ES2276807T3 - Bomba de engranajes que incorpora engranajes y juntas ceramicos. - Google Patents
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Abstract
Bomba para fluidos que comprende: una carcasa (1) que presenta una pared que define el interior de la bomba, y una entrada (7) y una salida (8) formadas en dicha pared de la carcasa, al menos un grupo de bombeo giratorio (13) que está montado dentro del interior de la bomba e incluye un eje impulsor (19) para accionar dicho grupo en rotación, a fin de bombear un fluido desde la entrada hasta la salida de la carcasa, en la cual la carcasa (1) incluye una abertura de paso (21, 22) en su pared para el paso del eje impulsor; y una junta (24, 25;30, 31;36, 38) que rodea a la abertura de paso, comprendiendo dicha junta una primera pieza de junta (24;30;36) que gira con el grupo de bombeo (13), y una segunda pieza de junta (25;31;38), presentando dichas primera y segunda piezas de junta superficies de sellado enfrentadas, y en la cual dichas primera y segunda piezas de junta están hechas de material cerámico y son forzadas una contra otra mediante un elemento de empuje (29;32;34;39) paralelo al eje impulsor (19), caracterizada por una pieza cerámica de enfundado (10) de la pared de la carcasa que define al menos una parte del interior de la bomba, en el lado de la carcasa que incluye la abertura de paso (21, 22) para el eje impulsor (19), formando dicha pieza cerámica de enfundado (10) la segunda pieza de junta (25; 31; 38).
Description
Bomba de engranajes que incorpora engranajes y
juntas cerámicos.
La presente invención se refiere a una bomba
para bombear fluidos y otros materiales susceptibles de fluir, y en
especial, pero no exclusivamente, a una bomba de engranajes
utilizable en un aparato de distribución. Más particularmente, la
bomba de engranajes puede utilizarse en una máquina para preparar
pinturas y similares, compuesta de una selección de colorantes
distribuidos desde un bidón por medio de una bomba de
engranajes.
A causa de los requisitos medioambientales, los
colorantes para pinturas contienen escasos componentes lubricantes
y son más abrasivos que algunos otros fluidos. Esto ha impuesto
elevadas necesidades para las bombas de engranajes, y una de las
formas de cumplir tales elevadas demandas es utilizar piezas
cerámicas, especialmente para los engranajes. Los componentes
cerámicos son muy fiables y resistentes al desgaste. Las piezas
móviles apenas necesitan lubricación entre sus superficies
deslizantes.
Un ejemplo de una bomba de engranajes que
presenta engranajes cerámicos se representa en la patente
US-5785510. Otra bomba de engranajes que presenta
engranajes cerámicos se describe en la patente
EP-A-0866224. Una bomba que presenta
piezas cerámicas de junta se describe en la patente
US-4911609. Una bomba para fluidos que presenta las
características técnicas del preámbulo de la reivindicación 1, es
conocida a partir del documento
WO-00/03813-A.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una bomba mejorada que posea propiedades excelentes,
especialmente en lo que se refiere a fiabilidad y sellado de la
carcasa.
El objetivo de la invención se logra en una
bomba para fluidos según se define en la parte característica de la
reivindicación 1.
Los elementos de bombeo están hechos
preferiblemente de material cerámico. En una realización
preferible, la carcasa incluye un espacio interior de material
cerámico y una tapa externa de material plástico moldeado por
inyección que conforma una única pieza de molde de la carcasa.
Como resultado de la invención, la carcasa
presenta propiedades de sellado muy buenas y fiables, ya que las
piezas cerámicas de junta no necesitan lubricación y son muy
resistentes al desgaste. La estructura de la junta puede ser simple
y su montaje fácil, en particular si los engranajes incorporan
solamente un cojinete portante en uno de sus extremos con lo que se
evitan los problemas de alineación. Especialmente cuando se utilizan
componentes cerámicos, la bomba de engranajes es muy duradera y no
requiere mantenimiento.
La invención se explicará adicionalmente en lo
que sigue con referencia a los dibujos, los cuales representan una
realización de la invención a título de ejemplo.
Las Figuras 1 y 2 son vistas del despiece en
perspectiva de una primera realización de la bomba de engranajes
según la invención, representada desde dos direcciones
diferentes.
La Figura 3 es una vista en sección por la línea
III-III de la Figura 1, a mayor escala, de la bomba
ya montada.
Las Figuras 4, 5 y 6 son vistas esquemáticas en
sección de otras realizaciones de la bomba de acuerdo con la
invención.
En las Figuras 1-3 se representa
una primera realización de una bomba de engranajes según la
presente invención. Esta bomba de engranajes se destina a bombear
fluidos y puede utilizarse, por ejemplo, en un aparato coloreador
para mezclar componentes de color según la mezcla deseada. Tales
fluidos son abrasivos y contienen muy poco o ningún componente
lubricante.
La bomba de engranajes incluye una carcasa 1
que, en esta realización, comprende una tapa externa formada por
una primera pieza de tapa 2 y una segunda pieza de tapa 3 que están
unidas entre sí mediante elementos de fijación 4, tales como
tornillos, pernos, ligantes o similares. Para sellar ambas piezas
de tapa 2, 3 está prevista una junta de caucho 5 situada entre
ambas piezas de tapa 2, 3 y que incluye una pestaña interna de
posicionamiento 6. Las piezas de tapa 2, 3 pueden estar hechas de
material plástico, por ejemplo mediante moldeo por inyección, pero
también es posible realizar las piezas de tapa 2, 3 a partir de un
metal u otro material. La Figura 1 representa que la carcasa 1
incluye una abertura de entrada 7 y una abertura de salida 8 a
través de las cuales el fluido puede entrar y salir de la carcasa de
la bomba 1 en dependencia del funcionamiento de la bomba. No se
representa que las aberturas de entrada y salida 7, 8 incluyen
medios de conexión, por ejemplo roscado interior, para conectarse a
tuberías, conductos o similares para conducir el fluido.
Las Figuras 1-3 representan que
la carcasa 1 puede comprender, además, unas piezas de enfundado 9,
10 que están, preferiblemente, hechas de material cerámico. Las
piezas de enfundado 9, 10 pueden estar fijadas a la respectiva pieza
de tapa 2, 3 por medio de cualquier fijación adecuada, por ejemplo
mediante inyección de adhesivo entre las piezas de enfundado 9, 10
y sus respectivas piezas de tapa 2, 3, pero también es concebible el
moldeo directo de las piezas de tapa 2, 3 sobre las respectivas
piezas de enfundado 9, 10. Aunque no se representa, la pieza de
enfundado 9 incluye ventanas de entrada y salida que están en
comunicación con las respectivas aberturas de entrada y salida 7, 8,
y abiertas en el interior de la carcasa de la bomba hacia las zonas
de succión y presión, respectivamente.
La bomba de acuerdo con la invención incluye al
menos un grupo de bombeo y, en esta realización en la cual la bomba
es una bomba de engranajes, los elementos de bombeo consisten en un
primer engranaje giratorio 13 y un segundo engranaje giratorio 14.
Ambos engranajes 13, 14 presentan un dentado externo con una
pluralidad de dientes externos espaciados alrededor de su
circunferencia, el dentado de ambos engranajes 13, 14 engrana de
manera estanca a fin de bombear fluido desde la zona de succión
hasta la zona de presión de la bomba mediante la rotación de los
engranajes 13, 14. Los ejes de los engranajes 13, 14 son
sustancialmente paralelos y cada engranaje 13, 14 incluye cojinetes
portantes integrales 15, 16 que están montados en correspondientes
cavidades 17, 18 para cojinetes portantes en la primera pieza de
enfundado 9. Ambos cojinetes portantes 15, 16 son preferiblemente
huecos y están abiertos hacia la pared adyacente de la primera
pieza de enfundado 9.
Preferiblemente, ambos engranajes 13, 14 están
hechos de material cerámico y están directamente montados en las
cavidades para cojinetes portantes 17, 18 de la pieza de enfundado
9 sin lubricación externa. Ambos engranajes 13, 14 están soportados
solamente por un extremo. Por el extremo opuesto, los engranajes
13, 14 apoyan con su cara sobre una parte interior plana de la
segunda pieza cerámica de enfundado 10. A causa de este soporte por
un solo extremo, no hay problemas de desalineación entre las piezas
de enfundado 9, 10.
El primer engranaje 13 es accionado mediante un
medio de accionamiento, tal como un motor eléctrico, a través de un
eje impulsor 19 (no representado en la primera realización). Este
eje impulsor es independiente del primer engranaje 13 e incluye una
pieza de acoplamiento tal como una chaveta (no representada) que
encaja en una pieza complementaria o entalladura 20,
preferiblemente de forma que el eje impulsor 19 y el primer
engranaje 13 estén conectados fijos en forma giratoria, pero
permitiendo escasa desalineación o desplazamiento axial.
Para dar paso al eje impulsor a través de la
carcasa 1, tanto la segunda pieza de enfundado 10 como la segunda
pieza de tapa 3 de la carcasa 1 incluyen aberturas de paso 21, 22
respectivamente, que permiten el paso del eje impulsor con al menos
un ajuste libre que posibilite el juego entre eje y carcasa. La
segunda pieza de tapa 3 incluye una parte sobresaliente que
presenta medios de conexión, por ejemplo un roscado 23 que es
coaxial con la abertura de paso 22 para conectar la bomba a los
medios de accionamiento.
Para sellar el interior de la bomba respecto del
exterior en la posición de las aberturas de paso 21, 22, está
prevista una junta mecánica especial, la cual no actúa entre el eje
impulsor 19 y la carcasa, sino entre el primer engranaje 13 y la
carcasa 1, en particular la segunda pieza de enfundado 10 de la
carcasa 1. En esta primera realización, el sellado incluye una
primera junta 24, que está configurada como un anillo, y una segunda
junta 25 que es una porción de pared de la segunda pieza de
enfundado 10. El anillo de estanqueidad 24 que forma la primera
junta presenta una circunferencia externa 26 que ajusta en una
cavidad 27 del primer engranaje 13 que posee una circunferencia
interior coincidente 28. Las dimensiones de la junta anular 24 y la
cavidad 27 están calculadas de forma que estén montadas fijas en
rotación pero con un ajuste deslizante. Más adentro de la cavidad 27
está previsto un elemento de empuje, en este caso en forma de un
anillo tórico 29 que empuja la primera pieza de junta o anillo
sellado 24 hacia la segunda pieza de junta 25, de forma que las
superficies de sellado cooperantes de ambas piezas de junta 24, 25
se mantienen en un contacto de sellado entre sí. A causa del ajuste
deslizante del anillo de sellado 24 es posible que la primera pieza
de junta 24 sea empujada o cargada con respecto al primer engranaje
13 y hacia la segunda pieza de junta 25. El elemento de empuje 29
está montado en el lado del anillo de sellado 24 que está más
alejado de la segunda pieza de junta 25, de forma que el elemento de
empuje es capaz de ejercer una presión sobre la primera pieza de
junta 24. La dimensión de las diversas piezas debe calcularse de
forma que el anillo tórico 29 se deforme cuando la bomba de
engranajes es armada, a fin de que su elasticidad produzca presión
sobre el anillo de sellado 24.
Si la bomba de engranajes está en
funcionamiento, se crea una presión dentro del interior de la
carcasa, dicha presión se ejerce en el lado del primer engranaje 13
opuesto a la junta. Así, durante el uso de la bomba de engranajes
existe una presión hidráulica la cual ayuda en el sellado de la
bomba de engranajes. Esta presión también mantiene la cara del
engranaje 13 que rodea al anillo de sellado 24 en contacto con la
pared interior de la segunda pieza de enfundado 10 de la carcasa 1.
Cuando la bomba de engranajes no está en uso, el elemento de empuje
mantiene la primera pieza de junta 24 en contacto con la segunda
pieza de junta 25 y así impide las fugas cuando la bomba de
engranajes no está en funcionamiento. También, si se producen
pequeñas desalineaciones entre el primer engranaje 13 y la segunda
pieza de enfundado 10, los elementos de empuje mantienen un contacto
adecuado entre las superficies de la primera y segunda piezas de
junta 24 y 25.
La Figura 4 representa esquemáticamente una
segunda realización de la bomba de engranajes según la invención.
En este caso, la primera pieza de junta 30 es una porción del
primer engranaje 13 que mira hacia la segunda pieza de enfundado 10.
Esta segunda pieza de enfundado 10 forma la segunda pieza de junta
31. En esta realización, un elemento de empuje 32 está montado
entre el primer engranaje 13 y la primera pieza de enfundado 9, de
forma que la presión estática del elemento de empuje se ejerce
sobre el primer engranaje 13. El elemento de empuje 32 en esta
realización es un buje hueco de caucho 32 que presenta una caperuza
cerámica 33 que está en contacto giratorio con la primera pieza de
enfundado 9 y a causa de este contacto
cerámico-cerámico existe solamente una muy reducida
fuerza de fricción entre el elemento de empuje 32 y la carcasa 1.
En esta realización, la segunda pieza de enfundado 10 es una simple
placa o chapa plana que puede fabricarse de forma muy sencilla.
La Figura 5 representa otra realización que es
similar a aquella de la Figura 4, excepto por el elemento de
empuje, el cual en este caso es un bloque sólido de caucho u otro
elemento de resorte sólido 34 que presenta una caperuza cerámica 35
para mantener la fuerza de fricción rotatoria entre el elemento de
empuje 34 y la segunda pieza de enfundado 10 de la carcasa 1 al
mínimo.
La Figura 6 representa una postrera realización
en la cual la primera pieza de junta es nuevamente un anillo de
sellado independiente 36, aunque también puede formar una parte
integral del engranaje 13. Una cavidad 37 en el primer engranaje 13
es más pequeña en relación con la cavidad 27 de la primera
realización, de forma que solamente el anillo de sellado 36 está
alojado en la cavidad 37. La segunda pieza de junta es en este caso
un buje cerámico 38 que está montado en la pared de la carcasa 1,
esto es a través de la segunda pieza de tapa 3 y la segunda pieza
de enfundado 10. El buje cerámico 38 está montado con un ajuste
deslizante, de forma que un elemento de empuje externo 39 puede
ejercer una fuerza de desplazamiento sobre la segunda pieza de
junta 38 hacia la primera pieza de junta 36. Un anillo tórico 40 u
otro elemento de sellado está previsto entre el buje cerámico 38 y
la pared de la carcasa 1.
Las realizaciones que presentan una primera
pieza de junta que es independiente del primer engranaje 13
incorporan la ventaja de que su material cerámico puede elegirse
para proporcionar propiedades de sellado excelentes, sin verse
limitado por los requisitos que debe cumplir el engranaje. Por
ejemplo, el anillo de sellado 24, 36 puede estar hecho de carburo de
silicio mientras que los engranajes 13, 14 pueden estar hechos de
óxido de aluminio/zirconio (ZTA, zirconia tuffened alumina).
Las piezas de enfundado 9, 10 pueden estar formadas por óxido de
aluminio. Otras técnicas cerámicas que pueden utilizarse son, por
ejemplo, nitruro de silicio y carburo de boro. Al menos las
superficies de las piezas de junta cerámicas están tratadas
mediante abrasión o pulimentado para obtener una superficie muy
alisada.
Por lo que antecede se comprende que la
invención proporciona una bomba de engranajes, que es fácil de
construir, efectiva económicamente y no necesita juntas para sellar
las piezas de carcasa.
La invención no queda limitada a las
realizaciones representadas en los dibujos y antes descritas, las
cuales puede variar en diferentes formas dentro del objeto de la
invención. Por ejemplo, los engranajes pueden también estar
construidos como un engranaje estacionario y otro engranaje de
revolución. La tapa de la carcasa también puede ser moldeada por
otro procedimiento. El eje impulsor puede estar integrado con el
primer engranaje. Aunque la invención excusa la necesidad de una
junta entre el eje impulsor y la carcasa, es posible situar una
junta adicional en ese punto.
Claims (19)
1. Bomba para fluidos que comprende:
una carcasa (1) que presenta una pared que
define el interior de la bomba, y una entrada (7) y una salida (8)
formadas en dicha pared de la carcasa,
al menos un grupo de bombeo giratorio (13) que
está montado dentro del interior de la bomba e incluye un eje
impulsor (19) para accionar dicho grupo en rotación, a fin de
bombear un fluido desde la entrada hasta la salida de la
carcasa,
en la cual la carcasa (1) incluye una abertura
de paso (21,22) en su pared para el paso del eje impulsor; y una
junta (24,25;30,31;36,38) que rodea a la abertura de paso,
comprendiendo dicha junta una primera pieza de junta (24;30;36) que
gira con el grupo de bombeo (13), y una segunda pieza de junta
(25;31;38), presentando dichas primera y segunda piezas de junta
superficies de sellado enfrentadas, y en la cual dichas primera y
segunda piezas de junta están hechas de material cerámico y son
forzadas una contra otra mediante un elemento de empuje
(29;32;34;39) paralelo al eje impulsor (19),
caracterizada por una pieza cerámica de
enfundado (10) de la pared de la carcasa que define al menos una
parte del interior de la bomba, en el lado de la carcasa que incluye
la abertura de paso (21,22) para el eje impulsor (19), formando
dicha pieza cerámica de enfundado (10) la segunda pieza de junta
(25; 31; 38).
2. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 1, en la cual la pieza de enfundado (10) comprende
una porción plana en el lado de la carcasa que incluye la abertura
de paso (21,22).
3. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 2, en la cual la pieza de enfundado (10) define
completamente el interior de la bomba, comprendiendo, además, la
carcasa (1) una tapa externa (2,3) realizada preferiblemente en
material plástico moldeado por inyección.
4. Bomba para fluidos de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, en la cual la primera pieza de junta (30)
es integral con el grupo de bombeo (13).
5. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 4, en la cual el elemento de empuje (32,34) está
previsto entre la carcasa (1) y el grupo de bombeo (13), en el
extremo del grupo de bombeo opuesto a la junta (30,31) y así empuja
al grupo de bombeo con respecto a la carcasa.
6. Bomba para fluidos de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, en la cual la primera pieza de junta
(24;36) es un anillo independiente en material cerámico.
7. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 6, en la cual el grupo de bombeo (13) presenta una
cavidad (27;37) que rodea al eje impulsor (19), estando montado el
anillo de la primera pieza de junta (24;36) en dicha cavidad.
8. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 7, en la cual el anillo de la primera pieza de junta
(24) está montado en dicha cavidad (27) con un ajuste deslizante, y
en la cual el elemento de empuje (29) está también montado en la
cavidad por el lado del anillo opuesto a la superficie de sellado
de éste y empujando al anillo con respecto al grupo de bombeo
(13).
9. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 8, en la cual el elemento de empuje (29) es un
anillo tórico.
10. Bomba para fluidos de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, en la cual el grupo de bombeo, uno al
menos, comprende un primero y un segundo engranajes (13, 14),
presentando cada uno de los engranajes un dentado, engranando los
dientes del primer engranaje (13) con los dientes del segundo
engranaje (14), y presentando cada primero y segundo engranajes un
cojinete portante integral (15) en el extremo de los engranajes
opuesto a la junta (24, 25) del primer engranaje, y estando montado
dicho cojinete portante (15) en una respectiva cavidad para
cojinete (17) en la carcasa (1).
11. Bomba para fluidos de acuerdo con las
reivindicaciones 5 y 10, en la cual el cojinete portante (15) es
hueco y forma una cavidad para cojinete portante abierta hacia la
carcasa (1), y el elemento de empuje (32;34) se aloja en dicha
cavidad de forma que entra en contacto con la carcasa.
12. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 11, en la cual el elemento de empuje (32; 34) es un
elemento de resorte en plástico o del grupo del caucho que incluye
una pieza de caperuza de baja fricción (33; 35) en contacto con la
carcasa (1).
13. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 1, en la cual la pieza de enfundado (31) comprende
un buje (38) que rodea al eje impulsor (19) y está montado en la
carcasa (1) con un ajuste deslizante estanco, y el elemento de
empuje (39) está montado por fuera de la carcasa y empuja al buje
(39) hacia la primera pieza de junta (36).
14. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 13, en la cual la primera pieza de junta (36) es un
anillo independiente en material cerámico y el grupo de bombeo (13)
presenta una cavidad (37) que rodea al eje impulsor (19), estando
montado el anillo de la primera pieza de junta en dicha
cavidad.
15. Bomba para fluidos de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, en la cual el eje impulsor (19) del
grupo de bombeo (13) es un eje impulsor independiente que comprende
una pieza de acoplamiento no redondeada adaptada para entrar en
contacto con una pieza de acoplamiento complementaria formada en el
grupo de bombeo.
16. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 10, en la cual el segundo engranaje (14) está hecho
de material cerámico.
17. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 10 ó 16, en la cual el segundo engranaje (14) es un
piñón loco, y el primero y segundo engranajes (13, 14) son
giratorios alrededor de respectivos ejes y presentan dientes
externos.
18. Bomba para fluidos de acuerdo con la
reivindicación 17, en la cual los ejes del primero y segundo
engranajes (13, 14) son sustancialmente paralelos.
19. Aparato para distribuir fluidos, en
particular componentes colorantes líquidos, que comprende una
pluralidad de bombas para fluidos de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes.
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