ES2625840T3 - Dispositivo de estanqueidad para pistón - Google Patents

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ES2625840T3 ES14759000.4T ES14759000T ES2625840T3 ES 2625840 T3 ES2625840 T3 ES 2625840T3 ES 14759000 T ES14759000 T ES 14759000T ES 2625840 T3 ES2625840 T3 ES 2625840T3
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Abstract

Dispositivo de estanqueidad para pistón (1) previsto para un pistón (2) que evoluciona en un cilindro (8) del que al menos uno de los extremos está cerrado por una cámara de fluido (27), comprendiendo dicho pistón (2) al menos una cabeza de pistón (3) que consta al menos de un faldón fijo (5) y que presenta, por una parte, una cara de apoyo de pistón (4) para ejercer una fuerza sobre cualquier medio de transmisión (33) mecánica, hidráulica o neumática y por otra parte, una cara de compresión (11) que desemboca en la cámara de fluido (27) y que puede recibir la presión de un fluido (36), caracterizado por que comprende: * al menos un faldón deslizante (6) de forma cilíndrica alojado en el cilindro (8) con poca holgura, colocado en la prolongación de la cabeza de pistón (3) del lado de la cara de compresión (11) y en el eje de dicha cabeza (3), estando dicho faldón deslizante (6) unido a dicha cabeza (3) por una unión mecánica entre faldones (7) que le permite desplazarse en traslación longitudinal con respecto a dicha cabeza (3); * al menos un canal de transmisión de presión (10) habilitado en el interior del faldón deslizante (6) y que atraviesa este último de lado a lado en sentido axial; * al menos un segmento continuo extensible (9) de forma anular continua, intercalado entre el faldón fijo (5) y el faldón deslizante (6) y que comprende una cara cilíndrica interna de segmento (12) sometida a la presión del fluido (36) a través del canal de transmisión de presión (10), una cara cilíndrica externa de segmento (13) que puede entrar en contacto con el cilindro (8), una cara axial de segmento del lado del faldón fijo (14) mantenida directa o indirectamente en contacto estanco con el faldón fijo (5) y una cara axial de segmento del lado del faldón deslizante (15) mantenida directa o indirectamente en contacto estanco con el faldón deslizante (6); * al menos un resorte de faldón deslizante (16) que tiende a acercar el faldón deslizante (6) al faldón fijo (5) y a comprimir axialmente el segmento continuo extensible (9).

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de estanqueidad para piston
La presente invencion se refiere a un dispositivo de estanqueidad para piston, particularmente adaptado para cualquier piston que opere a una presion elevada.
Los pistones se utilizan en numerosas maquinas, en concreto para comprimir un gas, para bombear un Kquido, para recoger el trabajo producido por la expansion de un gas o para transformer en trabajo mecanico un caudal de lfquido a presion.
Se conoce a partir de las ensenanzas descritas en la patente US 3353456 un piston que consta de un elemento de soporte central alrededor del cual se ha colocado una pluralidad de elementos anulares dispuestos los unos encima de los otros para formar un cuerpo de piston cilmdrico. Se disponen unos segmentos de piston en unas ranuras delimitadas por los elementos anulares del cuerpo de piston cilmdrico. Una tuerca se enrosca en el elemento roscado del elemento de soporte central con el fin de mantener los elementos anulares y los segmentos unidos.
Es difmil llegar a un compromiso aceptable entre la estanqueidad de los pistones y las perdidas por rozamiento que generan los medios aplicados para obtener dicha estanqueidad. En efecto, el saldo energetico final de los dispositivos de estanqueidad de los pistones es principalmente el resultado de la suma de las perdidas energeticas debido a las fugas que no pueden contener y del rozamiento que engendran.
Entre las aplicaciones mas exigentes que precisan disponer de pistones lo mas estancos posible, que generen las menores perdidas posibles por rozamiento, figuran las bombas de aceite a alta presion, e incluso de muy alta presion, de pistones axiales o radiales, y concretamente las destinadas a los sistemas de transmision hidraulica.
Para efectuar una estanqueidad, un metodo consiste en prever poca holgura entre el piston y su cilindro. Dicha holgura se obtiene por la precision del mecanizado. Este enfoque es eficaz a presiones que vanan de unas unidades a unas decenas de MPa (de decenas a centenas de bares), no obstante, a muy altas presiones, por ejemplo, de ciento cincuenta o doscientos MPa (de mil quinientos o dos mil bares), dicho enfoque lleva a unos caudales de fuga de aceite elevados ya que esta sometido a dichas presiones muy altas, el cilindro en el que esta alojado el piston ve su diametro aumentado hasta el punto de que la holgura nominal entre dicho cilindro y dicho piston aumenta significativamente.
Una alternativa consiste en prever una junta alojada en una garganta habilitada en la periferia del piston. No obstante, a las muy altas presiones mencionadas anteriormente, dicha junta se deforma en su garganta, lo que viene a ejercer una fuerte presion sobre el cilindro y engendrar elevadas perdidas por rozamiento lo que perjudica el rendimiento final de la bomba de aceite que esta equipada con ella. Es mas, al aumentar el diametro del cilindro con la presion, dicha junta debe asegurar la estanqueidad buscada con una mayor holgura entre dicho piston y dicho cilindro, lo que tiende a extrudir dicha junta por efecto de la presion lo que conlleva la destruccion de dicha junta.
Otro enfoque consiste en prever para la bomba de aceite, un piston del que todo o parte del cuerpo posea una rigidez tal, que la presion someta dicho cuerpo a una deformacion comparable a la que somete al cilindro en el que evoluciona dicho piston. Este enfoque permite conservar poca holgura entre dicho piston y dicho cilindro y es, por ejemplo, el que ha retenido la sociedad "INNAS" para realizar su bomba hidraulica "floating cup", No obstante, dicho enfoque presenta el inconveniente de funcionar solo con un cilindro que tiene una rigidez sustancialmente comparable a la del cuerpo del piston, lo que en el campo de las altas presiones conlleva excesivas tensiones en el material de dicho cilindro y dicho piston.
Se observa que los segmentos en copa estan inadaptados a los pistones que operan a muy alta presion ya que los caudales de fuga de aceite al nivel de dicha copa son excesivos. Ademas, dicha copa es tanto mas grande como aumenta el diametro del cilindro por efecto de dicha presion. Esto reduce el rendimiento volumetrico de la bomba de aceite que esta equipada con la misma. Es mas, la presion que ejerce dicho segmento sobre la pared de dicho cilindro es tanto mas importante como elevada es dicha presion. Este ultimo efecto aumenta las perdidas por rozamiento al nivel del contacto entre dicho segmento y dicho cilindro, lo que reduce el rendimiento mecanico de dicha bomba de aceite.
Es precisamente para resolver estos distintos problemas vinculados a los pistones en general y a los pistones de las bombas de aceite de alta presion en particular, que el dispositivo de estanqueidad para piston segun la invencion permite, segun el modo de realizacion retenido:
• efectuar de manera robusta y durable una estanqueidad por empuje entre cualquier piston y el cilindro con el que coopera, incluso cuando dicho piston debe contener un fluido situado a una presion muy elevada hasta doscientos MPa (dos mil bares) y a pesar de la importante deformacion a la que dicha presion somete dicho cilindro;
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• engendrar pocas o moderadas perdidas por rozamiento, sea cual sea la presion que ejerce el fluido sobre dicho piston y sobre el cilindro con el que coopera dicho piston.
Ademas, el dispositivo de estanqueidad para piston segun la invencion esta previsto para presentar un precio de coste de fabricacion moderado, al no recurrir a ningun procedimiento de realizacion complejo o a materiales costosos.
Queda entendido que ademas de su aplicacion en los pistones radiales o axiales de las bombas de aceite conocidas por el experto en la materia, el dispositivo de estanqueidad para piston segun la invencion puede aplicarse a cualquier maquina o aparato que comprenda al menos un piston, ya sea dicha maquina o dicho aparato, de manera no limitativa, una bomba, un motor o un elevador, o ya sea, por ejemplo, un emisor, un distribuidor o un amplificador de presion. El dispositivo de estanqueidad segun de la invencion puede ademas aplicarse a cualquier piston sea del tipo que sea, que efectue una estanqueidad con un cilindro o con cualquier otra forma hueca con una forma complementaria a dicho piston y que contiene un gas, un lfquido o un elemento semisolido.
Las demas caractensticas de la presente invencion se describen en la descripcion y en las reivindicaciones secundarias, directa o indirectamente dependientes de la reivindicacion principal.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion esta previsto para un piston que evoluciona en un cilindro del que al menos uno de los extremos esta cerrado por una camara de fluido, comprendiendo dicho piston al menos una cabeza de piston que consta al menos de un faldon fijo y que presenta, por una parte, una cara de apoyo de piston para ejercer una fuerza sobre cualquier medio de transmision mecanica, hidraulica o neumatica y por otra parte, una cara de compresion que desemboca en una camara de fluido y que puede recibir la presion de un fluido y comprende:
• al menos un faldon deslizante de forma cilmdrica, alojado en el cilindro con poca holgura, colocado en la prolongacion de la cabeza de piston del lado de la cara de compresion y en el eje de dicha cabeza, estando dicho faldon deslizante unido a dicha cabeza por una union mecanica entre faldones que le permite desplazarse en traslacion longitudinal con respecto a dicha cabeza;
• al menos un canal de transmision de presion habilitado en el interior del faldon deslizante y que atraviesa este ultimo de lado a lado en sentido axial;
• al menos un segmento continuo extensible de forma anular continua, intercalado entre el faldon fijo y el faldon deslizante y que comprende una cara cilmdrica interna de segmento sometida a la presion del fluido a traves del canal de transmision de presion, una cara cilmdrica externa de segmento que puede entrar en contacto con el cilindro, una cara axial de segmento del lado del faldon fijo mantenida directa o indirectamente en contacto estanco con el faldon fijo y una cara axial de segmento del lado del faldon deslizante mantenida directa o indirectamente en contacto estanco con el faldon deslizante;
• al menos un resorte de faldon deslizante que tiende a acercar el faldon deslizante al faldon fijo y a comprimir axialmente el segmento continuo extensible.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende una union mecanica entre faldones que esta constituida por un mandril solidario con la cara de compresion y que coopera con un orificio de mandril habilitado axialmente en el faldon deslizante, estando dicho mandril alojado en dicho orificio.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende un resorte de faldon deslizante que es una arandela elastica que se apoya, por una parte, sobre el extremo del mandril y, por otra parte, sobre el faldon deslizante.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende al menos un cordon flotante con un diametro exterior sustancialmente inferior al diametro interior del cilindro que esta intercalado directa o indirectamente entre el segmento continuo extensible y el faldon fijo o entre dicho segmento y el faldon deslizante, estando la cara axial de segmento del lado del faldon fijo y/o la cara axial de segmento del lado del faldon deslizante mantenida(s) en contacto estanco con dicho cordon mientras este ultimo es atravesado por al menos un orificio axial de cordon que permite que la union mecanica entre faldones atraviese dicho cordon.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende un cordon flotante que consta de medios de centrado de cordon que tienden a centrar radialmente dicho cordon con respecto al faldon deslizante o con respecto al faldon fijo, apoyandose dichos medios directa o indirectamente sobre uno u otro de dichos faldones o sobre la union mecanica entre faldones.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende un cordon flotante que consta de una garganta de segmento que coopera en el centrado radial del segmento continuo extensible con
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respecto al faldon deslizante o con respecto al faldon fijo.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende un faldon fijo que consta al menos de un segmento rascador alojado en una garganta de rascador habilitada en la superficie cilmdrica externa de dicho faldon.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende una cara cilmdrica externa de segmento que consta al menos de una garganta axial de micro fuga.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende una cara cilmdrica interna de segmento que coopera al menos con una junta de estanqueidad circular de material flexible para efectuar directa o indirectamente una estanqueidad con el faldon fijo y/o el faldon deslizante.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende una parte de longitud axial de la cara cilmdrica interna de segmento que esta mas cerca del faldon fijo, que de media tiene mayor diametro que la parte de longitud axial de dicha cara cilmdrica interna que esta mas cerca del faldon deslizante, de manera que el segmento continuo extensible sea sobre el conjunto de su longitud axial radialmente menos grueso y menos ngido del lado del faldon fijo que del lado del faldon deslizante, mientras que, por su parte, la cara cilmdrica externa de segmento conserva aproximadamente el mismo diametro por toda la longitud axial de dicho segmento.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende al menos un segmento de desbloqueo continuo extensible de forma anular continua y cuyo diametro exterior es sustancialmente inferior al diametro inferior del cilindro, que esta intercalado directa o indirectamente entre dos segmentos continuos extensibles, comprendiendo dicho segmento de desbloqueo continuo extensible una cara cilmdrica interna de segmento de desbloqueo sometida a la presion del fluido a traves del canal de transmision de presion, una cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo que puede acercarse al cilindro y dos caras axiales de segmento de desbloqueo cada una mantenida directa o indirectamente en contacto estanco con uno de los dos segmentos continuos extensibles.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende un faldon deslizante que presenta unos medios de centrado de segmento continuo extensible que cooperan con la cara cilmdrica interna de segmento para centrar el segmento continuo extensible con respecto a dicho faldon y/o unos medios de centrado de segmento de desbloqueo que cooperan con la cara cilmdrica interna de segmento de desbloqueo para centrar el segmento de desbloqueo continuo extensible con respecto a dicho faldon.
El dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la presente invencion, comprende un segmento continuo extensible y/o un segmento de desbloqueo continuo extensible que se mantiene(n) aproximadamente centrado(s) con respecto al faldon deslizante por un anillo de centrado, estando el mismo, centrado con respecto a dicho faldon por unos medios de centrado de anillo de centrado.
La descripcion que sigue a continuacion con referencia a los dibujos adjuntos y aportados a modo de ejemplos no limitativos permitira comprender mejor la invencion, las caractensticas que presenta y las ventajas que es susceptible de procurar:
La figura 1 es una vista tridimensional del dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la invencion.
La figura 2 es una vista tridimensional despiezada del dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la invencion.
La figura 3 es una vista esquematica en seccion del dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la invencion, que consta de tres segmentos continuos extensibles separados entre sf por un cordon flotante, manteniendose cada uno de dichos segmentos aproximadamente centrado con respecto al faldon deslizante por un anillo de centrado.
La figura 4 es una vista esquematica en seccion del dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la invencion que consta de tres segmentos continuos extensibles y de dos segmentos de desbloqueo continuos extensibles, estando dichos segmentos separados entre sf por un cordon flotante y manteniendose aproximadamente centrados con respecto al faldon deslizante por un anillo de centrado.
La figura 5 es una vista esquematica en seccion del dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la invencion que consta de tres segmentos continuos extensibles separados entre sf por un cordon flotante, cuya garganta de segmento asegura el centrado de dichos segmentos con respecto al faldon deslizante.
La figura 6 es una vista esquematica en seccion del dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la invencion que consta de tres segmentos continuos extensibles entre los cuales esta intercalado un segmento de desbloqueo continuo extensible en tanto que el faldon deslizante presenta unos medios de centrado de
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segmento continuo extensible y unos medios de centrado de segmento de desbloqueo.
La figura 7 es una vista esquematica parcial en seccion del dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la invencion que representa tres segmentos continuos extensibles entre los cuales esta intercalado un segmento de desbloqueo continuo extensible, volviendose dichos segmentos estancos entre sf, por una parte, y, por otra parte, con el faldon fijo y el faldon deslizante, mediante una junta de estanqueidad circular.
La figura 8 es una vista tridimensional despiezada de un segmento continuo extensible y de un segmento de desbloqueo continuo extensible tales como de los que puede constar el dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la invencion, asf como unos cordones flotantes y anillos de centrado con los que cooperan dichos segmentos.
Las figuras 9 a 16 son unas vistas esquematicas en seccion parcial que ilustran el funcionamiento del dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la invencion cuando comprende tres segmentos continuos extensibles entre los cuales esta intercalado un segmento de desbloqueo continuo extensible.
La figura 17 es una vista tridimensional, con una seccion recortada de un segmento continuo extensible tal como el que puede preverse para el dispositivo de estanqueidad para piston de acuerdo con la invencion, incluyendo dicha vista una seccion esquematica que muestra con mayor detalle la seccion de dicho segmento.
Descripcion de la invencion
En las figuras 1 a 17 se muestra el dispositivo de estanqueidad para piston 1, diversos detalles de sus componentes, sus variantes y sus accesorios.
El dispositivo de estanqueidad para piston 1 esta previsto para un piston 2 que evoluciona en un cilindro 8 del que al menos uno de los extremos esta cerrado por una camara de fluido 27, comprendiendo dicho piston 2 al menos una cabeza de piston 3 que consta al menos de un faldon fijo 5 y que presenta, por una parte, una cara de apoyo de piston 4 para ejercer una fuerza sobre cualquier medio de transmision 33 mecanica, hidraulica o neumatica y por otra parte, una cara de compresion 11 que desemboca en una camara de fluido 27 y que puede recibir la presion de un fluido 36.
Cabe destacar, que el medio de transmision 33 puede ser, por ejemplo, un pie de apoyo 34 tal como el que se ha representado en las figuras 1 a 6.
Se ve, en particular en las figuras 3 a 6, que el dispositivo de estanqueidad para piston 1 comprende al menos un faldon deslizante 6 de forma cilmdrica alojado en el cilindro 8 con poca holgura, colocado en la prolongacion de la cabeza 3 de piston del lado de la cara de compresion 11 y en el eje de dicha cabeza 3, estando dicho faldon deslizante 6 unido a dicha cabeza 3 por una union mecanica entre faldones 7 que le permite desplazarse en traslacion longitudinal con respecto a dicha cabeza 3, definiendo dicha union mecanica 7 junto con dicho faldon 6 una union de deslizamiento, una union de pivotamiento deslizante, una union de rotula deslizante o cualquier otro tipo de union, mientras que la poca holgura que se deja entre dicho faldon 6 y el cilindro 8 constituye una estanqueidad.
El dispositivo de estanqueidad para piston 1 comprende tambien al menos un canal de transmision de presion 10 habilitado en el interior del faldon deslizante 6 y que atraviesa este ultimo de lado a lado en sentido axial;
Dicho dispositivo 1 comprende ademas al menos un segmento continuo extensible 9 de forma anular continua, intercalado entre el faldon fijo 5 y el faldon deslizante 6 y que comprende una cara cilmdrica interna de segmento 12 sometida a la presion del fluido 36 a traves del canal de transmision de presion 10, una cara cilmdrica externa de segmento 13 que puede entrar en contacto con el cilindro 8, una cara axial de segmento del lado del faldon fijo 14 mantenida directa o indirectamente en contacto estanco con el faldon fijo 5 y una cara axial de segmento del lado del faldon deslizante 15 mantenida directa o indirectamente en contacto estanco con el faldon deslizante 6, no constando dicho segmento 9 de ningun corte mientras que cuando la presion en la camara de fluido 27 es nula, dicho segmento 9 deja una holgura diametral con el cilindro 8 y presenta un grosor radial tales que a partir de cierta presion ejercida por el fluido 36 sobre la cara cilmdrica interna de segmento 12 a traves del canal de transmision de presion 10, la cara cilmdrica externa de segmento 13 entra en contacto con el cilindro 8 a lo largo de toda su circunferencia.
Cabe destacar, que segun una variante de realizacion del dispositivo 1 de acuerdo con la invencion, claramente ilustrada en la figura 17, una lmea de contacto 42 puede habilitarse de manera protuberante en la cara cilmdrica externa de segmento 13. Dicha lmea 42 puede ser pronunciadamente excentrica sobre la longitud axial del segmento continuo extensible 9 en direccion al faldon deslizante 6 de manera que del lado de dicha lmea 42 orientada en direccion al faldon fijo 5 se constituya una pendiente 43 larga con poca inclinacion, mientras que del lado de dicha lmea 42, orientada en direccion al faldon deslizante, 6 se constituya una pendiente corta 44 de inclinacion pronunciada.
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Se especifica que el segmento continuo extensible 9, el faldon deslizante 6 o el faldon fijo 5 pueden estar nitrurados, cimentados y/o recubiertos de DLC "Diamond-like-Carbon" (Carbono tipo diamante) o de cualquier otro recubrimiento duro y/o con un bajo coeficiente de rozamiento. Cabe destacar, que la cara cilmdrica externa de segmento 13 puede presentar un perfil con una forma abombada, de pendiente simple, de pendiente doble, en saliente, con una forma compleja o cualquier otra geometna aplicable a los segmentos en general y que permita controlar la presion de contacto entre dicha cara 13 y el cilindro 8, el grosor de la pelmula de aceite formada entre dicha cara 13 y dicho cilindro 8 o los movimientos de torsion, de basculacion o de flexion del segmento continuo extensible 9.
Ademas, se puede prever que el perfil de la cara cilmdrica externa de segmento 13 este biselado para permitir que el segmento continuo extensible 9 se retraiga rapidamente por el efecto de un equilibrado de las presiones a las que dicha cara 13 esta sometida, a un lado y a otro de su lmea de contacto con el cilindro 8. Tambien se observa que la cara axial de segmento del lado del faldon fijo 14 y/o la cara axial de segmento del lado del faldon deslizante 15 y/o el faldon fijo 5 y/o el faldon deslizante 6 puede constar de una protuberancia anular axial 28 que permite reducir la superficie de contacto entre dichas caras 14, 15 y dichos faldones 5, 6 con el fin de garantizar la mejor estanqueidad posible entre dichas caras 14, 15 y dichos faldones 5, 6.
Lo mismo ocurre si dichas caras 14, 15 estan en contacto con un segmento de desbloqueo continuo extensible 35 o un cordon flotante 21, pudiendo este ultimo constar, asimismo, segun un modo particular de realizacion del dispositivo de estanqueidad, de acuerdo con la invencion, de una protuberancia anular axial 28.
Como se ilustra en las figuras 2 a 6, el dispositivo de estanqueidad para piston 1 comprende al menos un resorte de faldon deslizante 16 que tiende a acercar el faldon deslizante 6 al faldon fijo 5 y a comprimir axialmente el segmento continuo extensible 9, pudiendo ser dicho resorte 16 una arandela Belleville, una arandela elastica, del tipo que sea, o pudiendo ser helicoidal, de lamina, de torsion, de traccion, de compresion o de cualquier tipo conocido por el experto en la materia.
Segun una variante de realizacion del dispositivo de estanqueidad para piston 1, de acuerdo con la invencion ilustrada en las figuras 2 a 6, la union mecanica entre faldones 7 puede estar constituida por un mandril 17 solidario con la cara de compresion 11 y que coopera con un orificio de mandril 18 habilitado axialmente en el faldon deslizante 6, estando dicho mandril 17 alojado en dicho orificio 18 y pudiendo presentar una seccion circular o con cualquier otra geometna, mientras que posiblemente, se deje holgura suficiente entre dicho mandril 17 y el orificio de mandril 18 que deje un espacio que constituya el canal de transmision de presion 10, pudiendo este ultimo, adoptar, asimismo, la forma al menos de una garganta longitudinal habilitada en el orificio de mandril 18 y/o en el mandril 17.
Cabe destacar, que el resorte de faldon deslizante 16 puede ser una arandela elastica 19 que se apoya, por una parte, sobre el extremo del mandril 17, y por otra parte sobre el faldon deslizante 6, pudiendo dicha arandela 19 constar, por ejemplo, de un diafragma, tal como se muestra en las figuras 2, 4 y 5 cuya parte central esta parcialmente alojada en una garganta de parada 20 habilitada en el extremo del mandril 17, pudiendo tambien dicha arandela 19, segun otra variante de realizacion mostrada en las figuras 3 y 6, ser una arandela-resorte ondulada 45 que coopera con un anillo elastico 46 (circlip) alojado en dicha garganta 20, una arandela plana 47 pudiendo en este caso estar intercalada ente dicho anillo elastico 46 y dicha arandela 45.
Las figuras 2 a 5 y 7 a 16 muestran que el dispositivo de estanqueidad para piston 1 puede constar asimismo, al menos de un cordon flotante 21 de un diametro exterior sustancialmente inferior al diametro interior del cilindro 8 que esta intercalado directa o indirectamente entre el segmento continuo extensible 9 y el faldon fijo 5 o entre dicho segmento 9 y el faldon deslizante 6, estando la cara axial de segmento del lado del faldon fijo 14 y/o la cara axial de segmento del lado del faldon deslizante 15 mantenida(s) en contacto estanco con dicho cordon 21 mientras este ultimo es atravesado por al menos un orificio axial de cordon 31 que permite que la union mecanica entre faldones 7 atraviese dicho cordon 21.
Cabe destacar, que el cordon flotante 21 puede intercalarse entre dos segmentos continuos extensibles 9 o entre un segmento continuo extensible 9 y un segmento de desbloqueo continuo extensible 35. Por otra parte, el cordon flotante 21 puede estar nitrurado, cimentado y/o recubierto de DLC "Diamond-like-Carbon" o de cualquier otro recubrimiento duro y/o con un bajo coeficiente de rozamiento.
A modo de variante, el cordon flotante 21 puede constar de unos medios de centrado de cordon 23 particularmente visibles en la figura 8 y que tienden a centrar radialmente dicho cordon 21 con respecto al faldon deslizante 6 o con respecto al faldon fijo 5, apoyandose dichos medios 23 directa o indirectamente sobre uno u otro de dichos faldones 5, 6 o sobre la union mecanica entre faldones 7 o bien, sobre otro cordon flotante 21.
Como se muestra en la figura 5, el cordon flotante 21 puede ademas constar de una garganta de segmento 22 que coopera en el centrado radial del segmento continuo extensible 9 con respecto al faldon deslizante 6 o con respecto al faldon fijo 5.
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Cabe destacar, que el cordon flotante 21 tambien puede constar de un canal axial que deja pasar el fluido 36 de una cara a la otra de dicho cordon 21 y/o de otro canal, de una garganta o refrentado radial que deja pasar el fluido 36 del centro hacia la periferia de dicho cordon 21.
Como se observa en las figuras 1 a 5 y en la figura 7, el faldon fijo 5 del dispositivo de estanqueidad para piston 1 puede constar al menos de un segmento rascador 24 alojado en una garganta de rascador 25 habilitado en la superficie cilmdrica externa de dicho faldon 5, permaneciendo dicho segmento 24 permanentemente en contacto con la pared interna del cilindro 8 de manera que siempre se mantenga aceite almacenado entre el faldon fijo 5 y el faldon deslizante 6, a la vez que puede ser de un material flexible tal como goma o elastomero cargado o no con material antifriccion y/o anti-desgaste, ser una junta simple o compuesta o ser un anillo metalico que consta de un corte.
Cabe destacar que en este ultimo caso, el segmento rascador 24 puede estar nitrurado, cimentado y/o recubierto de DLC "Diamond-like-Carbon" o de cualquier otro recubrimiento duro y/o con un bajo coeficiente de rozamiento. Cabe destacar, asimismo, que dicho segmento 24 puede constar de un perfil abombado, conico o con cualquier geometna aplicable a los segmentos y que permita controlar la presion de contacto que ejerce dicho segmento 24 sobre dicho cilindro 8 o el grosor de la pelmula de aceite formada entre dicho segmento 24 y dicho cilindro 8, o incluso, los movimientos de torsion, de basculacion o de flexion de dicho segmento 24.
Se observa en las figuras 3, 5 y 7 que ventajosamente la garganta de rascador 25 puede estar constituida por un refrentado 29 realizado en el borde del faldon fijo 5, cooperando dicho refrentado 29 con una arandela de refrentado 30, permitiendo esta configuracion, montar el segmento rascador 24 sobre un piston 2 de muy pequeno diametro.
Segun una variante que representa la figura 17, la cara cilmdrica externa de segmento 13 puede constar al menos de una garganta axial de micro fuga 26 que permite que una muy pequena cantidad de aceite presurizado pase entre el segmento continuo extensible 9 y el cilindro 8 cuando la cara cilmdrica externa de segmento 13 esta en contacto con dicho cilindro 8.
Se observa en la figura 7, que la cara cilmdrica interna de segmento 12 puede cooperar con al menos una junta de estanqueidad circular 32 de material flexible, para efectuar directa o indirectamente una estanqueidad con el faldon fijo 5 y/o el faldon deslizante 6, pudiendo dicha junta 32 ser de seccion redonda, cuadrada, poligonal, compleja o de cualquier otra geometna realizable por el experto en la materia, en tanto que dicha junta 32 puede efectuar dicha estanqueidad directamente entre la cara cilmdrica interna de segmento 12 y el faldon fijo 5 y/o el faldon deslizante 6, o indirectamente efectuando simultaneamente una estanqueidad con al menos un cordon flotante 21 y/o un segmento de desbloqueo continuo extensible 35 intercalado(s) entre dicha cara 21 y dichos faldones 5, 6.
Segun una variante de realizacion del dispositivo de estanqueidad para piston 1 de acuerdo con la invencion, la parte de longitud axial de la cara cilmdrica interna de segmento 12, que esta mas cerca del faldon fijo 5, puede ser de media, de mayor diametro que la parte de longitud axial de dicha cara cilmdrica interna 12 que esta mas cerca del faldon deslizante 6, de manera que el segmento continuo extensible 9 sea sobre el conjunto de su longitud axial radialmente menos grueso y menos ngido del lado del faldon fijo 5 que del lado del faldon deslizante 6, mientras que, por su parte, la cara cilmdrica externa de segmento 13 conserva aproximadamente el mismo diametro por toda la longitud axial de dicho segmento 9.
Se entiende que esta geometna particular le permite, en concreto, al segmento continuo extensible 9 hacer refluir como una bomba, un poco de aceite o cualquier otro fluido 36 presurizado en direccion al faldon deslizante 6 durante la subida de presion de la camara de fluido 27.
Cabe destacar, que esta disposicion se aplica si dicho segmento 9 esta encargado de efectuar la estanqueidad entre el piston 2 y el cilindro 8 a presion intermedio y por ello se posiciona entre, por una parte, un segmento continuo extensible 9 colocado lo mas cerca posible del faldon deslizante 6 para efectuar dicha estanqueidad a la presion mas baja posible, y por otra parte, otro segmento continuo extensible 9 colocado lo mas cerca posible del faldon fijo 5 para efectuar dicha estanqueidad a la presion mas alta posible. Realizado de este modo, dicho segmento 9 que funciona a presion intermedia permite, por el efecto de bomba que produce tras hacer entrado en contacto con el cilindro 8, mientras la presion en la camara de fluido 27 sigue subiendo, que el segmento continuo extensible 9 en la vecindad inmediata, que funciona a una presion mas baja y que esta colocado mas cerca del faldon deslizante 6, se retraiga durante dicha subida de presion de la camara de fluido 27. Este efecto de retraccion es necesario para limitar los rozamientos generados por el dispositivo de estanqueidad para piston 1 de acuerdo con la invencion.
Como se ilustra en las figuras 2 y 4 asf como en las figuras 6 a 16, el dispositivo de estanqueidad para piston 1 de acuerdo con la invencion, puede constar al menos de un segmento de desbloqueo continuo extensible 35 de forma anular continua cuyo diametro exterior es sustancialmente inferior al diametro interior del cilindro 8 y que esta intercalado directa o indirectamente entre dos segmentos continuos extensibles 9, comprendiendo dicho segmento de desbloqueo continuo extensible 35, una cara cilmdrica interna de segmento de desbloqueo 37 sometida a la presion del fluido 36 a traves del canal de transmision de presion 10, una cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo 38 que puede acercarse al cilindro 8 y dos caras axiales de segmento de desbloqueo 39, cada una
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mantenida directa o indirectamente en contacto estanco con uno de los dos segmentos continuos extensibles 9.
Cabe destacar que dicho segmento de desbloqueo 37 no consta de ningun corte y deja una holgura diametral con el cilindro 8 y presenta un grosor radial tales, que a partir del momento en el que el segmento continuo extensible 9, que esta en contacto estanco con dicho segmento de desbloqueo 37 y que es el que esta mas cerca del faldon fijo 5, entra en contacto con el cilindro 8, queda todavfa cierta distancia entre la cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo 38 de dicho segmento de desbloqueo 37 y dicho cilindro 8. Una vez que se ha establecido este ultimo contacto y que la presion sigue aumentando en la camara de fluido 27, el diametro de la cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo 38 sigue aumentando lo que aumenta la presion del fluido 36 comprendido entre dicha cara 38, los dos susodichos segmentos continuos extensibles 9 y el cilindro 8, lo que tiende a equilibrar las presiones a las que esta sometida la cara cilmdrica externa de segmento 13 a un lado y a otro de su lmea de contacto con el cilindro 8 del segmento continuo extensible 9 que esta en contacto estanco con dicho segmento de desbloqueo 37 y que es el mas cercano al faldon deslizante 6.
De esto resulta, que este ultimo segmento continuo extensible 9 puede retraerse rapidamente, de manera que ceda la carga de asegurar la estanqueidad entre el piston 2 y el cilindro 8 al segmento continuo extensible 9 que esta en contacto estanco con dicho segmento de desbloqueo 37 y que es el mas cercano al faldon fijo 5. Cabe destacar que el segmento de desbloqueo continuo extensible 35 puede estar nitrurado, cimentado y/o recubierto de DLC "Diamond-like-Carbon" o de cualquier otro recubrimiento duro y/o con un bajo coeficiente de rozamiento.
Ademas, las caras axiales de segmento de desbloqueo 39 pueden constar de una protuberancia anular axial 28 que reduce la superficie de contacto y aumenta la presion de contacto entre dichas caras 39 y los segmentos continuos extensibles 9 o entre dichas caras 39 y los cordones flotantes 21. Dicha protuberancia 28 refuerza la estanqueidad del dispositivo de estanqueidad para piston 1 segun la invencion.
Se ve, particularmente en la figura 6, que el faldon deslizante 6 puede a modo a variante, presentar unos medios de centrado de segmento continuo extensible 40 que cooperan con la cara cilmdrica interna de segmento 12 para centrar el segmento continuo extensible 9 con respecto a dicho faldon 6 y/o unos medios de centrado de segmento de desbloqueo 41 que cooperan con la cara cilmdrica interna de segmento de desbloqueo 37 para centrar el segmento de desbloqueo continuo extensible 35 con respecto a dicho faldon 6.
Segun otra variante del dispositivo de estanqueidad para piston 1, representada en las figuras 2 a 4 y en la figura 8, el segmento continuo extensible 9 y/o el segmento de desbloqueo continuo extensible 35 puede mantenerse aproximadamente centrado con respecto al faldon deslizante 6 por un anillo de centrado, el mismo centrado con respecto a dicho faldon 6, por unos medios de centrado de anillo de centrado 49 que pueden cooperar, por ejemplo, con el mandril 17.
Cabe destacar que el anillo de centrado 49 esta atravesado por al menos un orificio axial que permite que la union mecanica entre faldones atraviese dicho anillo 49, mientras que esta ultima puede igualmente constar de un canal axial que deja pasar el fluido 36 de una cara a otra de dicho anillo 49 y/o otro canal, garganta o refrentado radial que deja pasar el fluido 36 del centro hacia la periferia de dicho anillo 49.
Funcionamiento de la invencion
El funcionamiento del dispositivo de estanqueidad para piston 1 se entiende a la vista de las figuras 9 a 16 sobre las que, a modo de variante de realizacion no limitativa, dicho dispositivo 1 esta representado dotado de tres segmentos continuos extensibles 9 intercalados entre el faldon fijo 5 y el faldon deslizante 6, mientras un segmento de desbloqueo continuo extensible 35 esta intercalado entre cada uno de dichos segmentos 9.
Segun este ejemplo de realizacion de dicho dispositivo 1 de acuerdo con la invencion, la camara de fluido 27 esta llena de fluido 36 cuya presion es variable, siendo dicho fluido 36 aceite. Se observa que por efecto de la presion de dicho aceite, el piston 2 puede empujar sobre unos medios de transmision 33 mecanicos, adoptando estos ultimos la forma, segun el ejemplo no limitativo expuesto en las figuras 1 a 6, de un pie de apoyo 34.
Para facilitar la comprension sobre el funcionamiento del dispositivo de estanqueidad 1, en este documento nombraremos el primer segmento continuo extensible 9 partiendo del faldon deslizante 6 "segmento de baja presion A", el segundo, "segmento de presion media B" y el tercero, "segmento de alta presion C". Este ultimo segmento C es por lo tanto el que esta posicionado lo mas cerca posible del faldon fijo 5.
Asimismo, en este documento denominamos al segmento de desbloqueo continuo extensible 35, colocado entre el segmento de baja presion A y el segmento de media presion, B "segmento de desbloqueo de baja presion D", mientras que al segmento de desbloqueo continuo extensible 35, posicionado entre el segmento de presion media B y el segmento de alta presion C, lo denominamos "segmento de desbloqueo de presion media E".
El dispositivo de estanqueidad 1, tal y como se representa en las figuras 9 a 16, asegura tambien la estanqueidad del piston 2 en el cilindro 8, de acuerdo con cuatro modos de funcionamiento, correspondiendo cada uno de dichos
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modos a un intervalo de presion que el aceite contenido en la camara de fluido 27 puede ejercer sobre la cara de compresion 11.
Para simplificar la descripcion del funcionamiento del dispositivo 1 de acuerdo con la invencion, en este documento se considera que de conformidad con lo que ilustran las figuras 9 a 16-solo los segmentos continuos extensibles 9 constan de protuberancias anulares axiales 28 y que estas ultimas presentan todas el mismo diametro de contacto. Se considera, asimismo, que la cara cilmdrica externa de segmento 13 del segmento de baja presion A, la del segmento de presion media B y la del segmento de alta presion C, tienen el mismo diametro cuando ninguna presion de aceite particular no predomina en la camara de fluido 27.
Habiendose expuesto esto, el funcionamiento del dispositivo de estanqueidad para piston 1 segun la invencion es el siguiente:
Si predomina una presion debil en la camara de fluido 27 como se muestra en la figura 9, no se recurre a ningun segmento continuo extensible 9 para asegurar la estanqueidad entre el piston 2 y el cilindro 8 y para impedir que el aceite contenido en dicha camara 27, fluya entre dicho piston 2 y dicho cilindro, 8. A este bajo nivel de presion, dicha estanqueidad se efectua mediante la poca holgura existente entre el faldon deslizante 6 y dicho cilindro 8.
Por pequena que sea, la presion que predomina en la camara de fluido 27 no por ello deja de transmitirse inmediatamente a la cara cilmdrica interna de segmento 12 de la que consta cada uno de los tres segmentos continuos extensibles 9 y a la cara cilmdrica interna de segmento de desbloqueo 37 de la que consta de cada uno de los dos segmentos de desbloqueo continuos extensibles 35. Dicha presion se transmite a dichas caras 12, 37 mediante el canal de transmision de presion 10 habilitado en el interior del faldon deslizante 6, atravesando dicho canal 10, dicho faldon 6 de lado a lado en sentido axial.
Como se ilustra en la figura 9, de esto resulta que el diametro de la cara cilmdrica externa de segmento 13 de los tres segmentos continuos extensibles 9 aumenta sustancialmente, pero no lo suficiente para que dicha cara 13 entre en contacto con el cilindro 8. De manera similar, el diametro de la cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo 28 de los dos segmentos de desbloqueo continuos extensibles 35 aumenta sustancialmente, a la vez que permanece a cierta distancia de la pared del cilindro 8.
Se observa en las figuras 9 a 16, aunque tambien, por ejemplo, en la figura 6 que el aceite contenido en la camara de fluido 27 no puede fluir o muy poco, a traves del canal de transmision de presion 10 y despues entre el segmento de baja presion A y el faldon deslizante 6, entre cualquier segmento continuo extensible 9 y el segmento de desbloqueo continuo extensibles 35 con el que coopera, y entre el segmento de alta presion C y el faldon fijo 5. En efecto, estos componentes estan comprimidos entre sf en sentido axial, por una parte, por el resorte de faldon deslizante 16 y, por otra parte, por la fuerza que ejerce la presion del aceite sobre el faldon deslizante 6 y que tiende a acercar este ultimo al faldon fijo 5. Cabe destacar, que dicha fuerza es aproximadamente igual al producto de dicha presion por la seccion del diametro del faldon deslizante 6 menos el producto de dicha presion por la seccion del diametro de contacto de la protuberancia anular axial 28 del segmento de baja presion A. Como se ha expuesto anteriormente, dicha protuberancia asegura la estanqueidad entre dicho faldon deslizante 6 y dicho segmento A.
Se observa en las figuras 9 a 16 que el grosor radial medio del segmento de baja presion A es menor que el del segmento de presion media B, siendo este ultimo menor que el del segmento de alta presion C. En consecuencia, bajo el efecto de una misma presion de aceite, el diametro de la cara cilmdrica externa de segmento 13 del segmento de baja presion A aumenta mas que el de dicha cara 13 del segmento de presion media B, aumentando este ultimo mas que el de dicha cara 13 del segmento de alta presion C.
Segun el mismo principio, el grosor radial medio del segmento de desbloqueo de baja presion D es menor que el del segmento de desbloqueo de presion media E. De ello resulta que por efecto de una misma presion de aceite, el diametro de la cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo 28 del segmento de desbloqueo de baja presion D aumenta mas que el de la cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo 28 del segmento de desbloqueo de presion media E.
Al seguir aumentando la presion del aceite contenido en la camara de fluido 27, el diametro de la cara cilmdrica externa de segmento 13 de los tres segmentos continuos extensibles 9 sigue aumentando hasta que la cara cilmdrica externa de segmento 13 del segmento de baja presion A entre en contacto circunferencial con el cilindro 8, como se muestra en la figura 10.
Cabe destacar, que la presion de contacto que ejerce dicha cara 13 sobre el cilindro 8 viene determinada, en concreto, por el perfil de dicha cara 13 del segmento de baja presion A tal y como es particularmente visible en la figura 17, siendo este perfil igualmente aplicable a la cara cilmdrica externa de segmento 13 de los segmentos de presion media B y de alta presion C. De este modo, es la presion que ejerce el aceite sobre la cara cilmdrica interna de segmento 12 de dicho segmento A conjugada con la rigidez y el perfil de este ultimo, la que constituye la estanqueidad buscada entre dicho segmento A y el cilindro 8.
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Al seguir aumentado la presion en la camara de fluido 27, el diametro de la cara cilmdrica externa de segmento 13 del segmento de baja presion A ejerce una presion creciente sobre el cilindro 8, mientras que el diametro de la cara cilmdrica externa de segmento 13 del segmento de presion media B y del segmento de alta presion C sigue aumentando, y asf, hasta que la cara cilmdrica externa de segmento 13 del segmento de presion media B entre en contacto circunferencial con el cilindro 8, como se muestra en la figura 11. En este estadio, la presion de aceite es insuficiente para que la cara cilmdrica externa de segmento 13 del segmento de alta presion C entre en contacto circunferencial con el cilindro 8, ya que el grosor radial de dicho segmento de alta presion C es mayor que el del segmento de presion media B, asf como su rigidez.
Al entrar en contacto circunferencial con el cilindro 8, el segmento de presion media B efectua, funcionando como el segmento de baja presion A, una estanqueidad entre dicho segmento de presion media B y dicho cilindro 8.
En este estadio, el segmento de baja presion A y el segmento de presion media B estan los dos en contacto con el cilindro 8, mientras que solo el segmento de baja presion A detiene efectivamente el aceite a presion que de lo contrario podna pasar entre el piston 2 y el cilindro 8.
Al seguir aumentado la presion en la camara de fluido 27, la estanqueidad efectiva asegurada por el segmento de baja presion A podra transferirse al segmento de presion media B gracias a la accion del segmento de desbloqueo de baja presion D.
En efecto, el aceite a muy baja presion queda aprisionado en el breve espacio que queda entre el segmento de baja presion A, el segmento de presion media B, la cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo 38 del segmento de desbloqueo de baja presion D y la pared del cilindro 8. Este espacio es tan pequeno que una muy pequena reduccion absoluta de su volumen, se traduce en una gran elevacion relativa de la presion del aceite que contiene.
Al seguir aumentando la presion en la camara de fluido 27, el diametro de la cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo 38 del segmento de desbloqueo de baja presion D aumenta, comprimiendo dicha cara 38 el aceite contenido en dicho espacio. Dicho aceite ejerce entonces una presion cada vez mayor sobre la cara cilmdrica
externa de segmento 13 del segmento de baja presion A, acercandose dicha presion a la presion que ejerce el
aceite contenido en la camara de fluido 27 a traves del canal de transmision de presion 10 sobre la cara cilmdrica interna de segmento 12 de dicho segmento de baja presion A.
Mas alla de cierta presion en dicho espacio, el segmento de baja presion A ya no puede seguir en contacto con el cilindro 8 y se retrae, como se muestra en la figura 12. Al hacerlo, ya no asegura la estanqueidad con el cilindro 8 y la presion de la camara de fluido 27 se propaga inmediatamente al espacio dejado inicialmente entre el segmento de baja presion A, el segmento de presion media B, la cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo 38 del segmento de desbloqueo de baja presion D y la pared del cilindro 8. Esto tiene el efecto de acabar de retraer el
segmento de desbloqueo de baja presion D y de retraer asimismo el segmento de desbloqueo de baja presion D,
como se muestra en la figura 13.
En este estadio, el segmento de presion media B es el unico que queda para asegurar lo esencial de la estanqueidad entre el piston 2 y el cilindro 8.
Al seguir creciendo la presion en la camara de fluido 27, como se muestra en las figuras 14 a 16, la misma secuencia de relevo en la constitucion de una estanqueidad, se opera entre el segmento de presion media B y el segmento de alta presion C, sustituyendose el segmento de desbloqueo de baja presion D empleado anteriormente en dicha secuencia, por el segmento de desbloqueo de presion media E.
Se observa en las figuras 1 a 5 y en la figura 7 que ventajosamente puede preverse un segmento rascador 24 en una garganta de rascador 25 habilitada en la superficie cilmdrica externa del faldon fijo 5 o en un refrentado 29 realizado en el borde axial de dicho faldon 5. Este segmento rascador 24 evita que las rapidas idas y venidas que puede efectuar el piston 2 en el cilindro 8 no vaden por aceleracion el aceite contenido entre los segmentos continuos extensibles 9 y el cilindro 8 por una parte, y entre los segmentos de desbloqueo continuos extensibles 35 y dicho cilindro 8 por otra parte. En efecto, la presencia de dicho aceite es necesaria para que cualquier segmento continuo extensible 9 que deba retraerse para ceder la estanqueidad de la que hasta entonces tema la carga, al segmento continuo extensible 9 vecino colocado mas cerca del faldon fijo 5 pueda hacerlo de manera efectiva. Esta retraccion solo puede producirse si consecutivamente al aumento de presion de la camara de fluido 27, el segmento de desbloqueo continuo extensible 35 posicionado en direccion del faldon fijo 5 inmediatamente despues de dicho segmento 9 que debe retraerse, puede comprimir efectivamente el aceite aprisionado entre su cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo 38 y el cilindro 8. Esta condicion es necesaria para que la presion que ejerce el aceite sobre la cara cilmdrica externa de segmento 13 del segmento continuo extensible 9 que tiene que retraerse se acerque a la presion que ejerce dicho aceite sobre la cara cilmdrica interna de segmento 12 de dicho segmento 9, lo que provoca la retraccion efectiva de dicho segmento 9 tal como se buscaba.
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Ventajosamente, se observa que el faldon deslizante 6 sigue dejando que fluya una muy pequena cantidad de aceite entre el mismo y el cilindro 8 cada vez que la presion en la camara de fluido 27 se vuelve inferior a la presion a la que el segmento de baja presion A entra en contacto circunferencial con el cilindro 8. De este modo, el faldon deslizante 6 y el segmento rascador 24 cooperan para mantener siempre aceite entre los segmentos continuos extensibles 9 y el cilindro 8 por una parte, y entre los segmentos de desbloqueo continuos extensibles 35 y dicho cilindro 8 por otra parte.
Se observa que una pequena holgura que se deja entre el faldon fijo 5 y el cilindro 8 eventualmente puede hacer que resulte inutil recurrir al segmento rascador 24.
Cabe destacar que el dispositivo de estanqueidad para piston 1 segun la invencion, funciona con independencia de que la presion predominante en la camara de fluido 27 sea ascendente o descendente, entrando cada segmento continuo extensible 9 en contacto circunferencial con el cilindro 8 en un intervalo de presion determinado.
Cabe destacar que en fase de presion ascendente en la camara de fluido 27, en determinados intervalos de presion, un solo segmento continuo extensible 9 esta en contacto con el cilindro 8 mientras que en otros intervalos de presion en los que un segmento continuo extensible 9 cede la estanqueidad de la que hasta entonces tema la carga, al segmento continuo extensible 9 vecino colocado mas cerca del faldon fijo 5, estos dos ultimos segmentos continuos extensibles 9 estan temporalmente en contacto con el cilindro 8 simultaneamente. Este funcionamiento particular previsto por el dispositivo de estanqueidad para piston 1 segun la invencion, permite limitar al maximo cualquier fuga de aceite entre el piston 2 y el cilindro 8.
La figura 17 ilustra el perfil de las caras cilmdricas externas de segmento 13 de los segmentos continuos extensibles 9 tal como puede preverse segun una variante de realizacion del dispositivo de estanqueidad para piston 1. Dicho perfil define una lmea de contacto 42 que esta habilitada de manera protuberante sobre la cara cilmdrica externa de segmento 13 y acusadamente excentrica en la longitud axial del segmento continuo extensible 9 en direccion al faldon deslizante 6. De dicho perfil resulta que del lado de dicha lmea 42 orientado en direccion al faldon fijo 5 se encuentra una pendiente larga 43 de poca inclinacion, mientras que del lado de dicha lmea 42 orientada en direccion al faldon deslizante 6 se encuentra una pendiente corta 44 de inclinacion pronunciada.
Este ejemplo no limitativo de perfil de la cara cilmdrica externa de segmento 13 asegura una presion de contacto suficientemente elevada al nivel de la lmea de contacto 42, con el fin de efectuar una buena estanqueidad a pesar de que la fuerza ejercida sobre dicha lmea 42 sigue siendo debil. En efecto, dicha fuerza es el resultado de la presion ejercida por el aceite sobre la cara cilmdrica interna de segmento 12 sobre la longitud de la pendiente larga 43 de poca inclinacion, menos la fuerza de retraccion del segmento continuo extensible 9 debido a su rigidez intrmseca.
La debil fuerza ejercida sobre la lmea de contacto 42 genera pocas perdidas por rozamiento en la conexion entre dicha lmea 42 y el cilindro 8. No obstante, la escasa longitud de contacto de dicha lmea 42 tiene como resultado una presion de contacto elevada de dicha lmea 42 sobre el cilindro 8, procurando dicha presion una buena estanqueidad.
En este punto cabe precisar que la altura de la pendiente larga 43 de poca inclinacion y de la pendiente corta 44 de inclinacion pronunciada, en la practica, es de tan solo unos micrometros. En concreto, la altura de la pendiente larga 43 de poca inclinacion esta calculada para que subsista un espacio suficiente entre dicha pendiente 43 y el cilindro 8 cuando el segmento de desbloqueo continuo extensible 35 que linda con dicha pendiente 43 comprime el aceite entre esta ultima y el cilindro 8, y esto, con el fin de que el segmento continuo extensible 9 sobre el que esta habilitada dicha pendiente 43 se retraiga bien como es debido.
Tras la lectura de la descripcion del funcionamiento del dispositivo de estanqueidad para piston 1 que se acaba de hacer, se deduce facilmente que no se ha fijado ningun lfmite en cuanto al numero de segmentos continuos extensibles 9 y de segmentos de desbloqueo continuos extensibles 35 de los que puede constar el piston 2. Ademas, queda entendido que las perdidas por rozamiento que sobrevienen entre el piston 2 y el cilindro 8 son tanto mas debiles cuanto que dicho piston 2 consta de un numero elevado de segmentos continuos extensibles 9.
Cabe recordar que a muy bajas presiones, dicho dispositivo 1 no genera un rozamiento significativo entre los segmentos continuos extensibles 9 y el cilindro 8, efectuandose la estanqueidad de manera satisfactoria por la pequena holgura dejada entre el faldon deslizante 6 y el cilindro 8.
Cuando la presion del aceite a sellar de manera estanca, sube en la camara de fluido 27, se observa que el rozamiento entre cualquier segmento continuo extensible 9 y el cilindro 8 queda limitado, ya que la fuerza que ejerce la cara cilmdrica externa de segmento 13 de dicho segmento 9 sobre dicho cilindro 8 por efecto de dicha presion se ve disminuida por la fuerza antagonica de retraccion que produce dicho segmento 9 debido a su rigidez, oponiendose esta ultima fuerza al aumento de diametro de dicho segmento 9. Por ello, la presion de contacto circunferencial que ejerce dicha cara 13 sobre dicho cilindro 8 puede permanecer lo bastante elevada como para garantizar una buena estanqueidad, estando dicha presion concretamente determinada por el perfil de dicha cara 13,
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tal y como se ha representado a modo de ejemplo, en la figura 17.
De este modo, el dispositivo de estanqueidad para piston 1 segun la invencion permite conservar a la vez rozamientos moderados y una buena estanqueidad, incluso si el aceite contenido en la camara de fluido 27 esta sometido a muy altas presiones, del orden de doscientos MPa (dos mil bares) y mas. En efecto, las fuertes variaciones en el diametro del cilindro 8 resultantes de tales presiones no impiden ni el funcionamiento del dispositivo 1 segun la invencion, ni su facultad para asegurar una buena estanqueidad a la vez que genera bajos niveles de rozamiento. Esto se debe al hecho de que el grosor radial de cada segmento continuo extensible 9 ventajosamente se ha calculado teniendo en cuenta la rigidez del cilindro 8 para que cada uno de dichos segmentos 9 entre en contacto circunferencial con dicho cilindro 8 a partir de la presion buscada, a continuacion, genera la presion de contacto necesaria entre su cara cilmdrica externa de segmento 13 y dicho cilindro 8 con el fin de efectuar la estanqueidad buscada.
Cabe destacar que de manera general, el dispositivo de estanqueidad para piston 1 segun la invencion requiere una gran precision de mecanizado, al menos para la realizacion del faldon deslizante 6, de los segmentos continuos extensibles 9, de los segmentos de desbloqueo continuos extensibles 35 y del cilindro 8, siendo dicha precision necesaria para asegurar una correcta estanqueidad a baja presion y para minimizar la holgura en reposo entre dichos segmentos 9, 35 y dicho cilindro 8.
Ademas, si dicho dispositivo 1 se utiliza en el campo de las muy altas presiones, la rigidez del cilindro 8 debe ser lo bastante alta como para que los segmentos continuos extensibles 9 no esten sometidos a fatiga por tensiones mecanicas demasiado elevadas.
Se observa tambien que el grosor radial respectivo de los segmentos continuos extensibles 9 y de los segmentos de desbloqueo continuos extensibles 35 por una parte y la holgura dejada entre dichos segmentos 9, 35 y el cilindro 8 por otra parte, se cuentan entre los principales factores que determinan el funcionamiento del dispositivo de estanqueidad para piston 1 segun la invencion. Lo mismo ocurre con la rigidez radial del cilindro 9 con respecto a la de dichos segmentos 9, 35. Ademas, el posicionamiento axial de la lmea de contacto 42 sobre la cara cilmdrica externa de segmento 13, asf como la anchura de contacto de dicha lmea 42 sobre el cilindro 8 en funcion de la presion aplicada a la cara cilmdrica interna de segmento 12 del segmento que comprende dicha lmea 42, determinan en gran medida, el funcionamiento del dispositivo 1 de acuerdo con la invencion. En cualquier caso, para el diseno y el dimensionamiento de dicho dispositivo 1, ventajosamente, se puede recurrir al metodo de elementos finitos.
Asimismo, el principio de funcionamiento del dispositivo de estanqueidad para piston 1 segun la invencion sugiere unos segmentos continuos extensibles 9 y unos segmentos de desbloqueo continuos extensibles 35 realizados con materiales con un alto lfmite elastico, una alta resistencia mecanica y una alta resistencia a la fatiga.
Las posibilidades del dispositivo de estanqueidad para piston 1 de acuerdo con la invencion no se limitan a las aplicaciones que se acaban de describir, ademas debe entenderse que la descripcion solo se ha dado a modo de ejemplo y que no limita en modo alguno el ambito de dicha invencion tal y como esta definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo de estanqueidad para piston (1) previsto para un piston (2) que evoluciona en un cilindro (8) del que al menos uno de los extremos esta cerrado por una camara de fluido (27), comprendiendo dicho piston (2) al menos una cabeza de piston (3) que consta al menos de un faldon fijo (5) y que presenta, por una parte, una cara de apoyo de piston (4) para ejercer una fuerza sobre cualquier medio de transmision (33) mecanica, hidraulica o neumatica y por otra parte, una cara de compresion (11) que desemboca en la camara de fluido (27) y que puede recibir la presion de un fluido (36), caracterizado por que comprende:
    • al menos un faldon deslizante (6) de forma cilmdrica alojado en el cilindro (8) con poca holgura, colocado en la prolongacion de la cabeza de piston (3) del lado de la cara de compresion
    (11) y en el eje de dicha cabeza (3), estando dicho faldon deslizante (6) unido a dicha cabeza (3) por una union mecanica entre faldones (7) que le permite desplazarse en traslacion longitudinal con respecto a dicha cabeza
    (3);
    • al menos un canal de transmision de presion (10) habilitado en el interior del faldon deslizante (6) y que atraviesa este ultimo de lado a lado en sentido axial;
    • al menos un segmento continuo extensible (9) de forma anular continua, intercalado entre el faldon fijo (5) y el faldon deslizante (6) y que comprende una cara cilmdrica interna de segmento (12) sometida a la presion del fluido (36) a traves del canal de transmision de presion (10), una cara cilmdrica externa de segmento (13) que puede entrar en contacto con el cilindro (8), una cara axial de segmento del lado del faldon fijo (14) mantenida directa o indirectamente en contacto estanco con el faldon fijo (5) y una cara axial de segmento del lado del faldon deslizante (15) mantenida directa o indirectamente en contacto estanco con el faldon deslizante (6);
    • al menos un resorte de faldon deslizante (16) que tiende a acercar el faldon deslizante (6) al faldon fijo (5) y a comprimir axialmente el segmento continuo extensible (9).
  2. 2. Dispositivo de estanqueidad para piston segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la union mecanica entre faldones (7) esta constituida por un mandril (17) solidario con la cara de compresion (11) y que coopera con un orificio de mandril (18) habilitado axialmente en el faldon deslizante (6), estando dicho mandril (17) alojado en dicho orificio (18).
  3. 3. Dispositivo de estanqueidad para piston segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el resorte de faldon deslizante (16) es una arandela elastica (19) que se apoya por una parte sobre el extremo del mandril (17) y por otra parte sobre el faldon deslizante (6).
  4. 4. Dispositivo de estanqueidad para piston segun la reivindicacion 1, caracterizado por que al menos un cordon flotante (21) con un diametro exterior sustancialmente inferior al diametro interior del cilindro (8) esta intercalado directa o indirectamente entre el segmento continuo extensible (9) y el faldon fijo (5) o entre dicho segmento (9) y el faldon deslizante (6), estando la cara axial de segmento del lado del faldon fijo (14) y/o la cara axial de segmento del lado del faldon deslizante (15) mantenida(s) en contacto estanco con dicho cordon (21) mientras este ultimo es atravesado por al menos un orificio axial de cordon (31) que permite que la union mecanica entre faldones (7) atraviese dicho cordon (21).
  5. 5. Dispositivo de estanqueidad para piston segun la reivindicacion 4, caracterizado por que el cordon flotante (21) consta de unos medios de centrado de cordon (23) que tienden a centrar radialmente dicho cordon (21) con respecto al faldon deslizante (6) o con respecto al faldon fijo (5), apoyandose dichos medios (23) directa o indirectamente sobre uno u otro de dichos faldones (5, 6) o sobre la union mecanica entre faldones (7).
  6. 6. Dispositivo de estanqueidad para piston segun la reivindicacion 4, caracterizado por que el cordon flotante (21) consta de una garganta de segmento (22) que coopera en el centrado radial del segmento continuo extensible (9) con respecto al faldon deslizante (6) o con respecto al faldon fijo (5).
  7. 7. Dispositivo de estanqueidad para piston segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el faldon fijo (5) consta al menos de un segmento rascador (24) alojado en una garganta de rascador (25) habilitada en la superficie cilmdrica externa de dicho faldon (5).
  8. 8. Dispositivo de estanqueidad para piston segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la cara cilmdrica externa de segmento (13) consta al menos de una garganta axial de micro fuga (26).
  9. 9. Dispositivo de estanqueidad para piston segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la cara cilmdrica interna de segmento (12) coopera al menos con una junta de estanqueidad circular (32) de material flexible para efectuar directa o indirectamente una estanqueidad con el faldon fijo (5) y/o el faldon deslizante (6).
  10. 10. Dispositivo de estanqueidad para piston, segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la parte de longitud axial de la cara cilmdrica interna de segmento (12) que esta mas cerca del faldon fijo (5) es de media, de mayor diametro que la parte de longitud axial de dicha cara cilmdrica interna (12) que esta mas cerca del faldon deslizante (6), de manera que el segmento continuo extensible (9) sea sobre el conjunto de su longitud axial radialmente menos
    5
    10
    15
    20
    25
    grueso y menos ngido del lado del faldon fijo (5) que del lado del faldon deslizante (6), mientras que, por su parte, la cara cilmdrica externa de segmento (13) conserva aproximadamente el mismo diametro por toda la longitud axial de dicho segmento (9).
  11. 11. Dispositivo de estanqueidad para piston segun la reivindicacion 1, caracterizado por que al menos un segmento de desbloqueo continuo extensible (35) de forma anular continua y cuyo diametro exterior es sustancialmente inferior al diametro interior del cilindro (8), esta intercalado directa o indirectamente entre dos segmentos continuos extensibles (9), comprendiendo dicho segmento de desbloqueo continuo extensible (35) una cara cilmdrica interna de segmento de desbloqueo (37) sometida a la presion del fluido (36) a traves del canal de transmision de presion (10), una cara cilmdrica externa de segmento de desbloqueo (38) que puede acercarse al cilindro (8) y dos caras axiales de segmento de desbloqueo (39) cada una mantenida directa o indirectamente en contacto estanco con uno de los dos segmentos continuos extensibles (9).
  12. 12. Dispositivo de estanqueidad para piston segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 u 11, caracterizado por que el faldon deslizante (6) presenta medios de centrado de segmento continuo extensible (40) que cooperan con la cara cilmdrica interna de segmento (12) para centrar el segmento continuo extensible (9) con respecto a dicho faldon (6) y/o de los medios de centrado de segmento de desbloqueo (41) que cooperan con la cara cilmdrica interna de segmento de desbloqueo (37) para centrar el segmento de desbloqueo continuo extensible (35) con respecto a dicho faldon (6).
  13. 13. Dispositivo de estanqueidad para piston segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 u 11, caracterizado por que el segmento continuo extensible (9) y/o el segmento de desbloqueo continuo extensible (35) esta(n) mantenido(s) aproximadamente centrado(s) con respecto al faldon deslizante (6) por un anillo de centrado (48) estando el mismo, centrado con respecto a dicho faldon (6) por unos medios de centrado de anillo de centrado (49).
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