
El tamaño y la configuración de la porción 54 de
canal abierto y de la porción cortada 58 se seleccionan para
proporcionar una acción hidrodinámica y una flexibilidad del
obturador óptimas mientras se mantiene una buena obturación
estática. La invención consigue estos objetos por medio de la
combinación de las partes de canal abierto y de ranura cerrada del
tipo cortado. Cada porción se diseña para que cumpla con las
necesidades de una aplicación particular teniendo en consideración
los objetos anteriores. El obturador ilustrado en los dibujos, se
diseña, por ejemplo, para una aplicación de obturación de un árbol
de un motor. El tamaño, las proporciones y/o la geometría de las
porciones hidrodinámicas 54, 56 se pueden alterar para cumplir con
las necesidades específicas de una aplicación particular y
conseguir los objetivos deseados. Además, se puede utilizar una
ranura helicoidal combinada de un solo arranque o de múltiples
arranques, que tenga las características de la invención.
Las figuras 6 y 7 ilustran un método actualmente
preferido para formar ayudas hidrodinámicas 50 de acuerdo con la
invención, para incluir las porciones de canal abierto y cortada de
mejora de flexión 54, 56 respectivamente. El procedimiento básico
para formar un miembro obturador para PTFE a partir de un tocho
tubular se describe en la patente norteamericana número 3.857.156
cuya exposición se incorpora a la presente memoria descriptiva como
referencia. Se monta un tocho tubular en un mandril y se le hace
girar con respecto a su eje estando expuesta una cara exterior 66
del mismo. Se mecaniza una pareja de cortes transversales en hélice
por medio de la herramienta 68 en la cara 66 del elemento obturador
12 para proporcionar la porción 54 de canal abierto resultante y la
porción cortada 56 de mejora de flexión. Los cortes se cruzan de
manera que se pueda eliminar el material para proporcionar la
porción 54 de canal abierto al mismo tiempo que se mantiene al menos
un corte que se extiende más allá de la porción de canal abierto que
define la porción cortada 56 cerrada de mejora de flexión.
El otro corte está desplazado angularmente con
respecto al primer corte y se extiende desde una posición C en la
cara 66 que está separada radialmente de la posición A del primer
corte en el obturador con una relación de convergencia con el primer
corte, hasta una posición D que se encuentra en o ligeramente más
allá de un punto de intersección X con el primer corte en una
posición intermedia entre los extremos A, B del primer corte. El
corte de intersección separa el material necesario para formar la
porción 54 de canal abierto y deja una porción intacta de la
posición de intersección X a la base B del primer corte que se
corresponde con la porción de corte 56 de mejora de flexión, como se
ilustra en la figura 7, con lo que pueden producirse dos porciones
cortadas de mejora de flexión. En la figura 8, el ángulo de los
cortes es mayor y se cruzan para proporcionar unas porciones dobles
para mejorar el corte, que se extienden desde las porciones de canal
abierto.
Se apreciará que el corte transversal es
solamente una manera de formar la porción 54 de canal abierto para
proporcionar un canal helicoidal desprovisto del material del
obturador del eje y es el método preferido. Sin embargo, los
expertos en la técnica apreciarán que se podrían utilizar otras
técnicas actualmente utilizadas para formar ranuras del tipo de
canal abierto, tales como acuñación, moldeo, realzado y otros
similares, en combinación con una operación para formar la porción
56 cortada que se extiende desde tal porción de canal abierto dentro
del elemento obturador 12 para proporcionar una flexibilidad
mejorada.
Cuando se instala el obturador 10, como se
muestra en figura 4, hay una interferencia para ejes que flexiona
axialmente la porción interior radial 26 haciendo que el labio 29
del elemento obturador 12 se disponga hacia abajo contra el eje 20,
proporcionando un obturador similar a un collarín alrededor del eje
20. Como se ilustra del mejor modo en las figuras 4 y 5, las
porciones cortadas 56 se abren ligeramente cuando se flexiona el
obturador sobre el eje, lo cual tiene el efecto de reducir la fuerza
de obturación radial que ejerce el elemento obturador 12 sobre el
eje 12 cuando se instala, en comparación con un obturador que no
tenga una porción 56 cortada añadida. La carga reducida disminuye
de manera ventajosa el desgaste del elemento obturador que se
produce por el contacto de fricción y al hacerlo de esta manera, se
prolonga la vida operativa del elemento obturador 12.
También se apreciará a partir de las figuras 4 y
5 que la flexión producida por la porción cortada 56 no altera en
gran medida el volumen ni la geometría de la porción cortada 56,
especialmente en la posición en la que el labio 29 se aplica al eje
20.
Obviamente, son posibles muchas modificaciones y
variaciones de la presente invención considerando las enseñanzas
anteriores. Por lo tanto, se debe entender que en el alcance de las
reivindicaciones adjuntas, la invención se puede practicar de otras
maneras que las que se han descrito específicamente. La invención
está definida por las reivindicaciones.
Claims (17)
1. Un conjunto (10) de obturador hidrodinámico
para ejes, que comprende:
- un portador (14);
- un miembro obturador (12) montado en dicho portador para aplicarse en relación de obturación a un eje (20) relativamente giratorio; y
- al menos una ranura hidrodinámica (50) formada en dicho miembro obturador,
que se caracteriza porque la ranura
hidrodinámica, o cada una de ellas, comprende una porción (54) de
canal abierto y al menos una porción cortada (56) de mejora de
flexión que se extiende desde la citada porción de canal abierto
dentro del citado miembro obturador para incrementar la flexibilidad
del citado miembro obturador.
2. Un conjunto de obturador para ejes como se ha
reivindicado en la reivindicación 1, en el cual citada porción de
canal abierto tiene paredes opuestas (58/60) que convergen en una
raíz (54) de la citada porción de canal abierto y la citada porción
cortada se extiende desde las citadas paredes de la citada porción
de canal abierto.
3. Un conjunto de obturador para ejes como se ha
reivindicado en la reivindicación 2, en el cual el citado miembro
obturador incluye una superficie (62) de obturación y las citadas
paredes de la citada porción de canal abierto están separadas una de
la otra en la citada superficie de obturación.
4. Un conjunto de obturador para ejes como se ha
reivindicado en la reivindicación 2 o en la 3, en el cual al menos
una de las citadas paredes se dispone con un ángulo predeterminado
en relación con el eje longitudinal (A) del citado miembro
obturador.
5. Un conjunto de obturador para ejes como se ha
reivindicado en la reivindicación 4, en el cual una de las citadas
paredes es paralela al citado eje longitudinal.
6. Un conjunto de obturador para ejes como se ha
reivindicado en la reivindicación 5, en el cual la otra de las
citadas paredes se dispone con un ángulo en el margen de,
aproximadamente, 24º-45º en relación con el citado eje.
7. Un conjunto de obturador para ejes como se ha
reivindicado en la reivindicación 4, en el cual ambas paredes
citadas se disponen en un ángulo con respecto al citado eje
longitudinal.
8. Un conjunto de obturador para ejes como se ha
reivindicado en las reivindicaciones 2 a 7, en el cual la citada
porción cortada comprende una prolongación (56) cortada de una de
las citadas paredes de la citada porción de canal abierto.
9. Un conjunto de obturador para ejes como se ha
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en
el cual la citada porción cortada se dispone con un ángulo
predeterminado con relación al eje longitudinal del citado miembro
obturador.
10. Un conjunto de obturador para ejes como se ha
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en
el cual la citada porción cortada se extiende en una primera
distancia axial predeterminada en el citado miembro obturador y la
citada porción cortada se extiende en una segunda distancia axial
predeterminada en el citado miembro obturador, relativamente mayor
que la citada primera distancia.
11. Un conjunto de obturador para ejes como se ha
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en
el cual la ranura hidrodinámica, o cada una de ellas, es en forma de
una hélice.
12. Un conjunto de obturador para ejes como se ha
reivindicado en las reivindicaciones 2 a 11, en el cual la citada
característica hidrodinámica se corta en el citado miembro obturador
e incluye un corte que se extiende una profundidad predeterminada en
el citado miembro obturador para es de la citada superficie de
obturación y que termina dentro del citado miembro obturador en una
raíz del mismo, y otro corte de menor profundidad, transversal y que
se cruza con el citado un corte entre la citada superficie de
obturación y la citada raíz de dicho primer corte.
13. Un método para formar una característica
hidrodinámica helicoidal en un obturador para ejes, que
comprende:
- formar una porción de canal abierto helicoidal en una cara del obturador; y
- cortar una porción cortada helicoidal de mejora de la flexión en el obturador que se extiende desde la porción de canal abierto.
14. Un método como se ha reivindicado en la
reivindicación 13, en el cual la citada porción de canal abierto se
forma cortando el miembro obturador.
15. Un método como se ha reivindicado en las
reivindicaciones 13 ó 14, en el cual la porción de canal abierto se
forma eliminando material del obturador y la porción cortada se
forma mecanizando un corte desde la porción de canal abierto dentro
del obturador.
16. Un método como se ha reivindicado en las
reivindicaciones 13 a 15, que incluye formar el miembro obturador
para PTFE.
17. Un método como se ha reivindicado en las
reivindicaciones 13 a 16, en el cual el canal abierto se forma
mecanizando la superficie de obturación del obturador para ejes.
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