Unión giratoria con sello controlado de manera selectiva.

Unión giratoria (100) que incluye un elemento de sellado no giratorio (104) dispuesto de manera deslizantedentro de un orificio (128) definido en un alojamiento (106) y que tiene un canal de medios (112) encomunicación de fluido con el orificio;

en la que el alojamiento (106) incluye ademas una cámara de control (136) dispuesta alrededor del orificio,estando la cámara de control (136) fluidicamente aislada de una abertura de canal de medios;

estando dispuesto un primer sello deslizante (146) alrededor del elemento de sellado no giratorio ydispuesto para sellar la camara de control de la atmosfera;

comprendiendo ademas la unión giratoria dos sellos deslizantes adicionales (152, 156) que son sellos delabios o sellos en forma de U dispuestos alrededor del elemento de sellado no giratorio adyacentes entre sí,

estando los dos sellos adicionales (152, 156) dispuestos entre la cámara de control (136) y la abertura decanal de medios como una pareja para sellar la cámara de control (136) del canal de medios (112) y elcanal de medios (112) de la cámara de control (136) de tal manera que cada uno de los dos sellosadicionales (152, 156) proporciona una funda de sellado al toner una presion de fluido aplicada a sólo unade sus caras axiales cuando estan presentes presiones diferentes on la cámara de control (136) y el canalde medios; y

en la que el elemento de sellado no giratorio (104) está dispuesto para extenderse con respecto alalojamiento (106) cuando esta presente un fluido bajo presión en la cámara de control (136).

Unión giratoria con sello controlado de manera selectiva Campo técnico de la descripción La presente invención se refiere a dispositivos de acoplamiento por fluido tales como uniones giratorias y, más 5 particularmente, a un mecanismo de control de sellado mejorado que funciona con medios lubricantes y no lubricantes, así como sin medios.

Antecedentes de la invención Se usan dispositivos de acoplamiento por fluido tales como uniones giratorias en aplicaciones industriales, por ejemplo, mecanizado de metales o plásticos, sujeción de piezas, impresión, producción de láminas de plástico, fabricación de papel, producción de pastillas de semiconductor, y otros procesos industriales que requieren la transferencia de un medio fluido desde una fuente estacionaria tal como una bomba o depósito al interior de un elemento giratorio tal como un husillo de máquina herramienta, sistema de sujeción de piezas de trabajo, o tambores o cilindros giratorios. Con frecuencia estas aplicaciones requieren presiones de medios, caudales, relativamente elevados o velocidades de giro de máquina herramienta elevadas.

Las uniones giratorias usadas en tales aplicaciones transportan un medio fluido usado por el equipo para refrigerar, calentar, o para accionar uno o más elementos giratorios. Los medios fluidos típicos incluyen líquidos de base acuosa, aceites hidráulicos o refrigerantes, aire, y otros. En ciertos casos, por ejemplo, cuando se evacuan medios de un conducto de fluido, las uniones giratorias pueden funcionar bajo vacío. Las máquinas que usan uniones giratorias normalmente incluyen componentes de precisión, tales como cojinetes, ruedas dentadas, componentes eléctricos, y otros, que son caros y/o difíciles de reparar o reponer durante el servicio. Con frecuencia estos componentes se someten a ambientes corrosivos o a daños si se exponen a fugas de fluido o descarga de la unión giratoria durante el funcionamiento.

Una unión giratoria normalmente incluye un elemento estacionario, al que a veces se hace referencia como alojamiento, que tiene una vía de entrada para recibir un medio fluido. Un elemento de sellado no giratorio está

montado dentro del alojamiento. Un elemento giratorio, al que a veces se hace referencia como rotor, incluye un elemento de sellado giratorio y una vía de salida para descargar fluido a un componente giratorio. Una superficie de sellado del elemento de sellado no giratorio está desviada para engancharse de manera hermética con la superficie de sellado del elemento de sellado giratorio, generalmente por un resorte, presión de medios, u otros métodos, por tanto posibilitando que se forme un sello entre los componentes giratorio y no giratorio de la unión. El sello permite transferir medio fluido a través de la unión sin fugas significativas entre las partes no giratoria y giratoria. El medio fluido que pasa a través de la unión giratoria puede lubricar las superficies de sellado enganchadas para minimizar el desgaste de los elementos de sellado. Cuando se usa una unión giratoria con medios no lubricantes (tales como aire seco) o sin ningún medio, las superficies de sellado enganchadas experimentan una condición de "marcha en seco", lo que provoca un desgaste rápido del sello debido a la falta de lubricación adecuada. Periodos prolongados de marcha en seco pueden provocar daños graves a los elementos de sellado, requiriendo así reposiciones caras y que requieren mucho tiempo de uno o ambos elementos de sellado.

El equipo de mecanizado de alta velocidad, tal como fresadoras, taladradoras, máquinas de tomeado, líneas de transferencia, y demás de control numérico computerizado (CNC) , usa uniones giratorias para suministrar un medio directamente a la arista cortante de una herramienta para la refrigeración y lubricación en una disposición a la que comúnmente se hace referencia como "refrigerante a través de husillo." Una disposición de refrigerante a través de husillo prolonga la vida en servicio de herramientas de corte costosas, incrementa la productividad permitiendo velocidades de corte superiores, y elimina por chorro virutas de material que pueden dañar la pieza de trabajo o la herramienta de corte de las superficies de corte de la herramienta. Materiales de pieza de trabajo diferentes normalmente requieren medios diferentes para una productividad y comportamiento óptimos. Por ejemplo, el aire o 45 medios de aerosol pueden proporcionar un mejor control térmico cuando se mecanizan materiales muy duros, mientras que los refrigerantes líquidos pueden ofrecer un mejor comportamiento cuando se mecanizan materiales más blandos, tales como aluminio. Además, ciertos tipos de trabajo pueden realizarse de manera más eficaz y menos costosa sin un medio a través de husillo.

Se conoce una variedad de diseños pensados para evitar la marcha en seco con medios no lubricantes o sin medios. Por ejemplo, uniones giratorias que tienen superficies de sellado que se desenganchan cuando están presentes presiones de fluido opuestas, tales como la disposición dada a conocer en la patente estadounidense 5.538.292, pueden ser complejas y caras de producir. Uniones giratorias que tienen superficies de sellado que se desenganchan automáticamente en ausencia de medios, tales como la disposición dada a conocer en la patente estadounidense 4.976.282, son menos complejas de producir e incorporar en una máquina, pero son propensas al

enganche de las superficies de sellado cuando se usan medios no lubricantes. Superficies de sellado con geometrías especiales para un funcionamiento sin contacto con gases, tales como las dadas a conocer en las patentes estadounidenses 6.325.380 y 6.726.913, no proporcionan un sellado eficaz con medios líquidos. De manera similar, superficies de sellado con geometrías especiales para distribuir el medio uniformemente, tales como la disposición de sellado dada a conocer en la patente estadounidense 6.149.160, no ofrecen ninguna ventaja cuando se usan medios no lubricantes. Uniones giratorias que se enganchan con las superficies de sellado en todo momento, incluso con una desviación reducida, tales como las uniones dadas a conocer en la patente estadounidense 6.929.099, son propensas a daños por la marcha en seco a velocidades de giro elevadas.

El documento JP 11-336969 A da a conocer una unión giratoria que incluye un elemento de sellado no giratorio dispuesto de manera deslizante dentro de un orificio definido en un alojamiento y que tiene un canal de medios en comunicación de fluido con el orificio, en la que el alojamiento incluye además. una cámara de control dispuesta alrededor del orificio, estando la cámara de control aislada de fluido de la abertura de canal de medios; estando dispuesto un primer sello deslizante alrededor del elemento de sellado no giratorio y dispuesto para sellar la cámara de control de la atmósfera; comprendiendo además la unión giratoria un sello deslizante adicional dispuesto alrededor del elemento de sellado no giratorio, estando dispuesto el sello adicional entre la cámara de control y la abertura de canal de medios para sellar la cámara de control del canal de medios y el canal de medios de la cámara de control, en la que el elemento de sellado no giratorio está dispuesto para extenderse con respecto al alojamiento cuando está presente un fluido bajo presión en la cámara de control.

Se da a conocer un ejemplo adicional de una unión giratoria conocida en la patente estadounidense 5.669.636. Esta unión incluye dos vías de entrada de medios que están asociadas con tuberías y válvulas para proporcionar medios. Los medios proporcionados provocan que las superficies de sellado se enganchen en relación de sellado cuando Se usa un medio lubricante, y se desenganchen cuando está presente un medio no lubricante o cuando no está presente ningún medio. Esta disposición puede impedir la marcha en seco, pero también provoca un derrame del

medio que queda en la unión cuando se desenganchan las superficies de sellado. Tal derrame, especialmente en máquinas de múltiples ejes, no siempre puede desviarse de los componentes de alrededor y puede dañar componentes sensibles de la máquina.

Sumario de la descripción Los problemas anteriores se solucionan por medio de una unión giratoria según la reivindicación 1.

En un aspecto, la descripción describe una unión giratoria que incluye un alojamiento que tiene un orificio en comunicación de fluido con una abertura de canal de medios y una cámara de control dispuesta alrededor del orificio y aislada de fluido de la abertura de canal de medios. Un elemento de sellado no giratorio está dispuesto de manera deslizante dentro del orificio en el alojamiento y tiene un canal de medios en comunicación... [Seguir leyendo]

1. Unión giratoria (100) que incluye un elemento de sellado no giratorio (104) dispuesto de manera deslizante

dentro de un orificio (128) definido en un alojamiento (106) y que tiene un canal de medios (112) en

comunicación de fluido con el orificio;

5 en la que el alojamiento (106) incluye además una cámara de control (136) dispuesta alrededor del orificio,

estando la cámara de control (136) fluídicamente aislada de una abertura de canal de medios;

estando dispuesto un primer sello deslizante (146) alrededor del elemento de sellado no giratorio y

dispuesto para sellar la cámara de control de la atmósfera;

comprendiendo además la unión giratoria dos sellos deslizantes adicionales (152, 156) que son sellos de

labios o sellos en forma de U dispuestos alrededor del elemento de sellado no giratorio adyacentes entre sr,

estando los dos sellos adicionales (152, 156) dispuestos entre la cámara de control (136) y la abertura de

canal de medios como una pareja para sellar la cámara de control (136) del canal de medios (112) y el

canal de medios (112) de la cámara de control (136) de tal manera que cada uno de los dos sellos

adicionales (152, 156) proporciona una función de sellado al tener una presión de fluido aplicada a sólo una

15 de sus caras axiales cuando están presentes presiones diferentes en la cámara de control (136) y el canal

de medios; y

en la que el elemento de sellado no giratorio (104) está dispuesto para extenderse con respecto al

alojamiento (106) cuando está presente un fluido bajo presión en la cámara de control (136) .

2. Unión giratoria según la reivindicación 1, en la que el elemento de sellado no giratorio tiene una primera

relación de equilibrio dispuesta para hacer que el elemento de sellado no giratorio (104) se extienda desde

el alojamiento (106) cuando el fluido bajo presión está presente en la abertura de canal de medios.

Unión giratoria según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el elemento de sellado no giratorio

(104) tiene una segunda relación de equilibrio dispuesta para hacer que el elemento de sellado no giratorio

(104) se extienda desde el alojamiento (106) cuando la presión de fluido está presente en la cámara de control (136) y está presente al menos una de una presión ambiente o un vacío en el canal de medios (112) .

Unión giratoria según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una disposición de primera válvula de fluido (202) que puede hacerse funcionar para conectar por fluido de manera selectiva la cámara de control con al menos uno de una fuente de medios incompresibles presurizados, un sumidero de vacío (710) Y una descarga (210) .

5. Unión giratoria según la reivindicación 4, que comprende además una segunda válvula de fluido (204) que puede hacerse funcionar para conectar por fluido de manera selectiva el canal de medios con al menos uno de una fuente de medios compresibles presurizados, la fuente de medios incompresibles presurizados, la cámara de control, el sumidero de vacío y la descarga.

6. Unión giratoria según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una entrada de cámara de control (138) y un anillo de cámara de control (140) que interconecta por fluido la cámara de control y el canal de control cuando el alojamiento está conectado al componente de máquina no giratorio.

Unión giratoria según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un resorte de apertura (176) dispuesto para proporcionar una fuerza de apertura que hace que el elemento de sellado no giratorio se retraiga al interior del alojamiento.

8. Unión giratoria según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un componente de máquina no giratorio (110) que conforma un orificio escariado de recepción (114) dentro del que está dispuesto el alojamiento.

Unión giratoria según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un elemento de sellado giratorio (102) dispuesto en un componente de máquina giratorio (108) de tal modo que el elemento de sellado giratorio se engancha con el elemento de sellado no giratorio cuando el elemento de sellado no giratorio está suficientemente extendido desde el alojamiento.

10. Unión giratoria según la reivindicación 9, que comprende además un anillo de sellado no giratorio (164) dispuesto en un extremo del elemento de sellado no giratorio, y un anillo de sellado giratorio (192) dispuesto en el elemento de sellado giratorio en relación enfrentada con el anillo de sellado no giratorio, de tal modo que el enganche del anillo de sellado giratorio con el anillo de sellado no giratorio proporciona un sellado frontal mecánico a lo largo de un canal de medios, estando el canal de medios en comunicación de fluido con la abertura de canal de medios y extendiéndose a través de partes del componente de máquina giratorio y el alojamiento.

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