ES2328227T3 - Junta primaria de vastago y piston. - Google Patents
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Abstract
Junta primaria de vástago o pistón que comprende una junta primaria (2) vuelta hacia el espacio (1) a sellar y una junta secundaria (3) alejada de dicho espacio, en la que la junta primaria (2) está inserta en una ranura (4) de un elemento de retención (5) abierta en la dirección de la pieza de maquinaria relativamente móvil (11), cuya ranura está limitada en el lado alejado del espacio (1) a sellar por una primera superficie lateral (7), que se extiende en dirección sustancialmente perpendicular al eje (6) de la junta, y contiene un anillo (8) de arista de sellado hecho de plástico duroviscoso, que presenta una arista de sellado (9) que se aplica a la pieza de maquinaria (11) y que es presionado con la arista de sellado (9) contra la pieza de maquinaria (11) por medio de un anillo perfilado (10) de material elastómero que se apoya sobre la superficie (12) del fondo de la ranura (4) y se aplica al anillo (8) de arista de sellado con su superficie interior (13), caracterizada porque la superficie de limitación (14) vuelta hacia la primera superficie lateral (7) y la superficie (15) situada entre la arista de sellado (9) y la superficie de limitación (14) forman un perfil sustancialmente limitado en ángulo recto, porque la superficie (15) que limita la arista de sellado (9) en el lado alejado de la presión encierra con el eje (6) de la junta, en el estado descargado de dicha junta (2), un ángulo (Beta) de como máximo 8º, y porque el anillo (8) de arista de sellado es atravesado por al menos una abertura (16) de alivio de carga que está dispuesta entre la arista de sellado (9) y la superficie exterior del anillo (8) de arista de sellado y desemboca en la superficie de limitación (14).
Description
Junta primaria de vástago y pistón.
Para el sellado de vástagos o pistones
axialmente móviles se utilizan disposiciones de junta a fin de
sellar un lado de alta presión con respecto a un lado de baja
presión. En estas juntas se utilizan frecuentemente anillos de
arista de sellado de un plástico viscoelástico a base de PTFE o de
un termoplasto más duro, que presentan una o varias aristas de
sellado en su superficie periférica interior. Los anillos de arista
de sellado se aprietan y sellan adicionalmente en dirección radial,
en su lado exterior, por medio de un anillo perfilado de un
material elastómero más blando. El anillo de arista de sellado y el
anillo perfilado se incorporan en una ranura de una carcasa. En el
caso de varias juntas dispuestas una tras otra en un vástago se
puede producir, durante un movimiento de traslación de las dos
piezas de maquinaria una hacia otra, una posición de presión
invertida en la que se invierte el gradiente de presión, es decir
que el lado de baja presión pasa a ser el lado de alta presión y el
lado de alta presión pasa a ser el lado de baja de presión. Se
pueden presentar así deformaciones inadmisibles en el anillo de
arista de sellado, lo que tiene como consecuencia que se produzca
una fuga o un fallo prematuro de la disposición de junta. Se
presenta una inversión de presión especialmente cuando tiene lugar
un descenso de la presión en el lado de alta presión y el aumento de
presión en el espacio de sellado entre la junta primaria y la junta
secundaria se mantiene en un nivel de presión más alto o sólo
disminuye con mucho retardo de tiempo hasta el nivel del lado de
alta presión. La presión en el espacio de presión puede estar
entonces claramente por encima de la presión máxima de
funcionamiento. Aparte del aumento de la fuerza de rozamiento en
todo el sistema de sellado, se tiene que en estas circunstancias, se
puede torsionar el anillo de arista de sellado de la junta
primaria. Como consecuencia de la deformación plástica y el desgaste
se altera la compresión de contacto de partida de la arista de
sellado de tal manera que ya no existe una función de sellado
sufi-
ciente.
ciente.
Se ha dado a conocer por el documento DE 196 54
357 A1 una disposición de junta en la que está previsto en la
superficie de asiento del anillo de sellado al menos un canal de
unión a través del cual se pueden unir el lado de alta presión y el
lado de baja presión. Un anillo de sujeción y un anillo de sellado
con el canal de unión están alineados uno con otro de modo que el
lado de alta presión esté cerrado por el anillo de sujeción con
respecto al lado de baja presión y, en caso de una posición de
presión invertida, se libere el canal de unión. Por tanto, el
anillo de sujeción actúa como una válvula de retención.
Otra solución del problema puede deducirse del
documento DE 36 20 539 A1. En éste se emplean también un anillo de
sellado de plástico elástico y un anillo de apriete. El anillo de
sellado tiene en su superficie interior vuelta hacia el vástago dos
aristas de sellado anulares decaladas axialmente una respecto de
otra y presenta al menos un canal que parte de la superficie
interior entre las aristas de sellado y desemboca en la superficie
exterior del anillo de sellado. La abertura del canal está cubierta
por el anillo de sujeción. De esta manera, se obtiene una especie
de válvula de sobrepresión y tan pronto como la presión intermedia
entre las aristas de sellado sobrepasa el valor de la compresión
superficial con la que el anillo de sujeción descansa sobre la
desembocadura del canal, dicho anillo de sujeción se separa de la
abertura y el líquido puede retornar nuevamente, a través del
canal, al espacio que se ha de sellar. En esta solución se ventila
el espacio formado por dos aristas de sellado de una junta.
Por este motivo, la invención se basa en el
problema de crear una disposición de junta que sea sencilla en su
constitución y que contrarreste un aumento de presión en el espacio
de sellado entre dos juntas individuales. Un aumento de presión en
el espacio de presión no deberá ajustarse a un nivel de presión más
alto en caso de que se produzca un descenso de presión en el lado
de alta presión o bien sólo deberá seguir al descenso de presión en
el lado de alta presión con un fuerte retardo temporal. Al mismo
tiempo, al producirse un nuevo aumento de la presión en el lado de
alta presión no deberá tener lugar ningún aumento de presión en el
espacio interjuntas o bien sólo deberá producirse un pequeño
aumento de presión en dicho espacio.
La solución del problema planteado, en el caso
de una junta primaria de vástago o pistón con una junta primaria
vuelta hacia el espacio a sellar y una junta secundaria alejada de
dicho espacio, en la que la junta primaria está inserta en una
ranura de un elemento de retención abierta en la dirección de la
pieza de maquinaria relativamente móvil, cuya ranura está limitada
en el lado alejado del espacio a sellar por una primera superficie
lateral, que se extiende en dirección sustancialmente perpendicular
al eje de la junta, y contiene un anillo de arista de sellado de
plástico duroviscoso que presenta una arista de sellado aplicada a
la pieza de maquinaria y que está presionado contra la pieza de
maquinaria con la arista de sellado por un anillo perfilado de
material elastómero que está apoyado sobre la superficie del fondo
de la ranura y se aplica al anillo de arista de sellado con su
superficie interior, se consigue según la invención porque el anillo
de arista de sellado tiene entre la arista de sellado y la
superficie de limitación vuelta hacia la superficie lateral un
perfil sustancialmente limitado en ángulo recto, porque la
superficie que limita la arista de sellado en el lado alejado de la
presión encierra con el eje de la junta, en el estado descargado de
dicha junta, un ángulo de como máximo 8º y porque el anillo de
arista de sellado está atravesado por al menos una abertura de
alivio de carga que está dispuesta entre la arista de sellado del
lado de alta presión y la superficie exterior del anillo de arista
de sellado y que desemboca en la superficie de limitación del lado
de baja presión. Esta junta tiene un amplio campo de utilización,
ya que puede utilizarse con independencia de la configuración de la
junta secundaria. Es fácil de fabricar y opera a diferencias de
presión muy bajas. Tan pronto como se presenta una inversión de la
relación de presiones, se libera la desembocadura de la abertura de
alivio de carga y el líquido puede retornar en dirección
contraria.
Para conseguir una alta seguridad funcional es
posible que el anillo de arista de sellado sea provisto de un
bordón de apoyo periférico en el lado de la arista de sellado vuelto
hacia el espacio a sellar y que se ventile el espacio entre la
arista de sellado y el bordón de apoyo a través de al menos una
ranura axial de dicho bordón de apoyo. El bordón de apoyo se
configura durante su fabricación de modo que su diámetro nominal
coincida sustancialmente con el de la arista de sellado.
Para conseguir una orientación axial entre el
anillo de arista de sellado y el anillo perfilado, el anillo de
arista de sellado puede aplicarse detrás del anillo perfilado con un
primer saliente en el lado que queda alejado del espacio a sellar.
Además, el anillo de apriete puede estar apoyado con su bordón
lateral sobre la superficie lateral de la ranura que queda vuelta
hacia el espacio a sellar.
Se explica seguidamente la invención con más
detalle ayudándose de varios ejemplos de realización representados
en el dibujo.
Muestran:
La figura 1, una junta de vástago con varios
elementos de sellado, en corte,
La figura 2, la junta primaria según la figura 1
en una representación ampliada y
La figura 3, otra ejecución de la junta primaria
en corte.
En la figura 1 se muestra en corte un elemento
de retención 5, por ejemplo una pared de una carcasa que está
atravesada por una pieza de maquinaria 11. En el lado derecho del
elemento de retención 5 se encuentra el espacio 1 que se debe
sellar. La disposición de junta puede disponer de diferentes partes.
Están previstas aquí una junta primaria 2 vuelta hacia el espacio 1
a sellar y un junta secundaria 3 alejada de este espacio. La junta
secundaria 3 está configurada en el presente ejemplo como una junta
labial dotada de un labio 21. En muchos casos, se utiliza, además,
un rascador 22 de doble efecto. Éste está constituido por un anillo
de sellado 23 que está retenido por dos anillos de sujeción 24 y 25
y que es presionado contra la pieza de maquinaria 11. Para la pieza
de maquinaria 11 se prevé un anillo de guía 26 de material adecuado.
La junta primaria 2 está inserta en una ranura 4 practicada en el
elemento de retención 5. En particular, la superficie lateral 7 de
la ranura se extiende en dirección sustancialmente perpendicular al
eje 6 de la junta. La junta primaria 2 está constituida por el
anillo 8 de arista de sellado, que está hecho de plástico
duroviscoso, preferiblemente de PTFE, y que tiene una arista de
sellado 9 que se aplica a la pieza de maquinaria 11. El anillo 8 de
arista de sellado es presionado contra la pieza de maquinaria 11
por el anillo perfilado 10 de material elastómero. El anillo
perfilado 10 se apoya sobre la superficie 12 del fondo de la ranura
4. El anillo perfilado 10 se aplica con su superficie interior 13
al anillo 8 de arista de sellado. La superficie de limitación 14 del
anillo 8 de arista de sellado se aplica a la primera superficie
lateral 7 de la ranura 4 y tiene un perfil limitado sustancialmente
en ángulo recto. La superficie 15 del anillo rascador 8 situada
entre la arista de sellado 9 y la superficie de limitación 14 es de
configuración ligeramente oblicua y, en el estado descargado de la
junta 2 forma un ángulo \beta de como máximo 8º con la superficie
de sellado 20 o con el eje 6 de la junta. El anillo 8 de arista de
sellado tiene una o varias aberturas 16 de alivio de carga
distribuidas por su perímetro, las cuales están dispuestas entre la
arista de sellado 9 y la superficie exterior 13 del anillo 8 de
arista de sellado y desembocan en la superficie de limitación
14.
En presencia de una sobrepresión existente en el
espacio 1 a sellar, el anillo 8 de arista de sellado se aplica con
su arista de sellado 9 a la pieza de maquinaria 11 y con su
superficie de limitación 14 a la superficie lateral 7 de la ranura
4. Tan pronto como se ha establecido en el espacio interior 27 entre
la junta primaria 2 y la junta secundaria 3 una sobrepresión que
está por encima de la presión reinante en el espacio 1, el líquido
a presión puede penetrar entre la superficie lateral 7 de la ranura
4 y la superficie de limitación 14 del anillo rascador 8 y es
conducido desde allí al espacio de presión 1 a través de las
aberturas 16 de alivio de carga.
En la figura 2 se representa la junta primaria 2
a escala ampliada. En la ranura 4 están insertos el anillo 8 de
arista de sellado y el anillo perfilado 10. El anillo 8 de arista de
sellado está provisto de la arista de sellado 9 que se aplica a la
pieza de maquinaria 11. Con la superficie anular 29 de la superficie
de limitación 14, dirigida hacia el eje medio, el anillo 8 de
arista de sellado se aplica a la superficie lateral 7 de la ranura
4 que queda alejada del espacio 1 que se debe sellar. Las aberturas
16 de alivio de carga están practicadas de modo que puedan
establecer una unión del espacio 1 a sellar con el espacio 27
situado entre la junta primaria 2 y la junta secundaria 3. La
posición de las aberturas 16 de alivio de carga dentro del anillo
rascador 8 puede ser aquí cualquiera. Para la acción del anillo de
sellado es de importancia que, en presencia de la diferencia de
presión entre el espacio 1 y el espacio 27, la superficie de
limitación 14 con la desembocadura 30 de la abertura 16 de alivio
de carga se aplique a la superficie lateral 7 de la ranura 4, con lo
que se cierra la desembocadura 30. El anillo 8 de arista de sellado
es presionado para ello contra la superficie lateral 7. Tan pronto
como, por el motivo que sea, la presión en el espacio 27 sobrepasa
la presión en el espacio 1, el anillo 8 de arista de sellado es
presionado ligeramente en dirección al espacio 1 y puede pasar
líquido del espacio 27 entre la rendija formada entre la superficie
anular 29 y la superficie lateral 7 a las desembocaduras 30 de las
aberturas 16 de alivio de carga y, por tanto, a través de estas
aberturas 16 de alivio de carga, al espacio 1, hasta que se
equilibre nuevamente la presión.
La sección transversal de las aberturas 16 de
alivio de carga está dimensionada de modo que ya con una
solicitación de presión relativamente pequeña del espacio 1 el
anillo 8 de arista de sellado se aplique con su superficie 14 a la
superficie lateral 7 de la ranura 4. Preferiblemente, el ángulo
\delta entre la superficie de limitación 14 y la superficie 15 en
el lado interior del anillo 8 de arista de sellado asciende a 90º.
Los dos ángulos \beta entre la superficie de limitación 14 y la
superficie lateral 7 y entre la superficie interior 15 del anillo 8
de arista de sellado y la superficie 20 de la pieza de maquinaria 11
pueden estar comprendidos entre 0º y 8º. El ángulo \alpha que va
de la arista de sellado 9 al espacio 1 puede adoptar una magnitud
correspondiente a las singularidades de construcción.
En la figura 3 se ha elegido una forma de
realización de la junta primaria 2 en la que el anillo 8 de arista
de sellado está provisto, además, de un bordón de apoyo periférico
31. Con este bordón 31 se apoya adicionalmente el anillo de arista
de sellado sobre la pieza de maquinaria 11. El espacio 32 entre la
arista de sellado 9 y el bordón de apoyo 31 está unido con el
espacio 1 a través de varias ranuras axiales 33. El espacio 32 está
ventilado de esta manera. Las aberturas 16 de alivio de carga están
situadas con sus aberturas de entrada 34 en la zona de las ranuras
axiales 33. El diámetro nominal del bordón de apoyo 31 es, en el
momento de su fabricación, sustancialmente igual al diámetro
nominal de la arista de sellado 9.
Además, el anillo 8 de arista de sellado tiene
en el lado alejado del espacio 1 un saliente 35 con el cual dicho
anillo se aplica detrás del anillo perfilado 10. Además, el anillo
perfilado 10 está provisto del bordón lateral 36 con el que dicho
anillo se apoya sobre la superficie lateral 37 de la ranura 4.
Claims (6)
1. Junta primaria de vástago o pistón que
comprende una junta primaria (2) vuelta hacia el espacio (1) a
sellar y una junta secundaria (3) alejada de dicho espacio, en la
que la junta primaria (2) está inserta en una ranura (4) de un
elemento de retención (5) abierta en la dirección de la pieza de
maquinaria relativamente móvil (11), cuya ranura está limitada en
el lado alejado del espacio (1) a sellar por una primera superficie
lateral (7), que se extiende en dirección sustancialmente
perpendicular al eje (6) de la junta, y contiene un anillo (8) de
arista de sellado hecho de plástico duroviscoso, que presenta una
arista de sellado (9) que se aplica a la pieza de maquinaria (11) y
que es presionado con la arista de sellado (9) contra la pieza de
maquinaria (11) por medio de un anillo perfilado (10) de material
elastómero que se apoya sobre la superficie (12) del fondo de la
ranura (4) y se aplica al anillo (8) de arista de sellado con su
superficie interior (13), caracterizada porque la superficie
de limitación (14) vuelta hacia la primera superficie lateral (7) y
la superficie (15) situada entre la arista de sellado (9) y la
superficie de limitación (14) forman un perfil sustancialmente
limitado en ángulo recto, porque la superficie (15) que limita la
arista de sellado (9) en el lado alejado de la presión encierra con
el eje (6) de la junta, en el estado descargado de dicha junta (2),
un ángulo (\beta) de como máximo 8º, y porque el anillo (8) de
arista de sellado es atravesado por al menos una abertura (16) de
alivio de carga que está dispuesta entre la arista de sellado (9) y
la superficie exterior del anillo (8) de arista de sellado y
desemboca en la superficie de limitación (14).
2. Junta primaria de vástago o pistón según la
reivindicación 1, caracterizada porque la abertura (16) de
alivio de carga tiene una sección transversal de preferiblemente
0,19 a 3,1 mm^{2}.
3. Junta primaria de vástago o pistón según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el anillo (8) de
arista de sellado presenta un bordón de apoyo periférico (31) en el
lado de la arista de sellado (9) que queda vuelto hacia el espacio
(1) a sellar, y el espacio (32) entre la arista de sellado (9) y el
bordón de apoyo (31) es ventilado por al menos una ranura axial
(33) formada en el bordón de apoyo (31).
4. Junta primaria de vástago o pistón según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada
porque el bordón de apoyo (31) tiene, en el momento de su
fabricación, un diámetro nominal que coincide sustancialmente con el
de la arista de sellado (9).
5. Junta primaria de vástago o pistón según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada
porque el anillo (8) de arista de sellado se aplica detrás del
anillo perfilado (10) con un saliente (35) en el lado que queda
alejado del espacio (1) a sellar.
6. Junta primaria de vástago o pistón según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada
porque el anillo perfilado (10) se apoya con un bordón lateral (36)
sobre la superficie lateral (37) de la ranura (4) que queda vuelta
hacia el espacio (1) a sellar.
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