ES2297097T3 - Anillo de junta plano. - Google Patents

Abstract

Anillo de junta plano (1) para la fabricación de una unión estanca a los fluidos de dos superficies que hay que sellar mediante una fuerza de apriete de una contra otra, en donde el anillo (1) presenta un anillo base (2) elástico deformable y en el borde periférico interior y/o en el borde periférico exterior presenta un anillo de refuerzo (3, 3¿, 3¿), en donde el anillo de refuerzo, como mínimo en perpendicular al plano del anillo, posee una menor deformabilidad o una mayor rigidez que el anillo base (2) y en donde la altura del anillo de refuerzo en vertical al plano del anillo es menor que la mayor altura del anillo base (2) en perpendicular al plano del anillo y donde sobre la superficie exterior del anillo base elástico está prevista, por lo menos por secciones, por lo menos una capa de protección 4 que está fabricada de una pieza con el anillo de refuerzo (3, 3¿, 3¿) en PTFE o en otro material que por lo que respecta a su estabilidad química contra la corrosión sea similar al PTFE, caracterizado porque el anillo de refuerzo está firmemente unido con el anillo base por un procedimiento de proyección o de adhesivo.

Description

Anillo de junta plano.

El invento se refiere a un anillo de junta plano para establecer una unión estanca a los fluidos entre dos bridas que cierran de forma estanca por una fuerza de apriete de una contra la otra, en donde el anillo presenta un anillo base elástico deformable. En espacial el invento se refiere a un anillo de junta plano con capacidad de recuperación y compresión definida, que en un diseño especial puede ser utilizado de forma ventajosa en la industria química, petroquímica y alimentaria, cuando está provisto con una capa superficial químicamente resistente y/o no perjudicial para la salud.

Juntas planas o anillos de junta planos que pueden ser sometidos a altas cargas se emplean en la técnica de aparatos, bombas y tuberías para establecer uniones estancas a los fluidos. Los anillos de junta planos son comprimidos por un movimiento giratorio alrededor del eje central del anillo de junta, como por ejemplo uniones roscadas de cuerpos de válvulas en tuberías o carcasas de bombas, o por movimientos de presión perpendiculares al plano del anillo de junta, es decir, paralelos al eje del anillo de junta, por ejemplo para uniones de bridas entre dos tramos de tubería. Mediante la presión se garantiza un contacto estrecho, sólido entre el material de junta y las dos piezas que deben ser unidas entre sí de forma estanca al fluido.

Se conocen juntas planas de PTFE (Politetrafluoretileno) puro que se utilizan ante todo en la industria química, petroquímica y de la alimentación a causa de su resistencia química y no ser perjudiciales para la salud. Una desventaja de estas juntas es que el material PTFE no es elástico y por tanto no posee ninguna fuerza de recuperación. Estas juntas de PTFE puro o de cualquier otro material no elástico pueden por tanto ser utilizadas básicamente solo una vez. Cuando expresamente se exige un poder de recuperación o si la unión estanca al fluido entre dos piezas debe ser abierta frecuentemente, las juntas de este tipo no deben ser utilizadas en absoluto. Las juntas de PTFE solo se dejan comprimir de forma limitada y tienen inclinación a "fluir", de manera que los momentos de apriete de una unión roscada o la fuerza con la que originalmente se produjo el apriete se reducen después de un cierto tiempo de servicio. Por ello en el curso del tiempo puede presentarse una falta de estanqueidad incluso si la junta solo se aprieta una sola vez y después no se suelta otra vez.

Por el documento DE 299 09 268 U y por el documento DE 299 09 270 U se conocen anillos de junta planos con los que se intenta solventar las desventajas de las juntas planas de PTFE puro. Los anillos de junta están formados esencialmente de dos capas de PTFE que en la zona de la compresión forman entre ellas un hueco o bolsillo en el que está previsto un anillo de una hoja de metal ondulada en perpendicular al plano del anillo. Alternativamente, en el hueco de PTFE o en el bolsillo de PTFE está previsto un inserto de un material elástico. Al comprimir las juntas con insertos de anillo de metal ondulado las ondas de metal se aplastan bajo la fuerza de la compresión. Este tipo de juntas garantiza el apriete o la compresión con los momentos de apriete prescritos y un efecto de estanqueidad seguro para siempre. Juntas con insertos de aros de metal ondulado son sin embargo utilizables de forma limitada en las uniones roscadas de plástico porque por lo general la junta es muy dura para el material plástico. Para uniones roscadas de plástico son mas adecuadas en este caso las juntas con un inserto de un material elástico, que en las juntas conocidas se insertan sueltos en el hueco de PTFE. Sin embargo se ha demostrado que al apretar las uniones roscadas el inserto de material elástico es presionado hacia fuera del hueco de PTFE debido al movimiento de giro y araña al hueco de PTFE. Por ello no se puede garantizar un sellado seguro de la unión roscada. También a menudo el inserto de material elástico comprimido hacia fuera suelda la rosca de la unión roscada lo cual dificulta adicionalmente el apriete.

El documento DE 198 46 475 A1 describe otro anillo de junta plano en el que un anillo base de un material elástico esta recubierto por una lámina de protección de PTFE. El material elástico y la hoja de protección de PTFE están entonces unidas uno con otra de tal manera que durante la compresión de esta junta el material elástico ya no es presionado hacia fuera. Esta junta tiene sin embargo la desventaja de que no garantiza ninguna presión superficial o fuerza de sellado durante un largo periodo de funcionamiento porque las fuerzas de apriete o las fuerzas de compresión son absorbidas directa y totalmente por el aro de material elástico recubierto con una lámina de protección (cierre principal por fuerza). Por lo tanto es fácil llegar a un fuerte aplastamiento de la junta. La junta resulta fácilmente demasiado aplastada y permanece deformada, con lo que la junta queda inadecuada para una nueva utilización o el efecto de sellado se pierde después de abrir y apretar nuevamente la junta.

El documento US-A-3.775.832 describe un anillo de junta que se compone de una vaina de forma anular de un fluoropolimero sólido, duro y no dilatable y de un núcleo anular plano de un material elastómero previsto en esta vaina, en donde la vaina anular se extiende también por el borde periférico interior del núcleo anular elastómero. También aquí se puede llegar fácilmente a que la junta se aplaste demasiado y permanezca deformada, con lo que la junta quedará inadecuada para una nueva utilización o el efecto de sellado se perderá después de abrir y apretar nuevamente la junta.

En el documento US-A-2.859.061 se describe un anillo de junta compuesto, que presenta un núcleo en forma anular comprimible de un material elastómero, alrededor del cual está colocado un casquillo flexible de protección, de forma anular, que por ejemplo puede estar fabricado de PTFE y cuyos extremos marginales forman un labio. Puesto que el núcleo se asienta suelto en el casquillo y no existe ninguna unión firme entre ambos componentes, utilizando estas juntas en el sellado de uniones roscadas puede ocurrir que por el movimiento de giro se produzca un desplazamiento entre el núcleo y el casquillo que afecte desventajosamente al efecto de sellado.

El documento DE 297 07 063 se refiere a una junta de brida con un cuerpo base elástico así como a un elemento rígido de refuerzo. El elemento base elástico de esta junta de brida está provisto con un recubrimiento de politetrafluoretileno (PTFE), en donde el recubrimiento cubre por lo menos las superficies de cierre y las superficies orientadas hacia el interior del cuerpo base. El cuerpo base de esta junta de brida está hecho preferentemente de elastómero y el elemento de refuerzo preferentemente de acero. En las juntas de brida de este tipo la función de sellado la realiza solo el anillo base elástico recubierto, lo que en ocasiones puede ser una desventaja.

El presente invento tiene por tanto la misión de preparar un anillo de junta plano mejorado respecto del estado de la técnica, especialmente respecto del anillo de junta descrito en el documento US-A-2.859.061, con el que se pueda sellar de forma segura tanto uniones roscadas como también uniones con bridas, que se pueda utilizar varias veces y en el que la compresión se pueda realizar bajo momentos de apriete predeterminados.

Esta misión será resuelta por un anillo de junta plano acorde con el invento, del tipo descrito al comienzo, en donde el anillo de junta plano presenta un anillo base elástico deformable y en el borde periférico interior del anillo base y/o en el borde periférico exterior del anillo base presenta un anillo de refuerzo, en donde el anillo de refuerzo posee como mínimo en perpendicular al plano del anillo una menor deformabilidad o una mayor rigidez que el anillo base y donde la altura del anillo de refuerzo en perpendicular al plano del anillo es menor que la mayor altura del anillo base en perpendicular al plano del anillo y donde sobre la superficie exterior del anillo base elástico está prevista, como mínimo por zonas, como mínimo una capa de protección que esta fabricada de una pieza con el anillo de refuerzo en PTFE u otro material que por lo que respecta a su estabilidad química frente a la corrosión es similar al PTFE, caracterizado porque
el anillo de refuerzo está unido con el anillo base por un procedimiento de fabricación por proyección o por adhesivo.

El anillo base del anillo de junta plano acorde con el invento esta compuesto totalmente o por lo menos en el núcleo de un material elástico deformable, en donde se puede emplear todo elastómero adecuado. Preferentemente para esto se emplea goma como material macizo o como material de espuma. El material elástico deformable del anillo base es responsable de la capacidad de recuperación de la junta y de un apoyo por igual y duradero del anillo de junta plano sobre las piezas que deben ser unidas una con otra de forma estanca al fluido.

Puesto que a menudo el material elástico deformable del anillo base en las aplicaciones habituales para este tipo de anillos de junta planos no cumple las exigencias de estabilidad química y/o exigencias de no ser perjudiciales para la salud, por ejemplo cuando se utiliza en la industria alimentaria, en una forma constructiva totalmente ventajosa del invento el material elástico del anillo base está provisto, por lo menos por zonas, con una o varias capas de protección de un material adecuado. Como capa de protección es adecuado todo material conocido en el sector que presente la estabilidad química exigida y/o el no ser perjudicial para la salud junto con la capacidad necesaria para sellar estancamente los fluidos. Especialmente preferida es una capa de protección hecha de PTFE. La capa de protección está colocada sobre el material elástico como mínimo por todas partes allí donde la junta puede llegar a estar en contacto con el fluido, de cuya entrada debe proteger el anillo de junta plano acorde con el invento. Aconsejablemente la capa de protección se extiende por toda la cara superior del anillo base, desde ésta hasta por encima de la superficie interior del anillo hasta por encima de la cara inferior del anillo base. Como alternativa, también puede estar envuelto todo el material elástico del anillo base con la capa de protección. En otra forma constructiva, sobre el material elástico del anillo base están previstas varias capas o capas de protección en forma de capas unas encima de otras, en donde la capa mas exterior, la que estará en contacto con el fluido debería presentar las características de la capa individual antes mencionada.

El anillo de refuerzo previsto acorde con el invento posee una menor deformabilidad o una mayor solidez que el anillo base, el cual se compone por lo menos del material elástico y preferentemente de una o varias capas de protección colocadas sobre él. Preferiblemente, el anillo de refuerzo está fabricado de un plástico duro, como por ejemplo poliamida, o de metal. Especialmente adecuado es un metal inoxidable o resistente a la corrosión, preferentemente acero inoxidable, Al mismo tiempo el anillo de refuerzo posee, en sentido perpendicular al plano del anillo, es decir, paralelo al eje central del anillo, una menor altura o una menor dilatación que el anillo base. Al colocar y comprimir el anillo de junta plano las piezas que deben unirse una con otra para sellar el fluido se mueven una hacia la otra en perpendicular al plano del anillo, ya sea por la unión roscada o por el movimiento a presión. Durante el movimiento de las piezas de una hacia la otra, en primer lugar las piezas se ponen en contacto con el anillo base, y al comprimirse el anillo base se deforma de manera elástica, es decir se pliega sobre sí mismo. Por la fuerza de recuperación del material elástico se garantiza que el anillo base hará contacto por igual de forma estanca al fluido sobre las superficies de las piezas que van a sellar. El anillo de refuerzo cumple con la misión de limitar la compresión de sellado. Tan pronto como ambas piezas que se van a unir se apoyan sobre el anillo de refuerzo las piezas ya no se pueden mover mas una hacia la otra y el anillo base elástico deformable ya no es comprimido más. Con esto se impide que el anillo base elástico deformable se aplaste demasiado, en algún caso se extienda lateralmente por la presión o resulte dañado de alguna manera. El anillo base elástico deformable responsable del propio sellado queda protegido contra daños y con ello puede ejercer su función de estanqueizacion de forma duradera y ser reutilizado incluso después de múltiples aperturas de la junta. El anillo de refuerzo garantiza no solo que se evitará una compresión muy grande sino también una pequeña compresión, puesto que por la limitación de la compresión señala tanto la máxima como la mínima compresión. Los momentos de apriete permanecen constantes con el tiempo.

Especialmente preferido, el anillo de junta plano acorde con el invento presenta un anillo de refuerzo que se extiende o por el borde circunferencial interior del anillo base o por el borde circunferencial exterior del anillo base. Con la compresión del anillo de junta plano se garantiza que el anillo base elástico deformable, que al comprimirse se hace mas plano y mas grande, se puede desviar en la dirección opuesta al anillo de refuerzo. Si el anillo de refuerzo se extiende por el borde periférico exterior del anillo base, entonces al comprimirse, el material elástico deformable puede escaparse en dirección del centro del anillo y viceversa. Según las exigencias y diseño del anillo base elástico deformable puede ser adecuado sin embargo si están previstos dos anillos de refuerzo, uno en el borde periférico interior y uno en el borde periférico exterior del anillo base.

De manera adecuada el anillo de refuerzo está unido solidamente o por cierre de forma con el anillo base. En una forma constructiva preferida el anillo de refuerzo está vulcanizado por cierre de forma dentro del material elástico deformable del anillo base, pudiendo quedar el anillo de refuerzo totalmente o solo parcialmente rodeado por el material elástico. En el anillo de junta plano acorde con el invento la unión entre el anillo base y el anillo de refuerzo se produce por procedimientos de proyección o de adhesión propiamente conocidos, que son adecuados para una unión de este tipo.

En el anillo de junta plano acorde con el invento el anillo de refuerzo está fabricado del mismo material que la capa de protección situada sobre el anillo base y está construido de una pieza con ella. El material es un material químicamente resistente, especialmente PTFE, o materiales similares al PTFE. En el anillo de junta plano acorde con el invento el anillo de refuerzo tiene la misma resistencia química ventajosa contra la corrosión, con lo que la estabilidad del anillo de refuerzo queda considerablemente mejorada en comparación con otros materiales, como por ejemplo un anillo de refuerzo de metal. Puesto que por lo general, la capa de protección esta construida como una lámina relativamente delgada, el material del anillo de refuerzo que está construido de una pieza con la capa de protección presenta un espesor de material mayor para conseguir la altura deseada del material de refuerzo. Para la construcción en una pieza del anillo de refuerzo y de la capa de protección son adecuados especialmente aquellos materiales químicamente resistentes que en esencia no presentan ninguna o muy pequeña compresibilidad, para cumplir también con las exigencias mecánicas del anillo de refuerzo. PTFE es para esto el material adecuado.

Bajo el presente invento deben contar también desviaciones del anillo de refuerzo descrito anteriormente, en las cuales el anillo de refuerzo posee, no en toda su circunferencia, una deformabilidad menor o una resistencia mayor que el anillo base. Puede ser suficiente, y para ahorrar material, si repartidos en varios lugares en dirección periférica en el anillo de refuerzo está previsto un material que posea una menor deformabilidad que el anillo base. En otra forma constructiva alternativa, en lugar de un anillo de refuerzo completo pueden distribuirse también elementos sueltos no unidos unos con otros que posean una menor deformabilidad que el anillo base pero que presenten una altura menor que el anillo base, como el anillo de refuerzo descrito anteriormente. Estos elementos pueden ser segmentos de circulo o también por ejemplo, placas o discos de un material sólido, fundidos con el material elástico del anillo base o unidos con él. Se da por supuesto que estos elementos cumplen las funciones del anillo de refuerzo antes descritas, en particular la limitación de la compresión al instalar la junta.

El anillo base del anillo de junta plano acorde con el invento presenta una sección transversal plana que se extiende en el plano del anillo, es decir, en esencia, en forma de un disco anular. Con preferencia especial, la sección transversal del anillo base presenta por lo menos un abombamiento, que partiendo de la cara superior y de la cara inferior del anillo base que tienen la sección transversal plana se extiende hacia arriba y hacia abajo, es decir, en la dirección de las superficies de contacto de las partes que se van a unir una con otra de forma estanca al fluido. El abombamiento se extiende en dirección periférica preferentemente por toda la periferia del anillo base, y en configuraciones alternativas puede ser adecuado prever en la sección transversal del anillo base dos o mas abombamientos. Por medio de uno o varios abombamientos en la superficie de sellado la compresión aumenta adicionalmente parcialmente lo que mejora la estanqueidad especialmente en el caso de medios que gasifican o en el caso de superficies de sellado irregulares.

Otras ventajas, características y posibilidades de construcción serán aclaradas sobre la base de la siguiente descripción de algunas formas de ejecución y de las imágenes que se acompañan.

La figura 1 muestra en sección transversal un anillo de junta plano acorde con el invento con anillo de refuerzo en el borde periférico exterior del anillo base.

La figura 2 muestra en sección transversal un anillo de junta plano acorde con el invento con anillo de refuerzo en el borde periférico interior del anillo base.

La figura 3 muestra en sección transversal un anillo de junta plano con un anillo de refuerzo que no está construido de una pieza con el material de la capa de protección, en el borde periférico exterior del anillo base.

La figura 4 muestra la aplicación del anillo de junta plano según la figura 3 para sellar la transición de dos piezas de tubería.

La figura 5 muestra la aplicación del anillo de junta plano en una unión de brida.

La figura 6 muestra la aplicación del anillo de junta plano según la figura 3 para sellar una válvula en una instalación.

La figura 7 muestra la aplicación del anillo de junta plano según la figura 3 para sellar una válvula en un cabezal de bomba de dosificación.

Las figuras 1 y 2 muestran formas constructivas del anillo de junta plano 1 con un anillo base 2 y un anillo de refuerzo 3 o 3', en donde en la variante constructiva según la figura 1 el anillo de refuerzo 3 se extiende por el borde periférico exterior del anillo base 2. En la variante constructiva según la figura 2 el anillo de refuerzo 3' se extiende por el borde periférico interior del anillo base 2. El anillo base 2 de todas las formas constructivas según las figuras 1, 2 y 3 se compone de un material 6 elástico deformable, que por lo menos parcialmente está envuelto por una capa de protección 4. La capa de protección 4 esta formada adecuadamente por una lámina de PTFE que protege al material 6 elástico deformable ante un ataque por un fluido químicamente agresivo. Los anillos base 2 de los anillos de junta planos 1 representados en las figuras 1, 2 y 3 presenta cada uno de ellos un abombamiento circunferencial 5 que en la sección transversal del anillo base están representados como elevaciones hacia arriba y hacia abajo de las por lo demás planas superficies exteriores.

En el anillo de junta plano acorde con la figura 1 el material 6 elástico deformable del anillo base 2 está totalmente envuelto por la capa de protección 4 y la capa de protección 4 sobresale de la periferia exterior del anillo hasta el anillo de refuerzo 3. El anillo de refuerzo 3 puede estar fabricado por ello del mismo material que la capa de protección 4. El anillo de refuerzo 3 está situado en dirección axial centrado respecto del anillo base 2 y presenta en dirección axial una altura menor que la del anillo base 2.

En la variante constructiva según la figura 2 el anillo de refuerzo 3' se extiende por el borde periférico interior del anillo base 2 y está construído de una pieza con el material de la capa de protección 4, al igual que el anillo de junta acorde con la figura 1. La capa de protección 4 está prevista sobre la cara superior y la cara inferior del anillo base 2 y se extiende alrededor de la superficie interior del anillo base 2. El borde exterior del anillo base 2 no está cubierto por la capa de protección 4.

En el anillo de junta acorde con la figura 3 el anillo de refuerzo 3'' está previsto en el borde periférico exterior del anillo base 2, sin embargo a diferencia de los anillos de junta planos acordes con las figuras del anillo base 2.1 y 2 no está construido de una pieza con el material de la capa de protección 4. En el anillo de junta plano acorde con la figura 3 el anillo de refuerzo 3'' está compuesto de un plástico duro o metal y está embebido por cierre de forma en el material 6 elástico deformable.

La figura 4 muestra el montaje del anillo de junta plano según la figura 3 entre los extremos de unión de dos piezas de tubería 7, estando representada en la figura 4 mediante linea de puntos la forma básica original no presionada del anillo de junta plano o del anillo base 2. Se puede reconocer claramente que en estado sin comprimir el anillo base 2 con el abombamiento 5 en estado sin comprimir es claramente mas alto que en estado comprimido. En estado comprimido el anillo base 2 toma exactamente la misma altura que el anillo de refuerzo 3' limitador de la compresión.

Las figuras 5, 6 y 7 muestran ejemplos para la aplicación del anillo de junta plano. Según la figura 5, el anillo de junta plano está empleado en una brida, componiendose de dos piezas de tubería 8 y 8' que van a ser unidas y de pernos 9. Al fabricar la junta las piezas de tuberías 8 y 8' se mueven una hacia la otra al enroscar los pernos en la dirección de las dos flechas representadas y comprimen al anillo de junta plano exactamente en dirección axial.

La figura 6 muestra la aplicación del anillo de junta plano acorde con la figura 3 para la unión estanca a los fluidos entre una pieza 10 de conexión al fluido y un cuerpo 12 de válvula por medio de una unión roscada mediante la tuerca 11. También aquí se produce la compresión del anillo de junta plano en dirección axial hacia el anillo, cuando la pieza 10 de conexión del fluido y el cuerpo 12 de válvula se mueven uno hacia otro por el apriete de la tuerca 11.

La figura 7 muestra la utilización del anillo de junta plano para la unión estanca al fluido de un cabezal 13 de bomba dosificadora con una válvula 14. La compresión y el movimiento de aproximación mutua de las superficies que hay que sellar entre el cabezal 13 de la bomba dosificadora y la válvula 14 se produce aquí al enroscar la válvula 14 y con ello por un movimiento giratorio alrededor del eje del anillo.

Claims (3)

1. Anillo de junta plano (1) para la fabricación de una unión estanca a los fluidos de dos superficies que hay que sellar mediante una fuerza de apriete de una contra otra, en donde el anillo (1) presenta un anillo base (2) elástico deformable y en el borde periférico interior y/o en el borde periférico exterior presenta un anillo de refuerzo (3, 3', 3''), en donde el anillo de refuerzo, como mínimo en perpendicular al plano del anillo, posee una menor deformabilidad o una mayor rigidez que el anillo base (2) y en donde la altura del anillo de refuerzo en vertical al plano del anillo es menor que la mayor altura del anillo base (2) en perpendicular al plano del anillo y donde sobre la superficie exterior del anillo base elástico está prevista, por lo menos por secciones, por lo menos una capa de protección 4 que está fabricada de una pieza con el anillo de refuerzo (3, 3', 3'') en PTFE o en otro material que por lo que respecta a su estabilidad química contra la corrosión sea similar al PTFE, caracterizado porque el anillo de refuerzo está firmemente unido con el anillo base por un procedimiento de proyección o de adhesivo.

2. Anillo de junta plano según la reivindicación 1, caracterizado porque tanto en el borde periférico exterior como en el borde periférico interior del anillo base (2) está previsto un anillo de refuerzo (3, 3', 3'').

3. Anillo de junta plano según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el anillo de refuerzo o los anillos de refuerzo (3, 3', 3'') está fabricado de plástico o metal, preferentemente de metal no oxidable, especialmente preferido de acero inoxidable.