IT201800010424A1

IT201800010424A1 - Dispositivo di tenuta a labirinto

Info

Publication number: IT201800010424A1
Application number: IT102018000010424A
Authority: IT
Inventors: Andrea Serafini
Original assignee: Skf Ab
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2020-05-19
Also published as: CN111197657A; US20200158179A1; DE102019217359A1

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: DISPOSITIVO DI TENUTA A LABIRINTO

DESCRIZIONE

Settore Tecnico dell’Invenzione

La presente invenzione attiene ad un dispositivo di tenuta a cassetta avente caratteristiche innovative e destinato ad essere applicato su unità a cuscinetto. La presente invenzione è particolarmente idonea, anche se non esclusivamente, per i gruppi mozzo ruota di autoveicoli, gruppi provvisti di un’unità cuscinetto. Tali applicazioni comprendono sia il caso in cui l’anello esterno del cuscinetto è rotante mentre l’anello interno del cuscinetto è fisso, sia il caso opposto in cui l’anello interno ruota e l’anello esterno è fisso. Questa invenzione è applicabile, vantaggiosamente ma non esclusivamente, ad unità cuscinetto aventi una doppia corona di sfere.

Tecnica Nota

Com’è noto, le unità cuscinetto sono genericamente esposti a contaminanti di diverso tipo, ad esempio particolato in sospensione e/o in soluzione. Pertanto, le unità cuscinetto, anche quelle appartenenti a gruppi mozzo ruota per autoveicoli, necessitano di essere provviste di idonei dispositivi di tenuta.

Un esempio di dispositivo di tenuta secondo la tecnica nota è mostrato in figura 2, che rappresenta un dettaglio di un’unità cuscinetto per un gruppo mozzo ruota. Nel dettaglio sono abbozzati i componenti principali dell’unità cuscinetto, rispetto ad un asse di rotazione Z, ovvero l’anello radialmente esterno 1, stazionario, l’anello radialmente interno 2, girevole, e un corpo di rotolamento 3.

Il dispositivo di tenuta 4 è una tenuta a cassetta in due pezzi, comprendente una porzione girevole 5, montata sull'anello radialmente interno 2 e una porzione stazionaria 6, montata sull'anello radialmente esterno 1. Secondo questa tecnica nota, la porzione stazionaria 6 della tenuta 4 comprende una coppia di labbri 7, 8 in materiale elastomerico contattanti la porzione girevole e che assicurano la tenuta verso l’interno dell’unità cuscinetto medesima. Come si può vedere dalle frecce mostrate in figura, questa soluzione espone il bordo del labbro più esterno all’acqua e ai contaminanti che possono penetrare all’interno del dispositivo di tenuta attraverso il gioco presente tra porzione girevole e porzione stazionaria.

Per ovviare a questo inconveniente, un’altra soluzione nota è stata implementata ed è mostrata in figura 3. Questa figura mostra lo stesso dettaglio dell’unità cuscinetto ed utilizza gli stessi riferimenti della figura 2. Secondo questa ulteriore tecnica nota, il dispositivo di tenuta 4 ed in particolare la sua pozione girevole 5 è provvista di uno schermo 9 che va a realizzare una sorta di labirinto.

Il labirinto protegge sicuramente meglio il labbro esterno del dispositivo di tenuta dal flusso diretto di acqua e contaminanti. Allo stesso tempo, però, il contaminante che riesce comunque a penetrare all’interno è ostacolato nel suo deflusso e si accumula nella zona indicata con “c”. Entrambi gli effetti, il primo positivo, il secondo negativo diventano più importanti al crescere della lunghezza dello schermo 9.

Pertanto questa ulteriore soluzione nota presenta come effetto indesiderato l’accumulo di fango al suo interno, che l’acqua altresì presente non riesce a portar via, inconveniente che riduce il periodo di funzionamento del gruppo mozzo ruota, accelerando l'usura dei labbri e pregiudicando il corretto funzionamento dell’intera unità cuscinetto.

Ulteriori soluzioni note di dispositivi di tenuta a labirinto hanno lo svantaggio di penalizzare il disegno dei labbri, in particolare, limitare il loro sviluppo radiale, in quanto tali soluzioni a labirinto richiedono un notevole ingombro radiale.

Esiste pertanto l’esigenza di progettare un dispositivo di tenuta a cassetta che sia esente dagli inconvenienti suddetti.

Sintesi dell’Invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di tenuta a cassetta, ad esempio per un’unità cuscinetto di un gruppo mozzo ruota, tale dispositivo essendo dotato ad un tempo di una funzione di schermo nei confronti dei contaminanti esterni e di una geometria che favorisca la fuoriuscita del flusso, ancorché limitato di contaminanti penetrati all’interno del dispositivo di tenuta.

Da un lato, la nuova soluzione dovrà essere provvista di uno schermo con funzione di labirinto per protegge il labbro dal flusso diretto di acqua e contaminanti, dirigendolo verso l’esterno del gruppo mozzo ruota.

D’altro canto, la soluzione a labirinto dovrà essere tale da consentire che acqua e contaminanti penetrati all’interno del dispositivo di tenuta non incontrino ostacoli al deflusso e per far questo la dimensione dello schermo con funzione di labirinto dovrà essere ottimizzata in modo che la lunghezza del labirinto medesimo risulti sufficientemente ridotta. In questo modo è facile per l'acqua lavare via il fango che si potrebbe accumulare all’interno, o consentire alla peggio un accumulo di fango trascurabile.

Vantaggiosamente, la soluzione di cui alla presente invenzione potrà essere applicata anche ad un dispositivo di tenuta provvisto di encoder.

Secondo un aspetto della presente invenzione è descritto un dispositivo di tenuta secondo le caratteristiche enunciate nella rivendicazione indipendente annessa.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione è inoltre descritto un gruppo mozzo ruota avente un’unità cuscinetto provvista del dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione.

Ulteriori modi di realizzazione dell’invenzione, preferiti e/o particolarmente vantaggiosi, sono descritti secondo le caratteristiche enunciate nelle rivendicazioni dipendenti annesse.

Breve Descrizione dei Disegni

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:

- la figura 1 è una sezione trasversale parziale di un gruppo mozzo ruota provvisto di un dispositivo di tenuta secondo una forma di attuazione della presente invenzione,

- la figura 2 è un dettaglio di un dispositivo di tenuta a cassetta, secondo una tecnica nota,

- la figura 3 è un dettaglio di un dispositivo di tenuta a cassetta, secondo una ulteriore tecnica nota,

- la figura 4 è un dettaglio di un dispositivo di tenuta a cassetta, secondo una prima forma di attuazione della presente invenzione, e

- la figura 5 è un dettaglio di un dispositivo di tenuta a cassetta, in una seconda forma di attuazione della presente invenzione.

Descrizione Dettagliata

A titolo puramente esemplificativo e non limitativo, la presente invenzione verrà ora descritta facendo riferimento ad un gruppo mozzo ruota per autoveicoli provvisto di un’unità cuscinetto avente un dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione.

Con riferimento alla figura 1, un gruppo mozzo ruota secondo una forma preferita di attuazione dell’invenzione, è indicato nel suo insieme con 10. La figura mostra un dettaglio della configurazione esemplificativa.

Il gruppo 10 presenta un asse di rotazione centrale X, e comprende un mozzo 20 preferibilmente, ma non necessariamente, stazionario, e una unità cuscinetto 30 a sua volta comprendente:

- un anello radialmente esterno 31, preferibilmente, ma non necessariamente, girevole,

- un anello radialmente interno 20 definito dal mozzo 20,

- un ulteriore anello radialmente interno 34 stazionario montato sul, e solidale al, mozzo 20;

- due corone di corpi di rotolamento 32, 33, in questo esempio sfere, interposte tra l'anello radialmente esterno 31 e gli anelli radialmente interni 20 e 34; e

- due gabbie 39 e 40 per mantenere in posizione i corpi di rotolamento delle corone di corpi di rotolamento 32, 33.

In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, i termini e le espressioni indicanti posizioni ed orientamenti quali “radiale” e “assiale” si intendono riferiti all’asse di rotazione centrale X dell’unità cuscinetto 30. Espressioni quali “assialmente esterno” e “assialmente interno” sono, invece, riferite alla condizione montata del gruppo mozzo ruota, e nel caso di specie, preferibilmente, sono riferite ad un lato ruota e, rispettivamente, ad un lato opposto al lato ruota.

L’anello radialmente esterno 31 è provvisto di due rispettive piste di rotolamento radialmente esterne 31’, mentre gli anelli radialmente interni 20, 34 sono provvisti di rispettive piste di rotolamento radialmente interne 20’, 34’ per permettere il rotolamento della corona di corpi di rotolamento assialmente esterna 32 interposta tra l’anello radialmente esterno 31 e il mozzo 20, e la corona di corpi di rotolamento assialmente interna 33 tra l’anello radialmente esterno 31 e l’anello radialmente interno 34. Per semplicità di rappresentazione grafica i riferimenti 32, 33 saranno attribuiti sia alle singole sfere, sia alle corone di sfere. Sempre per semplicità, si potrà utilizzare il termine “sfera” in modo esemplificativo nella presente descrizione e negli allegati disegni al posto del termine più generico “corpo di rotolamento” (e si utilizzeranno altresì gli stessi riferimenti numerici). Il gruppo mozzo ruota 10 è provvisto di almeno un dispositivo di tenuta a cassetta 50, ad esempio, un dispositivo montato sul lato assialmente esterno dell’unità cuscinetto.

Con riferimento alla figura 4, il dispositivo di tenuta 50 può essere una tenuta a cassetta in due pezzi, comprendente una porzione girevole 51, montata sull'anello radialmente interno 34 e una porzione stazionaria 52, montata sull'anello radialmente esterno 31. La porzione stazionaria 52 del dispositivo di tenuta 50 comprende una coppia di labbri 53, 54 in materiale elastomerico contattanti la porzione girevole e che assicurano la tenuta verso l’interno del cuscinetto medesimo. Il dispositivo di tenuta 50 potrebbe anche comprendere un labbro di tenuta radiale (non mostrato in figura), in aggiunta o in sostituzione del labbro assiale più interno. Comunque, è da intendersi che il progetto, la disposizione e la quantità dei labbri di tenuta potrebbero cambiare senza per questo uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.

Il dispositivo di tenuta 50 ed in particolare la sua porzione girevole 51 è provvista di uno schermo 55, nella posizione radialmente esterna rispetto alla porzione girevole medesima, che va a realizzare una tenuta a labirinto tra la porzione girevole 51 e la porzione stazionaria 52 del dispositivo di tenuta 50. La dimensione assiale Y dello schermo 55 è però ottimizzata in modo che la lunghezza del labirinto medesimo risulti sufficientemente ridotta. In questo modo è facile per l'acqua lavare via il fango che si potrebbe accumulare all’interno, o consentire alla peggio un accumulo di fango trascurabile. In particolare, la campagna sperimentale a cui questa soluzione è stata sottoposta ha dimostrato che un buon “trade-off” tra barriera ai contaminanti esterni e possibilità di fuoriuscita di contaminanti accumulatisi all’interno del dispositivo di tenuta si ottiene se la lunghezza assiale L1 dello schermo 55 ha dimensioni maggiori delle dimensioni dello spessore S del labbro 53, 54 e dimensioni inferiori ad un multiplo M non intero dello spessore S del labbro 53, 54 e pari a 1,75.

In altre parole, la lunghezza assiale L1 dello schermo 55 dovrà essere compresa in un range che varia dal valore dello spessore del labbro 53, 54 sino al medesimo valore incrementato del 75%.

Un trade-off migliore, e quindi preferibile, si ottiene se la lunghezza assiale L1 ha dimensioni maggiori delle dimensioni dello spessore S del labbro 53, 54 e dimensioni inferiori al multiplo M non intero dello spessore S del labbro 53, 54 e pari a 1,50, ovvero se la lunghezza assiale L1 dello schermo 55 risulta compresa in un range che varia dal valore dello spessore dl labbro 53, 54 sino al medesimo valore incrementato del 50%.

Ancor più preferibilmente, la lunghezza assiale L1 dello schermo 55 potrebbe avere dimensioni maggiori delle dimensioni dello spessore S del labbro 53, 54 e dimensioni inferiori al multiplo M non intero dello spessore S del labbro 53, 54 e pari, in questo caso, a 1,25. In altre parole, la lunghezza assiale L1 dello schermo 55 dovrebbe risultare compresa in un range che varia dal valore dello spessore dl labbro 53, 54 sino al medesimo valore incrementato del 25%.

Con riferimento alla figura 5, vantaggiosamente, la soluzione di cui alla presente invenzione potrà essere applicata anche ad un dispositivo di tenuta 50 provvisto di encoder 60. L’encoder 60 si presenta in forma di disco anulare 61 in plastica o in gomma magnetizzata e comprende un inserto metallico 62, di spessore compreso tra 0,6 e 0,8 mm, avente funzione strutturale e solidale alla porzione in plastica o in gomma magnetizzata, ad esempio per incollaggio. L’inserto metallico 62 è solidale per accoppiamento forzato all'anello radialmente interno 34 dell’unità cuscinetto.

Secondo la presente invenzione, l’inserto metallico dell’encoder è provvisto di uno schermo 63, nella posizione radialmente esterna rispetto all’inserto 62 medesimo, che va a realizzare (in perfetta analogia con la soluzione precedente) una tenuta a labirinto con la porzione stazionaria 52 del dispositivo di tenuta 50. La dimensione assiale L2 dello schermo 63 è ottimizzata, anche secondo questo modo di attuazione dell’invenzione, in modo che la lunghezza del labirinto medesimo risulti sufficientemente ridotta.

Evidentemente, la medesima campagna sperimentale ha confermato gli stessi risultati ottenuti con la soluzione di figura 4 (priva di encoder). Riepilogando, un buon “trade-off” tra barriera ai contaminanti esterni e possibilità di fuoriuscita di contaminanti accumulatisi all’interno del dispositivo di tenuta si ottiene se la lunghezza assiale L2 dello schermo 63 ha dimensioni maggiori delle dimensioni dello spessore S del labbro 53, 54 e dimensioni inferiori ad un multiplo M non intero dello spessore S del labbro 53, 54 e pari a 1,75.

Un trade-off migliore, e quindi preferibile, si ottiene se la lunghezza assiale L2 dello schermo 63 ha dimensioni maggiori delle dimensioni dello spessore S del labbro 53, 54 e dimensioni inferiori al multiplo M non intero dello spessore S del labbro 53, 54 e pari a 1,50.

Ancor più preferibilmente, la lunghezza assiale L2 dello schermo 63 potrebbe avere dimensioni maggiori delle dimensioni dello spessore S del labbro 53, 54 e dimensioni inferiori al multiplo M non intero dello spessore S del labbro 53, 54 e pari, in questo caso, a 1,25.

Oltre ai modi di attuazione dell’invenzione, come sopra descritti, è da intendere che esistono numerose ulteriori varianti. Deve anche intendersi che detti modi di attuazione sono solo esemplificativi e non limitano l’oggetto dell’invenzione, né le sue applicazioni, né le sue configurazioni possibili. Al contrario, sebbene la descrizione sopra riportata rende possibile all’uomo di mestiere l’attuazione della presente invenzione almeno secondo una sua configurazione esemplificativa, si deve intendere che sono concepibili numerose variazioni dei componenti descritti, senza che per questo si fuoriesca dall’oggetto dell’invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate, interpretate letteralmente e/o secondo i loro equivalenti legali.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di tenuta (50) per unità cuscinetto (30), il dispositivo di tenuta (50) comprendendo: - una porzione girevole (51), - una porzione stazionaria (52) - almeno un labbro (53, 54) di tenuta montato sulla porzione stazionaria (52) per contattare la porzione girevole (51) e presentante uno spessore (S) determinato; e - uno schermo (55, 63) che realizza una tenuta a labirinto con la porzione stazionaria (52); il dispositivo di tenuta essendo caratterizzato dal fatto che lo schermo (55, 63) ha una lunghezza assiale (L1, L2) di dimensioni maggiori delle dimensioni dello spessore (S) dell'almeno un labbro (53, 54) di tenuta e di dimensioni inferiori ad un multiplo (M) non intero dello spessore (S) dell'almeno un labbro (53, 54) di tenuta; detto multiplo (M) non intero essendo pari a 1,75.
2. Dispositivo di tenuta (50) secondo la rivendicazione 1, laddove detto multiplo (M) non intero è pari a 1,50.
3. Dispositivo di tenuta (50) secondo la rivendicazione 2, laddove detto multiplo (M) non intero è pari a 1,25.
4. Dispositivo di tenuta (50) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che la porzione girevole (51) del dispositivo di tenuta (50) è provvista dello schermo (55) in una posizione radialmente esterna.
5. Dispositivo di tenuta (50) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, comprendente un encoder (60) provvisto di un inserto metallico (62) e dello schermo (63), caratterizzato dal fatto che lo schermo (63) è solidale in posizione radialmente esterna all’inserto metallico (62).
6. Unità cuscinetto (30) provvista di un dispositivo di tenuta (50) secondo una delle rivendicazioni precedenti.
7. Gruppo mozzo ruota (10) per autoveicoli, comprendente un mozzo (20) e un’unità cuscinetto (30) secondo la rivendicazione 6.