ES2206390T3 - Dispositivo de estanqueidad. - Google Patents
Dispositivo de estanqueidad.Info
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Abstract
Sistema de junta (1) para un árbol (3) que gira en el interior de una carcasa (2) y/o se traslada, cuyo sistema de junta (1) puede apoyar de manera flotante sobre el árbol (3) y un dispositivo de rótula (5) mediante el cual se puede apoyar el sistema de junta (1) de forma antirrotativa y/o en dirección axial en la carcasa, caracterizado porque el dispositivo de rótula (5) lleva una bola (20) dotada de un orificio central (21) que apoya giratoria dentro de un alojamiento de bola (23) y porque está previsto un elemento guía (25) que penetra en el orificio de la bola para efectuar el guiado de traslación de la bola (20) a lo largo del eje del orificio (24), transcurriendo el eje del orificio (24) de la bola (20) esencialmente perpendicular al eje central del árbol (3).
Description
Dispositivo de estanqueidad.
La invención se refiere a un sistema de junta
según el preámbulo de la reivindicación 1.
Esta clase de sistemas de juntas se pueden
emplear como órganos de trabajo, por ejemplo, para el sellado de
árboles que tengan un movimiento de giro y/o de traslación, tal
como se emplean, por ejemplo, en la industria química, del
plástico, de los productos alimenticios, farmacéuticos y cosméticos
en aparatos y máquinas para mezclar, amasar, plastificar y
homogeneizar.
Un problema básico para el sellado de árboles
giratorios estriba en que los árboles siempre presentan una cierta
excentricidad, un movimiento pendular y un desequilibrio dinámico,
lo que repercute negativamente en los sistemas de junta que aquí se
tratan, ya que entre el árbol y las empaquetaduras de junta del
sistema de juntas tiene lugar un movimiento radial relativo con
respecto al árbol, de manera que los empaquetaduras de junta quedan
muy solicitadas. En particular son los movimientos pendulares del
árbol los que repercuten muy negativamente en la estanqueidad y en
la vida útil de los sistemas de juntas.
En particular, el problema citado se acentúa más
en el caso de árboles grandes, pesados, sometidos a una fuerte carga
y que eventualmente tengan además un movimiento de traslación.
Para hacer frente a estos problemas se han
empleado ya en diversos casos juntas de árbol flotantes, cuyo
alojamiento de junta en el que van las empaquetaduras de junta apoya
flotante sobre el árbol. En el caso de estas juntas de árbol
flotantes, está en su apoyo con un grado de libertad lo
suficientemente grande como para cubrir los movimientos pendulares y
de calceo de los árboles. Para ello se han venido utilizando hasta
ahora por lo general unos elementos de apoyo elásticos, que podían
absorber o compensar tanto las desviaciones radiales como los
movimientos pendulares del órgano de trabajo. Se ha visto sin
embargo que la vida útil de tales elementos de apoyo es muy
limitada, en particular, si además están expuestos a una elevada
carga térmica. Además, pueden absorber unos pares de giro sólo
comparativamente reducidos y presentan además unas fuerzas de
recuperación relativamente altas, lo que tampoco es conveniente para
la vida útil de las juntas.
Por la patente DE 1 214 199 se conoce un
dispositivo para la fijación de árboles verticales rotativos. Este
dispositivo lleva una empaquetadura de prensaestopas que apoya
flotante sobre el árbol y que sella el árbol respecto a la carcasa
junto con un fuelle móvil, un cuerpo de prensaestopas y una gafa de
prensaestopas.
Por la patente FR 2 450 393 se deduce un sistema
de junta para el sellado de árboles que se extienden a través de una
pared de un carcasa. El sistema de junta comprende un prensaestopas,
situado flotante entre la carcasa y el árbol. Como seguro contra el
giro del prensaestopas está previsto un tornillo fijado en la
carcasa y que penetra en un alojamiento en el prensaestopas. Para
establecer un sellado estanco al agua entre la pared de la carcasa y
el prensaestopas está prevista una junta de fuelle que está
destinada a absorber movimientos relativos entre el prensaestopas
apoyado flotante sobre el árbol y la carcasa.
Por la patente GB 684 373 se reconoce una vasija
de reacción en cuyo interior está dispuesto un árbol mezclador y
agitador giratorio. Para sellar el árbol que sale de la carcasa se
disponen en ambos lados de la vasija de reacción unas puntas en
forma de prensaestopas. Una parte de la superficie del cuerpo del
prensaestopas tiene una superficie esférica, que se apoya en un
elemento anular que presenta también una superficie esférica y que
va soldado a la carcasa de la vasija de reacción. Para fijar en
posición el prensaestopas respectivo está prevista una caperuza de
retención que va atornillada a la carcasa de la vasija de reacción.
La caperuza de retención tiene en su extremo superior una superficie
interior esférica dentro de la cual apoya el cuerpo del
prensaestopas, con una segunda parte de superficie también de forma
esférica. Este diseño permite absorber los movimientos pendulares
del árbol con relación a la carcasa de la vasija de reacción. Para
rellenar un espacio intermedio entre la carcasa del prensaestopas y
la caperuza de retención están previstas unas conducciones que
atraviesan la caperuza de retención.
Por la patente WO 94 21944 se conoce finalmente
un apoyo de árbol autoalineado y dotado de un prensaestopas. El
apoyo del árbol lleva un alojamiento de cojinete en cuyo interior
está definida una cámara de cojinete. El alojamiento de cojinete
comprende una parte base de forma esencialmente tubular y un
elemento de cierre atornillado a la misma. La cámara de cojinete se
encuentra entre el extremo más exterior de la parte base y el
interior del elemento de cierre. El cojinete del árbol lleva además
un sistema de guiado dotado de un elemento interior tubular a través
del cual se extiende el árbol. Este elemento interior tubular lleva
dos pestañas que se extienden en dirección radial y que apoyan
respectivamente en un elemento de apoyo situado en la respectiva
cámara del cojinete. Este apoyo del árbol puede controlar o absorber
tanto movimientos de giro como de vaivén.
Partiendo del estado conocido de la técnica, el
objetivo de la presente invención consiste en diseñar el sistema de
junta descrito en el preámbulo de la reivindicación 1, junto con el
dispositivo de articulación, de manera que tenga una construcción
sencilla y se pueda fabricar de forma económica y su vida útil esté
optimizada con vistas a un sellado seguro y de gran estabilidad a
largo plazo del eje.
Este objetivo se resuelve mediante las
características indicadas en la reivindicación 1.
Con el sistema de junta propuesto se pueden
evitar en gran medida tanto los movimientos relativos de traslación
entre el sistema de junta y el árbol, como también los movimientos
pendulares relativos entre el sistema de junta y el árbol. El
sistema de articulación descrito está además en gran medida exento
de mantenimiento y los movimientos pendulares del árbol o del
alojamiento de junta apoyado flotante sobre éste se absorben por el
sistema de articulación y se convierten en movimientos laterales. El
dispositivo de articulación es además de construcción sencilla, se
puede realizar económicamente, tiene una larga vida útil y
prácticamente no necesita mantenimiento. Además tiene unas fuerzas
de recuperación relativamente reducidas.
En las reivindicaciones dependientes 2 a 12 se
describen los ejemplos de realización preferidos de la
invención.
A continuación se describe con mayor detalle un
ejemplo de realización preferida de la invención sirviéndose de los
dibujos. En estos dibujos pueden verse:
En la figura 1, una sección longitudinal a través
del sistema de junta, con el dispositivo de articulación, y
En la figura 2 una sección a través del sistema
de articulación.
Mediante la figura 1 se describe con mayor
detalle la disposición y el funcionamiento del sistema de junta.
El sistema de junta designado en su conjunto por
1 está situado entre un cuerpo de máquina 2 y un árbol 3 apoyado en
su interior con movimiento de giro y/o traslación. El sistema de
junta 1 lleva un alojamiento de junta 6 realizado según el principio
del prensaestopas y que sirve para la fijación de empaquetaduras de
junta 9. El alojamiento de junta 6 comprende un casquillo 7 en forma
de cilindro hueco, que rodea al árbol 3. El casquillo 7 está dotado
en la zona de uno de los extremos de una pestaña de tope 8 que
sobresale radialmente hacia el interior y por la zona del otro
extremo con una rosca interior (que no está representada). Para
fijar las empaquetaduras de junta 9 está previsto un casquillo
tensor 10 dotado de una rosca exterior (no representada), que se
enrosca en el casquillo 7. Entre la cara frontal 11 del casquillo
tensor 10 y la pestaña de tope 8 del casquillo 7, van tensadas
cuatro empaquetaduras de junta 9 así como un elemento anular 12 y
otra empaquetadura de junta y/o un anillo de apoyo 18. El casquillo
tensor 10 lleva unos agujeros dispuestos sobre un círculo de
agujeros 19, a través de los cuales se enroscan bulones roscados (no
representados) en la zona extrema del casquillo 7, opuesto al
casquillo tensor 10 y con ayuda de los cuales se pueden fijar y
comprimir las empaquetaduras de junta 9.
Para el apoyo antigiratorio del sistema de junta
1 se ha previsto un sistema de rótula 5. Este se compone de una
bola 20 dotada de un orificio central 21 que está alojada en un
alojamiento de bola 23 fijado en el casquillo 7. La bola 20 está
dispuesta de tal manera que el eje de su orificio 24 queda
esencialmente perpendicular al eje longitudinal central del árbol 3.
Para guiar la bola 20 con traslación a lo largo del eje de su
orificio 24 se ha previsto un elemento guía 25 que penetra en el
orificio de la bola 21. El elemento guía 25, realizado como
tornillo dentado de una parte frontal cilíndrica 26, va enroscado en
un elemento de apoyo 30, sobresaliendo la parte anterior 26 del
elemento guía 25 fuera del elemento de apoyo 30. El elemento de
apoyo 30 tiene forma anular y va fijado a la
\hbox{carcasa
2.}
El dispositivo de rótula 5 representado puede
absorber no sólo movimientos basculantes sino también movimientos de
traslación de dirección transversal al eje longitudinal o eje de
giro del árbol 3. Mientras que los movimientos pendulares del árbol
3 se pueden absorber mediante el giro de la bola 20 en el
alojamiento de bola 23, los desvíos radiales del árbol 3, provocados
especialmente por marcha descentrada y desequilibrios dinámicos, dan
lugar a un desplazamiento relativo de traslación de la bola 20
respecto al elemento guía 25 a lo largo del eje central longitudinal
24 del orificio de la bola 21 o del elemento guía 25. Este
dispositivo de rótula 5 representa un elemento esencialmente rígido
para el apoyo antigiratorio del sistema de junta 1, pudiendo
descansar este último de manera flotante sobre el árbol. De esta
manera se reduce notablemente el desgaste del sistema de junta 1 y
en particular también de las empaquetaduras de junta 9 ya que entre
las empaquetaduras de junta 9 y el árbol 3 ahora sólo tienen lugar
movimientos de rotación y eventualmente axiales. La resistencia al
deslizamiento de la parte cilíndrica anterior 26 dentro del orificio
central 21 es despreciable, lo que elimina las fuerzas de
deformación inadmisibles que actúen sobre las empaquetaduras de
junta 9. El dispositivo de rótula 5 propiamente dicho está en gran
medida exento de mantenimiento y desgaste, a diferencia de los
sistemas de apoyo flexibles conocidos. Se sobreentiende que desde el
punto de vista cinemático cabría la disposición invertida entre el
dispositivo de rótula 5 y el elemento guía 25, estando el
dispositivo de rótula 5 dispuesto directa o indirectamente en el
cuerpo 2 y el elemento guía 25 en el sistema de junta 1.
Con el fin de poder sellar un espacio anular 31
situado entre el casquillo 7 y el elemento de apoyo 30, frente al
recinto de trabajo 35, se ha previsto una membrana 32 que por el
lado frontal va fijada al elemento de apoyo 30 y al casquillo 7. El
intersticio anular 31 también se puede rellenar adicionalmente de
espuma o de modo alternativo a esta membrana 32.
El elemento anular 12 lleva por la cara interior
orientada hacia el árbol 3, así como por la cara exterior orientada
hacia la carcasa 2, sendos rebajes 13, 14 existiendo en el elemento
anular 12 por lo menos un orificio 15 que comunica entre sí los dos
rebajes 13, 14. Los rebajes 13, 14 en el elemento anular 12 están
en comunicación con un tubo 16 que atraviesa radialmente la carcasa
2. A través de este tubo 16 se puede efectuar un barrido de los
rebajes 13, 14 en el elemento anular 12 con un medio líquido o
gaseoso, con lo cual se elimina el riesgo de que pueda pasar, por
ejemplo, oxígeno del aire al interior del recinto de trabajo 35, a
través de las empaquetaduras de
\hbox{sellado 9.}
El anillo de apoyo 18 intercalado entre el
elemento anular 12 y el casquillo tensor 10 actúa como cojinete de
fricción, que favorece la flotación del sistema de junta sobre el
árbol 3. El anillo de apoyo 18 está fabricado preferentemente de un
material plástico que tenga buenas propiedades autolubricantes. En
lugar del anillo de apoyo 18 o además de éste se pueden intercalar
una o varias empaquetaduras de junta, que sellan hacia el exterior
el medio utilizado para el
barrido.
barrido.
Con el fin de aumentar la resistencia a la
erosión del árbol 3 en la zona del alojamiento de junta 6 o de las
empaquetaduras de junta 9, el órgano de trabajo 3 lleva una
envolvente 34 en forma esencialmente de cilindro hueco, cuya
superficie está adaptada a los requisitos específicos.
Por la figura 2, que muestra el dispositivo de
rótula 5 en una sección, se pueden ver especialmente la bola 20
dotada de un orificio central 21, el alojamiento de la bola 23, así
como el elemento guía 25 que penetra dentro del agujero de la bola
21.
Con la invención descrita se pueden conseguir
toda una serie de ventajas:
- -
- El dispositivo de rótula puede absorber tanto las desviaciones radiales como los movimientos pendulares del árbol.
- -
- El dispositivo de rótula es insensible al calor.
- -
- El dispositivo de rótula tiene unas fuerzas de reposición relativamente reducidas. El dispositivo de rótula puede soportar pares de giro elevados.
- -
- El dispositivo de rótula tiene una larga vida útil y prácticamente no necesita mantenimiento.
- -
- El dispositivo de rótula es de estructura sencilla y se puede realizar económicamente.
- -
- El dispositivo de rótula se puede utilizar para árboles situados en dirección horizontal, vertical o formando un ángulo cualquiera en el espacio.
Claims (12)
1. Sistema de junta (1) para un árbol (3) que
gira en el interior de una carcasa (2) y/o se traslada, cuyo
sistema de junta (1) puede apoyar de manera flotante sobre el árbol
(3) y un dispositivo de rótula (5) mediante el cual se puede apoyar
el sistema de junta (1) de forma antirrotativa y/o en dirección
axial en la carcasa, caracterizado porque el dispositivo de
rótula (5) lleva una bola (20) dotada de un orificio central (21)
que apoya giratoria dentro de un alojamiento de bola (23) y porque
está previsto un elemento guía (25) que penetra en el orificio de la
bola para efectuar el guiado de traslación de la bola (20) a lo
largo del eje del orificio (24), transcurriendo el eje del orificio
(24) de la bola (20) esencialmente perpendicular al eje central del
árbol (3).
2. Sistema de junta (1) según la reivindicación
1, caracterizado porque la bola (20), junto con el
alojamiento de bola (23) se puede disponer en un alojamiento de
junta (6) dotado de empaquetaduras de junta (9) y el elemento guía
(25) se puede disponer directa o indirectamente en la carcasa
(2).
3. Sistema de junta (1) según la reivindicación
1, caracterizado porque la bola (20), junto con el
alojamiento de bola (23) se puede disponer directa o indirectamente
en la carcasa (2) y el elemento guía (25) está dispuesto en un
alojamiento de junta (6) dotado de empaquetaduras de junta (9).
4. Sistema de junta (1) según las
reivindicaciones 2 ó 3 caracterizado porque la bola se puede
desplazar con traslación con relación al elemento guía (25) o el
elemento guía (25) se puede trasladar con relación a la bola (20) en
dirección radial con respecto al árbol (3).
5. Sistema de junta (1) según la reivindicación
2, caracterizado porque el alojamiento de junta (6) está
rodeado de un intersticio anular (31) que se puede sellar mediante
una membrana (32) y/o rellenar de espuma.
6. Sistema de junta (1) según la reivindicación
2, caracterizado porque está previsto un elemento de apoyo
(30) que se puede fijar en la carcasa (2), en el cual va fijado el
elemento guía (25) que penetra dentro del orificio de la bola
(21).
7. Sistema de junta (1) según la reivindicación
6, caracterizado porque el elemento guía (25) está realizado
como tornillo que se enrosca en el elemento de apoyo (30) y que en
la parte anterior está dotado de una parte delantera (26) cilíndrica
que sobresale del elemento de apoyo (30) y que actúa como guía para
la bola (20).
8. Sistema de junta (1) según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
alojamiento de junta (6) lleva un casquillo (7) esencialmente en
forma de cilindro hueco, destinado a rodear el árbol (3), en cuya
cara interior están dispuestas varias empaquetaduras de junta (5)
que han de asentarse sobre el árbol (3).
9. Sistema de junta (1) según la reivindicación
8, caracterizado porque el casquillo (7) está dotado en una
de sus zonas extremas con una pestaña de tope (8) que sobresale
radialmente hacia el interior y por el otro extremo con una rosca
interior y porque está previsto un casquillo tensor (10) dotado de
rosca exterior para ser enroscado en la rosca interior del
casquillo (7), de manera que las empaquetaduras de junta (9) se
pueden fijar y comprimir mediante el casquillo tensor (10) entre la
pestaña de tope (8) del casquillo (7) y la cara frontal (11) del
casquillo tensor (10).
10. Sistema de junta (1) según la reivindicación
9, caracterizado porque el casquillo tensor (10) lleva unos
orificios dispuestos sobre un orificio de agujeros (19), a través
de los cuales van enroscados unos bulones roscados en la zona
extrema del casquillo (7) opuesta al casquillo tensor (10) y
mediante la cual se pueden fijar y comprimir las empaquetaduras de
junta (9).
11. Sistema de junta (1) según la reivindicación
9 ó 10, caracterizado porque entre la cara frontal (11) del
casquillo tensor (10) y las empaquetaduras de junta (9) está
intercalado un elemento anular (12) dotado por lo menos de una
oquedad (13, 14), que por la cara interior que se ha de orientar
hacia el árbol (3) así como por la cara exterior que se ha de
orientar hacia la carcasa (2) está provisto de sendos rebajes (13,
14), cuyos rebajes (13, 14) se pueden poner en comunicación con una
conducción de acometida (16), a través de la cual se puede alimentar
un medio líquido o gaseoso.
12. Sistema de junta (1) según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre la
pestaña de tope (8) del casquillo (7) y la cara frontal (11) del
casquillo tensor (10) está prevista por lo menos una empaquetadura
de junta (9) y/o un anillo de apoyo (18).
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