BRPI0620175A2 - acoplamento articulado autolubrificante - Google Patents

Abstract

ACOPLAMENTO ARTICULADO AUTOLUBRIFICANTE. Acóplamento articulado autolubrificante para interconectar linhasque inclui um alojamento com superfícies internas definindo uma cavidade. Ele também inclui um componente macho, incluindo uma espiga e um flange provido na espiga, inserível dentro da cavidade para permitir que o flange seja apoiável nas superfícies internas. O acoplamento também inclui uma porca fixável dentro da cavidade para ser apoiada axialmente através de uma projeção axial interna no flange e para circundar a espiga, permitindo que o componente macho gire. O fluido escoa entre os componentes para lubrificar o acoplamento. Linhas são conectáveis aos soquetes para serem articuladamente interconectadas sem mancais de agulhas ou de esferas. Há um alto contato de superfície e suporte entre o flange, a espiga e a porca para suportar e distribuir forças. Fluido hidráulico é preferido. Uma unidade de vedação entre o componente macho e a porca e um anel corrediço entre o flange e a porca são também preferidos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ACOPLA- MENTO ARTICULADO AUTOLUBRIFICANTE".

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se, de modo geral, a acoplamentos articulados para linhas de fluido e, mais especificamente, a acoplamentos articulados autolubrificantes para aplicações industriais, tais como sistemas hidráulicos.

ANTECEDENTES

Acoplamentos articulados são componentes que permitem que duas ou mais linhas (também chamadas de dutos, canos, mangueiras ou tubos) sejam interconectadas axial ou angularmente e eliminem forças de torção que poderiam afetar sua integridade física ou estrutura interna. Linhas hidráulicas, por exemplo, que são principalmente construídas com fios metá- licos trançados ou entrelaçados ou material plástico sintético, são muito sen- síveis a forças de torção.

O uso de acoplamentos articulados é extremamente difundido. Muitos fabricantes e usuários de equipamento em todos os tipos de indús- trias estiveram e estão regularmente em contato com este tipo de produto.

Várias inovações tecnológicas foram criadas em campos indus- triais que usam acoplamentos. Por exemplo, no campo da hidráulica, mo- 1 dernas máquinas descobertas de peso pesado apresentam um alto desem- penho, e suas pressões de operação foram aumentadas de modo significati- vo a fim de aperfeiçoar a produtividade. Também, com normas ambientais que se tornam cada vez mais rigorosas, é desejável que a tecnologia relativa a sistemas hidráulicos proporcione a redução ou a eliminação de escapes indesejáveis e contaminação do solo.

Alguns desafios significativos com acoplamentos articulados é a produção de um acoplamento que seja confiável, de baixo custo, adequado e conveniente. De fato, o tamanho e o aspecto volumoso de acoplamentos têm que ser minimizados, porque linhas contendo fluido são freqüentemente reagrupadas em um espaço restrito e a acessibilidade é um fator determi- nante na escolha de acoplamentos articulados. Além disso, é freqüentemente muito importante respeitar a mon- tagem de linhas do desenho original a fim de assegurar a intercambiabilida- de do componente de acoplamento bem como sua viabilidade e penetração no mercado. Este desafio está onipresente para este tipo de produto.

Para sistemas hidráulicos, a maioria dos acoplamentos articulados atualmente disponíveis apresenta uma pobre reputação, visto que sua durabili- dade e vida são nominais (1000 horas aproximadamente), e seu custo varia entre $75.00 e $125.00 para os modelos menos complicados. O mercado atu- almente vê estes componentes como um mal necessário por causa de sua Ion- gevidade reduzida e das escolhas limitadas disponíveis. Acoplamentos articu- lados são oferecidos por um número limitado de fabricantes.

Vários tipos de acoplamentos articulados estão atualmente no mercado e são conhecidos na técnica. A maioria destes acoplamentos usa mancais, muitas vezes mancais de esferas ou mancais de agulhas, que são freqüentemente combinados com anéis retentores. Os anéis retentores são predominantemente compostos de aço de mola de carbono, aço inoxidável ou uma liga de cobre. A montagem do mancai resiste a forças em atividade, que incluem uma variedade de forças, pressões, etc., e permitem um relativo movimento entre as diferentes partes do acoplamento.

Em uma base regular, tal como na indústria de silvicultura entre outras, estes acoplamentos contendo mancai são verticalmente posiciona- dos e são, portanto, exigidos para suportar o peso de uma ou mais linhas (forças axiais) bem como para resistir a impactos laterais e a outras forças durante a operação (forças radiais). Os mancais de agulhas e esferas bem como os anéis retentores usados na técnica anterior resistem e manipulam estas forças muito pobremente. O desgaste prematuro dos mancais - tais como a fragmentação estrutural das esferas ou agulhas - grandemente re- duz a longevidade do acoplamento. Além disso, nos circuitos hidráulicos de detecção de carga, os acoplamentos são submetidos a pressões alternadas entre, por exemplo, 1,72 MPa (250 psi) e 20,68 MPa (3000 psi) em uma ba- se regular. Esta pressão elevada periódica cria condições que são particu- larmente inadequadas para acoplamentos de mancai de esferas. Com referência à figura 1 (técnica anterior), em um acoplamento articulado padrão 20 com mancais de esferas, os componentes macho 22 e fêmea 24 são providos com ranhuras esféricas correspondentes nas quais os mancais de esfèras 26 são alojados para giratoriamente interconectar os çom- ponentes. Um parafuso de cabeça 32 prende as esferas dentro da ranhura. Dois anéis em O 28a, 28b e um anel sobressalente 30 são também dispostos para reduzir a pressão do fluido lubrificante e assegurar a estanqueidade do sistema. As desvantagens deste acoplamento incluem, por exemplo, superfí- cies de suporte insuficientes das ranhuras esféricas para forças axiais, que po- dem levar ao desgaste prematuro e/ou marcações das esferas, superfícies de suporte lisas insuficientes para forças radiais, que muitas vezes causam o des- gaste prematuro, uma lubrificação interna insuficiente, uma vez que a junta es- tanque à água principal diminui a velocidade do suprimento de fluido e retarda o suprimento de fluido que Iubrifica as esferas e as superfícies internas, e um fra- casso causado por escoamentos externos.

Com referência à figura 2 (técnica anterior), um acoplamento articulado 34 com mancais de esferas e de agulhas inclui um componente macho 36, um alojamento fêmea 38, um colar de fixação 40, geralmente vin- te a vinte e cinco esferas 42 alojadas em uma ranhura, mancais de agulhas 44, junta(s) de vedação 46, e uma junta de torque 48. As desvantagens des- 1 te acoplamento 34 incluem, por exemplo, uma superfície de suporte insufici- ente da ranhura para forças axiais, que muitas vezes causam o desgaste prematuro e as marcações das esferas, uma lubrificação interna insuficiente, visto que a junta de vedação principal diminui a velocidade do suprimento de fluido hidráulico para Iubrificar as esferas e as superfícies internas, o que muitas vezes causa o desgaste prematuro, e escoamentos externos rapida- mente notáveis.

Ademais, apesar da evolução no desenho com a adição de um mancai de agulha, a técnica empregada para guiar e vedar a montagem de acoplamento permanece muito similar ao tipo de mancai de esferas do aco- plamento, e apresenta os problemas inerentes da mesma.

Outros tipos de acoplamentos articulados são disponíveis e ofe- recem diferentes metodologias de montagem. As técnicas são, na maioria dos casos, fundamentadas no uso de anéis de pressão a fim de resistir a forças, pesos ou pressões axiais. Este tipo de acoplamento articulado não é recomendado em aplicações verticais pelo fato de os anéis de pressão não serem preferidos ou adequados para suportar os pesos em atividade. As desvantagens deste acoplamento incluem, por exemplo, uma lubrificação interna insuficiente e uma fragilidade estrutural dos anéis de pressão em a- plicações verticais, o que pode causar sérias desvantagens, escoamentos externos freqüentes e rápidos que são perceptíveis, o risco de contaminação do sistema hidráulico no caso de o anel de pressão, situado na extremidade do componente macho, não se desprender da montagem e não ficar bem imerso no fluido de circulação dentro da linha.

Deve também ser notado que alguns acoplamentos articulados sem mancais de agulhas ou esferas são encontrados na técnica anterior.

A Patente norte-americana N°. 1.436.392 (GANZ) descreve uma união articulada que inclui um membro de acoplamento apresentando um flange saliente de uma porca de acoplamento.

O Pedido de Patente norte-americano N°. 10/295.634 (SMITH e outros) descreve um conector articulado hidráulico que inclui uma pá articu- lada com degraus cônicos que recebem vários anéis de pressão e que é in- serido em um conector que apresenta degraus cônicos correspondentes.

O Pedido de Patente do Reino Unido No. 2.131.511 A (OS- CARSSON) descreve um conector rotativo que inclui um membro macho dentro de um membro fêmea para encerrar uma vedação de anel em O con- tra um ressalto para prover uma vedação líquida, e um colar cimentado no lugar e encerrando o membro macho.

A Patente norte-americana N0. 3.877.732 (MOHAUPT) descreve um acoplamento giratório de fluido de pressão elevada que inclui um conec- tor na forma de diamante por meio do qual o fluido é capaz de escoar atra- vés de certos interstícios do acoplamento.

A Patente norte-americana N°. 5.005.877 (HAYMAN) descreve um acoplamento hidráulico com um mecanismo de conexão/desconexão rápida, que inclui um colar deslizável que engata um corpo de travamento em ângulos de cooperação para permitir o destravamento lateral do corpo de travamento.

Alem disso, as Patentes norte-americanas Nos. 3.402.253, 3.799.440, 4.006.924, 4.101.148, 4.672.998, 5.174.614, 5.577.775, 5.651.567, 5.716.080, 6.404.065 e os Pedidos de Patente norte-americanos publicados sob os Nos. 2002/0163185, 2003/0067161, e 2005/0140138, descrevem vários acoplamentos da técnica anterior.

Adicionalmente, muitos acoplamentos conhecidos na técnica são freqüentemente projetados para terem componentes internos secos, ou com- ponentes ligeiramente lubrificados. Tais traços freqüentemente levam a pro- blemas funcionais ou a montagens ineficientes.

Além disso, muitos acoplamentos conhecidos na técnica apre- sentam a desvantagem de serem deteriorados com o tempo, de modo que seu desempenho diminui à medida que as peças internas interagem e ficam degastadas e/ou danificadas.

Como pode ser facilmente apreciado a partir das análises acima mencionadas, os acoplamentos articulados encontrados na técnica anterior apresentam numerosas desvantagens, especialmente na indústria pesada e no campo de sistemas hidráulicos, existindo atualmente a necessidade de um novo acoplamento articulado que supere pelo menos parte de tais des- vantagens.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção responde à necessidade acima em proven- do um acoplamento articulado para interconectar linhas hidráulicas.

Conseqüentemente, a presente invenção propõe um acoplamen- to articulado autolubrificante para prover uma interconexão articulável entre as primeira e segunda linhas contendo um fluido que proporcione Iubrifica- ção. O acoplamento articulado inclui um alojamento que inclui superfícies internas. As superfícies internas incluem pelo menos uma superfície radial e pelo menos uma superfície axial, as ditas superfícies internas definindo uma cavidade apresentando uma extremidade aberta. O alojamento também in- clui um soquete apresentando um furo através do mesmo em comunicação de fluido com a cavidade, o soquete sendo conectável à primeira linha. O acoplamento também inclui um componente macho apresentando um furo através do mesmo. O componente macho inclui uma porção de espiga apre- sentando um soquete conectável à segunda linha, e uma porção de flange se estendendo radialmente para fora da porção de espiga. O componente macho é inserível dentro da cavidade do alojamento para permitir que a por- ção de flange cooperativamente se apoie em pelo menos uma superfície radial, e para permitir que o furo do componente macho e o furo do soquete do alojamento fiquem em comunicação de fluido. O flange permite um esco- amento, de modo que o fluido proveniente do furo seja parcialmente escoa- do entre o flange e as superfícies internas. O acoplamento também inclui uma porca fixável dentro da cavidade do alojamento e circundando a porção de espiga para radialmente reter a mesma. A porca apresenta uma projeção que se estende axial e internamente para a cavidade para axialmente reter o flange e permitir o escoamento entre elas, a porca também permitindo que o componente macho gire com relação ao alojamento e à porca em torno de um eixo longitudinal da porção de espiga, permitindo assim que as primeira e segunda linhas sejam articuladamente interconectadas.

Em uma concretização preferida do acoplamento articulado, a porção de flange é integralmente formada com a espiga. Preferivelmente, a porção de flange é radialmente contínua e simétrica, e é sólida e na forma de disco e se estende em cerca de 909 com relação à porção de espiga. A porção de flange preferivelmente apresenta uma primeira e uma segunda faces em relação oposta e paralela, a primeira face externa virada para a projeção da porca e a segunda face externa virada para a superfície axial interna do alojamento.

Preferivelmente, o furo do componente macho e o furo do aloja- mento compreendem cada qual uma junção de fluido interna que é oposta à outra junção correspondente, e a porção de flange apresenta uma quantida- de de folga axial dentro da cavidade. Preferivelmente o furo do componente macho e o furo do alojamento são colineares. Preferivelmente, sob a pressão de fluido, a primeira face externa é diretamente pressionada contra a projeção da porca enquanto é giratoria- mente deslizável com relação à mesma, e segunda face externa é mantida em relação espaçada à superfície axial interna. Também preferivelmente, a projeção da porca e a primeira face externa da porção de flange ficam em contato para formar uma barreira de fluido para impedir o escoamento do fluido além da mesma. Também, a porção de flange preferivelmente inclui uma superfície circunferencial externa, a dita superfície radial externa sendo provida com pelo menos uma estria circunferencial.

Em outra concretização preferida do acoplamento articulado, o acoplamento adicionalmente inclui pelo menos uma unidade de vedação provida entre e apoiável contra a porca e a porção de espiga, pelo menos uma unidade de vedação que veda o fluido entre o componente macho e as superfícies internas e entre o componente macho e a porca. Preferivelmente, pelo menos uma unidade de vedação compreende pelo menos um anel, e a porca adicionalmente compreende pelo menos uma ranhura anular interna para que pelo menos um anel seja parcialmente inserível na mesma. Ainda preferivelmente, a unidade de vedação inclui uma porção anular composta de material plástico, a porção anular apresentando duas extremidades opos- tas, e dois anéis dispostos radicalmente em torno da porção anular nas ex- tremidades opostas dos mesmos, e a porca adicionalmente inclui duas ra- nhuras anulares para que os dois anéis sejam respectivamente inseríveis parcialmente nas mesmas.

Preferivelmente, a quantidade de folga axial está entre 0,005 e cer- ca de 0,08 polegadas (0,127 e cerca de 2,032 mm), e, ainda preferivelmente, entre cerca de 0,03 e cerca de 0,08 polegadas (0,762 e cerca de 2,032 mm).

Em outra concretização preferida do acoplamento, ele ainda inclui adicionalmente um anel corrediço de redução de atrito circundando a porção de espiga e disposto entre a projeção da porca e a primeira face externa da porção de flange. Preferivelmente, o anel corrediço apresenta a forma de um disco chato ou a forma de um anel em O. Também preferivelmente, o anel corrediço é composto de um material escolhido do grupo que consiste do grupo de mate- rial Nylatron®, Nyloil , Nycast™, Teflon e cerâmica.

Em ainda outra concretização preferida, cada das junções é a- bertamente afilada com relação à outra junção correspondente. Preferivel- mente, cada junção tem a forma troncocônica, preferivelmente apresentando um ângulo de cerca de 60°

Também preferivelmente, a porção de flange apresenta uma quantidade de folga radial dentro da cavidade para facilitar a lubrificação e a rotação. Preferivelmente, a quantidade de folga radial está entre cerca de 0,005 e cerca de 0,08 polegadas (0,127 e cerca de 2,032 mm) e, ainda pre- ferivelmente, entre cerca de 0,015 e cerca de 0,03 polegadas (0,381 e cerca de 0,762 mm).

Em outra concretização preferida, a porção de flange apresenta uma superfície curvada convexa virada para a superfície interna axial do alo- jamento.

Em ainda outra concretização preferida, a porção de flange a- presenta uma superfície curvada convexa virada para a superfície interna axial do alojamento.

Em ainda outra concretização preferida, a porção de flange a- presenta uma superfície circunferencial externa que é chanfrada com rela- ção à superfície interna radial do alojamento.

Em ainda outra concretização preferida do acoplamento articula- do, o flange é provido na porção de espiga de modo que o componente ma- cho apresente uma forma de T em vista plana lateral.

Em outra concretização preferida do acoplamento articulado, a porção de espiga compreende um segmento oposto ao soquete da mesma, o flange sendo provido entre o segmento e o soquete da porção de espiga de modo que o componente macho apresente uma forma transversal em vista plana lateral.

Preferivelmente, a porção de espiga apresenta uma forma cilín- drica. Também é preferível que a porção de espiga do componente macho seja extensível através da porca de modo que o soquete da porção de espi- ga fique localizado além da porca. Preferivelmente, a porca circunda a por- ção de espiga do soquete da mesma para a porção de flange.

Preferivelmente ainda, a porca compreende roscas externas e pelo menos uma superfície radial compreende roscas internas correspon- dentes, para prender a porca dentro da cavidade do alojamento. Também é preferível que a extremidade aberta da cavidade apresente um aro perimé- trico e a porca compreenda um bordo apoiável sobre o dito aro perimétrico.

Preferivelmente, as superfícies radial e axial internas do aloja- mento são integralmente formadas.

Também é preferido que o acoplamento seja usado em um cir- cuito hidráulico e o fluido consista de um fluido hidráulico, e, ainda mais pre- ferido, quando o circuito hidráulico for um circuito tipo detecção de carga.

O acoplamento hidráulico articulado, de acordo com a presente invenção, permite uma área de superfície de contato grande entre o compo- nente macho no alojamento a porca, dando origem a superfícies de suporte que vantajosamente distribuem as forças axial e/ou radial às quais o aco- plamento pode ser submetido em operação.

A distribuição de força, especialmente entre as superfícies do componente macho e da porca, permite que o acoplamento seja muito ro- busto. Em operação, em pressões inferiores, há um coeficiente de atrito en- tre o componente macho e a porca, o que facilita a articulação em torques baixos. Em pressões elevadas, o coeficiente de atrito aumenta entre o com- ponente macho e a porca, sendo, portanto, exigido um maior torque para articulação. A alternância entre as pressões baixa e alta, como é o caso em circuitos hidráulicos de detecção de carga, é particularmente bem controlada pelo acoplamento da presente invenção, uma vez que as forças elevadas são muito bem suportadas e uma articulação mínima é exigida em altas pressões. Para aplicações de alta pressão constantes, um anel corrediço ou outro suporte de material é preferido entre o componente macho e a porca para facilitar a articulação em torques razoáveis.

O acoplamento apresenta um desenho simples e econômico, e é fácil de ser montado, parcialmente pelo fato de não conter nenhum mancai de esferas ou de agulhas. O acoplamento é robusto e capaz de resistir a danos acidentais em operações da indústria pesada enquanto provê uma conexão articulada entre as linhas. O acoplamento é autolubrificante, permi- tindo que o fluido dentro dos furos parcialmente escoe entre o componente macho e as superfícies internas para aperfeiçoar a interação das superfícies de suporte. Em muitas concretizações, as superfícies de suporte são até desenvolvidas com o uso de articulação continuada do acoplamento, o que mostra uma funcionalidade aperfeiçoada com o tempo, visto que o desgaste mútuo das superfícies de suporte faz com que seu acabamento fique liso, facilitando assim seu relativo movimento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 (técnica anterior) é uma vista esquemática de corte longitudinal de um acoplamento articulado com mancais de esferas, de a- cordo com a técnica anterior.

A figura 2 (técnica anterior) é uma vista esquemática de corte longitudinal de um acoplamento articulado com mancais de esferas e de agulhas, de acordo com a técnica anterior.

A figura 3 é uma vista de corte longitudinal de uma concretiza- ção do acoplamento articulado, de acordo com a presente invenção.

A figura 4 é uma vista de corte longitudinal de outra concretiza- ção do acoplamento articulado, de acordo com a presente invenção.

A figura 5 é uma vista de corte longitudinal de ainda outra con- cretização do acoplamento articulado, de acordo com a presente invenção.

A figura 6 é uma vista em perspectiva de uma concretização do acoplamento articulado, de acordo com a presente invenção.

A figura 7 é uma vista plana lateral de outra concretização do acoplamento articulado, de acordo com a presente invenção.

As figuras 8 e 9 são, respectivamente, vistas em perspectiva in- ferior e superior do componente macho do acoplamento articulado, de acor- do com a concretização da figura 3.

A figura 10 é uma vista de corte longitudinal do componente ma- cho das figuras 8 e 9.

A figura 11 é uma vista de perto da área Xl da figura 10. A figura 12 é uma vista em perspectiva do alojamento do aco- plamento articulado, de acordo com uma concretização preferida da presen- te invenção.

A figura 13 é uma vista de corte longitudinal do alojamento da figura 12.

A figura 14 é uma vista em perspectiva da porca do acoplamento articulado, de acordo com uma concretização preferida da presente invenção.

A figura 15 é uma vista de corte longitudinal da porca da figura 14.

A figura 16 é uma vista de perto da área XVI da figura 15.

A figura 17 é uma vista plana lateral explodida do acoplamento articulado da figura 6.

As figuras 18 e 18b são vistas em perspectiva superiores do a- coplamento articulado, de acordo com ainda outra concretização preferida da presente invenção.

A figura 19 é uma vista plana lateral explodida de parte do aco- plamento articulado da figura 18.

As figuras 20a e 20b são vistas em perspectivas superiores do acoplamento articulado, de acordo com ainda outra concretização preferida da presente invenção.

As figuras de 21 a 23 são vistas planas laterais dos acoplamen- 1 tos articulados, de acordo com outras concretizações preferidas da presente invenção.

DESCRIÇÃO DA CONCRETIZAÇÃO PREFERIDA

A presente invenção propõe um acoplamento articulado autolu- brificante para articuladamente interconectar linhas contendo um fluido. O acoplamento articulado preferivelmente interconecta dutos hidráulicos que transportam fluido hidráulico, sendo, portanto, internamente Iubrificado pelos mesmos.

O termo "linhas" indica que o acoplamento articulado pode inter- conectar dois ou mais equipamentos de contenção de fluido, de transmissão de fluido ou de recebimento de fluido. Linhas são freqüentemente chamadas de dutos, canos, tubos, mangueiras ou condutos. Entretanto, uma vez que as linhas freqüentemente transportam fluido para um componente de uma máquina, que é particularmente o caso na maquinaria hidraulicamente ope- rada, deve ser notado que uma das "linhas" interconectadas pelo acopla- mento articulado pode ser concretizada por um componente de máquina de recebimento de fluido.

O termo "autolubrificante" indica que o fluido transmitido através ou alojado dentro das linhas pode parcialmente escoar em algum ponto du- rante a operação entre certos componentes do acoplamento articulado para assim facilitar sua capacidade de articulação. Isto não impede o uso de Iubri- ficantes adicionais ou componentes de redução de atrito, tal como um anel de mancai, o que pode ser desejável em aplicações específicas, por exem- plo, em pressões extremas ou para uma rotação freqüente do acoplamento. Mais com relação à lubrificação do acoplamento será discutido adiante em relação a seus componentes específicos.

O termo "fluido" armazenado ou transmitido através das linhas e que lubrifica o acoplamento, é preferivelmente um fluido hidráulico. Tais flui- dos hidráulicos são geralmente conhecidos na técnica e muitas vezes se baseiam em produtos químicos, tais como ésteres de glicol, éteres, óleo de rícino ou silicone, ou uma variedade de outros óleos, dependendo da aplica- ção. O fluido hidráulico pode Iubrificar as peças móveis necessárias do aco- plamento por meio do escoamento parcial dos furos nos interstícios do aco- plamento. O acoplamento articulado da presente invenção é particularmente útil em sistemas hidráulicos que são circuitos de detecção de car. Em aplica- ções alternativa, o acoplamento pode conter outro fluido, tal como água ou outros líquidos aquosos. Nestas aplicações, que mais freqüentemente en- volvem pressões inferiores e diferentes regimes de fluxo do que em sistemas hidráulicos, o fluido também pode escoar parcialmente para internamente lubrificar o acoplamento. Naturalmente, os fluidos mais apropriados são a- queles que oferecem uma alta capacidade de lubrificação; contudo, outros fluidos são também possíveis, especialmente quando as condições de ope- ração e os suportes de material adicionais facilitarem a articulação.

Deve ser entendido que os sistemas de fluido nos quais o aco- plamento pode ser incorporado são freqüentemente muito complexos. Por- tanto, é difícil caracterizar várias propriedades - tais como o regime de fluxo, a distribuição de força, e as pressões - dentro do acoplamento. Muitos sis- temas são dinâmicos ou semidinâmicos, o que adicionalmente complica a questão. Por exemplo, circuitos hidráulicos de detecção de carga apresen- tam flutuações na pressão de fluido que são rápidas e dramáticas, que, por sua vez, podem causar um efeito complexo dentro do acoplamento. O mo- vimento do fluido e dos componentes de acoplamento bem como a pressão de fluido e outras forças externas ns linhas resultam em vários coeficientes de atrito, por exemplo, entre os componentes de acoplamento. A interação dos componentes de acoplamento é grandemente dependente de uma vari- edade de fatores complexos interrelacionados. Certas aplicações específicas serão discutidas aqui abaixo, mas deve ser enfatizado que a operação espe- cífica do acoplamento e de seus componentes pode diferir dependendo da aplicação específica.

Deve também ser entendido que o acoplamento articulado da presente invenção não exige ou inclui mancais de esfera, mancais de agu- lhas ou mancais de rolos. Estes mancais com base na forma apresentam uma miríade de desvantagens, como foi discutido aqui acima na seção AN- TECEDENTES. A articulação não inclui suportes de fluido, isto é, o fluido de lubrificação, podendo também incluir suportes de material, tal como um anel corrediço em certas concretizações preferidas, como será discutido adiante. Deve ser notado que.os suportes de fluido e os suportes de material não prejudicam as superfícies de suporte elevado dos componentes do acopla- mento, estando, portanto, de acordo com a presente invenção, enquanto os mancais de esferas e de agulhas grandemente influenciam as superfícies de suporte e a distribuição de força dentro do acoplamento e implicam em ou- tras desvantagens.

Com referência à concretização preferida ilustrada nas figuras de 3 a 7 e 17, o acoplamento articulado hidráulico 50 da presente invenção apresenta uma interconexão articulável entre duas linhas (não mostradas). O acoplamento 50 preferivelmente apresenta uma construção que permite a interconexão coaxial das duas linhas, mas deve ser entendido que o aco- plamento 50 pode ser adaptado para prover uma interconexão diferente, tal como uma conexão de 90° ou uma conexão oblíqua.

Com referência a outra concretização preferida ilustrada nas fi- guras 18 e 19, o acoplamento 50 pode também interconectar mais do que duas linhas. Mais sobre esta concretização será discutido adiante.

Com referência novamente às figuras de 3 a 5 e 17, o acoplamento articulado 50 permite um considerável aumento na porcentagem de superfícies de suporte (também chamadas de "superfícies de pressionar" ou "superfícies adjacentes") entre os componentes. O acoplamento articulado é muito robusto, sendo as forças operacionais na folga axiais ou radiais (o que não é o caso pa- ra os acoplamentos da técnica anterior). O acoplamento articulado 50 é sim- ples, confiável, de baixo custo de produção e montagem, e é muito fácil de ser mantido em uma boa condição porque pode ser facilmente desmontado. Como pode ser apreciado com a comparação da técnica anterior com a presente in- venção, foram realizadas muitas vantagens tecnológicas.

Com referência ainda às figuras de 3 a 5 e 17, o acoplamento articulado 50 inclui três componentes principais, não obstante se a configu- ração é axial ou angular ou outra disposição conhecida daquele versado na técnica, e um componente macho 52 que é retido entre um alojamento 54 e uma porca 56.

Com referência à figura 13, o alojamento 54 inclui superfícies internas incluindo pelo menos uma superfície radial 58 e pelo menos uma superfície axial 60. As superfícies internas 58, 60 definem uma cavidade 62 apresentando uma extremidade aberta 64. É através da extremidade aberta 64 que o componente macho 52 é inserível. Deve ser entendido que o alo- jamento 54 pode também incluir uma pluralidade de cavidades nas quais um número correspondente de componente machos e porcas pode ser introdu- zido. O alojamento 54 também inclui um soquete 66 que apresenta um furo 68 através do mesmo em comunicação de fluido com a cavidade 62. Este soquete 66 é conectável a uma linha. Conseqüentemente, o soquete 66 po- de ter roscas ou um entalhe de conexão ou colar para conexão à linha. Também o alojamento 54 pode concebivelmente apresentar uma pluralidade de soquetes conectáveis às linhas correspondentes.

Conforme mostrado na concretização da figura 13, a cavidade 62 do alojamento 54 preferivelmente apresenta uma superfície interna radial 58, definindo uma parede cilíndrica da cavidade, e uma superfície interna axial 60 na extremidade da cavidade. Alternativamente, conforme mostrado na figura 4, a cavidade 62 apresenta mais superfícies internas (nesta concre- tização, há quatro superfícies, duas axiais e duas radiais) para cooperar com as superfícies externas do componente macho 52. Mais sobre esta concreti- zação será discutido adiante.

Com referência novamente à figura 13, as superfícies internas 58, 60 são preferivelmente formadas integralmente uma com a outra. Isto geral- mente resulta da usinagem do alojamento 54 a partir de uma peça sólida.

Em resumo, com referência agora às figuras 18a a 20b, é ilus- trada outra concretização onde a superfície axial interna (caractere 60 na figura 13) consiste da face externa 69 de um segundo componente macho 52b fixável dentro do alojamento 54. A figura 19 ilustra que o segundo com- ponente macho 52b é fixado dentro do alojamento 54 a partir da extremidade opostas como o primeiro componente macho 52a, com uma segunda porca 56b. Mais sobre esta concretização preferida será discutido adiante. Deve ser também notado, neste contexto, que as superfícies internas podem sur- gir de diferentes componentes que são presos entre si para prover as capa- cidades de autolubrificação e articulação exigidas.

Com referência novamente à figura 13, as superfícies internas 58, 60 preferivelmente se intersectam em um ângulo de 90° mas podem alternati- vamente conseguir isto com uma ligeira curva. Também preferivelmente, as superfícies são providas com um acabamento muito fino e liso para facilitar sua deslizabilidade contra superfícies correspondentes do componente macho prin- cipalmente. Contudo, mesmo quando o acabamento não é perfeito, contendo uma certa aspereza, as superfícies se tornam mais lisas através do uso opera- cional, podendo, portanto, ser aperfeiçoadas com o tempo.

Com referência agora à figura 6, o soquete 66 do alojamento 54 é preferivelmente um tipo de projeção sobre o qual uma linha pode ser presa.

Alternativamente, a figura 7 ilustra que o soquete 66 pode ser um tipo fêmea no qual uma linha ou um adaptador de linha pode ser inseri- do. Naturalmente, podem ser providos outros tipos de soquetes conhecidos daquele versado na técnica.

Com referência novamente à figura 6, o alojamento 54 apresenta uma superfície externa. Esta superfície externa pode assumir uma variedade de acabamentos e formas, tal como a forma cilíndrica padrão na figura 6.

Com referência às figuras 18a e 18b, é ilustrada uma forma de superfície externa alternativa 70. Esta superfície externa 70 é circular e, quando retida em um anel retentor 67, permite a liberdade rotacional com relação a este.

Com referência agora às figuras 20a e 20b, é ilustrada outra forma de superfície externa alternativa 70. Aqui, a superfície externa 70 é esférica. A forma externa do alojamento não afeta grandemente o funciona- mento interno do acoplamento 50, mas pode oferecer funcionalidade adicio- nal e preferível do acoplamento 50 em operação. Por exemplo, o alojamento esférico 50 pode ser retido dentro de um anel retentor duplo 67 que apresen- ta superfícies esféricas internas formando assim uma junta esférica e permi- tindo que o alojamento 54 tenha três graus de liberdade totais dentro do anel retentor (pivotamento e rotação laterais). Esta capacidade de articulação "esférica" complementar é vantajosa por inúmeras razões. O anel retentor 67 pode ser montado em um suporte, conforme mostrado na figura 20b, a ser fixado no equipamento, por exemplo.

Muitos outros tipos de alojamentos que não são ilustrados po- dem também ser usados em conexão com a presente invenção.

Com referência novamente às figuras de 3 a 5, o acoplamento articulado 50 adicionalmente inclui um componente macho 52, apresentando um furo 71 através do mesmo. O furo aloja e/ou transmite o fluido. O com- ponente macho 52 inclui uma porção de espiga 72 e uma porção de flange 74. A porção de flange 74 se estende radialmente para fora a partir da por- ção de espiga 72, que tem preferivelmente a forma de um cilindro. A porção de espiga 72 apresenta um soquete 76, preferivelmente oposto à porção de flange 74. Pode também ser concebivelmente provida uma pluralidade de soquetes 76 providos em um único componente macho 52 e sendo conectá- veis às linhas correspondentes.

Conforme mostrado na figura 17, o componente macho 52 é in- serível na cavidade do alojamento por sua extremidade aberta 64.

Com referência novamente às figuras 3 a 5, uma vez inserida, a porção de flange 74 do componente macho 52 pode cooperativamente se apoiar nas superfícies internas do alojamento 54. Também, o furo 71 do componente macho 52 e o furo 68 do soquete 66 do alojamento 54 podem ficar em comunicação de fluido. Preferivelmente, os furos 68, 71 são colinea- res, como nas figuras. Alternativamente, os furos podem ter uma variedade de orientações, dependendo da aplicação desejada. Ângulos de 90õ e ângu- los oblíquos são desejáveis em algumas aplicações.

Com referência agora às figuras de 8 a 10, que ilustram uma concretização do componente macho 52 que apresenta a forma de um T, a porção de flange 74 é preferivelmente formada integralmente com a porção de espiga 72 na extremidade da porção de espiga 72. Também preferivel- mente, a porção de flange 74 é radialmente contínua e simétrica. A porção de flange 74 tem a forma de um disco e se estende em cerca de 90° com relação à porção de espiga 72. Esta disposição provê superfícies de suporte excelentes para serem apoiadas nas superfícies internas do alojamento e da porca, distribuindo assim as forças (isto é, diminuindo a pressão) em uma maneira vantajosa. Isto também permite que a velocidade do fluido que Iubri- fica o acoplamento seja reduzida, como pode ser o caso em certas aplica- ções. Alternativamente, a porção de flange 74 pode ter outra forma que coo- pere com as superfícies internas do alojamento, curvadas ou anguladas, por exemplo, o que será adicionalmente discutido adiante.

A porção de flange 74 apresenta preferivelmente uma superfície circunferencial externa provida com pelo menos uma estria circunferencial 77. Preferivelmente, há três estrias separadas entre si 77. As estrias 77 faci- litam o escoamento parcial e a redução de pressão do fluido de lubrificação, entre as superfícies internas do alojamento e da porção de flange 74, e con- tatos de superfície angular.

Ainda com referência às figuras de 8 a 10, a porção de flange 74 preferivelmente inclui uma primeira 78 e uma segunda 80 faces externas em relação oposta e paralela. A primeira face externa 78 fica virada para a porca (caractere 56 na figura 3) enquanto que a segunda face externa 80 fica vira- da para a superfície interna axial (caractere 60 na figura 13) do alojamento.

Preferivelmente, a primeira face externa 78 da porção de flange é achatada e a face cooperante da projeção da porca também é achatada. Alternativa- mente, as faces da porca correspondente e da porção de flange podem ter outra forma, tal como convexa-côncava ou vice-versa (não ilustrada), para prover boas superfícies de suporte.

Deve ser notado que o diâmetro D da porção de flange 74 e o tamanho correspondente da porca e do alojamento podem ser modificados para obter várias distribuições de força diferentes, comportamento de fluido e coeficientes de atrito entre os componentes.

Com referência às figuras de 3 a 5, é mostrada uma concretiza- ção na qual a porção de flange 74 é provida na porção de flange 72, de mo- do que o componente macho tenha a forma de um T em vista plana lateral.

A orientação das superfícies internas do alojamento 54 é preferivelmente tal que elas substancialmente correspondam à forma de T do componente ma- cho 52, conforme ilustrado.

Com referência agora à figura 4, é mostrada outra concretização na qual a porção de espiga 72 adicionalmente inclui um segmento 81 oposto ao soquete 76 da porção de espiga 72. A porção de flange 74 é provida en- tre o segmento 81 e o soquete 76 da porção de espiga 72, de modo que o componente macho tenha a forma cruzada em vista lateral plana. A orienta- ção das superfícies internas do alojamento 54 é preferivelmente tal que elas correspondam substancialmente à forma cruzada do componente macho 52, conforme ilustrado.

Contudo, deve ser entendido que a forma do componente macho 52 pode ser modificada em uma pluralidade de maneira. A forma interna da cavidade deve ter uma forma correspondente para alojar a porção de flange 74, para superfícies de suporte para distribuir forças enquanto permite a fol- ga adequada para lubrificação e movimento rotacional.

Com referência às figuras de 21 a 23, a porção de flange 74 po- de ter superfícies que são chanfradas (como na figura 21), ou curvadas (co- mo nas figuras 22 e 23). Estas superfícies chanfradas ou curvadas afetam o movimento de fluido entre as superfícies Iubrificadas do acoplamento e a distribuição de força.

Uma vez que o fluido lubrificante pressurizado exerce pressão perpendicularmente com relação às superfícies sólidas dos componentes do acoplamento, com a variação dos ângulos e das curvaturas e da área de superfície do componente macho, podem ser obtidos diferentes efeitos de distribuição de força. Também, em aplicações dinâmicas, isto pode ser parti- cularmente desejado.

Com referência à figura 5, o furo 71 do componente macho 52 compreende uma junção 82 que é oposta a uma junção correspondente 84 do furo 68 do alojamento 54. As junções 82, 84 são parcialmente escoáveis para permitir que o fluido antes de tudo escoe entre o componente macho 52 e a superfície interna axial (caractere 60 na figura 13) para lubrificação. As junções 82, 84 são preferivelmente afuniladas abertamente uma com relação 1 à outra. Elas são preferivelmente de forma troncocônica, enquanto ainda preferivelmente apresentam um ângulo α de cerca de 60°. Esta forma reduz as turbulências do fluido e os empuxos axiais contra a porca e facilita o es- coamento parcial do fluido para lubrificação.

Com referência às figuras de 21 a 23, o flange 74 e a junção 82 podem ter outras formas. As figuras 22 e 23 ilustram uma junção curvada para fora 82, enquanto a figura 21 ilustra o tipo troncocônico. Deve ser nota- do que muitas outras formas são possíveis, e as duas junções 82, 84 podem ou não ser idênticas.

Com referência ainda à figura 5, a porção de flange 74 apresen- ta preferivelmente uma quantidade de folga dentro da cavidade do alojamen- to, de modo que, sob pressão de fluido hidráulico, as junções 82, 84 permi- tam que o fluido hidráulico escoe entre as mesmas. Mais sobre a folga do componente macho dentro da cavidade será discutido adiante.

Com referência agora às figuras de 3 a 5 e de 17 a 23, o aco- plamento articulado 50 também inclui uma porca 56, que é fixável dentro da cavidade do alojamento 54 e que circunda a porção de espiga 72 para radi- almente reter a mesma. Preferivelmente, a porca circunda a porção de espi- ga 72 a partir do soquete do mesmo para a porção de flange, o que permite um suporte aperfeiçoado, estabilidade e resistência a forças.

Com referência agora às figuras de 3 a 5, a porca também apre- senta uma projeção 86 que se estende axial e internamente para a cavidade do alojamento 54 para axialmente reter a porção de flange 74, enquanto permite que o componente macho 52 gire com relação ao alojamento 54 e à porca 56. A rotação ocorre em torno de um eixo longitudinal 88 da porção de espiga 76.

Com referência à figura 14, a porca 56 preferivelmente apresen- ta roscas externas 90 e que pelo menos uma superfície radial do alojamento apresenta roscas internas correspondentes, para prender a porca 56 dentro da cavidade do alojamento. Alternativamente, estes componentes podem ser desrosqueados e cavilhados, presos ou de outra forma conectados.

Com referência novamente às figuras de 3 a 5, a porca 56 prefe- rivelmente apresenta um bordo 92 que se estende sobre um aro perimétrico 94 para abrir a extremidade da cavidade.

Também preferivelmente, a porção de espiga 72 do componente macho 52 é extensível através da porca 56 de modo que seu soquete 76 seja localizado além da porca 56.

Em um aspecto operacional particularmente preferido da presen- te invenção, o acoplamento articulado 50 é Iubrificado por fluido hidráulico contido nas linhas que ele interconecta. As concretizações ilustradas nas figuras de 5 e de 17 a 23 são preferidas para tais aplicações.

Em operação, o fluido hidráulico contido nos furos 68, 71 está sob pressão hidráulica. As pressões de operação variam dependendo da aplicação, seja ela pesada ou leve. Faixas típicas de pressão hidráulica na indústria de silvicultura, por exemplo, estão entre cerca de 0,35 MPa (50) e cerca de 27,58 MPa (4000 psi), e até cerca de 34,47 MPa (5000 psi) em al- guns casos. Em circuitos hidráulicos de detecção de carga, as pressões de operação variam muito freqüentemente entre cerca de 1,72 MPa (250 psi) e 20,68 MPa (3000 psi) a 27,58 MPa (4000 psi).

Em certas aplicações, tais como a indústria de silvicultura, o a- coplamento articulado 50 é preferivelmente usado em sistemas hidráulicos que são circuitos de detecção de carga (também chamados de "choque"). Nestes circuitos, a pressão hidráulica é enviada para se corresponder à exi- gência de carga. Há, portanto, um refluxo e fluxo de fluido hidráulico dentro e fora dos interstícios do acoplamento articulado 50. Quando a pressão for alta, o fluido irá pressionar o componente macho contra a porca, e, quando ele for baixo, o componente macho irá experimentar mais "liberdade" dentro da cavidade. O torque exigido durante a baixa pressão de fluido é diminuído. O acoplamento articulado 50 da presente invenção é particularmente ade- quado para circuitos hidráulico de detecção de carga. Em pressões baixas, o torque exigido para articulação é muito baixo, o que permite que as linhas interconectadas sejam deslocadas, giradas, etc. Em pressões operacionais, tais como em torno de 3000 a 27,58 MPa (4000 psi) para muitas máquinas, o torque exigido para rotação é alto o suficiente de modo que muito pouca 1 rotação é possível. Deve ser entendido, entretanto, que na operação de car- ga elevada há, em geral, pouca necessidade de capacidade de rotação ele- vada, mas além disso, uma necessidade grande para uma boa distribuição de força entre a porca e o componente macho. O acoplamento articulado provê uma distribuição de força excelente, seus componentes não sendo facilmente afetados diversamente.

Com referência à figura 11, este escoamento parcial é facilitado pela folga radial e axial da porção de flange 74 dentro da cavidade. Mais es- pecificamente, a porção de flange 74 preferivelmente apresenta um diâmetro De uma largura L.

Com referência ainda à figura 11 enquanto também com relação às figuras 13 e 15, a cavidade 62 do alojamento 54 apresenta uma profundi- dade interna de L11 e a porção de inserção da porca 56 apresenta um com- primento de L". A profundidade interna L' da cavidade é ligeiramente maior do que a soma de L' e L", permitindo assim uma quantidade de folga axial. Preferivelmente, a quantidade de folga axial está entre cerca de 0,005 e cer- ca de 0,08 polegadas (0,127 e cerca de 2,032 mm). Ainda preferivelmente, a quantidade de folga axial está entre cerca de 0,03 e cerca de 0,08 polegadas (0,762 e cerca de 2,032 cm).

Com referência ainda à figura 10 enquanto também com relação à figura 13, a cavidade 62 do alojamento 54 apresenta um diâmetro interno D', que é ligeiramente maior do que o diâmetro D do flange. Conseqüente- mente, a folga radial é aproximadamente D' -D. preferivelmente, a folga radi- al está entre cerca de 0,005 e cerca de 0,08 polegadas (0,127 e cerca de 2,032 cm). Ainda preferivelmente, a quantidade de folga radial está entre cerca de 0,015 e cerca de 0,03 polegadas (0,381 e cerca de 0,762cm).

Com referência à figura 5, sob pressão hidráulica, o fluido hi- dráulico escoa no meio das junções 82, 84 para os interstícios do acopla- mento 50. Dependendo do desenho e da orientação da porção de flange 74 e das superfícies internas do alojamento 54, e, conseqüentemente, da folga axial e da folga radial, bem como da pressão de operação e de uma miríade de outras variáveis, o fluido hidráulico irá parcialmente escoar entre o com- ponente macho 52 e as superfícies internas.

Com referência às figuras 10 e 15, a porção de espiga 72 do componente macho 52 apresenta um diâmetro X que é ligeiramente menor do que o diâmetro X' da porca 56. A faixa preferida da tolerância X1 - X está entre cerca de 0,002 e cerca de 0,015 polegadas (0,00508 e cerca de 0,381 cm), ainda preferivelmente entre cerca de 0,002 e cerca de 0,005 polegadas (0,00508 e cerca de 0,0127 cm), mas pode ser modificada também. Por e- xemplo, esta tolerância pode ser aquela recomendada por um fabricante de anel em O para uma determinada aplicação de dimensões de acoplamento.

Com referência geralmente às figuras de 3 a 5, a pressão hidráuli- ca pressiona o componente macho 52 axialmente na direção da porca 56.

Com referência particularmente às concretizações nas figuras 5, 21 a 23, uma vez pressurizada, a pressão dentro do alojamento 54 é subs- tancialmente uniforme em todas as direções e é perpendicularmente pres- sionada sobre as superfícies. O pressionamento da porção de flange 74 na porca 56 é assim aproximadamente o diferencial entre as superfícies diantei- ra e traseira da porção de flange 74. Conseqüentemente, o pressionamento pode ser variado, em certas aplicações, com a modificação das dimensões e/ou ângulos das superfícies.

Nas concretizações mostradas nas figuras 3 e 4, esta pressão resulta no apoio direto da porção de flange 74 contra a projeção 86 da porca 56. Estas concretizações são mais preferidas para aplicações de baixa pres- são ou aplicações não-hidráulicas.

Na concretização mostrada na figura 5, o acoplamento articulado 50 adicionalmente inclui um anel corrediço 96 que circunda a porção de es- piga 72, sendo disposto entre a porca 56 e a primeira face externa da porção de flange 74. Este anel corrediço 96 reduz o coeficiente de atrito entre os componentes, mais notadamente entre a porção de flange 74 e a porca 56. O anel corrediço 96 é particularmente desejável em sistemas hidráulicos de pressão alta (ou alternativamente em aplicações onde o fluido é menos lubri- ficante), uma vez que a pressão axial no componente macho 52 grandemen- te aumenta o atrito entre a porção de flange 74 e a porca 56. Preferivelmen- te, o anel corrediço 96 é composto de grupo de material Nylatron®, Nyloil®, Nycast®, Teflon, Cerâmica ou outro material adequado para tal componente. Alternativa ou adicionalmente, um lubrificante extra pode ser acrescentado entre a porção de flange 74 e a projeção 86 da porca 56.

A figura 5 ilustra que, sob pressão de fluido interna, a porção de flange 74 é pressionada na direção da projeção 86 da porca 56, se apoiando assim no anel corrediço 96. O anel corrediço 96 difere grandemente em sua funcionalidade e vantagem, quando comparado aos mancais de esferas e de agulhas da técnica anterior. Os mancais de esferas e de agulhas sofrem de alto pontos de pressão focalizados. O anel corrediço 96, ao contrário, permi- te uma distribuição de forças que diminuem a pressão entre os componen- tes, que está em linha com a presente invenção. Isto permite que o acopla- mento articulado 50 tenha um desempenho de articulação aperfeiçoado em pressões mais altas na faixa de 20,68 MPa a 34,47 MPa (3000) a (5000 psi), por exemplo. Preferivelmente, o anel corrediço 96 apresenta uma forma de disco achatada, mas pode também ter uma forma de anel em O para reduzir o coeficiente de atrito.

Deve ser notado que quando a porção flange 74 for pressionada contra a porca 56 diretamente (como nas figuras 3 e 4) ou contra o anel cor- rediço (como na figura 5), a segunda superfície externa da porção de flange 74 será mantida em relação espaçada com relação à superfície axial do alo- jamento 56, correspondendo à quantidade de folga axial. Também, em al- gumas aplicações, uma barreira pode ser formada pelo contato entre a porca 56 e a porção de flange 74 para assim impedir parcial ou substancialmente o fluido do fluido além da mesma.

Com referência ainda à figura 5, o acoplamento articulado 50 preferivelmente inclui adicionalmente pelo menos uma unidade de vedação 98. A unidade de vedação 98 é preferivelmente um anel de vedação, com- posto de um material de polímero, que coopera com a porca 56, entre a mesma e a porção de espiga 72.

A figura 17 ilustra melhor a unidade de vedação preferida 98, não ainda montada dentro do acoplamento.

Deve ser notado que a barreira criada pelo contato entre a porca e a porção de flange pode ajudar a proteger a unidade de vedação 98 contra choques hidráulicos (também chamados de "aríetes hidráulicos") ou outros tipos de choques de fluido no acoplamento.

Com referência à figura 15, a porca 56 preferivelmente inclui pe- lo menos uma ranhura anular interna 100, preferivelmente duas ranhuras 100, de modo que os anéis correspondentes da unidade de vedação 98 se- jam parcialmente inseríveis nas mesmas.

Com referência à figura 17, a unidade de vedação 98 preferivel- mente inclui uma porção anular 102 composta de material plástico, e dois anéis 104 dispostos radialmente em torno das extremidades opostas da por- ção anular 102. Neste caso, a porca 56 adicionalmente inclui duas ranhuras anulares internas 100, de modo que os dois anéis 104 sejam respectivamen- te inseríveis parcialmente nas mesmas. Isto está ilustrado na figura 5.

Um vista de perto da ranhura 100 é mostrada na figura 16.

Com referência à figura 5, uma vez que o acoplamento 50 está montado e em operação, a unidade de vedação 98 é pressionada no meio da porção de espiga 72 e a porca 56 para reduzir a pressão de qualquer es- coamento de fluido através dos interstícios do acoplamento 50. Em sendo disposta em torno da porção de espiga 72, a unidade de vedação 98 facilita a vedação do acoplamento 50 enquanto permite a lubrificação interna do mesmo.

A unidade de vedação 98 preferivelmente atua como uma junta "estanque ao fluido" que impede que o fluido lubrificante escoe para fora do acoplamento. Desse modo, a unidade de vedação 98 pode incluir anéis O, anéis sobressalentes, etc. Também, a unidade de vedação 98 pode ser fa- cilmente substituída no caso de perder sua eficiência.

Com referência às figuras 3 e 4, uma junta 108 pode também ser disposta entre o componente macho 52 e as superfícies radiais do alojamen- to 54, para fins de lubrificação entre o componente macho 52 e o alojamento 54. Esta junta 108 pode ser um anel de pressão, uma junta quadrada, ou outro tipo de ponto de conexão ou junta. De fato, a escolha da junta especí- fica depende de várias condições de operação e especificações do desenho, e, portanto, pode ser escolhida por aquele versado na técnica. Também, a junta pode ser provida em uma ranhura do flange, para prover uma fissura, rachadura ou abertura através da qual o fluido pode escoar parcialmente para ajudar a lubrificar o acoplamento.

Várias juntas de vedação podem ser usadas para reduzir a velo- cidade do fluido, de modo que se o flui escoar além de uma das vedações, será menos provável que escoe além da próxima vedação. Dessa forma, uma série de vedações pode ser usada e projetada por aquele versado na técnica.

O acoplamento articulado emprega uma técnica de "vedação", incluindo a unidade de vedação 98 e possivelmente outras vedações, para assegurar a lubrificação adequada enquanto impede escoamentos externos. A técnica de vedação, que pode ser chamada de "técnica de labirinto", per- mite uma redução da sobrepressão (pressões de sobrecarregamento) que pode ser destrutiva à vedação por diminuir a velocidade do deslocamento do fluido na direção das vedações, aumentando assim a longevidade e a dura- bilidade da mesma. Como descrito acima, a velocidade do fluido lubrificante é vantajosamente reduzida e diminuída à medida que o fluido é forçado para correr para uma variedade de paredes, superfícies, estrias, juntas, ângulos, pequenas aberturas, ou outros "obstáculos", antes que ele alcance a extre- midade do acoplamento. Em numerosos concretizações e aplicações, uma barreira é formada pelo contato entre a porca e a porção de flange, antes da unidade de vedação 98, para diminuir a velocidade do fluido antes e ajudar na vedação. Em algumas concretizações e aplicações, portanto, à medida que o fluido é pressionado através destes obstáculos, ele Iubrifica o interior enquanto perde velocidade, e assim não pode escapar ou escoar para fora do acoplamento.

Além disso, a técnica de usar "vedação progressiva" (uma série de pontos de vedação) acoplada com a disposição dos componentes provê efici- ências para uma variedade de aplicações. Com relação ao acima exposto, a série de vedações reduz "progressivamente" a velocidade do fluido e eventual- mente veda o fluido dentro do acoplamento de maneira muito eficiente.

Por exemplo, em situações de pressão elevada, há preferivel- mente dois anéis sobressalentes e dois anéis em O para vedação, depois da barreira formada pelo contato entre a porca e porção de flange.

Deve ser notado que dependendo na aplicação desejada, pode ser usada uma variedade de técnicas de vedação. Quando as linhas transmitirem fluido pelo contato em um determinado regime de fluxo, a técnica de vedação terá que lidar com a velocidade do fluido, ao passo que, quando houver uma determinada pressão de fluido constante, mas nenhum fluxo, a técnica de ve- dação deverá ser provida para manipular a determinada pressão.

Com referência às figuras de 18a a 20b, outra concretização pre- ferida do acoplamento articulado 50 inclui uma pluralidade de componentes machos 52 e de porcas 56 que é combinada com um alojamento esférico ou circular adaptado 54. Como foi mencionado acima, a face traseira 69 do se- gundo componente macho 52b atua como a superfície axial interna do alo- jamento 54 com relação ao primeiro componente macho 52a, e vice-versa.

Nesta concretização, a quantidade de folga axial provida aos componentes machos 52a, 52b depende da distância entre as projeções 86a, 86b e as larguras das porções de flange 74a, 74b, uma vez instalados no alojamento 54. O acoplamento articulado "duplo" apresenta certas vantagens com rela- ção a sua capacidade de articulação, adaptabilidade e funcionalidade.

Deve, portanto, ficar evidente que as concretizações das figuras de 3 a 7 e 17 permitem a rotação do componente macho 52 com relação ao alojamento 54 e a porca 56 ao longo de um eixo longitudinal, que a concreti- zação da figura 19 permite a rotação independente de dois componentes machos coaxiais 52a, 52b com relação ao alojamento 54 e porcas 56a, 56b, e que as concretizações das figuras 18a, 18b, 20a e 20b permitem a rotação independente de uma pluralidade de componentes machos ao longo de ei- xos espaçados entre si e paralelos. Alternativamente, os componentes ma- chos poderiam ser dispostos em um único alojamento a fim de que cada um gire em torno de um eixo que é paralelo e/ou não-paralelo a outros eixos de rotação.

Materiais de construção

Os componentes do acoplamento articulado 50 podem ser com- postos de vários materiais. Em uma concretização preferida, o componente macho 52, o alojamento 54 e a porca 56 são compostos de aço carbono. Aço inoxidável ou outras ligas metálicas podem também ser usados. Alterna- tivamente, estes componentes podem ser formados de um material de polí- mero, especialmente de um material que confira propriedades de baixo atrito para fins de rotação. Exemplos de tais materiais são alguns Náilons 6/6, e mais particularmente o grupo de material Nylatron®.

Em aplicações de alta pressão, tal como na indústria de silvicul- tura ou sistemas hidráulicos pesados, os acoplamentos de articulação são preferivelmente compostos de um metal não corrosivo, tal como aço inoxidá- vel, que pode ser preferivelmente revestido com zinco ou níquel. O metal pode ser tratado para prover características de dureza, e outras proprieda- des desejáveis.

Os anéis sobressalentes são preferivelmente compostos de PT- FE e os anéis são preferivelmente compostos de Nitrilo. O anel corrediço é preferivelmente composto do grupo de material Nylatron®.

Nas indústrias químicas, tal como a indústria petroquímica, uma variedade de fluidos - hidrocarbonos, ácidos, bases, líquidos viscosos ou Newtonianos, etc. - pode ser transportada em dutos dentro de uma refinaria, instalação fabril, dentro ou em torno de reatores ou veículos de transporte. Dependendo das propriedades químicas do fluido, os materiais do acopla- mento articulado podem ser selecionados para resistir ou impedir as rea- ções, a degradação, a ferrugem, o desgaste e/ou escoamento externo, como pode ser o caso.

Além disso, as superfícies de suporte dentro do acoplamento articulado podem ser especialmente tratadas Ou revestidas para conferir propriedades de baixo atrito. O alisamento de precisão ou a provisão de uma camada de material suscetível à lisura ultrafina pode conferir propriedades aperfeiçoadas na capacidade de articulação, especialmente em pressões de fluido elevadas.

Fabricação dos acoplamentos articulados

Os acoplamentos articulados 50 da presente invenção podem ser fabricados por uma variedade de processos, principalmente dependentes do material de construção e da indústria de uso final a que se destina.

Por meio de exemplo, a indústria de silvicultura exige que aco- plamentos articulados sejam interconectados a dutos hidráulicos a fim de pressurizar uma variedade de cabeçotes roçadores, braços de articulação, mecanismos de rotação e inclinação, lanças de guindaste, entre outros equi- pamentos. Sistemas hidráulicos de choque são freqüentemente usados para tal equipamento, e as pressões envolvidas variam de 0,34 MPa a 27,58 MPa (50) a (4000 psi), e, às vezes, até 34,47 MPa (5000 psi) para certo equipa- mento. Nestas aplicações, aço carbono é preferivelmente usinado em alta precisão para fabricar o componente macho, o alojamento e a porca do aco- plamento.

Como outro exemplo, na transmissão de água ou outros fluidos de baixa viscosidade, os acoplamentos articulados podem ser formados de materiais de peso mais leve, visto que as pressões de operação são fre- qüentemente muito mais baixas do que em sistemas hidráulicos pesados. Materiais plásticos podem ser usinados ou firmemente presos entre si para construir os acoplamentos.

Uma pluralidade de processos de tratamento de durabilidade pode ser usada para aumentar a durabilidade e/ou dureza do produto em acentuando a durabilidade das superfícies (dureza, lisura, elasticidade, po- rosidade, outras propriedades conhecidas daquele versado na técnica, etc.). Diferentes técnicas de tratamento dos materiais podem ser usadas de acor- do com e dependendo da aplicação ou do fluido a ser usado. Sob certas pressões, o fluido (fluido hidráulico ou lubrificante pré-aplicado) pode facil- mente assegurar a lubrificação exigida a fim de impedir o desgaste prematu- ro dos componentes. O acoplamento articulado permite um aumento nas superfícies das partes internas, bem como a lubrificação interna, sem au- mentar o volume das peças na folga.

Em resumo, algumas indústrias comuns e aplicações para o a - coplamento articulado, de acordo com a presente invenção, são o equipa- mento de floresta, equipamento de polpa e papel, equipamento de utilidade, veículos móveis pesados, tais como caminhões de entulho, equipamento de moldagem por injeção, equipamento de laminação de aço, carretéis de man- gueira, e muito mais.

Naturalmente, numerosas modificações poderiam ser feitas às concretizações descritas aqui e ilustradas nos desenhos, sem se afastar do que foi efetivamente inventado.

Claims (37)

1. Acoplamento articulado autolubrificante para prover uma in- terconexão articulada entre uma primeira e uma segunda linhas contendo um fluido que supre lubrificação, o acoplamento articulado compreendendo: um alojamento que compreende: - superfícies internas compreendendo pelo menos uma superfí- cie radial e pelo menos uma superfície axial, as ditas superfícies internas definindo uma cavidade apresentando uma extremidade aberta; e - um soquete apresentando um furo através do mesmo em co- municação de fluido com a cavidade, o soquete sendo conectável à primeira linha; • um componente macho apresentando um furo através do mesmo, o componente macho compreendendo: - uma porção de espiga apresentando um soquete conectável à segunda linha; e - uma porção de flange se estendendo radialmente para fora a partir da porção de espiga, o componente macho sendo inserível dentro da cavidade do alojamento para permitir que a porção de flange cooperativa- mente se apoie em pelo menos uma superfície radial, e para permitir que o furo do componente macho e o furo do soquete do alojamento fiquem em comunicação de fluido, o flange permitindo um escoamento de modo que o fluido proveniente do furo seja parcialmente escoado entre o flange e as su- perfícies internas; e uma porca fixável dentro da cavidade do alojamento e circun- dando a porção de espiga para radialmente reter a mesma, a porca apresen- tando uma projeção que se estende axial e internamente para a cavidade para axialmente reter o flange e permitir o escoamento entre eles, a porca permitindo também que o componente macho gire com relação ao alojamen- to e à porca em torno de um eixo longitudinal da porção de espiga, permitin- do assim que as primeira e segunda linhas sejam articuladamente interco- nectadas.

2. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, no qual a por- ção de flange é integralmente formada com a espiga.

3. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 2, no qual a por- ção de flange é radialmente contínua e simétrica.

4. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 3, no qual a por- ção de flange é sólida e na forma de disco e se estende em cerca de 90õ com relação à porção de espiga.

5. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 4, no qual a por- ção de flange apresenta uma primeira e uma segunda faces externas em relação oposta e paralela, a primeira face externa virada para a projeção da porca e a segunda face externa virada para a superfície axial interna do alo- jamento.

6. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 5, no qual o furo do componente macho e o furo do alojamento compreendem, cada qual, uma junção de fluido interna que é oposta à outra junção correspondente, e no qual a porção de flange apresenta uma quantidade de folga axial dentro da cavidade.

7. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 6, no qual sob pressão de fluido a primeira face externa é pressionada diretamente contra a projeção da porca enquanto é rotativamente deslizável com relação à mes- ma, e a segunda face externa é mantida em relação espaçada à superfície axial interna.

8. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 7, no qual a pro- jeção da porca e a primeira face externa da porção de flange entram em contato para formar uma barreira de fluido para impedir o escoamento do fluido além da mesma.

9. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 6, que adicio- nalmente compreende pelo menos uma unidade de vedação provida entre e apoiável contra a porca e a porção de espiga, pelo menos uma unidade de vedação vedando o fluido entre o componente macho e as superfícies inter- nas e entre o componente macho e a porca.

10. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 9, no qual pelo menos uma unidade de vedação compreende pelo menos um anel, e a por- ca adicionalmente compreende pelo menos uma ranhura anular interna de modo que pelo menos um anel seja parcialmente inserível na mesma.

11. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 10, no qual pe- lo menos uma unidade de vedação compreende: uma porção anular composta de material plástico, a porção a- nular apresentando duas extremidades opostas; • dois anéis dispostos radialmente em torno da porção anular nas extremidades opostas da mesma; e no qual a porca adicionalmente compreende duas ranhuras anu- lares internas dé modo que os dois anéis sejam respectivamente inseríveis parcialmente nas mesmas.

12. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 6, no qual a quantidade de folga axial está entre cerca de 0,005 e cerca de 0,08 polega- das (0,127 e cerca de 2,032 mm).

13. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 12, no qual a quantidade de folga axial está entre cerca de 0,03 e cerca de 0,08 polegadas (0,762 e cerca de 2,032 mm).

14. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 6, que adicio- nalmente compreende um anel corrediço de redução de atrito circundando a porção de espiga e disposto entre a projeção da porca e a primeira face ex- terna da porção de flange.

15. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 14, no qual o anel corrediço apresenta a forma de um disco chato.

16. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 14, no qual o anel corrediço apresenta a forma de um anel em O.

17. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 14, no qual o anel corrediço é composto de um material escolhido do grupo que consiste do grupo de material Nylatron®, Nyloil®, Nycast®, Teflon e cerâmica.

18. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 6, no qual cada das junções é abertamente afilada com relação à outra junção correspon- dente.

19. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 18, no qual ca- da junção tem a forma troncocônica.

20. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 19, no qual ca- da junção de forma troncocônica apresenta um ângulo de cerca de 609.

21. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 4, no qual a porção de flange apresenta uma quantidade de folga radial dentro da cavi- dade para facilitar a lubrificação e a rotação.

22. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 21, no qual a quantidade de folga radial está entre cerca de 0,005 e cerca de 0,08 polega- das (0,127 e cerca de 2,032 mm).

23. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 22, no qual a quantidade de folga radial está entre cerca de 0,015 e cerca de 0,03 polega- das (0,381 e cerca de 0,762 mm).

24. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 3, no qual a porção de flange apresenta uma superfície curvada convexa virada para a superfície interna axial do alojamento.

25. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 3, no qual a porção de flange apresenta uma superfície circunferencial externa que é chanfrada com relação à superfície interna radial do alojamento.

26. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, no qual o flange é provido na porção de espiga de modo que o componente macho apresente uma forma de T em vista plana lateral.

27. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, no qual a porção de espiga compreende um segmento oposto ao soquete da mesma, o flange sendo provido entre o segmento e o soquete da porção de espiga de modo que o componente macho apresente uma forma transversal em vista plana lateral.

28. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, no qual a porção de espiga apresenta uma forma cilíndrica.

29. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, no qual a porção de flange compreende uma superfície circunferencial externa, a dita superfície radial externa sendo provida com pelo menos uma estria circunfe- rencial.

30. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, no qual o furo do componente macho e o furo do alojamento são colineares.

31. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, no qual a porca compreende roscas externas e pelo menos uma superfície radial com- preende roscas internas correspondentes para prender a porca dentro da cavidade do alojamento.

32. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, no qual a extremidade aberta da cavidade apresenta um aro perimétrico e a porca compreende um bordo apoiável sobre o dito aro perimétrico.

33. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, no qual a porção de espiga do componente macho é extensível através da porca de modo que o soquete da porção de espiga fique localizado além da porca.

34. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, no qual a porca circunda a porção de espiga do soquete da mesma para a porção de flange.

35. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, no qual as superfícies radial e axial internas do alojamento são integralmente formadas.

36. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 1, que é usado em um circuito hidráulico, o fluido consistindo em um fluido hidráulico.

37. Acoplamento, de acordo com a reivindicação 36, no qual o circuito hidráulico é um circuito tipo detecção de carga.