BRPI0804818A2 - conjunto de vedação para um membro rotatório - Google Patents

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BRPI0804818A2 BRPI0804818-5A BRPI0804818A BRPI0804818A2 BR PI0804818 A2 BRPI0804818 A2 BR PI0804818A2 BR PI0804818 A BRPI0804818 A BR PI0804818A BR PI0804818 A2 BRPI0804818 A2 BR PI0804818A2
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Abstract

Conjunto de vedação para um membro rotatório. é descrito um conjunto de vedação (1), para vedar um vão (2) entre um membro rotatório (4) e um membro fixo (3) que aloja o dito membro rotatório (4), de modo a evitar o fluxo de óleo desde um primeiro ambiente (5) para um segundo ambiente (6) de dito vão (2); o dito conjunto de vedação (1) compreendendo um primeiro anel (7) disposto em dito membro rotatório (4), um segundo anel (8) disposto no membro fixo (3), meios de vedação (9) elasticamente deformáveis, fixados no segundo anel (8), e compreendendo um primeiro lábio (21) o qual coopera de uma forma hermética fluídica com uma primeira porção de casamento (11) de dito primeiro anel (7), e um furo espiral (30), previsto no primeiro lábio (21) para gerar, durante a rotação do membro rotatório (4), um efeito de bombeamento fluido-dinâmico o qual empurra o óleo para além da área de vedação e na direção do primeiro ambiente (5); os ditos meios de vedação (9) também compreendem um segundo lábio (31), o qual pode assumir uma configuração na qual este forma uma vedação de contato com a dita segunda porção de casamento (10) do anel interno (7) quando o dito membro rotatório (4) é parado, e uma configuração na qual este é destacado da segunda porção de casamento (10) durante a rotação do membro rotatório (4).

Description

Conjunto de vedação para um membro rotatório.
A presente invenção se refere a um conjunto de vedaçãopara um membro rotatório, em particular para o eixo de um motor de um veículo, ao quala presente invenção se refere sem perda do seu caráter genérico.
No campo dos projetos mecânicos, existe a necessidade dereduzir a fricção através da lubrificação dos membros rotatórios em um banho do óleo.Em diversas aplicações, algumas partes dos membros rotatórios precisam ficar imersasem um banho de óleo, enquanto que outras partes adjacentes deste trabalham em umambiente vedado e livre de óleo. De modo a satisfazer esta necessidade, são conhecidosconjuntos de vedações, tal como o quanto descrito na patente EP-B-1.586.799, os quaisficam alojados dentro do vão definido entre uma caixa oca normalmente fixa e ummembro rotatório alojado dentro desta.
Em particular, os ditos conjuntos de vedação são axialmentesimétricos com relação ao eixo geométrico do membro rotatório no qual são dispostos econsistem essencialmente de um anel radialmente interno, o qual é feito de metal, e queá ajustado no membro rotatório, um anel radialmente externo, também este feito demetal e ajustado na caixa ou envoltório, e um membro de vedação, deito de um materialpolimérico elasticamente deformável, interposto entre os ditos anéis.
Mais especificamente, o membro elastomérico é fixado noanel externo e apresenta um lábio no lado de frente para o banho de óleo, o dito lábiosendo apropriado para criar uma vedação de contato com uma porção relativa decasamento do anel interno.
De forma e limitar os problemas típicos das vedações porcontato, nominalmente o desgaste rápido do material elastomérico, em uso na área decooperação com o anel de metal, o lábio de vedação é dotado de um furo espiral, o qualsatisfaz dois propósitos:
- ele consegue o efeito de vedação simplesmente através da criação de uma superfíciede contato entre o lábio elastomérico e o anel interno, sem que este tenha depenetrar no último; e
- conforme o anel interno roda de forma integrada com o membro rotatório, este geraum efeito de bombeamento fluido-dinâmico no ar entre o lábio de vedação e o ditoanel interno, o qual força o óleo na direção do ambiente em óleo e assim aumenta aperformance da vedação.
Apesar de solução supre descrita ser extremamentevantajosa com relação a outras soluções conhecidas, em termos de desgaste e defuncionalidade do conjunto de vedação quando o membro rotatório é usado, estatambém está apta a novos desenvolvimentos.
Em particular, tem sido observado que os conjuntos devedação do tipo supra descrito não conseguem garantir uma vedação perfeita doambiente seco quando o membro rotatório é parado e fica disposto em uma inclinaçãocom relação ao plano horizontal e, de qualquer forma, com o membro rotatório parado,com o nível do óleo acima da metade de dito membro rotatório.
Na condição supra, parte do conjunto de vedação poderiaficar no banho de óleo, em condições estáticas, o lábio de vedação dotado dos furos emespiral não estariam aptos a garantir o mesmo efeito de vedação que é garantido emcondições dinâmicas, isto é, com o suporte da ação de bombeamento fluido dinâmico aqual empurra o óleo na direção do ambiente em óleo.
A condição supra poderia ocorrer, por exemplo, quando oveículo, no qual o membro rotatório é montado, é parado em uma inclinação ou quando odito membro rotatório é instalado com um ângulo oblíquo em dito veículo.
O objetivo da presente invenção é o de produzir umconjunto de vedação para um membro rotatório o qual supere o problema associado aosconjuntos de vedação que são conhecidos e foram descritos acima.
Este objetivo é satisfeito pela presente invenção, a qualdescreve um conjunto de vedação para vedar o vão entre um membro rotatório e ummembro fixo que aloja o dito membro rotatório, de modo a evitar o fluxo de um primeirofluido desde um primeiro ambiente para um segundo ambiente, dispostos em ladosopostos do dito vão, o dito conjunto de vedação compreendendo:um primeiro anel disposto em dito membro rotatório;um segundo anel disposto em dito membro fixo;
meios de vedação elasticamente deformáveis, fixados em dito segundo anel, ecompreende ao menos um primeiro lábio apto a cooperar de uma forma herméticafluídica com uma primeira porção de casamento de dito primeiro anel; eum furo espiral, previsto na área de cooperação entre o dito primeiro lábio e a ditaprimeira porção de casamento de modo a gerar, durante a rotação de dito membrorotatório, um efeito de bombeamento fluido-dinâmico o qual empurra o dito primeirofluido para além da dita área de vedação e na direção do primeiro ambiente; o ditoefeito fluido-dinâmico sendo obtido através da geração de um fluxo de um segundofluido desde o dito segundo ambiente para o dito primeiro ambiente, através do ditofuro e devido à rotação de dito membro rotatório;caracterizado pelo fato de que os ditos meios de vedação compreendem um segundolábio, apropriado para cooperar com uma segunda porção de casamento de dito primeiroanel, axialmente interposto entre a dita primeira porção de casamento e o dito segundoambiente; o dito segundo lábio assumindo uma configuração na qual este forma umavedação de contato com a dita segunda porção de casamento quando o dito membrorotatório é parado, e uma configuração na qual este é destacado da dita segunda porçãode casamento durante a rotação do dito membro rotatório.
De forma a se obter uma melhor compreensão da presenteinvenção, será ora descrita uma forma não Iimitativa de realização desta, a titulo deexemplo, e com referência aos desenhos em anexo, nos quais:
- A figura 1 mostra uma secção transversal de um conjunto de vedação para ummembro rotatório, de acordo com a presente invenção;
- A figura 2 mostra uma meia secção axial, e em escala ampliada, do conjunto devedação da figura 1; e
- A figura 3 mostra uma secção similar à da figura 1, com referência a uma aplicaçãopara um veículo, na qual o membro rotatório e o conjunto de vedação, de acordo coma invenção, são mostrados em uma posição inclinada com relação ao planohorizontal, e parcialmente em um banho de óleo, em uma condição estática.
Nas figuras em anexo, o número 1 indica, em seu todo, umconjunto de vedação alojado no vão 2 definido entre uma caixa oca 3, com um eixogeométrico A, e um membro rotatório, por exemplo um eixo 4 de um veículo, alojado deforma coaxial dentro de dita caixa 3. Em lados opostos do conjunto de vedação 1, o vão2 compreende um ambiente 5 o qual contém um banho de óleo lubrificante, e umambiente 6 dentro do qual o óleo não pode fluir e o qual, em uso, contém ar.
O conjunto de vedação 1 compreende um anel radialmenteinterno 7, integral com o eixo 4, um anel radialmente externo 8, integral com a caixa 3, eum membro elastomérico 9 interposto entre os anéis 7 e 8 e fixado em dito anel 8.
O anel interno 7 compreende uma porção axial 10,comprimida de forma hermética fluídica sobre o eixo 4, e a partir das extremidadesopostas do qual se projetam respectivas porções radiais 11,12 para dentro do vão 2. Umdas porções radiais (11) fica de frente para o ambiente 5 e se estende quase até a caixa3, enquanto que a outra (12) fica de frente para o ambiente 6 e se estende por umadistância muito menor que a da porção radial 11.
O anel externo 8 compreende uma porção axial 13, a partirda extremidade deste, de frente para o ambiente 6 e uma porção de contorno 14 que seprojeta na direção da porção axial 10 do anel interno 7.
A porção axial 13 é particularmente fixada de formarigidamente hermética na caixa 3 e define parcialmente, através de um rebordo 15, coma dita caixa 3, uma sede 16 para alojar parte do membro elastomérico 9, tal como serádescrito com maiores detalhes adiante neste documento.
Tal como ilustrado nas figuras em anexo, a porção axial 13do anel externo 8 se estende de frente para a porção axial 10 do anel interno 7.
Com particular referência à figura 2, e partindo da porçãoaxial 13, a porção de contorno 14 compreende uma secção radial 17 que se estende nadireção do eixo 4, e aproximadamente junto com a extensão da porção radial 12, umasecção substancialmente axial 18 que se estende na direção do ambiente 5 e umasecção radial 19 que define uma extremidade livre do anel externo 8.
O membro elastomérico 9 essencialmente compreende umaporção de contorno 20, disposta na superfície da dita porção 14 do anel externo 8, defrente para o ambiente 6 e ancorada na dita porção 14, e um lábio de vedação 21, o qualse projeta na forma de cantiléver, a partir da porção de contorno 20 e que coopera com aporção radial 11 do anel interno 7.
Em particular, a porção de contorno 20 coopera com assecções 17, 18 e 19 da porção 14 do anel externo 8, apresenta uma extremidade livre aqual engata na sede 16 de dito anel externo 8 e é ancorada, na extremidade oposta, naextremidade livre da secção 19.
O lábio de vedação 21 (figura 2) se estende desde aextremidade da porção de contorno 20 ancorada na secção 19 do anel externo 8 ecompreende, em sucessão na direção da sua extremidade livre, uma porção axial 22,uma porção oblíqua 23, inclinada na direção da caixa 3, e uma porção radial 25 quecoopera de forma rigidamente hermética com a porção radial 11 do anel interno 7.
O lábio de vedação 21 fica de secção cônica na direção desua extremidade livre e é delimitado pelas duas superfícies 26, 27, respectivamente, defrente para a porção de contorno 14 do anel externo 8 e a porção 11 do anel interno 7.
A superfície 27 do lábio 21 é dotada de uma pluralidade deelemento sólidos 28 alternados e igualmente afastados e de elementos ocos 29, os quaisconferem uma aparência de serra para a dita superfície.
Os elementos sólidos 28 da superfície 27 definem, emcorrespondência com o bordo externo deste, respectivos bordos de vedação os quaiscooperam com a porção radial 11 do anel interno 7.
Os elementos ocos igualmente distanciados 20 da superfície27 são definidos por um furo espiral 30 que apresenta um passo constante e umaprofundidade constante apropriada para produzir, durante a rotação do eixo 4, uma açãode bombeamento fluido-dinâmica no ar do ambiente 6 para o ambiente 5, de modo aempurrar quaisquer partículas de óleo na área de vedação na direção do dito ambiente 5,tal como será descrito com maiores detalhes adiante neste documento.
De forma vantajosa, o membro elastomérico 9 compreendeum lábio adicional de vedação estática 31, o qual se estende na direção da porção axial10 do anel interno 7, partindo da extremidade da porção de contorno 20, ancorado nasecção 19 do anel externo 8; o lábio 31 estando apto a assumir uma configuração naqual este forma uma vedação de contato (figuras em anexo) com a porção axial 10 doanel interno 7, quando o membro rotatório 4 é parada, e uma configuração na qual este édestacado (não ilustrado) de dita porção axial 10, durante a rotação do dito membrorotatório 4 e devido ao efeito da depressão criada pelo fluxo de ar através do furo 30,como resultado da dita rotação. Na prática, e sem qualquer rotação externa, o lábio 31 ésubmetido a uma carga de mola na direção da configuração na qual este forma umavedação de contato com a porção axial 10 do anel interno 7 e é destacado de dita porçãodevido ao efeito de bombeamento fluido-dinâmico gerado por dito furo 30 no ar dentro dofuro quando o eixo 4 é porto a girar.
Tal como ilustrado através das figuras 1 e 2, a área decooperação entre o lábio de vedação 31 e o anel interno 7 é axialmente interposto entreo ambiente 6 e a área de cooperação do lábio de vedação 21 com o dito anel interno 7.
O lábio de vedação 31 apresenta um formato tronco cônicoem relação ao eixo A e reduz a sua secção na direção do ambiente 5 e na direção daárea de cooperação com a porção axial 10 do anel interno 7.
De acordo com uma forma preferencial de realização dapresente invenção, o lábio de vedação 31 também é dotado, radialmente para dentro, deuma projeção anular 32, em correspondência da qual este coopera com a porção axial10 do anel interno 7.
O membro elastomérico 9 compreende um apêndice 33tronco cônico em relação ao eixo A, a extremidade convergente do qual sendo opostaàquela do lábio 31 e se estende na direção do anel interno 7, partindo da extremidade daporção de contorno 20, ancorada na secção 19 do anel externo 8. O apêndice 33delimita, com o anel interno 7, uma abertura 34 de um tamanho apropriado para permitirque o fluxo de ar, em qualquer condição, ao mesmo tempo em que define um filtro paraquaisquer partículas estranhas.
Em uso, e quando o veículo é parado, isto é, o eixo 4 éparado, o lábio 31 é disposto em uma configuração na qual este forma uma vedação decontato com a porção axial 10 do anel interno 7. Além disto, e quando o eixo 4 e oconjunto de vedação 1 se encontram em uma inclinação, com relação ao plano horizontal(figura 3), o óleo (o superfície livre do qual sendo indicada pela letra L) que vem doambiente 5 que flui passando pela vedação fornecida pelo lábio de vedação 21 (apenasótima durante a rotação do dito eixo 4) não possa alcançar o ambiente 6 de formaalguma, devido ao efeito de vedação realizado pelo lábio de vedação 31 adicional.
Quando o eixo 4 é posto a girar, isto é, quando o motor doveículo é ligado, o óleo contido na câmara anular 35, delimitada entre o dito anel interno7 e os lábios 21 e 31, é bombeado para fora de dita câmara 35, novamente graças àação combinada da força centrifuga e do efeito de bombeamento fluido-dinâmicogerados pelo furo espiral 30 do dito lábio de vedação 21.
Além do mais, e nesta situação, é produzido um efeito dedepressão, ou de redução de pressão, na câmara 35, com o subseqüente desengate dolábio de vedação 31 da porção axial 10 do anel interno 7.
Neste ponto, a ar pode entrar na câmara 35 axialmente doambiente 6, através da abertura 34 e do vão formado entre o lábio de vedação 31 e aporção axial 10; o dito ar é empurrado na direção do ambiente 5 devido ao efeito debombeamento fluido-dinâmico gerado pelo furo 30, produzindo um empuxo ou forçasimilar nas partículas de óleo na área de vedação, as quais são assim impedidas de fluirpara dentro do ambiente 6.
É importante notar que graças à abertura 34 e o vão entre olábio de vedação 31 e a porção axial 10 do anel interno 7, forma-se um estreitamento nasecção ao longo do fluxo de ar na câmara 35, o que causa a aceleração do dito fluxo dear na direção do lábio 21.
As vantagens que podem ser conseguidas com o conjuntode vedação 1, produzido de acordo com a presente invenção, ficam claras a partir doexame das características desta.
Em particular, com o eixo 4 parado, o lábio 31 adicionalgarante a vedação do vão 2, mesmo se o eixo 4 esteja disposto em um ângulo oblíquoem relação a horizontal, de forma que o conjunto de vedação 1 fique parcialmente nobanho de óleo.
Além disto, o lábio de vedação 31 não obstrui o fluxo de ardo ambiente 6 para o ambiente 5 quando o eixo 4 está girando; nesta condição, o lábiode vedação 31 é imediatamente empurrado para a configuração na qual este édestacado do anel interno 7 como resultado da baixa pressão criada na câmara 35devido ao efeito de bombeamento fluido-dinâmico do furo espiral 30.
Ainda mais, a inclusão do lábio de vedação 31 nosconjuntos de vedação 1 instalados em motores a combustão interna permite que os ditosmotores passem no teste pneumático na condição fria, de modo a verificar a instalaçãocorreta dos diversos componentes, sem a necessidade de quaisquer operações adicionais.
De acordo com o quanto conhecido, o dito testeessencialmente consiste do bloqueio das saídas do motor e da introdução de arpressurizado dentro do dito motor, de modo a detectar qualquer queda na pressão. Semo lábio de vedação 31, o teste só pode ser superado através da colocação de aditivos devedação no furo espiral 30 do lábio de vedação 21, tal como um gel ou um produto de cera.
Por fim, a presença do membro projetante 32 garante que oretorno como mola do lábio de vedação 31 para a posição na qual este forma umavedação de contato com a porção axial 10 do anel interno 7 quando o eixo 4 é parado.Ulteriormente, fica claro que podem ser feitas modificaçõese variações no conjunto de vedação 1 aqui descrito e ilustrado, sem com isto fugir aoescopo da presente invenção, tal como determinado nas reivindicações em anexo.
Em particular, o membro elastomérico 9 poderia consistir dediversos elementos separados fixados no anel externo 8.

Claims (6)

1. Conjunto de vedação (1), para vedar um vão (2) entre ummembro rotatório (4) e um membro fixo (3) que aloja o dito membro rotatório (4), demodo a evitar o fluxo de um primeiro fluido desde um primeiro ambiente (5) para umsegundo ambiente (6), dispostos em lados opostos do dito vão (2), o dito conjunto devedação (1) compreendendo:um primeiro anel (7) disposto em dito membro rotatório (4);um segundo anel (8) disposto em dito membro fixo (3);meios de vedação (9) elasticamente deformáveis, fixados em dito segundo anel (8), ecompreende ao menos um primeiro lábio (21) apto a cooperar de uma formahermética fluídica com uma primeira porção de casamento (11) de dito primeiro anel(7);e- um furo espiral (30), previsto na área de cooperação entre o dito primeiro lábio (21) ea dita primeira porção de casamento (11) de modo a gerar, durante a rotação de ditomembro rotatório (4), um efeito de bombeamento fluido-dinâmico o qual empurra odito primeiro fluido para além da dita área de vedação e na direção do primeiroambiente (5); o dito efeito fluido-dinâmico sendo obtido através da geração de umfluxo de um segundo fluido desde o dito segundo ambiente (6) para o dito primeiroambiente (5), através do dito furo e devido à rotação de dito membro rotatório (4);caracterizado pelo fato de que os ditos meios de vedação (9) compreendem umsegundo lábio (31), apropriado para cooperar com uma segunda porção de casamento(10) de dito primeiro anel (7), axialmente interposto entre a dita primeira porção decasamento (11) e o dito segundo ambiente (6); o dito segundo lábio (31) assumindo umaconfiguração na qual este forma uma vedação de contato com a dita segunda porção decasamento (10) quando o dito membro rotatório (4) é parado, e uma configuração naqual este é destacado da dita segunda porção de casamento (10) durante a rotação dodito membro rotatório (4).
2. Conjunto de vedação (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a área de cooperação entre o dito primeiro lábio (21) ea dita primeira porção de casamento (11) se estende radialmente com, relação ao eixo(A) de rotação do dito membro rotatório (4).
3. Conjunto de vedação (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a área de cooperação entre o dito segundo lábio(31) e a dita segunda porção de casamento (10) se estende axialmente com relação aoeixo (A) de rotação do dito membro de rotação (A).
4. Conjunto de vedação (1), de acordo com qualquer umaentre as reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dito segundo lábio(31) apresenta um formato tronco cônico coaxial em relação ao eixo (A) de rotação dodito membro de rotação (4) e tem sua secção reduzida na direção do dito primeiroambiente (5) e na direção da área de cooperação com a dita segunda porção decasamento (10).
5. Conjunto de vedação (1), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito segundo lábio (31) coopera com a dita segundaporção de casamento (10) em correspondência da projeção radial (32) deste.
6. Conjunto de vedação (1), de acordo com qualquer umaentre as reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os meios devedação consistem de um único elemento (9).
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