ES2282906T3 - Junta dinamica autocompensada. - Google Patents
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Abstract
Junta dinámica autocompensada (32) entre dos partes de un equipo (11, 21), una parte fija y una parte móvil en rotación alrededor de un eje de rotación de la indicada parte fija, para asegurar un grado de estanqueidad dado del equipo respecto a partículas sólidas y/o de fluidos procedentes del exterior que comprende las indicadas dos partes, una pieza de estanqueidad y un elemento de compensación, caracterizada porque: - la pieza de estanqueidad (321) de coeficiente de dilatación dado con la temperatura está provista de un extremo de roce (322) con una superficie de roce (111) de una primera de las indicadas partes (11), y está montada herméticamente en una estructura mecánica rígida (323 en relación con la segunda parte (21), - el elemento de compensación (324), que forma la unión entre la indicada estructura mecánica (323) y la indicada segunda parte (21) de forma hermética siendo el indicado elemento de compensación de formable con la temperatura, y está dimensionado de tal forma que envariaciones de temperatura, los desplazamientos de la estructura mecánica (323) resultante de las deformaciones del elemento de compensación (324) aseguran el mantenimiento en contacto del indicado extremo de roce (322) de la pieza de estanqueidad (321) con la superficie de roce (111) de la indicada primera parte (11) según el grado de estanqueidad buscado.
Description
Junta dinámica autocompensada.
La presente invención se refiere a una junta
dinámica autocompensada entre dos partes de un equipo, una parte
fija y una parte móvil en rotación alrededor de un eje de rotación
de la indicada parte fija, para asegurar un grado de estanqueidad
dado del equipo respecto a partículas sólidas y/o de fluidos
procedentes del exterior. Está adaptada particularmente para la
estanqueidad de equipos aeronáuticos montados sobre un portador.
Los equipos aeronáuticos montados en carga
externa experimentan condiciones ambientales extremas de
temperatura, presión, agresión por la arena, el polvo o la lluvia y
deben sin embargo garantizar un nivel de estanqueidad suficiente
para todos los sub-conjuntos del tipo óptico o láser
situados en el interior del equipo, con el fin de mantenerlos en
condiciones operacionales en todas las configuraciones del ámbito de
vuelo del portador. Hoy en día, estos rendimientos son logrados
mediante juntas dinámicas extremadamente costosas del tipo de juntas
ferrofluidas.
El documento US 5.217.232 presenta una junta
dinámica autocompensada de la técnica anterior, que comprende una
pieza de estanqueidad y un elemento de compensación anular montado
en la pieza de estanqueidad.
Con el fin de reducir los costes, se pueden
utilizar juntas convencionales del tipo de juntas de labios, en
asociación con absorbedores de humedad del tipo de polvos secantes,
que pueden paliar en cierta medida el defecto de estanqueidad. Pero
estas juntas clásicamente realizadas en elastómero, presentan un
coeficiente de dilatación tal que sometido a una baja temperatura,
se contraen, produciendo una disminución, incluso una completa
eliminación de la estanqueidad de la junta. Sometidas a una
elevación de temperatura, se dilatan, aumentando el par de fricción
de forma inaceptable en equipos en los cuales la potencia disponible
es baja.
La presente invención permite remediar los
inconvenientes anteriormente citados proponiendo una junta de
dinámica de bajo coste, asegurando el mantenimiento de la
estanqueidad y un par de roce constante o poco variable, en
variaciones de temperatura.
Para ello, la junta dinámica según la invención
se autocompensa, gracias a la asociación de una pieza de
estanqueidad de tipo clásico con un elemento de compensación que
presenta un coeficiente de dilatación dado y dispuesto de tal forma
que en variaciones de temperatura, la dilatación o la contracción
del elemento de compensación produce el desplazamiento de la pieza
de estanqueidad de tal forma que mantenga la estanqueidad
necesaria.
Más precisamente, la invención propone una junta
dinámica autocompensada entre dos partes de un equipo, una parte
fija y una parte móvil en rotación alrededor de un eje de rotación
de la indicada parte fija, para asegurar un grado de estanqueidad
dado del equipo respecto a partículas sólidas y/o de fluidos
procedentes del exterior, comprendiendo las indicadas dos partes,
una pieza de estanqueidad y un elemento de compensación,
caracterizado porque:
- la indicada pieza de estanqueidad de
coeficiente de dilatación dado con la temperatura, está provista de
un extremo de roce con una superficie de roce de una primera de las
indicadas partes, y está montada herméticamente en una estructura
mecánica rígida en relación con la segunda parte,
- el elemento de compensación, que forma la
unión entre la indicada estructura mecánica y la mencionada segunda
parte de forma hermética, siendo el indicado elemento de
compensación deformable con la temperatura, está dimensionado de tal
forma que en variaciones de temperatura, los desplazamientos de la
estructura mecánica resultantes de las deformaciones del elemento de
compensación aseguran el mantenimiento en contacto del mencionado
extremo de roce de la pieza de estanqueidad con la superficie de
roce de la indicada primera parte según el grado de estanqueidad
buscado.
La invención se refiere además a una unión
rotativa equipada con una junta dinámica autocompensada según la
invención.
Otras ventajas y características aparecerán más
claramente con la lectura de la descripción que sigue, ilustrada por
las figuras adjuntas que representan:
- la figura 1, el esquema de una vista
parcial de un equipo que incorpora una unión rotativa según la
invención;
- la figura 2, el esquema de un ejemplo
de realización de una junta dinámica autocompensada según la
invención.
En estas figuras, los elementos idénticos se
indican por las mismas referencias.
La figura 1 representa el esquema de un equipo
que incorpora una unión rotativa según la invención. Se trata por
ejemplo de un equipo aeronáutico destinado para ser embarcado, y que
comprende sub-conjuntos ópticos y electrónicos con
el fin de asegurar diferentes funciones de vigilancia, de
seguimiento de blanco, etc. Los subconjuntos comprenden componentes
de tipo láser, componentes ópticos y electrónicos, sensibles a las
variaciones de temperatura y a la humedad. El equipo representado
comprende una parte móvil 1, en rotación alrededor de un eje de
rotación \Delta de una parte fija 2. Dos uniones 3, 3' aseguran la
rotación de la parte móvil alrededor del eje de rotación. Estos
equipos están concebidos para soportar entornos extremos, tales como
variaciones de temperatura muy fuertes (especificaciones habituales
de
-54º a +100º), agresiones exteriores (simbolizadas por las flechas en la figura 1) de tipo arena, polvo, lluvia, y deben sin embargo presentar un grado de estanqueidad a los fluidos, y particularmente a la humedad, que garantice un porcentaje de fuga extremadamente bajo (algunos milibares por 24h) bajo presión diferencial bi-direccional entre el interior y el exterior del equipo de 1 bar típicamente.
-54º a +100º), agresiones exteriores (simbolizadas por las flechas en la figura 1) de tipo arena, polvo, lluvia, y deben sin embargo presentar un grado de estanqueidad a los fluidos, y particularmente a la humedad, que garantice un porcentaje de fuga extremadamente bajo (algunos milibares por 24h) bajo presión diferencial bi-direccional entre el interior y el exterior del equipo de 1 bar típicamente.
Para garantizar el grado de estanqueidad, tales
uniones rotativas comprenden una junta dinámica. Esta junta debe
poder resistir a la presión diferencial entre el interior y el
exterior así como a las variaciones de temperatura. Un ejemplo de
junta dinámica conocido utiliza un material ferrofluido mantenido
hasta un nivel de presión diferencial dado por un campo magnético y
que permite asegurar un grado de estanqueidad a los fluidos
satisfactorio. Sin embargo, este dispositivo presenta el
inconveniente de ser pesado, voluminoso y muy costoso.
La invención propone una junta dinámica
autocompensada, de bajo coste y muy poco voluminosa, que permite la
utilización de una junta dinámica de tipo convencional, como una
junta de labios, garantizando un grado de estanqueidad
suficiente.
La figura 2 representa un ejemplo de realización
de una unión rotativa 3 entre dos partes de un equipo, una parte
fija y una parte móvil, que integra una junta dinámica
autocompensada según la invención. En este ejemplo, la unión
rotativa comprende una primera brida 11 solidaria de una primera de
las indicadas partes, por ejemplo la parte móvil y una segunda brida
21 solidaria de la segunda parte, por ejemplo la parte fija. La
misma comprende además un cojinete giratorio 31 montado entre las
dos bridas 11 y 21 para asegurar la rotación de la parte móvil
alrededor de un eje de rotación (no representado en la figura 2) de
la parte fija y la junta dinámica autocompensada 32 permitiendo
asegurar el grado de estanqueidad buscado.
Según la invención, la junta dinámica 32
comprende una pieza de estanqueidad 321 con coeficiente de
dilatación dado con la temperatura, provista de un extremo de roce
322 con una superficie de roce 111 de una primera parte (la parte
fija o la parte móvil), y montada herméticamente en una estructura
mecánica rígida 323 en relación con la segunda parte. En este
ejemplo, la superficie de roce 111 es llevada por la brida 11
solidaria de la parte móvil y la estructura mecánica está unida con
la brida 21 solidaria de la parte fija. La junta dinámica comprende
además un elemento de compensación 324, que forma la unión entre la
estructura mecánica 323 y la segunda parte (en este ejemplo la brida
21) de forma hermética. Según la invención, el elemento de
compensación 324 es deformable con la temperatura, y está
dimensionado de tal forma que en las variaciones de temperatura, los
desplazamientos de la estructura mecánica 323 que resultan de las
deformaciones del elemento de compensación aseguren el mantenimiento
en contacto del extremo de roce 322 de la pieza de estanqueidad con
la superficie de roce 111 de la primera parte según el grado de
estanqueidad buscado. La estanqueidad queda así asegurada ya que
las uniones entre la pieza de estanqueidad 321 y la estructura
mecánica 323 por una parte, y las uniones entre la estructura
mecánica y el elemento de compensación 324, y luego entre el
elemento de compensación y la segunda parte (brida 21) por otra
parte son herméticas. Por otro lado, el contacto del extremo de roce
322 con la superficie de roce 111 de la primera parte (brida 11) se
mantiene gracias a la deformación del elemento de compensación que,
al producir el desplazamiento de la pieza de estanqueidad por
mediación de la estructura mecánica rígida, permite compensar la
deformación de la pieza de estanqueidad. Ventajosamente, el elemento
de compensación está dimensionado para mantener el grado de
estanqueidad y el par de roce constante o poco variable dentro de la
gama de variaciones de temperatura. Esto es particularmente
interesante en los sistemas, particularmente los sistemas
embarcados, en los cuales la potencia disponible al ser limitada, la
unión rotativa corre el riesgo de bloquearse en caso de par de roce
demasiado
grande.
grande.
Así, gracias a la realización del elemento de
compensación, una junta clásica del tipo de junta de labios puede
ser utilizada como pieza de estanqueidad, estando el extremo de roce
322 constituido por uno o varios labios, como es el caso del ejemplo
de la figura 2. La junta de labios puede ser una junta convencional,
disponible en el comercio. Al menos dos labios son necesarios
particularmente en el caso de una presión diferencial
bi-direccional.
La figura 2 describe un ejemplo de realización
ventajoso del elemento de compensación 324. Está formado por una
corona de material de compensación deformable, con coeficiente de
dilatación dado con la temperatura. El material es por ejemplo un
material de tipo elastómero. La corona se fija por una parte a la
segunda parte (brida 21) por una primera superficie intermedia 325
sustancialmente paralela al plano de la superficie de roce 111 y
situada frente por frente a este plano, y por otra parte a la
estructura mecánica 323 por una segunda superficie intermedia 326
sustancialmente paralela a la primera y opuesta al plano de la
superficie de roce con relación a la primera superficie intermedia.
En el ejemplo de la figura 2, la corona es de sección rectangular,
otras formas son desde luego posibles. Así durante una disminución
de la temperatura, la retracción del elemento de compensación
producirá un desplazamiento de la estructura mecánica y por
consiguiente de la pieza de estanqueidad hacia la superficie de
roce, permitiendo compensar la retracción de la pieza de
estanqueidad. Por el contrario, si la temperatura aumenta, la
dilatación del elemento de compensación producirá un desplazamiento
de la estructura mecánica en la dirección opuesta, permitiendo
compensar la dilatación de la pieza de estanqueidad. El elemento de
compensación está dimensionado de tal forma que el producto del
coeficiente de dilatación del material de compensación por la
distancia entre las superficies intermedias está adaptado a la
amplitud de deformación de la pieza de estanqueidad en la gama de
variación de temperatura para asegurar el grado de estanqueidad
buscado.
En algunos casos, un gradiente térmico puede
existir a nivel de la unión giratoria entre la pieza de estanqueidad
y el elemento de compensación. El elemento de compensación se
dimensiona entonces de tal forma que el producto del coeficiente de
dilatación del material de compensación por la distancia entre las
superficies intermedias esté adaptado además al indicado gradiente.
En algunos casos, el elemento de compensación puede dimensionarse
para compensar igualmente los efectos de dilatación de las
bridas.
En la práctica, la pieza de estanqueidad 321
puede formarse simplemente por un bloque de material deformable con
coeficiente de dilatación dado, fijado a la estructura mecánica 323
por una superficie de apoyo 327 sustancialmente paralela a la
superficie de roce 111. El material es por ejemplo un material de
tipo elastómero. El producto del coeficiente de dilatación del
material de compensación por la distancia entre las superficies
intermedias 325, 326 se adapta entonces al producto del coeficiente
de dilatación del material deformable que forma la pieza de
estanqueidad por la distancia entre la superficie de apoyo 327 y el
extremo de roce 322. Por ejemplo, si la unión giratoria se encuentra
a temperatura estabilizada, y cuando el elemento de compensación y
la pieza de estanqueidad están formados con el mismo material, las
dos distancias son sustancialmente idénticas para obtener el
mantenimiento del grado de estanqueidad. La distancia entre las
superficies intermedias 325, 326 se ajusta de forma diferente si
existe un gradiente térmico entre la pieza de estanqueidad y el
elemento de compensación.
La junta autocompensada según la invención puede
ser realizada simplemente y según técnicas conocidas fabricando
alrededor de la estructura mecánica rígida un molde de la forma
adaptada. Puede estar previsto formar la pieza de estanqueidad y el
elemento de compensación, por ejemplo por inyección en el molde de
un material elastómero en caliente, realizándose la adhesión del
material elastómero sobre las diferentes superficies intermedias
durante el enfriamiento. Si el mismo material se utiliza para la
pieza de estanqueidad y el elemento de compensación, el
procedimiento de fabricación también se facilita. Un material
clásicamente utilizado es por ejemplo el neopreno. En el caso en que
la pieza de estanqueidad sea una junta convencional, como una junta
de labios disponible en el comercio, esta última se pega a la
estructura mecánica y el elemento de compensación puede ser
fabricado según el método descrito anteriormente.
Ventajosamente, como se ha descrito en la figura
2, cada brida 11, 21 puede soportar uno o varios deflectores,
respectivamente indicados por 110, 210, estando los deflectores de
las dos bridas imbricados los unos en los otros para formar una
especie de laberinto que permita proteger la pieza de estanqueidad
321 de la junta dinámica 32 contra las agresiones exteriores, tales
como el polvo, la arena o la lluvia.
Según una variante, la primera brida 11 que
lleva la superficie de roce 111 comprende cerca de la indicada
superficie de roce un elemento calentador 112. Este elemento
calentador permite deshelar en caso de necesidad el extremo de roce
322 de la pieza de estanqueidad. Por otro lado, permite mantener una
temperatura mínima de la superficie de roce, con el fin de
garantizar un valor mínimo del par de roce entre el extremo de roce
de la pieza de estanqueidad y la superficie de roce soportada por la
brida 11. Si es necesario, la brida 11 comprende además cerca de la
superficie de roce un captador de temperatura 113 para el control
del elemento calentador. La junta dinámica autocompensada según la
invención no se limita a las aplicaciones tales como las descritas
anteriormente. Se aplica ventajosamente a cualquier dispositivo que
presente una unión rotativa entre una parte móvil y una parte fija y
en la cual sea necesario mantener un grado de estanqueidad dentro de
una gama de
variaciones dada de temperatura.
variaciones dada de temperatura.
Claims (12)
1. Junta dinámica autocompensada (32) entre dos
partes de un equipo (11, 21), una parte fija y una parte móvil en
rotación alrededor de un eje de rotación de la indicada parte fija,
para asegurar un grado de estanqueidad dado del equipo respecto a
partículas sólidas y/o de fluidos procedentes del exterior que
comprende las indicadas dos partes, una pieza de estanqueidad y un
elemento de compensación, caracterizada porque:
- la pieza de estanqueidad (321) de coeficiente
de dilatación dado con la temperatura está provista de un extremo de
roce (322) con una superficie de roce (111) de una primera de las
indicadas partes (11), y está montada herméticamente en una
estructura mecánica rígida (323 en relación con la segunda parte
(21),
- el elemento de compensación (324), que forma
la unión entre la indicada estructura mecánica (323) y la indicada
segunda parte (21) de forma hermética siendo el indicado elemento de
compensación de formable con la temperatura, y está dimensionado de
tal forma que en variaciones de temperatura, los desplazamientos de
la estructura mecánica (323) resultante de las deformaciones del
elemento de compensación (324) aseguran el mantenimiento en contacto
del indicado extremo de roce (322) de la pieza de estanqueidad (321)
con la superficie de roce (111) de la indicada primera parte (11)
según el grado de estanqueidad buscado.
2. Junta dinámica según la reivindicación 1, en
la cual el elemento de compensación (324) está formado por una
corona de material de compensación deformable, de coeficiente de
dilatación dado con la temperatura, estando la indicada corona
fijada a la mencionada segunda parte (21) mediante una primera
superficie intermedia (325) sustancialmente paralela al plano de la
superficie de roce (111) y frente a este y a la estructura mecánica
(323) por una segunda superficie intermedia (326) sustancialmente
paralela a la primera y opuesta al plano de la superficie de roce
con relación a la primera superficie intermedia, adaptándose el
producto del coeficiente de dilatación del material de compensación
por la distancia entre las superficies intermedias a la amplitud de
deformación de la pieza de estanqueidad en la gama de variación de
temperatura para asegurar el grado de estanqueidad buscado.
3. Junta dinámica según la reivindicación 2, en
la cual un gradiente térmico existente entre la pieza de
estanqueidad (321) y el elemento de compensación (324), el indicado
producto del coeficiente de dilatación del material de compensación
por la distancia entre las superficies intermedias (325, 326)
está
adaptado además al indicado gradiente.
adaptado además al indicado gradiente.
4. Junta dinámica según la reivindicación 2, en
la cual la pieza de estanqueidad (321) está formada en un bloque de
material deformable de coeficiente de dilatación dado, fijado a la
estructura mecánica (323) por una superficie de apoyo (327)
sustancialmente paralela a la superficie de roce (111), adaptándose
el producto del coeficiente de dilatación del material de
compensación por la distancia entre las superficies intermedias
(325, 326) al producto del coeficiente de dilatación de dicho
material deformable por la distancia entre la indicada superficie
de apoyo (327) y el extremo de roce (322) de la pieza de
estanqueidad (321).
5. Junta dinámica según la reivindicación 4, en
la cual el material de compensación es idéntico al material
deformable del cual está formada la pieza de estanqueidad (321).
6. Junta dinámica según una de las
reivindicaciones 4 ó 5, en la cual los materiales que forman la
pieza de estanqueidad (321) y el elemento de compensación (324) son
de tipo elastómero.
7. Junta dinámica según una de las
reivindicaciones anteriores, en la cual la pieza de estanqueidad
(321) es un junta de labios, estando el extremo de roce (322)
constituido por uno o varios labios.
8. Junta dinámica según la reivindicación 7, en
la cual la pieza de estanqueidad (321) es una junta de labios de
tipo convencional.
9. Unión rotativa (3, 3') entre dos partes (1,
2) de un equipo, una parte fija y una parte móvil, que comprende una
primera brida (11) solidaria de una primera de las indicadas partes,
una segunda brida (21) solidaria de la segunda parte, un cojinete
giratorio (31) montado entre las dos bridas para asegurar la
rotación de la parte móvil alrededor de un eje de rotación
(\Delta) de la parte fija y una junta dinámica autocompensada (32)
según una de las reivindicaciones anteriores, estando la superficie
de roce (111) soportada por la indicada primera brida (11) y la
estructura mecánica rígida (323) de la junta dinámica soportada por
la indicada segunda brida (21) de la segunda parte.
10. Unión rotativa según la reivindicación 9, en
la cual cada brida (11, 21) soporta uno o varios deflectores (110,
210), estando los deflectores de las dos bridas imbricados para
proteger la pieza de estanqueidad de la junta dinámica contra las
agresiones exteriores.
11. Unión rotativa según una de las
reivindicaciones 9 ó 10, en la cual la indicada primera brida
comprende cerca de la indicada superficie de roce un elemento
calentador (112).
12. Unión rotativa según la reivindicación 11,
en la cual la indicada primera brida comprende además cerca de la
mencionada superficie de roce un captador de temperatura (113) para
el control de dicho
elemento calentador.
elemento calentador.
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