ES2205406T3 - Junta de estanquidad de tipo metalico compuesto de resorte y su procedimiento de fabricacion. - Google Patents
Junta de estanquidad de tipo metalico compuesto de resorte y su procedimiento de fabricacion.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UNA JUNTA TORICA DE ESTANQUEIDAD DE TIPO METALICO COMPUESTO QUE POSEE UN CUERPO METALICO HUECO EN FORMA DE TORO (31) Y AL MENOS UNA HOJA METALICA (32) QUE ENVUELVE ESTE CUERPO CENTRAL. EL CUERPO CENTRAL (31) ESTA CONSTITUIDO POR UNA SUCESION DE MEDIOS QUE FORMAN UN MUELLE ESPIRAL DISPUESTOS SEGUN CIRCUNFERENCIAS DE CIRCULOS MERIDIANOS DEL TORO, ESTANDO ESTOS MEDIOS QUE FORMAN UN MUELLE ESPIRAL YUXTAPUESTOS PERO NO UNIDOS.
Description
Junta de estanquidad de tipo metálico compuesto
de resorte y su procedimiento de fabricación.
La presente invención se refiere a una junta de
estanquidad de tipo metálico compuesto de resorte. También se
refiere a un procedimiento de fabricación de una junta de este
tipo.
En el campo de la estanquidad estática que
comprende, por ejemplo, los montajes de tipo empernados o con
racores atornillados a la junta, se han desarrollado, durante los
últimos treinta años, juntas tóricas metálicas flexibles basadas en
la separación de las funciones mecánicas de elasticidad y de
estanquidad. Este principio ha conducido a utilizar, como alma
elástica, un tubo cerrado o un tubo abierto (sección en forma de C),
realizados normalmente con materiales resorte de alto límite
elástico, y a envolver este dispositivo elástico ya sea con hojas
delgadas independientes de metal dúctil, o ya sea con un
revestimiento de superficie adherente directamente sobre el
substrato. Existe también una junta tórica compuesta cuyo cuerpo
central es un resorte helicoidal de espiras unidas, cerrado sobre
sí mismo, y envuelto exteriormente con una hoja metálica (junta
"Helicoflex" de CEFILAC).
Esta concepción conduce a juntas muy eficientes
desde el punto de vista de la estanquidad, pero para un aumento de
los esfuerzos de apriete que puede situarse en una relación de 5 a
40 veces superior al de las juntas tóricas de elastómero. La
disminución eventual de esfuerzos se hace, evidentemente, a costa
del nivel de estanquidad.
Si se examina el comportamiento mecánico de estas
juntas, es decir, si se mide la relación existente entre el
esfuerzo lineal E1 que se ejerce sobre la junta para apretarla y su
aplastamiento e, se obtiene una curva característica, tal como la
curva 1 que se ha representado en el diagrama de la figura 1. Si se
superpone sobre este mismo diagrama la variación de la presión
específica de contacto P, es decir, la relación entre el esfuerzo
lineal y la amplitud del contacto entre la junta y el tramo de
estanquidad, se registra una curva de campana tal como la curva 2
que se ha representado en el diagrama de la figura 1. La curva 2
muestra que la presión específica aumenta muy rápidamente en las
primeras décimas de aplastamiento de la junta, pasa por un máximo,
y desciende a continuación muy rápidamente. Esto es un inconveniente
importante puesto que se corre el riesgo de degradación de la
estanquidad para un aplastamiento compatible con las tolerancias
habituales del alojamiento de la junta.
Todas estas juntas metálicas, que tienen un alma
elástica tórica, tienen por tanto un punto común que consiste en
que su sección se ovala bajo el efecto del esfuerzo ejercido. Esta
ovalización conduce, por el hecho del aumento del radio de curvatura
(expresión de Hertz), a aumentar la superficie de contacto entre la
junta y su alcance, y con ello a reducir la presión específica de
contacto. En efecto, más allá de un valor x_{e} de aplastamiento
(véase la figura 1), la curva 1 ve como su pendiente inflexiona muy
rápidamente mientras que el radio de curvatura aumenta.
El documento
FR-A-2 180 400 divulga una junta
tórica de estanquidad de tipo metálico compuesta, conforme al
preámbulo de las reivindicaciones 1 y 4, y que posee un cuerpo
central metálico hueco en forma de toro y un revestimiento ligero en
especial de metal, estando el cuerpo central constituido por una
parte en forma de C, y por una parte que comprende lengüetas
separadas por hendiduras.
La presente invención ha sido concebida para
subsanar la ovalización de la sección tórica de las juntas de
estanquidad de tipo metálico compuesto de resorte durante el
aplastamiento. La misma pone así remedio a la disminución de presión
de contacto con el fin de beneficiarse de un esfuerzo global
débil.
De manera más precisa, el objetivo consiste en
llegar a anular, o en su caso invertir, la evolución del radio de
curvatura en los puntos de contacto junta/tramo de junta del
elemento elástico sometido a esfuerzo radial. En efecto, el apriete
de una junta de sección en forma de C entraña una ovalización del
círculo generador, que se traduce en particular en un aumento del
radio de curvatura de la C a nivel de los puntos de contacto
junta/tramo de junta. La evolución de este radio de curvatura es
entonces una función creciente monótona del esfuerzo de
apriete.
La reivindicación 1 describe una primera variante
de realización de una junta tórica de estanquidad según la
invención.
Según la invención, el efecto de arrollamiento de
las espiras sobre sí mismas entraña una disminución del radio de
curvatura del cuerpo central a nivel de los puntos de contacto
junta/tramo de junta. La evolución de este radio de curvatura es
entonces una función decreciente monótona del esfuerzo de
apriete.
La junta tórica de estanquidad según la presente
invención es funcionalmente diferente de una junta que utilice como
alma elástica un tubo abierto de sección en forma de C, incluso
cuando la C está prácticamente cerrada. En este caso, el efecto
proporcionado por la invención no puede ser obtenido debido a que
ello entrañaría, durante el apriete de esta junta según la técnica
conocida, un retraimiento del metal (o un alargamiento según la
posición del eje de la junta) a nivel del cierre de los dos extremos
de la C. La invención muestra así que hace falta disponer de una
discontinuidad circunferencial del elemento elástico para favorecer
el cierre de la sección del cuerpo central sobre sí mismo. Esta
discontinuidad se realiza si los medios que forman resorte en
espiral presentan espiras yuxtapuestas y separadas. En esta
configuración, el funcionamiento del cuerpo central puede ser
asimilado, a nivel de cada espira, con la deformación de un resorte
en espiral.
Las bandas paralelas pueden estar conectadas
entre sí por medio de una continuidad metálica. Se puede obtener
así una forma de peine para el cuerpo central cuando éste está
desplegado en forma plana.
La reivindicación 4 describe una segunda variante
de realización de una junta tórica de estanquidad según la
invención.
La invención tiene también por objeto un
procedimiento de fabricación de una junta tórica de estanquidad de
tipo metálico compuesto, que comprende una etapa de realización de
un cuerpo central metálico hueco en forma de toro, y una etapa que
consiste en envolver este cuerpo central con al menos una hoja
metálica, que se caracteriza porque la etapa de realización del
cuerpo central incluye las operaciones siguientes:
- corte parcial de una hoja metálica de
dimensiones apropiadas para obtener bandas paralelas unidas entre
sí por medio de una continuidad metálica dispuesta
perpendicularmente a las citadas bandas,
- arrollamiento de la hoja metálica sobre sí
misma alrededor de un eje paralelo a la hoja metálica y
perpendicular a las citadas bandas para obtener un cilindro y hasta
un recubrimiento de las bandas sobre sí mismas,
- unión de los dos extremos del cilindro para
obtener la forma de toro del cuerpo metálico central.
La invención tiene, por último, como objeto, un
procedimiento de fabricación de una junta tórica de estanquidad de
tipo metálico compuesto, que comprende una etapa de realización de
un cuerpo central metálico hueco en forma de toro, y una etapa que
consiste en envolver este cuerpo central con al menos una hoja
metálica, que se caracteriza porque la etapa de realización del
cuerpo central incluye las operaciones siguientes:
- conformación de una longitud de hilo metálico
para obtener una configuración de zig-zag que
incluye partes rectilíneas sensiblemente paralelas entre sí, cuando
la longitud de hilo está en plano, y partes de unión para conectar
cada parte rectilínea con la parte rectilínea anterior y con la
parte rectilínea siguiente,
- arrollamiento de la configuración obtenida
anteriormente sobre sí misma, en torno a un eje paralelo a la
longitud de hilo formado y perpendicular a las citadas partes
rectilíneas para obtener un cilindro con enmarañamiento alterno de
las partes de conexión,
- unión de los dos extremos del cilindro para
obtener la forma de toro del cuerpo metálico central.
La invención será mejor comprendida, y otros
detalles y características se pondrán de manifiesto, con la lectura
de la descripción que sigue, dada a título de ejemplo no
limitativo, acompañada de los dibujos anexos, en los que:
La figura 1 es un diagrama que ilustra las
características de una junta de estanquidad según la técnica
anterior,
Las figuras 2A, 2B y 2C son ilustrativas de una
primera variante del cuerpo central para junta tórica de
estanquidad según la presente invención,
Las figuras 3A, 3B y 3C son ilustrativas de una
segunda variante de cuerpo central para junta tórica de estanquidad
según la presente invención,
La figura 4 es una vista parcial, en corte, de
una junta de estanquidad según la presente invención, y
La figura 5 es un diagrama que ilustra las
características de una junta de estanquidad según la presente
invención.
Según una primera variante de realización, el
cuerpo central de junta tórica puede ser realizado a partir de una
hoja metálica recortada, como la representada en la figura 2A. Esta
figura muestra una hoja 11, por ejemplo de acero, que presenta un
eje longitudinal 12. En la hoja 11 se han efectuado cortes 13,
perpendicularmente al eje 12, y desde un mismo borde de la hoja. Se
obtiene así una serie de bandas paralelas 14 de igual anchura. Dos
bandas consecutivas están separadas por una distancia determinada
que corresponde con el corte 13. Los cortes 13 permiten que quede
una continuidad metálica (o talón) 15. La hoja metálica recortada
tiene así forma de peine de poco espesor, con talón reducido a la
anchura mínima, cuya función es la de hacer que las bandas 14 sean
mecánicamente solidarias con el fin de repartirlas uniformemente por
la circunferencia del toro. Este talón puede situarse en cualquier
otra parte distinta a la periferia, por ejemplo en mitad del
peine.
Mediante arrollamiento de la hoja metálica 11
sobre sí misma, alrededor del eje 12, se obtiene un cilindro 16 del
que se muestra una vista lateral en la figura 2B. El arrollamiento
se realiza de modo que se obtiene un recubrimiento parcial del
metal de la hoja. Este recubrimiento puede verse mejor en la figura
2C, la cual es una vista del cilindro 16 por uno de sus extremos.
Este recubrimiento, que ocupa un ángulo \alpha, es indispensable
para iniciar el arrollamiento del resorte espiral sobre sí mismo,
por disminución del desarrollo del círculo generador.
Según una segunda variante de realización, el
cuerpo central de junta tórica puede ser realizado a partir de un
hilo metálico por ejemplo de acero, de sección circular. El hilo se
dispone en principio sobre una superficie plana para obtener la
configuración de zig-zag 20 que se ha representado
en la figura 3A. Esta figura muestra que la configuración en
zig-zag del hilo metálico 21 ha sido realizada entre
los dos ejes paralelos 22 y 23 situados a una y otra parte del eje
central 24. Cada bucle de la configuración en
zig-zag incluye partes rectilíneas 25 y 26
sensiblemente paralelas entre sí, y por tanto sensiblemente
perpendiculares al eje 24, unidas por medio de una parte de conexión
27 de longitud reducida.
Mediante arrollamiento de la configuración en
zig-zag 11 sobre sí misma, alrededor del eje 24, se
obtiene un cilindro 28 del que la figura 3B muestra una vista
lateral. El arrollamiento se realiza con el fin de obtener un
enmarañamiento alterno de las partes de conexión 27.
La figura 3C es una vista del cilindro 28 según
uno de sus extremos. La misma permite mostrar el ángulo \alpha
correspondiente a la interpenetración de las partes
rectilíneas.
Los cilindros obtenidos, según una u otra
variante, son deformados a continuación con el fin de unir sus
extremos y obtener una forma de toro. El cuerpo central obtenido
puede ser recubierto entonces con una o varias envolventes para
obtener una junta tórica de baja rigidez según la invención. El
material de la envolvente se elige con preferencia en la gama de
metales dúctiles tales como el indio, el estaño, el plomo, el oro,
el aluminio, o sus aleaciones.
La abertura del resorte espiral puede ser
orientada indistintamente según las aplicaciones y debe, en todos
los casos, no oponerse al aplastamiento por arrollamiento.
La figura 4 ilustra una junta tórica acabada
según la invención. La misma ha sido representada en vista parcial
y en corte. El corte muestra el cuerpo metálico central 31 de
elementos que constituyen los resortes espirales, por ejemplo del
tipo de la primera variante de realización que se ha descrito con
anterioridad. Este cuerpo metálico central 31 está encastrado en
una envolvente 32 de metal dúctil, y cuyo círculo generador es
abierto.
El diagrama característico de una junta de este
tipo se proporciona en la figura 5. Por comparación con el diagrama
levantado para una junta conforme a la técnica conocida y
representada en la figura 1, se comprueba que el ciclo de
compresión- descompresión, descrito por la curva 41, presenta una
débil deformación permanente tras la descompresión. En efecto,
contrariamente al resorte de las juntas de la técnica conocida, que
se ovaliza, el resorte espiral de la junta según la invención se
mantiene prácticamente en la fase elástica del resorte. Por otra
parte, la presión específica de contacto en la interfaz, descrita
por la curva 42, es siempre estrictamente creciente, y por tanto sin
riesgo frente a una eventual degradación de la estanquidad debido a
un aplastamiento excesivo.
Este tipo de junta de estanquidad puede ser
utilizado principalmente:
- en instalaciones de tratamiento de superficie
por vías PVD (Physical Vapour Deposition) y CVD (Chemical Vapour
Deposition) para la industria de los semiconductores;
- en la industria del vacío y del ultravacío, y
en particular los aceleradores y los laboratorios de física
experimental;
- de manera más general, en todas las
instalaciones que utilicen juntas elastómeras como elementos de
estanquidad estática, sustituyendo la invención ventajosamente a
las juntas elastómeras al limitar los riesgos de contaminación,
eliminando el fenómeno de desgasificación y de envejecimiento, y
todo ello, sin modificar la capacidad de apriete del montaje.
Claims (6)
1. Junta tórica de estanquidad de tipo metálico
compuesto, que posee un cuerpo central metálico hueco en forma de
toro (31) y al menos una hoja metálica (32) que envuelve a este
cuerpo central, estando el cuerpo central (31) constituido por una
sucesión de medios que forman resorte en espiral con recubrimiento y
dispuesto según las circunferencias de círculos meridianos del toro,
estando estos medios que forman resorte espiral yuxtapuestos pero
no unidos, que se caracteriza porque los citados medios que
forman resorte espiral están constituidos por bandas paralelas (14),
arrolladas sobre sí mismas y cuyas caras principales proporcionan
al cuerpo central su forma de toro.
2. Junta tórica de estanquidad según la
reivindicación 1, que se caracteriza porque las bandas
paralelas (14) están unidas entre sí por una continuidad metálica
(15).
3. Junta tórica de estanquidad según la
reivindicación 2, que se caracteriza porque las bandas
paralelas (14) y la continuidad metálica (15) proporcionan forma de
peine al cuerpo central cuando éste se encuentra desplegado en
plano.
4. Junta tórica de estanquidad de tipo metálico
compuesto, que posee un cuerpo central metálico hueco en forma de
toro (31) y al menos una hoja metálica (32) que envuelve a este
cuerpo central, estando el cuerpo central (31) constituido por una
sucesión de medios que forman resorte espiral con recubrimiento y
que están dispuestos según las circunferencias de círculos
meridianos del toro, estando estos medios que forman resorte
espiral yuxtapuestos pero no unidos, que se caracteriza
porque los medios que forman resorte espiral están constituidos por
hilos metálicos, siendo los citados hilos metálicos partes
configuradas de una misma longitud de hilo (21) que, si esta
longitud de hilo se despliega en forma plana, constituyen las
partes rectilíneas (25, 26) de una configuración en
zig-zag (20), estando esta configuración en
zig-zag (20) arrollada en forma de cilindro (28), y
siendo los extremos de este cilindro unidos para constituir el
citado toro.
5. Procedimiento de fabricación de una junta
tórica de estanquidad de tipo metálico compuesto, que comprende una
etapa de realización de un cuerpo metálico central hueco en forma
de toro y una etapa que consiste en envolver este cuerpo central con
al menos una hoja metálica, que se caracteriza porque la
etapa de realización del cuerpo central incluye las operaciones
siguientes:
- corte parcial de una hoja metálica (11) de
dimensiones apropiadas para obtener bandas paralelas (14) unidas
entre sí por medio de una continuidad metálica (15) dispuesta
perpendicularmente a las citadas bandas (14),
- arrollamiento de la hoja metálica (11) sobre sí
misma, alrededor de un eje (12) paralelo a la hoja metálica y
perpendicular a las citadas bandas (14) para obtener un cilindro
(16) y hasta un recubrimiento de las bandas (14) sobre sí
mismas,
- unión de los dos extremos del cilindro (16)
para obtener una forma de toro del cuerpo metálico central.
6. Procedimiento de fabricación de una junta
tórica de estanquidad de tipo metálico compuesto, que comprende una
etapa de realización de un cuerpo metálico central hueco en forma
de toro y una etapa que consiste en envolver este cuerpo central con
al menos una hoja metálica, que se caracteriza porque la etapa de
realización del cuerpo central incluye las operaciones
siguientes:
- conformación de una longitud de hilo metálico
(21) para obtener una configuración en zig-zag (20)
que incluye partes rectilíneas (25, 26) sensiblemente paralelas
entre sí, cuando la longitud de hilo (21) está en plano, y partes de
conexión (27) para unir cada parte rectilínea con la parte
rectilínea anterior y con la parte rectilínea siguiente,
- arrollamiento de la configuración (20) obtenida
anteriormente sobre sí misma, alrededor de un eje (24) paralelo con
la longitud de hilo formado, y perpendicular a las citadas partes
rectilíneas (25, 26) para obtener un cilindro (28) con
enmarañamiento alterno de las partes de conexión (27),
- unión de los dos extremos del cilindro (28)
para obtener la forma de toro del cuerpo metálico central.
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