ES2245440T3 - Elemento de acoplamiento de fuerza centrifuga sensible al calor. - Google Patents
Elemento de acoplamiento de fuerza centrifuga sensible al calor.Info
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Abstract
Elemento de acoplamiento (3) para un agregado (1) accionado a través de un árbol de accionamiento (2), especialmente para una bomba de agua, en el que el elemento de acoplamiento (3) presenta un miembro de acoplamiento (4) sensible a la temperatura y/o sensible al número de revoluciones, que está conectado fijamente con el árbol de accionamiento (2), que actúa en función de la temperatura y/o en función del número de revoluciones sobre una parte (7) a accionar del agregado (1), estando formado el miembro de acoplamiento (4) por un disco de acoplamiento (5), cuya superficie envolvente exterior forma al menos una primera superficie de acoplamiento (6) para la conexión por aplicación de fuerza con una superficie opuesta (8) correspondiente, formada por una superficie envolvente interior de la parte (7) a accionar, caracterizado porque la primera y/o la segunda superficie de acoplamiento (6, 6a) presentan al menos una ranura de drenaje (14).
Description
Elemento de acoplamiento de fuerza centrífuga
sensible al calor.
La invención se refiere a un elemento de
acoplamiento para un agregado accionado a través de un árbol de
accionamiento, especialmente para una bomba de agua, en el que el
elemento de acoplamiento presenta un miembro de acoplamiento
sensible a la temperatura y/o sensible al número de revoluciones,
que está conectado fijamente con el árbol de accionamiento, que
actúa en función de la temperatura y/o en función del número de
revoluciones sobre una parte a accionar del agregado, estando
formado el miembro de acoplamiento por un disco de acoplamiento,
cuya superficie envolvente exterior forma al menos una primera
superficie de acoplamiento para la conexión por aplicación de fuerza
con una superficie opuesta correspondiente, formada por una
superficie envolvente interior de la parte a accionar.
Se conoce a partir del documento JP 60295904
(JP62153596, A 19870708) una bomba de agua con una rueda motriz
principal y una rueda motriz secundaria, en la que la rueda motriz
principal y la rueda motriz secundaria están dispuestas coaxialmente
con respecto a un árbol de accionamiento, la rueda motriz secundaria
está alojada de forma giratoria sobre la rueda motriz principal,
estando dispuesta pieza de acoplamiento sensible a la temperatura
entre la rueda motriz principal y la rueda motriz secundaria. A
partir de una temperatura mínima previamente definida se establece
una conexión giratoria entre la rueda motriz secundaria y la rueda
motriz principal, de manera que la rueda motriz secundaria es
accionada al mismo tiempo que la rueda motriz principal. De esta
manera, se puede adaptar la potencia de transporte de la bomba de
agua a la capacidad de refrigeración necesaria. Pero la bomba de
agua presenta un gasto de fabricación relativamente alto.
Se conoce a partir del documento US 4.917.225 A
un acoplamiento de fuerza centrífuga que se acopla térmicamente, El
acoplamiento presenta un anillo sensible al número de revoluciones,
que lleva a cabo, a partir de un número de revoluciones
predeterminado del árbol de accionamiento, un deslizamiento entre
las partes de acoplamiento, para no exceder un número de
revoluciones máximo predeterminado del accionamiento para un
agregado.
El documento US 3.105.580 A muestra un
acoplamiento controlado por termostato, que presenta un elemento
sensible térmicamente, para accionar un ventilador sobre una
temperatura predeterminada. El elemento sensible a la temperatura
está realizado como bimetal, que presiona a partir de una
temperatura predeterminada una banda de acoplamiento en una
superficie de acoplamiento de un tambor de acoplamiento. El
acoplamiento presenta, además del gasto de construcción y de
fabricación alto, el inconveniente de que no es adecuado para
agregados que están expuestos a influencias de corrosión, como, por
ejemplo, las bombas de agua.
El documento US 2.655.015 A describe un
acoplamiento de láminas sensible térmicamente con discos de
acoplamiento., que son presionados unos sobre los otros por medio de
un elemento sensible térmicamente con alto coeficiente de dilatación
térmica. También este acoplamiento es costoso desde el punto de
vista de la construcción.
Se conoce a partir del documento US 2.840.315 A
un ventilador controlado por termostato, que es accionado a través
de un disco de acoplamiento por medio de un accionamiento de
correas. La instalación de acoplamiento presenta un elemento de
termostato, que permite actuar a una parte de resorte, en función de
la temperatura, en una medida más fuerte o más débil, sobre el disco
de acoplamiento, de manera que con baja temperatura, el ventilador
es accionado bajo fricción de deslizamiento del disco de
acoplamiento, es decir, bajo la configuración de un cierto
resbalamiento con relación al árbol de accionamiento. A temperatura
más alta, en cambio, el ventilador está conectado por aplicación de
fuerza con el árbol de accionamiento y gira de forma sincronizada
con éste. Además del gasto de construcción alto, esta instalación de
acoplamiento tiene el inconveniente de que se requiere relativamente
mucho espacio de construcción.
Se conoce a partir del documento US 1.315.747 A
una instalación de acoplamiento para un ventilador de refrigerador,
en el que el acoplamiento presenta un elemento sensible a la
temperatura con un material que se dilata bajo la influencia de la
temperatura, como, por ejemplo, cera o goma.
El documento GB 720 168 A publica un acoplamiento
centrífugo con un número de bloques de acoplamiento distanciados
entre sí, que son presionados hacia fuera bajo la influencia de la
fuerza centrífuga y de esta manera son prensados en un tambor de
acoplamiento. Los bloques de acoplamiento son accionados por medio
de un elemento de acoplamiento en forma de anillo, que están
conectados con los bloques de acoplamiento a través de un cuerpo de
goma en forma de anillo.
El documento GB 938 532 A muestra otro
acoplamiento centrífugo, en el que un cuerpo de acoplamiento en
forma de disco es prensado bajo la acción de la fuerza centrífuga
hacia fuera contra un tambor de acoplamiento, siendo presionado el
cuerpo de goma también a través de un elemento de accionamiento en
forma de estrella hacia fuera. Otros acoplamientos centrífugos se
conocen a partir de los documentos EP 0 363 013 A1 y US 4.889.215 A,
siendo prensados los elementos de acoplamiento elásticamente hacia
fuera contra un tambor de acoplamiento.
Los elementos centrífugos y los elementos de
acoplamiento térmico conocidos están configurados, sin embargo, como
acoplamientos secos y no son adecuados para empleo húmedo, por
ejemplo para el accionamiento de una bomba de agua, siendo
impulsadas las superficies de acoplamiento, al menos de vez en
cuando, con un líquido, como, por ejemplo, agua. Los acoplamientos
configurados para el empleo seco fallarían en el caso de empleo
húmedo, puesto que se configura una película de líquida de soporte
entre las superficies de acoplamiento y, por lo tanto, se provoca un
efecto conocido también como "Aquaplaning".
El problema de la invención es desarrollar un
elemento de acoplamiento sensible a la temperatura, que se puede
fabricar con el gasto más reducido posible y requiere poco espacio
de construcción. Además, el elemento de acoplamiento debe estar
libre de mantenimiento y debe ser lo más insensible posible contra
medios corrosivos.
Según la invención, esto se consigue porque la
primera y/o la segunda superficie de acoplamiento presentan al menos
una ranura de drenaje. Las ranuras de drenaje de este tipo son
especialmente ventajosas cuando el elemento de acoplamiento se
emplea para bombas de agua, De esta manera se puede evitar un
llamado "efecto Aquaplaning". Además, las ranuras de drenajes
en la superficie de acoplamiento sirven para el alojamiento y para
el transporte de descarga de posibles partículas en el circuito de
agua.
Es esencial que para el disco de acoplamiento se
seleccione un material, que experimenta, en el intervalo de
funcionamiento deseado, una modificación del volumen lo más grande
posible en el caso de diferencias de la temperatura. De una manera
preferida, a tal fin está previsto que el material del disco de
acoplamiento presenta un coeficiente de dilatación térmica más alto
que el árbol de accionamiento y/ la parte a accionar.
La parte a accionar -por ejemplo la rueda motriz
de una bomba de agua- está alojada de una manera más ventajosa de
forma giratoria sobre el árbol de accionamiento y está desacoplada
del árbol de accionamiento por debajo de un número previamente
definido del número mínimo de revoluciones y por debajo de una
temperatura mínima previamente definida. El disco de acoplamiento
presenta en el estado frío así como en el intervalo bajo de números
de revoluciones un intersticio exactamente definido entre la
superficie de acoplamiento del disco de acoplamiento y una
superficie opuesta correspondiente de la parte a accionar. Si la
temperatura del disco de acoplamiento y/o el número de revoluciones
del árbol de accionamiento excede un valor mínimo previamente
definido, entonces se produce un acoplamiento del elemento de
acoplamiento. Una elevación de la temperatura provoca una dilatación
y, por lo tanto, un acoplamiento del disco de acoplamiento. Según la
selección del material para el disco de acoplamiento, se puede
variar la sensibilidad entre sensibilidad térmica y sensibilidad al
número de revoluciones. Se puede conseguir una función de
acoplamiento puramente dependiente térmicamente a través de material
termoplástico o metálico para el disco de acoplamiento. En el último
caso, también es posible emplear un metal de sinterización, por
ejemplo bronce sinterizado.
Adicionalmente a la dependencia térmica, se puede
conseguir especialmente bien una dependencia del número de
revoluciones, cuando el disco de acoplamiento está constituido, al
menos parcialmente, por un elastómero, con preferencia por caucho de
acrilonitrilo butadieno, caucho de acrilato, caucho de etileno
propileno, caucho de silicona, caucho de flúor o similar. Una subida
de la temperatura del disco de acoplamiento provoca una dilatación
del material y, por lo tanto, un acoplamiento del disco de
acoplamiento. Si éste está constituido por elastómero, entonces se
ablanda el material a través de la temperatura y garantiza una
dilatación sencilla a través de la fuerza centrífuga y garantiza un
arrastre más temprano de la parte a accionar. En el caso de diseño
óptimo del elemento de acoplamiento, también es concebible conseguir
una regulación de resbalamiento con altos números de revoluciones
y/o pares de torsión grandes.
De una manera preferida, está previsto que la
superficie de acoplamiento esté configurada de una manera resistente
al desgaste. Se puede conseguir una superficie resistente al
desgaste a través de pulverización o vulcanización de la superficie
de acoplamiento.
Se puede conseguir una elevación de la
sensibilidad al número de revoluciones del disco de acoplamiento
cuando el disco de acoplamiento está segmentado en la dirección
circunferencial, estando previsto de una manera preferida que la
segmentación está formada por incisiones, que se extienden desde la
primera superficie de acoplamiento, con preferencia radialmente o en
forma de espiral, hasta una zona interior del disco de acoplamiento.
La segmentación provoca que los segmentos radiales individuales del
disco de acoplamiento sean presionados bajo la acción de la fuerza
centrífuga, ya con números de revoluciones relativamente bajos, en
una medida suficiente radialmente hacia fuera y se consiga un
acoplamiento del disco de acoplamiento con la parte a accionar.
En otra forma de realización de la invención,
está previsto que el árbol de accionamiento y el disco de
acoplamiento estén unidos entre sí en unión positiva. De esta manera
se consigue un accionamiento seguro del disco de acoplamiento. Es
especialmente ventajoso que un primer lado frontal del disco de
acoplamiento forme una segunda superficie de acoplamiento para la
conexión por unión positiva con una segunda superficie opuesta
correspondiente, formada por una superficie frontal de la parte a
accionar. Esto posibilita una transmisión especialmente buena del
par motor. Además, puede estar previsto que en la zona de al menos
un lado frontal del disco de acoplamiento está dispuesto un disco de
apoyo que está conectado fijamente con el árbol de accionamiento. El
disco de apoyo impide que el disco de acoplamiento se desvíe en
dirección axial y se produzca un pandeo del disco de
acoplamiento.
Si el disco de acoplamiento está constituido por
un elastómero, entonces se considera ventajosa una dureza Shore
entre 60 y 70.
El elemento de acoplamiento según la invención
está constituido por muy pocas piezas individuales y requiere,
además, un espacio de construcción extraordinariamente reducido. De
esta manera, es posible que el elemento de acoplamiento esté
dispuesto dentro de una carcasa del agregado, especialmente dentro
de una carcasa de bomba de agua.
A continuación se explica en detalle la invención
con la ayuda de las figuras. En este caso:
La figura 1 muestra un elemento de acoplamiento
según la invención en una sección longitudinal.
La figura 2 muestra un disco de acoplamiento del
elemento de acoplamiento en una vista del lado frontal, y
La figura 3 muestra este disco de acoplamiento en
una vista lateral.
Un agregado 1 formado por una bomba de agua en el
ejemplo de realización es accionado por medio de un árbol de
accionamiento 2 a través de un elemento de acoplamiento 3. El
elemento de acoplamiento 3 presenta un miembro de acoplamiento
dependiente de la temperatura y/o del número de revoluciones, que
está conectado en unión positiva con el árbol de accionamiento 2. El
miembro de acoplamiento 4 se forma por un disco de acoplamiento 5,
cuya superficie envolvente exterior configura una primera superficie
de acoplamiento 6. La parte 7 a accionar, que está formada en el
ejemplo de realización por una rueda motriz, presenta una primera
superficie opuesta 8 correspondiente, sobre la que actúa la primera
superficie de acoplamiento 6 en el estado acoplado.
La conexión por unión positiva 9 entre el disco
de acoplamiento 5 y el árbol de accionamiento 2 se puede conseguir a
través de un dentado o de un perfilado correspondiente del cubo 16,
como se deduce especialmente a partir de la figura 2.
Como material para el disco de acoplamiento 5 se
selecciona un material con un coeficiente de dilatación térmica lo
más alto posible en el intervalo deseado de la temperatura -por
ejemplo entre -40ºC y 150ºC-. En este caso, el disco de acoplamiento
5 puede estar constituido, por ejemplo, por elastómeros,
termoplásticos o metales. A través de la selección del material se
puede ajustar la medida de la sensibilidad a la temperatura y al
número de revoluciones. Los discos de acoplamiento de metales son
resistentes a la fricción y, por lo tanto, tienen una alta capacidad
de solicitación. También se puede emplear metal sinterizado, por
ejemplo bronce sinterizado.
Los discos de acoplamiento 5 de elastómero son
adecuados cuando se desea tanto una función de acoplamiento
dependiente de la temperatura como también dependiente del número de
revoluciones. La unión por aplicación de fuerza se lleva a cabo en
este caso tanto a través de la dilatación térmica como también a
través de la dilatación por la fuerza centrífuga del disco de
acoplamiento 5. Para solicitaciones más elevadas, la primera
superficie de acoplamiento 6 puede estar realizada eventualmente de
forma resistente al desgaste, por ejemplo a través de pulverización
o a través de vulcanización de un material resistente al
desgaste.
Para la sensibilidad al número de revoluciones
del disco de acoplamiento 5 es especialmente ventajoso que el disco
de acoplamiento 5 esté segmentado a lo largo de su primera
superficie de acoplamiento 6 alrededor de la periferia y presente
incisiones 10 en forma de palas entre la superficie de acoplamiento
6 y una zona interior 12 próxima al cubo. Los segmentos están
designados en la figura 2 con el signo de referencia 11. El signo de
referencia 13 indica el sentido de giro correspondiente del disco de
acoplamiento 5. La segmentación permite al disco de acoplamiento 5
una dilatación radial ininterrumpida como consecuencia de la
actuación del número de revoluciones. Además, también en la zona de
un primer lado frontal 18 del disco de acoplamiento 5 puede estar
dispuesto una segunda superficie de acoplamiento 6a, que colabora,
en el estado acoplado, con una segunda superficie opuesta 8a, que
está formada por medio de una superficie frontal de la parte 7 a
accionar. A través de un disco de apoyo 17 en un segundo lado
frontal 18 del disco de acoplamiento 5 se impide un pandeo del mismo
y posibilita un apoyo.
Como se muestra en la figura 3, la primera
superficie de acoplamiento 6 y/o la segunda superficie de
acoplamiento 6a y/o las superficies opuestas 8, 8a correspondientes
están provistas con ranuras de drenaje 14, que evitan, especialmente
en el caso de aplicación de una bomba de agua, un llamado "efecto
Aquaplaning" y también sirven para el alojamiento y el transporte
de descarga de posibles partículas presentes en el circuito de
agua.
Por debajo de un número mínimo de revoluciones
previamente definido y de una temperatura mínima, la parte 7 a
accionar está alojada de forma giratoria (flotando) sobre el árbol
de accionamiento y, por lo tanto, está separada del árbol de
accionamiento 2. El disco de acoplamiento 5 debe funcionar en el
estado frío así como en el intervalo bajo del número de
revoluciones, respectivamente, con un intersticio 15, 15a definido
con exactitud entre las superficies de acoplamiento 6, 6a del disco
de acoplamiento 5 y las superficies opuestas 8, 8a correspondientes
de la parte 7. Si se eleva la temperatura y/o el número de
revoluciones por encima del valor mínimo, entonces se lleva a cabo
un acoplamiento del elemento de acoplamiento 3.
Una elevación de la temperatura provoca en este
caso una dilatación y, por lo tanto, un acoplamiento del disco de
acoplamiento 5, el reblandecimiento del material del disco de
acoplamiento, formado, por ejemplo, por elastómero, garantiza de
nuevo una dilatación ligera a través de la fuerza centrífuga y un
arrastre precoz de la parte 7b a accionar. Con un diseño óptimo del
elemento de acoplamiento 3, se puede realizar también una regulación
del resbalamiento con números de revoluciones altos.
El empleo del elemento de acoplamiento 3 en una
bomba de agua de un motor de combustión interna tiene la ventaja de
que se puede conseguir rápidamente la temperatura de funcionamiento
del motor y provoca un ahorro correspondiente de combustible. Puesto
que la rueda motriz está parada en la fase de funcionamiento en
caliente o bien como consecuencia de efectos hidrodinámicos en el
intersticio 15, 15a gira lentamente, se puede calentar más
rápidamente el circuito frío del sistema de refrigeración del motor
de combustión interna. Esto provoca que se consiga más pronto la
temperatura de funcionamiento del motor de combustión interna y esté
disponible precozmente toda la potencia calefactora.
Claims (15)
1. Elemento de acoplamiento (3) para un agregado
(1) accionado a través de un árbol de accionamiento (2),
especialmente para una bomba de agua, en el que el elemento de
acoplamiento (3) presenta un miembro de acoplamiento (4) sensible a
la temperatura y/o sensible al número de revoluciones, que está
conectado fijamente con el árbol de accionamiento (2), que actúa en
función de la temperatura y/o en función del número de revoluciones
sobre una parte (7) a accionar del agregado (1), estando formado el
miembro de acoplamiento (4) por un disco de acoplamiento (5), cuya
superficie envolvente exterior forma al menos una primera superficie
de acoplamiento (6) para la conexión por aplicación de fuerza con
una superficie opuesta (8) correspondiente, formada por una
superficie envolvente interior de la parte (7) a accionar,
caracterizado porque la primera y/o la segunda superficie de
acoplamiento (6, 6a) presentan al menos una ranura de drenaje
(14).
2. Elemento de acoplamiento (3) según la
reivindicación 1, caracterizado porque un primer lado frontal
(18) del disco de acoplamiento (5) forma una segunda superficie de
acoplamiento (6a) para la unión por aplicación de fuerza con una
segunda superficie opuesta (8a) correspondiente, formada por una
superficie frontal de la parte a accionar.
3. Elemento de acoplamiento (2) según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el material del
disco de acoplamiento (5) presenta un coeficiente de dilatación
térmica más alto que el árbol de accionamiento (2) y/o que la parte
(7) a accionar.
4. Elemento de acoplamiento (3) según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el disco de
acoplamiento (5) está constituido, al menos parcialmente, por un
elastómero, con preferencia por caucho de acrilonitrilo butadieno,
caucho de acrilato, caucho de etileno propileno, caucho de silicona,
caucho de flúor o similar.
5. Elemento de acoplamiento (3) según la
reivindicación 4, caracterizado porque el material del disco
de acoplamiento (5) presenta una dureza Shore entre aproximadamente
60 y 70.
6. Elemento de acoplamiento (3) según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el disco de
acoplamiento (5) está constituido, al menos parcialmente, por un
material termoplástico.
7. Elemento de acoplamiento (3) según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el disco de
acoplamiento (5) está constituido, al menos parcialmente, por un
material metálico.
8. Elemento de acoplamiento (3) según la
reivindicación 7, caracterizado porque el disco de
acoplamiento (5) está constituido, al menos parcialmente, por un
metal sinterizado, con preferencia por bronce sinterizado.
9. Elemento de acoplamiento (3) según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la primera y/o
la segunda superficie de acoplamiento (6) están configuradas
resistentes al desgaste.
10. Elemento de acoplamiento (3) según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el disco de
acoplamiento (5) está segmentado en la dirección
circunferencial.
11. Elemento de acoplamiento según la
reivindicación 10, caracterizado porque la segmentación está
formada por incisiones (10), que se extienden desde la primera
superficie de acoplamiento (6), con preferencia radialmente o en
forma de espiral, hasta una zona interior (12) del disco de
acoplamiento (5).
12. Elemento de acoplamiento (3) según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el árbol de
accionamiento (2) y el disco de acoplamiento (5) están conectados
entre sí en unión positiva.
13. Elemento de acoplamiento (3) según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque en la zona de
al menos un segundo lado frontal (19) del disco de acoplamiento (5)
está dispuesto un disco de apoyo (17) conectado fijamente con el
árbol de accionamiento (2).
14. Elemento de acoplamiento (3) según una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque la parte (7) a
accionar está alojada de forma giratoria sobre el árbol de
accionamiento (2).
15. Elemento de acoplamiento (3) según una de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el elemento de
acoplamiento (3) está dispuesto dentro de una carcasa del agregado
(1), especialmente dentro de una carcasa de la bomba de agua.
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