MX2012007207A - Metodo y dispositivo de un sistema obturador. - Google Patents

Abstract

Un sistema obturador y un método de fabricación de dicho sistema obturador; el sistema obturador comprende un labio obturador de dos materiales diferentes que se unen juntos usando un material polimérico que forma fuertes enlaces químicos con dos diferentes materiales al mismo tiempo; además ya que la unión solo toma lugar después de la activación, esto permite una alineación física precisa a realizase antes de la activación.

Description

MÉTODO Y DISPOSITIVO DE UN SISTEMA OBTURADOR CAMPO TÉCNICO La invención se refiere a sistemas obturadores y se refiere en ciertas modalidades a juntas con labios de material doble, así como la unión de los dos materiales de labio.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Sistemas obturadores, tales como juntas de labios, se usan en aplicaciones de rotación automotriz e industrial donde fuga de aceite y el ingreso de contaminación se puede minimizar o eliminar tanto como sea posible. Sistemas obturadores se usan en aplicaciones de cojinete del elemento de rodamiento o como un sistema independiente. En aplicaciones de vehículos de bajo peso y de camiones, el sistema obturador se usa en aplicaciones de cigüeñal y de transmisión y unidades de cubo de eje. En la industria, sistemas obturadores se usan en transmisiones o inclusive en cojinetes de elemento de rodamiento para proteger contra la contaminación.

Juntas de labio tradícionalmente comprenden una camisa metálica que tiene una pared radial en donde un labio de caucho o polimérico se une y el cual está en contacto con un eje de rotación. Durante la operación, el eje generalmente exhibe algún grado de desalineado que necesita acomodarse o compensarse por el labio.

La capacidad del labio para seguir estrechamente la superficie del eje es crítica para prevenir cualquier fuga e ingreso. Esto se logra al permitir que el labio se mueva con facilidad en el contacto del eje, mientras mantiene aún algo de fuerza de contacto en el labio.

Las juntas de labio rotatorias son un contribuyente significante para la disipación de energía y pérdida de eficiencia de componentes mecánicos: en cojinetes de elemento de rodamiento, hasta un 70% de la contribución de fricción es causada solo por la junta. En aplicaciones automotrices, se ha estimado que del 1 al 2% de reducción de CO2 se puede obtener por mejores aplicaciones de obturación.

Existe aún la necesidad de mejoras en sistemas obturadores en general y en labios obturadores en particular.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Es un objetivo describir un sistema obturador que permita a un labio moverse con facilidad en el contacto de un eje, mientras mantiene todavía una fuerza de contacto adecuada en el labio.

En un primer aspecto de la presente descripción, un sistema obturador de labio de fricción baja/labio obturador para aplicaciones de rotación engrasada y lubricada con aceite se provee para prevenir fugas e ingreso de contaminantes en condiciones de operación estática y dinámica. Un labio de material doble es preferiblemente utilizado para lograr una vida larga de servicio para las aplicaciones de obturación y para maximizar la reducción de fricción. La unión entre los dos materiales del labio se logra usando materiales poliméricos adaptados específicamente que se curan por la aplicación de luz UV, calor, y/o otra radiación, tales como se describen en EP 1 900 759.

En una modalidad preferida, un sistema obturador preferiblemente comprende una camisa de metal que tiene una pared radial en donde un labio de caucho o polimérico se une y que a su vez está en contacto con un eje de rotación u otra superficie opuesta adecuada. Durante la operación, el eje y/o superficie opuesta normalmente exhibe algún grado de desalineado que necesita acomodarse o compensarse por el labio. La capacidad del labio para seguir la superficie del eje o superficie opuesta es crítica para prevenir cualquier fuga y/o ingreso. Esto se logra al permitir que el labio se mueva con facilidad en el contacto del eje, mientras se mantiene aún una fuerza de contacto adecuada en el labio.

La capacidad del labio para permanecer en contacto con el eje es importante para la selección del material y el diseño del labio, como un cierto grado de elasticidad o elasticidad es preferible. En aplicaciones de juntas de labio de rotación, el material del labio tradicionalmente es una de los varios tipos de caucho. En algunas aplicaciones de junta, politetrafluoroetilenos (PTFE) se usan también. En este caso el labio se hace extremadamente delgado y esto compense la rigidez más alta del material.

La reducción de fricción y desgaste, lo que ocurre en la punta del labio, sin embargo requiere diferentes criterios de material o propiedades que los criterios de material o propiedades que son óptimas para mantener la fuerza de contacto en el labio. Por lo tanto el desarrollo de un sistema obturador usando un material sencillo para el labio es por definición un compromiso. Una consecuencia es que la fuerza de contacto en la punta y la reducción de fricción/resistencia al desgaste no se puede maximizar usando la tecnología de labio de material sencillo.

Para superar estas limitaciones, es preferible manufacturar el labio de al menos dos materiales diferentes, por ejemplo, material A y material B. El volumen principal o masa del labio se hace preferiblemente de material A y la punta o la piel (por ejemplo, una superficie de contacto) del labio se hace preferentemente de material B. El material A se puede seleccionar para segurar buena flexibilidad de la punta y buenas condiciones de contacto alrededor de la circunferencia del eje. El material B se puede seleccionar para proveer bajas condiciones de fricción y buena resistencia al desgaste.

Ya que un contacto de baja fricción se puede mantener durante la vida de servicio completa del sistema obturador, los dos diferentes materiales se pueden seleccionar de acuerdo con la temperatura de operación esperada y agresividad del lubricante. Por tanto los materiales A y B pueden, en consecuencia a otro aspecto de la presente descripción, adecuadamente ser una combinación de los siguientes materiales: Los cauchos de acrilonitrilo butadieno (NBR), cauchos de nitrilo hidrogenado (HNBR), caucho de nitrilo carboxilado (XNBR), cauchos de poliacrilato (ACM), cauchos de poliuretano (PU), copolímeros basados en fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno (FKM). La formulación de estos materiales puede ser optimizada adicionalmente por la selección adecuada de un relleno o sistema de relleno y sistemas de curado.

Además de los materiales elastoméricos, que son una opción estándar en tecnologías de junta de labio de rotación, las enseñanzas actuales pueden hacer uso de nuevas combinaciones de materiales tales como politetrafluoroetilenos (PTFE), poliamidas (PA), vulcanizados termoplásticos (TPV) y elastómeros termoplásticos (TPE).

Para garantizar una unión confiable y eficaz durante la vida completa de la junta, es preferible utilizar un promotor de adhesión eficiente para unir el material A y B juntos. Una clase adecuada de promotores de adhesión basados en materiales poliméricos, concretamente compuestos dieno, se describen en EP 1 900 759. En esta descripción, el agente de adhesión está hecho de un material de partida que incluye al menos dos dobles enlaces, que se activan por lo que toman parte en una reacción de polimerización y en donde los enlaces dobles están lo suficientemente cerca para asegurar que la ciclopolimerización ocurra.

La ciclopolimerización se activa mediante la aplicación de una fuente de radiación, UV o radiación térmica. Esta tecnología es diferente del sistema de curado de UV común tales como acrilatos y metacrilatos como el uso de estos polímeros puede limitar en algunas circunstancias las propiedades que se pueden obtener en el producto final. El material polimérico permite propiedades significativamente diferentes a ser obtenidas, en comparación con acrilatos y metacrilatos, tales como la adhesión a las superficies metálicas, bajo costo, fácil derivación y velocidad de procesamiento. Por estas razones, son particularmente bien adaptados al caucho y tecnologías poliméricas como tales se usan comúnmente en juntas de labio de rotación.

En otro aspecto de la presente descripción un sistema obturador y un método de unión de diferentes partes del sistema obturador se proveen para evitar o minimizar alineación mecánica costosa, puesto que la adhesión se inicia sólo después de la activación por ejemplo mediante radiación UV.

Ensayos de unión de cauchos de obturación con pegamentos tradicionales han demostrado ser difíciles. Puede ser extremadamente difícil unir dos materiales distintos, como algunos agentes de unión han limitado las resistencias, y otros son aptos para debilitar o incluso romperse si se someten a bajas temperaturas.

La tecnología de material doble descrita aquí permite que la reducción de la fricción se maximice al seleccionar un material óptimo para la superficie (contacto) del labio independientemente de aquel para el volumen del labio. Los materiales son elegidos para garantizar que el labio pueda seguir de cerca una superficie opuesta durante la operación y mantener buenas condiciones de contacto en la punta del labio.

La selección de un material de baja fricción de la superficie de contacto disminuye la temperatura en el labio durante la operación y garantizar una vida más larga del sistema obturador.

Puede obtenerse una fuerte unión entre el material utilizado para la superficie de contacto (punta) y el utilizado para el volumen del labio utilizando un promotor de adhesión, que hace uso de materiales poliméricos, tal como se describe en EP 1 900 759.

El uso de materiales poliméricos como se describe en EP 1 900 759 permite una amplia gama de combinaciones de materiales para el labio y la superficie de contacto del labio a utilizarse. Para materiales obturadores de caucho, esta tecnología también permite que diferentes sistemas de curado para la superficie y el labio se usen. Para juntas PTFE, esa tecnología evita la necesidad de pre-tratar la superficie y grabado de plasma.

Los materiales de labio diferentes de acuerdo a las enseñanzas actuales pueden combinarse de cualquier manera deseada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención ahora se explicará más detalladamente con referencia a la siguiente figura, en donde La figura 1 ilustra un sistema obturador representativo según las enseñanzas actuales.

Referencias La figura 1 - ilustra una aplicación representativa de la invención presente: 100 un sistema obturador, una junta de labio 110 una camisa de metal 120 una parte de volumen de un labio 25 una parte de punta de un labio 130 una superficie opuesta tal como un eje o una parte de cojinete DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Puede utilizarse un sistema obturador de acuerdo con las siguientes modalidades preferidas, sin limitación, en aplicaciones de rotación automotrices e industriales donde la baja fricción está en demanda y la fuga de aceite e ingreso de contaminación se puede minimizar o eliminar tanto como sea posible. Puede utilizarse un sistema obturador en aplicaciones de cojinete de elemento de rodamiento o como un sistema independiente. En aplicaciones de vehículos de bajo peso y camiones de bajo peso, el sistema obturador puede utilizarse en aplicaciones de cigüeñal y transmisión y unidades de cubo de eje. En la industria, los sistemas obturadores de doble material presentes pueden utilizarse en las transmisiones o inclusive en cojinetes de elemento de rodamiento para proteger contra la contaminación, retener lubricante dentro del cojinete y reducir la fricción en comparación con un labio obturador de material sencillo, y puede utilizarse ventajosamente en entornos difíciles.

Ahora se describirán ejemplos representativos en relación con la figura 1.

La figura 1 ilustra una aplicación preferida actualmente de un sistema obturador 100 de acuerdo con las enseñanzas actuales. El sistema obturador comprende una camisa de metal 110 que tiene una pared radial en donde un caucho o labio polimérico 120, 125 está unido y que durante el uso está en contacto con un eje de rotación o superficie opuesta 30. Durante la operación, el eje o superficie opuesta 130 normalmente exhibirá cierto grado de desalineado que necesita acomodarse o compensarse por el labio. La capacidad del labio para seguir la superficie del eje es fundamental para evitar cualquier fuga e ingreso. Esto se consigue permitiendo que el labio se mueva con facilidad en el contacto del eje, manteniendo aún cierta fuerza de contacto en la punta 125.

La capacidad del labio a permanecer en contacto con el eje suele ser muy importante para la selección del material y el diseño del labio. En aplicaciones de obturación de labio de rotación, el material del labio generalmente es caucho de diferentes tipos.

Sin embargo, la reducción de la fricción y desgaste, que se produce en la punta del labio, requiere diferentes criterios materiales que los criterios que son óptimos para mantener el contacto. Por lo tanto, el uso de un sistema obturador que consiste en un material de labio sencillo es por definición un compromiso. Una consecuencia es que la reducción de fricción y resistencia al desgaste no se puede maximizar utilizando la tecnología de labio de material sencillo.

Para superar estas limitaciones, un labio preferiblemente se compone de dos materiales A y B. El volumen principal o masa 120 del labio está hecho de material A y la punta 125 o la piel (superficie de contacto) del labio está hecha de material B. El material A es elegido para asegurar buena flexibilidad del labio y buenas condiciones de contacto alrededor de la circunferencia del eje. El material B es elegido para proporcionar un bajo coeficiente de fricción en el contacto de deslizamiento con la superficie opuesta 130 y buena resistencia al desgaste.

Volumen y materiales superficiales: Ya que un contacto de baja fricción se puede mantener convenientemente durante la vida de servicio completa del sistema obturador, los dos diferentes materiales (A y B) se seleccionan preferiblemente de acuerdo con la temperatura de operación esperada y la agresividad del lubricante. Por tanto los materiales A y B se pueden seleccionar respectivamente de los siguientes materiales: Los cauchos de acrilonitrilo butadieno (NBR), cauchos de nitrilo hidrogenado (HNBR), caucho de nitrilo carboxilado (XNBR), cauchos de poliacrilato (ACM), cauchos de poliuretano (PU), copolímeros basados en fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno (FKM). La formulación de estos materiales se puede optimizar aún más por la adecuada selección de uno o varios rellenos u otros aditivos, así como una adecuada selección del sistema de curación.

Además de materiales elastoméricos, que son una opción estándar en tecnologías de junta del labio de rotación, las enseñanzas actuales abarcan también el uso de nuevas combinaciones de materiales tales como uno o más de politetrafluoroetilenos (PTFE), poliamidas (PA), vulcanizados termoplásticos (TPV) y elastómeros termoplásticos (TPE).

Cuando se usan politetrafluoroetilenos (PTFE) como el material B en un sello según las enseñanzas presentes, no es necesario hacer una sección de labio extremadamente delgada. En lugar de la forma y espesor pueden optimizarse para la fricción y el desgaste, incluso haciendo uso de la mayor rigidez del material.

Ejemplos (cantidades en gramos) (1) ¡untas de acrilonitrilo-butadieno Europrene® N 3330 GRN 100 ZnO 5 Ácido esteárico 1 N 330 40 DOP 5 Mistron Vapor® 25 Grafito 10 Resina coumarona 2 Vulkanox® MB2 1.5 Vulkanox® HS 0.5 CBS 1. 5 TMTD 2.5 Azufre 0.4 Curado en prensa durante 10 minutos a 170°C (2) ¡untas de fluoroelastómeros Tecnoflon® FOR 60K 100 Óxido de magnesio (alta actividad) 9 Hidróxido de calcio 6 sulfato de bario 30 Polymist® L206 30 Óxido de hierro rojo 5 Cera de carnauba 2 Curado en prensa durante 10 minutos @ 170°C Post-curado 8 horas + 16 horas @ 230°C (3) Juntas de acrilato Vamac® G 100.0 Ácido esteárico 1.0 Armeen 18D 0.5 VANFRE® VA 2.0 Negro FEF (N-550) 60.0 Grafito 20.0 Dioctil ftalato (DOP) 10.0 VANOX® ZMTI 2.0 VANOX® AM 1.0 VANAX® DOTG 4.0 DIAK® No. 1 1.25 Adherencia de los dos materiales: Para obtener una larga vida útil, en particular en entornos muy severos y hostiles, una buena unión entre el material A y material B es esencial para el buen funcionamiento del sistema obturador. El enlace natural de caucho para otros materiales durante la vulcanización cuando son entrelazados no es suficiente. Además, esta solución no se puede utilizar cuando los politetrafluoroetilenos (PTFE), poliamidas (PA), vulcanizados termoplásticos (TPV) y elastómeros termoplásticos (TPE) se seleccionan para el material A y B.

Para asegurar una unión eficaz durante la vida completa de la junta, un promotor de adhesión basado en materiales poliméricos tales como los que se describen en EP 1 900 759 se utilizan para unir el material A y B juntos.

Como se describe en EP 1 900 759, el material polimérico entre las dos uniones se puede personalizar agregando funciones químicas específicas, que promueven la reacción y acoplamiento con sustratos específicos. Por lo tanto, una primera función química del material polimérico puede agregarse para crear enlaces químicos con material A, mientras que una segunda función química puede agregarse para crear en los misma forma enlaces químicos con material B. De esta manera puede lograrse una unión fuerte y permanente entre las superficies de material A y material B. El uso de estas tecnologías permite una fuerte unión para desarrollarse entre las superficies y el uso de una combinación múltiple de materiales para el sistema obturador.

La ciclopolimerización se dispara al aplicar una fuente de radiación, por ejemplo, UV o radiación térmica. Esta tecnología es diferente del sistema de curado de UV común tales como acrilatos y metacrilatos como el uso de estos polímeros puede limitar en algunas circunstancias las propiedades que se pueden obtener en el producto final. La tecnología presentada permite obtener propiedades significativamente diferentes en comparación con acrilatos y metacrilatos, tales como la adhesión a las superficies metálicas, bajo costos, facilidad de derivación y velocidad de procesamiento. Por estas razones, son especialmente adecuadas para caucho y tecnologías poliméricas tales como las comúnmente utilizadas en juntas de labio de rotación.

En resumen, un labio obturador preferentemente se compone de dos materiales diferentes unidos por un material polimérico que forma fuertes enlaces químicos con los dos materiales diferentes al mismo tiempo. Además desde que la unión o adhesión sólo tiene lugar tras la activación, esto permitirá una alineación precisa física a realizarse antes de la activación.

El contenido de EP 1 900 759 y su contraparte U.S. 6,559,261 completamente se incorpora aquí por referencia. Se señala expresamente que los compuestos adhesivos descritos en el párrafo

[0007] y los fotoiniciadores descritos en el párrafo

[0013] de EP 1 900 759 se incorporan aquí por referencia, texto el cual corresponde a la columna 1 , línea 53 a columna 2, línea 38 y columna 3, línea 18 a la columna 4, línea 10 del documento US 6,559,261.

La invención no está restringida a las modalidades descritas antes, pero puede variar dentro del ámbito de las siguientes reivindicaciones.

Claims (7)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un sistema obturador compuesto por un labio, en donde el labio comprende al menos dos materiales con propiedades diferentes, los dos materiales estando unidos por un agente polimérico, el agente polimérico compuesto por múltiples enlaces químicos, por lo menos uno para cada material.

2.- El sistema obturador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las múltiples uniones tendrán parte en una reacción de polimerización cuando se activan y forman múltiples enlaces químicos suficientemente cerca juntos para asegurar que se producirá la ciclopolimerización, y que la activación se disparará por UV o radiación térmica.

3. - Un método de unión de un primer material a un segundo material de un labio de un sistema obturador, el primer material que comprende una primera superficie, el segundo material que comprende una segunda superficie, en donde el método comprende los pasos de: - aplicar un agente polimérico a una o ambas superficies a ser unidas, - alinear mecánicamente la primera y la segunda superficies a unirse; - activar una reacción de polimerización por UV o radiación térmica.

4. - Una junta que comprende: un primer material unido a un segundo matenal por un agente adhesivo, el primer material y segundo material que tiene propiedades diferentes y el agente adhesivo siendo ciclopolimerizado.

5. - La junta de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque el primer material constituye una porción principal de la junta y el segundo material forma una superficie de contacto de la junta.

6. - Un método para hacer una junta que comprende: aplicar a un agente adhesivo para al menos una superficie de un primer material y un segundo material, alinear mecánicamente los materiales primero y segundo a ser unidos; - activación de una reacción de polimerización mediante la aplicación de al menos uno de UV y radiación térmica al agente adhesivo.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el agente adhesivo comprende al menos un grupo funcional dieno.