ES2265919T3 - Junta bivalente de baja resistencia a la insercion. - Google Patents

Junta bivalente de baja resistencia a la insercion. Download PDF

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ES2265919T3 ES00912075T ES00912075T ES2265919T3 ES 2265919 T3 ES2265919 T3 ES 2265919T3 ES 00912075 T ES00912075 T ES 00912075T ES 00912075 T ES00912075 T ES 00912075T ES 2265919 T3 ES2265919 T3 ES 2265919T3
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Bradford G. Corbett, Jr.
Samuel Guzowski
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Abstract

Una junta de sellado de tubo diseñada para ser recibida dentro de una ranura (45) prevista dentro de un extremo de acoplamiento (47) de un tubo termoplástico, comprendiendo la junta (43): un cuerpo elastomérico en forma de anillo que tiene una composición sustancialmente homogénea que, cuando se ve en sección transversal, incluye una región de nariz conductora (75) y una superficie sellante primaria inclinada hacia dentro radial (77) que forma un sello de labio para empeñar un extremo macho coincidente (49) durante la inserción, uniéndose la superficie de sellado primaria (77) a una segunda superficie de sellado secundaria (79) mediante una región de ranura circular intermedia (81), comprendiendo la superficie de sellado secundaria (79) una región circunferencial planar que termina en una esquina interna (83) de la junta, conectándose la esquina interior (83) a una región de pared mas externa de la junta mediante una superficie de junta externa inclinada hacia arriba, teniendo además la junta (85) una superficie de junta externa inclinada hacia abajo (90), conectada a la región de nariz conductora (75), caracterizada porque la región de pared mas externa de la junta se conecta mediante un escalón vertical enfrentado hacia adelante (93) a la superficie de junta externa inclinada hacia abajo (90), y porque dicha superficie de junta externa inclinada hacia abajo (90) se inclina de modo uniforme hacia bajo a partir de dicho escalón vertical (93 ) hacia dicha región de nariz conductora (75).

Description

Junta bivalente de baja resistencia a la inserción.
Campo técnico
El presente invento se refiere en general a juntas se cierre utilizadas para juntas de tubería en donde se instala una sección de tubo dentro de una sección de tubo de acoplamiento hembra.
Arte anterior
Los tubos formados a partir de materiales termoplásticos que incluyen polietileno y PVC se utilizan en una variedad de industrias. En la formación de una junta entre secciones de tubo, el extremo macho de tubo se inserta dentro del extremo hembra o extremo de acoplamiento. Un anillo o junta anular elastomérico se asienta típicamente dentro de una ranura formada en el extremo de acoplamiento del conducto termoplástico. Cuando el macho de tubo se inserta dentro del acoplamiento, la junta proporciona la capacidad principal de sellado para la junta. Es crítico, durante el proceso de instalación, que la junta no pueda torcerse o doblarse puesto que una junta desplazada o dislocada afectaría adversamente la capacidad de sellado final de la junta. Intentos anteriores para estabilizar el anillo de sellado dentro de su ranura de alojamiento incluyen la provisión de anillos de refuerzo internos y externos o bandas que proporcionan rigidez adicional para el anillo elástico.
Se llevaron a cabo también intentos para reforzar la ranura del conducto o pared de tubo adyacente. Un intento anterior para asegurar la integridad de las juntas de tubo utilizadas bajo condiciones de demanda fue el proporcionar refuerzo local de la porción de ranura del acoplamiento hembra y por medio de un espesor superior de la pared en esta zona del tubo. El algunos casos se han utilizado también manguitos de refuerzo. Cada una de estas soluciones fue menos que ideal, fallando en algunos casos en proporcionar la integridad de junta necesaria y con frecuencia contribuyendo a la complejidad y gasto de la operación de fabricación. Aún en aplicaciones en donde las condiciones de presión no son tan extremas como el tubo de alcantarilla y tubo de irrigación, es deseable situar apropiadamente la junta y asegurar su integridad.
A principios de los 19700 se desarrolló una nueva tecnología por Rieber & Son de Bergen, Noruega, referido en la industrial como "Rieber Joint". El sistema Riber utilizó un elemento de molde combinado y anillo de sellado para sellar una junta entre el acoplamiento y el extremo macho de tubo de dos tubos cooperantes formados a partir de materiales termoplásticos. En el proceso Rieber la junta elastomérica se insertó dentro de una ranura interna en el extremo de acoplamiento del conducto hembra cuando se forma el extremo hembra o abocinado de forma simultánea. La provisión de una junta elastomérica pretensada y anclada durante el proceso de abocinado en la fabrica de tubos proporciona un extremo de acoplamiento mejorado para una junta de tubo con una junta de sellado que no se tuerce o dobla o de otro modo permite que entren impurezas en las zonas de sellado de la junta, aumentando así la fiabilidad de la junta y disminuyendo el riesgo de fugas o posible fallo debido a abrasión. El procedimiento Rieber se describe en las siguientes patentes estadounidenses, entre otras: 4.120.521; 4.061.459 (sobre las que se basa la forma de dos partes de reivindicación independiente); 4.030.872, 3.965.715; 3.929.958; 3.887.992; 3.884.612; y 3.776.682.
Otra junta de sellado de labio flexible se describe en la patente US-A-3.179.446. Esta junta conocida se instala entre el extremo libre de una sección de conducto de acoplamiento y una retención de junta externa y estructura de compresión. La junta tiene un escalón vertical enfrentado hacia atrás y una superficie externa inclinada hacia abajo y hacia atrás de modo uniforme a partir del escalón vertical a la esquina interna o posterior de la junta para conformar la configuración de la junta a la forma del extremo de la sección de tubo de acoplamiento.
El sistema Rieber proporcionó una junta instalada integralmente que supera muchas de las deficiencias de los dispositivos del arte anterior en mantener el anillo de sellado en su posición apropiada durante la instalación y el uso. Cuando el extremo de acoplamiento hembra del tubo se enfría entorno de la junta previamente instalada se comprime el cuerpo elastomérico de la junta entre un anillo de refuerzo de acero y la ranura formada en el extremo de acoplamiento del tubo. Cuando se instala el macho de tubo coincidente para establecer una junta de tubo se produce compresión adicional de la junta en una dirección radial a lo largo de una región de compresión interna de la junta.
A pesar de los avances ofrecidos por el proceso Riber la geometría del sello de compresión presentó problemas en ciertas aplicaciones prácticas. En algunas aplicaciones, particularmente que implican un tubo de mayor diámetro, la fuerza de inserción necesaria para instalar el extremo de macho de tubo dentro del extremo de acoplamiento hembra coincidente requirió una alta fuerza de inserción que pudo, en algunas ocasiones, producir la distorsión o desplazamiento de la junta. Asimismo, con aplicaciones que implican tubo de pared delgada tal como tubo de irrigación, las fuerzas implicadas durante la fabricación utilizando un proceso de tipo Rieber pudo causar el tensado del tubo, disminuyendo de este modo el espesor de pared en la región de junta hasta niveles inaceptables.
El presente invento tiene, como objeto, el proporcionar una junta de tubo para uso en sistemas diversos de esta índole tal como tubo de alcantarilla y tubo de irrigación que ofrece las ventajas de una junta estilo Rieber mientras que evita los problemas antes citados que se encuentran en el arte anterior.
Otro objeto del invento es proporcionar una junta de tubo de esta índole que proporcione un perfil inferior y por consiguiente menor fuerza de inserción para el extremo macho cuando penetra en el extremo de acoplamiento hembra, para facilitar el montaje de la junta de tubo en el campo.
Otro objeto del invento es proporcionar un sistema de sellado del tipo anterior en donde se instala una junta de sellado dentro de una ranura provista dentro de un extremo de acoplamiento hembra de un tubo termoplástico en donde la junta está diseñada con un perfil inferior para facilitar operaciones de abocinado en un proceso de tipo Rieber implicando tubo de pared mas delgada para reducir el esfuerzo sobre las paredes del tubo adyacentes a la ranura de la junta de sellado para de este modo impedir un estirado y adelgazado inaceptable a la pared del tubo.
Otro objeto es proporcionar una junta mejorada para utilizarse en un sistema de sellado de esta índole en donde la junta se forma a partir de una composición generalmente homogénea simple, en vez de tener regiones distintas de materiales diversos tal como regiones de caucho de durómetro variables o regiones de plástico y caucho.
Otro objeto del invento es proporcionar una junta con un bajo perfil y configuración de tipo de labio que permitirá el montaje sin un chaflán sobre el extremo macho del tubo.
Descripción del invento
De conformidad con el invento se proporciona una junta de sellado de tubo diseñada para ser recibida dentro de una ranura prevista dentro de un extremo de acoplamiento de un tubo termoplástico, comprendiendo la junta: un cuerpo elastomérico en forma de anillo que tiene una composición sustancialmente homogénea que, cuando se ve en sección transversal, incluye una región de nariz conductora y una superficie sellante primaria inclinada hacia dentro radial que forma un sello de labio para empeñar un extremo macho coincidente durante la inserción, uniéndose la superficie de sellado primaria a una segunda superficie de sellado secundaria mediante una región de ranura circular intermedia, comprendiendo la superficie de sellado secundaria una región circunferencial planar que termina en una esquina interna de la junta, conectándose la esquina interior a una región de pared mas externa de la junta mediante una superficie de junta externa inclinada hacia arriba, teniendo además la junta una superficie de junta externa inclinada hacia abajo, conectada a la región de nariz conductora, caracterizada porque la región de pared mas externa de la junta se conecta mediante un escalón vertical enfrentado hacia adelante a la superficie de junta externa inclinada hacia abajo, y porque dicha superficie de junta externa inclinada hacia abajo se inclina de modo uniforme hacia bajo a partir de dicho escalón vertical hacia dicha región de nariz conductora.
En una modalidad ventajosa las dimensiones y geometría de la junta se seleccionan para proporcionar un bajo perfil que reduce la fuerza de inserción durante el montaje de una junta de tubo mientras que se eliminan también ciertos problemas durante las operaciones de fabricación en donde la junta elastomérica se inserta dentro de una ranura interna en el extremo de acoplamiento del tubo hembra cuando el extremo hembra o abocinado se forma de modo simultáneo.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista parcial, en perspectiva, parcialmente seccionada mostrando la junta de tubo del invento en donde un extremo de tubo macho se inserta en un extremo de acoplamiento hembra, teniendo el extremo de acoplamiento hembra una ranura para recibir la junta de sellado del invento;
La figura 2 es una vista en sección transversal lateral de la junta de sellado del invento mostrada de forma aislada para facilitar la ilustración;
La figura 3 es una vista en sección transversal lateral de la junta de la figura 2 mostrada en posición comprimida cuando el extremo de tubo macho se inserta dentro del extremo de acoplamiento hembra para formar una junta de tubo; y
Las figuras 4-7 son ilustraciones simplificadas, esquemática, del proceso Rieber del arte anterior para instalar una junta de sellado de compresión dentro de una ranura formada dentro del extremo de acoplamiento hembra de un tubo termoplástico.
Mejor modo de llevar a cabo el invento
Las ventajas proporcionadas por la junta de tubo que tiene la geometría mejorada del invento puede entenderse mejor con referencia a las juntas del arte anterior fabricadas de conformidad con el proceso Rieber. Volviendo primero a las figuras 4-7, el proceso Rieber se ilustra mostrando la instalación de una junta de sellado de compresión del arte anterior dentro de la ranura prevista dentro del extremo de acoplamiento de la sección de tubo hembra.
La figura 4 muestra una junta de sellado elastomérica 11 que tiene un anillo de refuerzo de acero 13 en posición sobre la superficie de trabajo externa generalmente cilíndrica 15 del mandril 17 utilizado en el proceso de abocinado. La junta elastomérica 11 puede formarse, por ejemplo, de caucho y es un miembro circunferencial en forma de anillo que tiene una región de compresión inferior 19 y una porción de nariz expuesta 21 que, como se muestra en la figura 4, empeña un collar 23 de soporte o formación. El collar de formación 23 tiene una primera extensión generalmente cilíndrica 25 que está unida a una segunda extensión cilíndrica 27 mediante una región escalonada 29, con lo que la segunda extensión 27 es de mayor diámetro externo que la primera extensión cilíndrica 25, como se muestra en la figura
4.
En la técnica del arte anterior el anillo elastomérico con refuerzo de acero 11 se dispone en la superficie de trabajo del mandril 17 y es empujado hasta una posición contra el collar de soporte o formación 23. En esta posición la junta se ancla firmemente a la superficie de mandril.
En la segunda etapa del procedimiento, el extremo de acoplamiento 33 del tubo termoplástico 31 se calienta y empuja sobre el mandril de acero 17, junta 11 y collar de soporte 23. El extremo de soporte se expande debido a la naturaleza termoplástica del tubo. Se conoce en el arte anterior una serie de materiales termoplásticos, tal como polietileno, polipropileno y cloruro de polivinilo (PVC) que tienen las características de expansión requeridas, dependiendo de la aplicación final de la junta de tubo.
El extremo de acoplamiento 33 fluye sobre el primera extensión cilíndrica 25 el collar de soporte 23 y empeña la región de escalón 29 en la segunda etapa del proceso.
En la etapa siguiente de la técnica (figura 6) el mandril y tubo se apartan del collar de soporte 23 y el extremo de acoplamiento de tubo 33 se retrae entorno del mandril y junta 11 debido a las fuerzas elásticas del material termoplástico. Típicamente se suministra también vacío a través de las lumbreras 35, 37 que conectan la superficie de trabajo del mandril con una fuente de vacío (no mostrada).
En la última etapa del proceso (figura 7), el extremo de acoplamiento de tubo 33 se enfría por medio de una barra de rociado de agua 39 y boquillas de rociado 41. A medida que tiene lugar el enfriamiento se encoge el extremo de acoplamiento de tubo 33 entorno de la junta 11, comprimiendo así el cuerpo de caucho de la junta entre el anillo de refuerzo de acero 13 y la ranura de acoplamiento para establecer un sello firme. Debido a que el sellado de la junta contra el acoplamiento tiene lugar bajo condiciones controladas en la fábrica, no existe posibilidad de que arena o contaminantes similares penetren en la zona de sellado crucial de la junta durante el almacenamiento, transporte o instalación.
El proceso Riber descrito antes ha estado en uso comercial desde principios de l970 y se describe en las patentes estadounidenses antes referenciadas, entre otras fuentes. Será pues familiar para los expertos en el arte de sellado de tubos termoplásticos.
La figura 1 muestra una junta de sellado del invento, designada generalmente como 43 que se instala dentro de una ranura 45 prevista dentro de un extremo de acoplamiento 47 de un tubo termoplástico. La junta 43 tiene un bajo perfil y una geometría mejorada de modo que pueda obtenerse la inserción de la sección de tubo macho 49 dentro de la sección de acoplamiento hembra 47 con una fuerza de inserción mínima mientras que se mantiene las características de sellado deseadas de la junta de tubo. La junta del invento es útil en diversas aplicaciones de sellado, incluyendo tubo de alcantarilla y tubo de irrigación. Particularmente con respecto al tubo de irrigación, se encuentran problemas de infiltración en oposición a problemas de exfiltración del tipo encontrado con muchas aplicaciones de alta presión. La junta del invento proporciona la capacidad de sellado necesaria para aplicaciones de tubo de alcantarilla y tubo de irrigación.
La geometría mejorada de la junta del invento puede apreciarse mejor con respecto a la vista en sección transversal expuesta en la figura 2 de los dibujos en donde la junta de sellado de tubo del invento se designa generalmente como 73. La junta se forma de una composición generalmente homogénea, tal como a partir de un caucho apropiado, en vez de incluir una región elastomérica unida a una región de plástico rígido. Un caucho natural o sintético Durometer 55, tal como un caucho de calidad comercial "SBR" proporciona deformabilidad preferida del sello. La junta 73 tiene una región de nariz conductora 75 que se une a una superficie de sellado primaria inclinada radialmente hacia dentro 77 que forma un sello de labio para empeñar un extremo macho de tubo coincidente durante la inserción. La superficie de sellado primaria 77 se une a una superficie de sellado secundaria 79 mediante una región de ranura circunferencial intermedia 81. La región de sellado secundaria 79 comprende una región circunferencial planar que termina en una esquina interior 83 de la junta.
La esquina interna 83 se conecta a una región de pared mas externa de la junta mediante una superficie de junta externa. La superficie de junta externa, como se ilustra en 85 en la figura 2, empieza como una superficie uniformemente inclinada en la esquina interna 83. La inclinación de la superficie forma un ángulo \beta de aproximadamente 54º con respecto al eje vertical 86. La superficie de junta externa 85 gira en un ángulo para formar un primer punto de inclinación 87 de un primer desplazamiento radial sobre la superficie de junta externa con respecto al eje horizontal del tubo 89 (Figura 1). La superficie de junta externa continua para unir un segundo punto de inclinación 91 de mayor desplazamiento radial relativo que el primer punto de inclinación, formando así una región radial angular 88. El segundo punto de inclinación 91 comprende una unión con un escalón vertical 93 que une una superficie externa de inclinación descendente 90 de la junta a la región de nariz 75.
Un elemento de refuerzo, tal como el anillo metálico 95, pasa a través del cuerpo elastomérico en forma anular en una posición circunferencial.
La junta del invento 73 tiene una longitud definida entre la región de nariz 75 y su esquina interna 83 y tiene un ancho global definido entre el punto de inclinación de región de pared mas externa 91 y la extensión mas interna de la región de labio (97 en la figura 2). El ancho global se ilustra como "W1" en la figura 2. En la modalidad preferida ilustrada, L1 es aproximadamente 28,8 mm y W1 es aproximadamente 15 mm. Así pues, la relación de longitud a ancho preferida es por lo menos de alrededor de 2:1. La junta tiene también un "ancho de sellado medio", W2, definido como la distancia entre el punto de inclinación 91 y el eje 99 en la figura 2. El ancho de sellado medio para la modalidad particular de la junta ilustrada en la figura 2 es 11,25 mm.
En el ejemplo preferido ilustrado en la figura 2 la región de ranura 81 de la junta incluye una pared interna 101 que forma un ángulo agudo \alpha de aproximadamente 40º con respecto a la superficie de ranura 81. La región de ranura incluye también una pared externa 103 que forma un ángulo obtuso con respecto al resto de la región de ranura.
Los ángulos y dimensiones previamente descritos proporcionan una junta con una geometría mejorada, particularmente para tubo de plástico de pared delgada y en instalaciones en donde la infiltración es un mayor problema que la exfiltración. La junta del invento tiene también un perfil inferior que facilita el montaje de la junta y que facilita el proceso de abocinado en una operación de fabricación de estilo Rieber.
Si bien el extremo de tubo macho 49 ilustrado en la figura 1 tiene un chaflán 50, el bajo perfil y configuración tipo labio de la presente junta permite también el montaje de la unión con un tubo macho sin chaflán. Así pues es útil cuando precisa llevarse a cabo un corte de campo en el extremo macho del tubo.
Se ha proporcionado un invento con varias ventajas. El sistema de sellado del invento proporciona una junta de sellado integralmente formada dentro de una ranura prevista dentro de un extremo de acoplamiento de un tubo termoplástico que incorpora una geometría mejorada que es especialmente útil en instalaciones de tubo de alcantarilla e irrigación. La junta de doble finalidad del invento supera problemas del arte anterior al reducir la fuerza de inserción requerida para este tipo de instalaciones al tiempo que mantiene el grado requerido de integridad del sello. La junta del invento también elimina ciertos problemas que se encuentran previamente durante las operaciones de abocinado en donde el espesor de la pared del tubo fue una limitación sobre la capacidad de formar simultáneamente una ranura sellante e instalar una junta de sellado.
Si bien el invento se ha mostrado en solo una de sus formas no se limita por ello, sino que es susceptible de varios cambios y modificaciones sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.

Claims (7)

1. Una junta de sellado de tubo diseñada para ser recibida dentro de una ranura (45) prevista dentro de un extremo de acoplamiento (47) de un tubo termoplástico, comprendiendo la junta (43): un cuerpo elastomérico en forma de anillo que tiene una composición sustancialmente homogénea que, cuando se ve en sección transversal, incluye una región de nariz conductora (75) y una superficie sellante primaria inclinada hacia dentro radial (77) que forma un sello de labio para empeñar un extremo macho coincidente (49) durante la inserción, uniéndose la superficie de sellado primaria (77) a una segunda superficie de sellado secundaria (79) mediante una región de ranura circular intermedia (81), comprendiendo la superficie de sellado secundaria (79) una región circunferencial planar que termina en una esquina interna (83) de la junta, conectándose la esquina interior (83) a una región de pared mas externa de la junta mediante una superficie de junta externa inclinada hacia arriba, teniendo además la junta (85) una superficie de junta externa inclinada hacia abajo (90), conectada a la región de nariz conductora (75), caracterizada porque la región de pared mas externa de la junta se conecta mediante un escalón vertical enfrentado hacia adelante (93) a la superficie de junta externa inclinada hacia abajo (90), y porque dicha superficie de junta externa inclinada hacia abajo (90) se inclina de modo uniforme hacia bajo a partir de dicho escalón vertical (93 ) hacia dicha región de nariz conductora (75).
2. La junta de sellado de tubo de la reivindicación 1, caracterizada porque un elemento de refuerzo (95) pasa a través del cuerpo elastomérico en forma de
anillo en una posición circunferencial.
3. La junta de sellado de tubo de la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie de junta externa con inclinación hacia arriba (85) empieza como una superficie de inclinación uniforme en la esquina interna (83) de la junta (43) pero gira en ángulo para formar un primer punto de inclinación (87) de un primer desplazamiento radial sobre la superficie de junta externa (85).
4. La junta de sellado de tubo de la reivindicación 3, caracterizada porque la superficie de junta externa inclinada hacia arriba (85) continua para unir un segundo punto de inclinación (91) de mayor desplazamiento radial que el primer punto de inclinación (87), comprendiendo el segundo punto de inclinación (91) la unión del escalón vertical (93) que une la superficie de junta externa inclinada hacia abajo (90) a la región de nariz (75) de la junta (43).
5. La junta de sellado de tubo de la reivindicación 2, caracterizada porque el elemento de refuerzo (95) es un anillo rígido.
6. La junta de sellado de tubo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la junta (43) tiene una longitud definida entre la región de nariz (75) y la esquina interna (83) respectiva y tiene un ancho definido entre la región de pared mas externa y una extensión mas interna (97) de la región de labio respectiva, siendo la relación de la longitud frente a la anchura de por lo menos alrededor de 2:1.
7. La junta de sellado de tubo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el sello de labio tiene una pared interna (101) que forma un ángulo (\alpha) de aproximadamente 40º con respecto a la región de ranura circunferencial (81).
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