PT1611380E - Montagem e características dos componentes da junta - Google Patents

Description

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Descrição "Montagem e características dos componentes da junta" A invenção relaciona-se com a montagem e características dos componentes de uma junta para êmbolos hidráulicos ou bielas, com um anel obturador de lábios em material plástico de consistência elástica, uma peça fixa e outra móvel, com um diâmetro exterior R, onde o anel obturador de lábios se encontra alojado numa secção perfilada da peça fixa, sob tensão radial, exercendo a função de junta de obturação por contacto entre a peça móvel e a peça fixa. Do lado da alta pressão o anel obturador de lábios tem um lábio de obturação radial exterior e um lábio de obturação radial interior. Do lado da baixa pressão, graças a uma fresta de obturação com uma largura B, as peças fixa e móvel são mantidas a uma certa distância uma da outra. Do lado da baixa pressão, o anel obturador de lábios assenta sobre uma superfície de apoio, numa zona de orientação radial da secção perfilada e onde o anel obturador de lábios apresenta um raio interior e um raio exterior.

Montagens de componentes de juntas deste género, com anel obturador de lábios, já são conhecidas, por exemplo, 2 através da publicação de Η. K. Múller "Juntas de obturação para peças móveis" , editada pela editora Medienverlag Úrsula Múller, Wailblingen 1990, páginas 162 e seguintes ou da publicação EP - A - 1162 3947.

Porém, se uma peça móvel com movimento de translação, por exemplo uma biela, tiver de ser movida hidraulicamente no interior de uma peça fixa, torna-se necessário impedir que o fluido hidráulico impulsor, por exemplo um óleo hidráulico, chegue à saída. Para este efeito utilizam-se juntas de obturação com anéis de lábios.

De acordo como estado actual da técnica, um anel obturador de lábios é constituído essencialmente por um corpo principal com uma secção quadrangular e dois lábios de obturação do lado da alta pressão. O anel obturador de lábios está alojado numa ranhura da peça fixa onde, regra geral, a ranhura apresenta uma secção rectangular. O fluido hidráulico pode assim fluir do lado da alta pressão para a ranhura, passando através do espaço livre existente entre a peça móvel e a peça fixa. 0 anel obturador de lábios fica pelo menos com o seu lábio radial exterior assente no fundo da ranhura e com o seu lábio radial interior assente na peça móvel, motivo pelo qual a ranhura fica dividida, evitando-se desta forma que o fluido hidráulico passe do 3 lado da alta pressão para o lado da baixa pressão da ranhura.

Durante a aplicação de pressão através do fluido hidráulico, o anel obturador de lábios fica sob o efeito de uma força exterior que o pressiona contra as paredes da ranhura e da peça móvel, o que aumenta o efeito obturador do anel obturador de lábios. É de notar que, nestas condições de trabalho, o anel obturador de lábios acaba por ficar deformado. Estas deformações podem ocasionar danos no anel obturador de lábios, por exemplo, devido à abrasão do material do próprio anel obturador de lábios.

Do lado da baixa pressão, entre a peça móvel e a peça fixa, está prevista uma folga, a chamada fresta de obturação. Não é de excluir que os anéis de lábios correntes, devido à deformação ocasionada pela submissão à pressão, possam ser empurrados para a fresta de obturação originando assim um rápido desgaste dos próprios anéis de lábios. O objectivo desta invenção é o de apresentar uma montagem e características dos componentes da junta com base numa junta de obturação para bielas com anel obturador de lábios que, em relação ás juntas tradicionais, melhora a resistência ao desgaste. 4

Em função da invenção, este objectivo é atingido graças a uma montagem da junta à entrada na qual, em qualquer estado de trabalho, ou seja, quer esteja sem pressão, quer sob pressão, o raio interior do anel obturador de lábios na zona da superfície de apoio é sempre superior à soma de R e de B.

Na montagem da junta apresentada nesta invenção, seja qual for o estado de pressão, existe sempre uma distância entre o fim da abertura da junta que se encontra virado para a ranhura e o bordo exterior do anel obturador de lábios que se encontra virado para a fresta de obturação. Mesmo sob a aplicação de uma pressão de 4 00 bares, o anel obturador de lábios permanece completamente dentro da ranhura (= área perfilada da peça fixa) e não é extrudado pela abertura da junta. Na secção permanece portanto sempre um espaço livre entre a zona da porção perfilada com orientação radial (ou seja, a parede da ranhura que é perpendicular ao eixo do anel obturador de lábios do lado da baixa pressão) , a peça móvel e o próprio anel obturador de lábios. Em função desta invenção, evita-se o atrito entre o anel obturador de lábios e os bordos da fresta de obturação, motivo pelo qual se evita consideravelmente o desgaste prematuro do anel obturador de lábios. 5 A largura B da fresta de obturação é ditada pelas características da transição da fresta de obturação para a secção da peça fixa do lado N da baixa pressão. É claramente desejável que a execução desta montagem e as características dos elementos da junta, em função da presente invenção, seja tal que quando não haja pressão, do lado da baixa pressão N, o raio interior do anel obturador de lábios vá diminuído e, especialmente, que a diminuição seja progressiva e contínua, desde a superfície de apoio até ao lábio interior. Com a distância axial progressivamente maior entre a superfície de apoio e a fresta de obturação, o anel de lábios vai-se aproximando da peça móvel, garantindo desta forma uma obturação o mais maciça possível e consequentemente forte por parte do anel obturador de lábios.

Graças à forma contínua podem-se evitar os picos de pressão no anel obturador de lábios aquando da aplicação de pressão, picos que poderiam ocasionar danos no anel obturador de lábios por fissuras ou por deformação plástica. O aperfeiçoamento desta forma de execução prevê que, no estado de ausência de pressão, do lado da baixa pressão em direcção ao lábio interior, numa área que vai desde a 6 superfície de apoio até ao lábio interior, o raio interior do anel obturador de lábios vá diminuindo progressivamente, especialmente em forma de cone. Isto permitirá ter mais espaço livre para a deformação do anel de lábios quando estiver sob pressão. Desta forma, evita-se que o anel obturador de lábios seja prematuramente pressionado contra a peça móvel, o que ocasionaria atrito.

Uma outra forma de execução igualmente desejável prevê que, no estado de ausência de pressão, o bordo exterior do anel obturador de lábios seja convexo na zona que fica voltada para a fresta de obturação, com uma forma especialmente circular. Desta forma aumenta-se a transferência do fluído hidráulico para o lado da alta pressão.

Na mesma linha de pensamento, é preferível fazer uma execução na qual o anel obturador de lábios apresente uma superfície exterior oposta à peça móvel que, em estado de ausência de pressão, fique curvada em forma côncava. Desta forma, durante a aplicação de pressão, obtêm-se um espaço de expansão para o anel obturador de lábios no fundo da ranhura. Consequentemente, evita-se que o anel obturador de lábios seja prematuramente pressionado contra a peça móvel, o que ocasionaria atrito. 7

Igualmente vantajosa será uma execução na qual, quando em estado de ausência de pressão, o raio exterior do anel obturador de lábios seja aumentado do lado da baixa pressão N em direcção ao lábio exterior, na zona onde assenta sobre a superfície de apoio. Este aumento deverá ser progressivo. Desta forma obtém-se um espaço livre entre a secção perfilada da zona radial orientada para o lado da baixa pressão e o bordo exterior do anel obturador de lábios que, aquando da aplicação de pressão, serve de espaço de expansão para o anel obturador de lábios.

Desta forma também se evita que o anel obturador de lábios seja prematuramente pressionado contra a peça móvel, o que ocasionaria atrito.

Uma outra forma de execução, igualmente vantajosa, prevê que o anel obturador de lábios tenha uma superfície exterior oposta à peça móvel e que, no estado de ausência de pressão, o bordo exterior do anel obturador de lábios apresente uma superfície exterior convexa na zona de transição da superfície de apoio. Esta superfície exterior convexa deve ser circular para evitar picos de tensão durante a deformação do anel obturador de lábios, especialmente durante a sua aposição contra as paredes da ranhura. 8

De acordo cora esta invenção, é recomendável que a execução da montagem e as características dos elementos da junta seja feita de forma a permitir que o anel obturador de lábios, do lado da peça móvel, tenha uma superfície interna com várias bolsas de lubrificação formadas por entalhes na própria superfície interna do anel obturador de lábios e que a profundidade radial dos entalhes, do lado da baixa pressão, vã diminuindo em direcção ao lábio de obturação. Como consequência do movimento relativo existente entre as peças fixa e móvel, haverá pequenas quantidades de fluido hidráulico que serão transferidas do lado da alta pressão para o lado da baixa pressão. Graças aos entalhes efectuados na superfície interna, a transferência do fluido hidráulico na zona de alta pressão fica melhorada, obtendo-se consequentemente uma melhor taxa de perdas devidas a fugas.

Finalmente, para uma execução perfeita, está igualmente previsto que o anel obturador de lábios tenha uma superfície interna voltada para a peça móvel, assim como que a superfície interna seja constituída por microestruturas, especialmente com a forma de calotes esféricas. Desta forma melhora-se a capacidade de escoamento do fluido hidráulico e evita-se que o anel obturador de lábios encoste à peça móvel. 9

Outras vantagens desta invenção podem ser deduzidas da sua descrição e do desenho.

As características aqui mencionadas, assim como outras relacionadas com a filosofia da invenção, podem, segundo os casos, ser utilizadas de forma individual ou em conjunto, através de qualquer das suas combinações. As formas de execução mostradas e descritas não devem ser entendidas como uma enumeração final. Bem pelo contrário, estas têm um carácter exemplificador para a descrição da invenção. A invenção está plasmada no desenho e é explicada de forma complementar através de um exemplo de execução. 0 desenho mostra um corte esquemático de uma das execuções possíveis desta montagem dos componentes da junta segundo o espírito da invenção.

No desenho está ilustrado um corte seccional da junta no estado de ausência de pressão (ou seja, praticamente sem nenhum efeito de deformação) , com uma peça móvel (1) que aqui tem a forma de uma biela cilíndrica, com uma peça fixa 2 e um anel obturador de lábios 3. Fazem parte do anel obturador de lábios 3 o eixo 26, que é aproximadamente simétrico ao anel de lábios em relação ao movimento de rotação; o eixo 26 coincide com o eixo do cilindro da peça móvel 1. A peça fixa 2 apresenta uma secção perfilada que, 10 em corte, representa a ranhura 4. O anel obturador de lábios 3 fica alojado na ranhura 4 onde, graças à tensão radial prévia, ou seja, graças à pressão do anel obturador de lábios contra o fundo da ranhura 5, se pode excluir a possibilidade de qualquer movimento de deslize do anel obturador de lábios no interior da ranhura 4, que se pudesse dever à existência de atrito estático. O anel obturador de lábios é de material com consistência elástica como, por exemplo, poliuretano.

Do lado da alta pressão o anel obturador de lábios 3 tem um lábio radial exterior 6 e um lábio radial interior 7. O lábio radial exterior 6 apoia sobre a zona 8 do fundo da ranhura 5. O lábio radial interior 7 apoia sobre a peça móvel 1, especialmente com o bordo de obturação 9. Desta forma, a peça 10 do lado da alta pressão é separada da ranhura 4 graças à porção restante da própria ranhura 4. A peça 10 do lado da alta pressão é cheia com fluido hidráulico que pode afluir em direcção à ranhura 4 através da abertura 11 existente na peça 10. O líquido hidráulico transmite ao lado da alta pressão uma pressão que pode ir desde 0 até 400 bares. Esta pressão pode empurrar a peça móvel 1 na direcção da flecha 12. Simultaneamente, a pressão transmitida pelo fluido hidráulico é igualmente aplicada aos bordos exteriores do anel obturador de lábios 3, os quais se encontram virados para a peça 10 do lado da 11 alta pressão, o que pode ocasionar a deformação do anel obturador de lábios. À pressão atmosférica, do lado da baixa pressão (lado N, à esquerda no desenho) , o anel obturador de lábios 3 fica apoiado na zona de orientação radial 14 da ranhura 4, exactamente através da sua superfície de assentamento 13. A zona de orientação radial 14 é aqui configurada pela própria parede lateral da ranhura 4. A superfície de assentamento 13 cobre apenas a parte central da zona 14.

Do lado da baixa pressão, a peça móvel 1 e a peça fixa2 ficam distanciadas uma da outra através da fresta de obturação 15. A fresta de obturação tem uma largura B que designa o tamanho da separação entre as peças móvel e fixa. No desenho, adicionalmente à largura B, pode-se apreciar que o bordo do flanco da ranhura voltado para o lado da baixa pressão se encontra partido, em fase com a própria largura B. Desta forma obtém-se uma abertura de passagem 16 na ranhura 4 que resulta numa fresta de obturação 15. De observar que, a três dimensões, a abertura de passagem 16 tem na realidade a forma de uma fresta circular.

Ao estar a embocadura da fresta de obturação 15, na ranhura 4, ampliada graças à abertura de passagem 16, o inventor pretende que o anel obturador de lábios 3 esteja 12 dimensionado de forma a que, tanto no estado de ausência de pressão como no estado de aplicação de pressão, tenha na zona de apoio 13 um raio interior maior do que a soma de R e B, assim como o aumento que se obtém através da abertura de passagem 16. O aumento constitui o prolongamento do plano inclinado da abertura de passagem 16.

De acordo com esta invenção, a abertura de passagem 16 nunca chega a ser coberta, nem sequer parcialmente, pelo anel obturador de lábios, nem no estado de ausência de pressão, nem no estado de aplicação de pressão quando o anel obturador de lábios fica deformado. Na área de apoio 14 com orientação radial, o bordo inferior do anel obturador de lábios 3 ou seja, o bordo interior radial da superfície de apoio 13, encontra-se radialmente mais longe (parte superior do desenho) do que o bordo radial exterior da abertura de passagem 16 . Dito de outra forma, r O raio interior do anel obturador de lábios 4, na área da superfície de apoio 13, é maior do que a soma do raio exterior R da peça móvel 1 e da largura da fresta de obturação B em relação ao aumento. Obtém-se assim um espaço livre 17 entre o bordo exterior 18 do anel de lábios 3 que está voltado para a fresta de obturação 15 e a abertura de passagem 16. 13 O bordo exterior 18 do anel obturador de lábios 4 tem uma forma circular. Graças ao espaço livre 17, evita-se que no anel obturador de lábios 3 se forme um abaulamento que penetraria na abertura de passagem 16 ou até mesmo ainda mais profundamente, penetrando na fresta de obturação 15 quando o sistema estivesse sob a pressão máxima de 400 bares e que provocaria o desgaste ou danos definitivos no anel obturador de lábios.

Em ausência de pressão, está previsto que exista um outro espaço livre 19 entre a zona de transição da área de orientação radial 14 da ranhura 4 e o fundo da ranhura 5, em frente e do lado oposto ao bordo exterior 20 do anel obturador de lábios. Em relação às paredes da ranhura, o bordo exterior 20 encontra-se recuado, a fim de proporcionar um espaço de expansão aquando da aplicação de pressão. A expansão do anel obturador de lábios 3 neste espaço livre 19 tem a vantagem de diminuir a pressão do anel obturador de lábios sobre a peça móvel 1 na proximidade do lado da baixa pressão N e, consequentemente, evita também o atrito no caso de uma biela que tenha um movimento de saída ( = a peça móvel 1 move-se na direcção da seta 12) . 0 bordo exterior 2 0 do anel obturador de lábios 3 é curvado em forma circular. 14 A superfície exterior 21 do anel obturador de lábios 3 que fica voltada para o fundo da ranhura 5 tem uma curvatura côncava, através da qual se cria igualmente um outro espaço livre 22 entre a superfície exterior 21 do anel obturador 3 e o fundo da ranhura 5.

Está ainda prevista a existência de um outro espaço livre 23 formado por um percurso cónico da superfície interior 24 do anel obturador de lábios 3 que fica situada frente á peça móvel 1. Por um lado, este espaço livre serve de espaço de expansão para o anel obturador 3, para diminuir a pressão exercida sobre a peça móvel 1 e, por outro lado, estende-se até ao espaço livre 17 protegendo, consequentemente, o anel obturador de lábios 3 de penetrar na abertura de passagem 16 (extrusão).

Se a peça móvel 1 se mover na direcção contrária da seta 12, o fluido hidráulico existente sobre a superfície da peça móvel 1, do lado da baixa pressão N, deverá ser transportado para o lado da alta pressão. Para fomentar este comportamento, a superfície interior 24 do anel obturador 3 apresenta os entalhes 25 que servem de bolsas de lubrificação, distribuídas de forma homogénea a uma distância regular umas das outras, ao longo do perímetro interior do anel de obturação 3. Na direcção do lado da alta pressão H, estes entalhes 25 têm uma profundidade que 15 vai diminuindo progressivamente. Na superfície interior 24 também podem ser incorporadas microestruturas como, por exemplo, calotes esféricas, as quais melhorariam a capacidade de deslizamento do anel obturador de lábios sobre a peça móvel 1.

Numa junta de vedação para bielas com anel obturador de lábios, o corpo do anel obturador 3 é recuado em relação à secção rectangular do bordo exterior 18 na zona radial interna do lado da baixa pressão, a fim de obter o espaço livre 17 entre o próprio anel obturador 3 e a abertura, ou seja, para obter a abertura de passagem 16 da fresta de obturação 15 na ranhura de secção rectangular 4 onde se move o anel obturador de lábios 3. Este espaço 17 permanece pelo menos parcialmente livre mesmo quando existe a aplicação de pressão, de forma que, no estado de pressão, o anel obturador de lábios 3 fique totalmente alojado na ranhura 4 e não seja extrudado através da fresta de obturação 15. Desta forma conseguem-se reduzir em grande medida o desgaste e os danos causados ao anel obturador de lábios.

Lisboa, 10 de Outubro de 2006

Claims (8)

1 Reivindicações 1. Montagem e ordenamento dos componentes de uma junta para êmbolos hidráulicos ou para bielas, com um anel obturador de lábios (3) de um material plástico de consistência elástica, uma peça fixa (2) e uma peça móvel (1) com um raio exterior R, onde o anel obturador de lábios (3) serve de junta de obturação por contacto entre a peça fixa (2) e a peça móvel (1) sob tensão radial prévia numa secção perfilada da peça fixa (2), onde, do lado da alta pressão, o anel obturador de lábios tem um lábio radial exterior e outro lábio radial interior (6,7), onde tanto a peça fixa como a peça móvel (2,1), do lado da baixa pressão, estão separadas por uma fresta de obturação (15) com uma largura B, onde o anel obturador de lábios (3) , do lado da baixa pressão, apoia sobre uma superfície de apoio (13), numa área de orientação radial da secção perfilada, 2 onde o anel obturador de lábios (3) tem um determinado raio interior e um determinado raio exterior, onde, tanto em ausência de pressão como sob pressão, o raio interior do anel obturador de lábios (3) na zona da superfície de apoio (13) é superior à soma de R e de B, e onde o anel obturador de lábios apresenta uma superfície interior (24), voltada para a peça móvel (1), caracterizada pela existência de várias bolsas de lubrificação na forma de entalhes (25) efectuados sobra a superfície interior (24) do anel obturador, onde os entalhes têm o seu percurso axial orientado na direcção axial que vai do lado da baixa pressão N do anel obturador para o lábio interior, e onde a profundidade radial de cada um dos entalhes (25) vai diminuindo progressivamente do lado da baixa pressão N do anel obturador em direcção ao lábio interior (7).

2. Em função da reivindicação 1, a montagem e características dos elementos da junta caracterizam-se 3 pelo facto de, na ausência de pressão, do lado da baixa pressão N, o raio interno do anel obturador de lábios (3) ir diminuindo em direcção ao lábio de obturação interior (7), numa zona da superfície de apoio (13) . De notar que esta diminuição deve ser progressiva.

3. Em função da reivindicação 2, a montagem e característícas dos elementos da junta caracterizam-se pelo facto de que, na ausência de pressão, o raio interno do anel obturador de lábios (3) ir diminuindo em direcção ao lábio de obturação interior (7) , numa zona da superfície de apoio (13) que vai até ao próprio lábio de obturação interior (7) , diminuição progressiva e, especialmente, com forma cónica.

4. Montagem e característícas que, em função de uma das reivindicações anteriormente mencionadas, se caracteriza pelo facto de, na ausência de pressão, um dos bordos exteriores (18) do anel obturador de lábios (3) ser convexo na zona voltada para a fresta de obturação (15) , convexidade essa que é especialmente constituída pela forma de um arco de círculo.

5. Montagem e característícas que, em função de uma das reivindicações anteriormente mencionadas, se 4 caracteriza pelo facto de o anel obturador de lábios (3) ter uma superfície exterior (21) oposta à peça móvel (1) que, no estado de ausência de pressão, se apresenta com uma curvatura côncava.

6. Montagem e características que, em função de uma das reivindicações anteriormente mencionadas, se caracteriza pelo facto de, na ausência de pressão, o raio exterior do anel obturador de lábios (3) aumentar progressivamente na zona da superfície de apoio (13) , desde o lado da baixa pressão N até ao lábio de obturação exterior (6) .

7. Montagem e características que, em função de uma das reivindicações anteriormente mencionadas, se caracteriza pelo facto de o anel obturador de lábios (3) ter uma superfície exterior (21) voltada para o lado contrário do da peça móvel (1) e que, na ausência de pressão, o bordo exterior (20) do anel obturador de lábios (3) ser convexo na zona de transição da superfície de apoio (13) para a superfície exterior.

8. Montagem e características que, em função de uma das reivindicações anteriormente mencionadas, se caracteriza pelo facto de o anel obturador de lábios (3) apresentar uma superfície interior (24) voltada 5 5 interior (24) especialmente para a peça fixa (1) e que a superfície esteja dotada de microestruturas, constituídas por calotes esféricas. Lisboa, 10 de Outubro de 2 0 06