IT202000023131A1 - Dispositivo di tenuta per unità cuscinetto - Google Patents
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Description
Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: DISPOSITIVO DI TENUTA PER UNIT? CUSCINETTO
DESCRIZIONE
Settore Tecnico dell?Invenzione
La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo di tenuta per unit? cuscinetto e all?unit? cuscinetto provvista del medesimo dispositivo di tenuta. Il dispositivo di tenuta e l?unit? cuscinetto sono applicate preferibilmente, ma non esclusivamente, ad un gruppo mozzo ruota.
La presente soluzione pu? essere applicata a tutte le generazioni di gruppi mozzo ruota. In particolare, tali applicazioni includono sia il caso in cui l'anello esterno dei cuscinetti ? girevole mentre gli anelli interni del cuscinetto sono fissi, sia il caso opposto in cui gli anelli interni ruotano e l'anello esterno ? fisso. L'invenzione ? adatta anche per qualsiasi tipo di corpi di rotolamento (sfere, rulli, rulli conici, ecc.).
Tecnica Nota
Dispositivi di tenuta secondo la tecnica nota sono tenute a cassetta in due pezzi, comprendenti una porzione girevole, montata, ad esempio, sull'anello radialmente interno dell?unit? cuscinetto e una porzione stazionaria, montata, ad esempio, sull'anello radialmente esterno dell?unit? cuscinetto. Sempre a titolo esemplificativo, la porzione stazionaria comprende uno schermo metallico montato per interferenza sull?anello radialmente esterno e sullo schermo metallico ? costampata una porzione in elastomero. Sull?anello radialmente interno, girevole, ? invece montato per interferenza un secondo schermo metallico.
Secondo questa tecnica nota, la porzione stazionaria in materiale elastomerico della tenuta comprende uno o pi? labbri contattanti la porzione girevole e che assicurano la tenuta verso l?interno dell?unit? cuscinetto medesima.
Sono anche noti mezzi di tenuta costituiti da un unico pezzo, solidali ad uno degli anelli dell?unit? cuscinetto, in cui almeno un labbro contattante garantisce la tenuta grazie all?interferenza che si crea al montaggio della tenuta nei confronti di una superficie dell?altro anello dell?unit? cuscinetto.
Il design tipico di un dispositivo di tenuta comprende, quindi, una o pi? sporgenze chiamate labbri che con forme diverse e orientamenti diversi (tipicamente assiali e radiali) sono in contatto con superfici dell?unit? cuscinetto girevoli: in questo modo, il dispositivo di tenuta impedisce l?ingresso dei contaminanti dall?esterno, proteggendo i componenti interni dell?unit? cuscinetto, vale a dire i corpi di rotolamento e le gabbie di contenimento dei corpi di rotolamento medesimi. Un'altra importante funzione di un dispositivo di tenuta ? quella di impedire la fuoriuscita di lubrificanti presenti all?interno dell?unit? cuscinetto.
Tra questi labbri contattanti e le corrispondenti superfici di contatto girevoli dell?unit? cuscinetto si crea una forza di attrito radente e, di conseguenza, una dissipazione di energia. In generale la capacit? di tenuta aumenta con il numero di labbri contattanti e con la loro rigidezza. Nello stesso tempo, per?, al crescere di questi parametri aumenta anche l?entit? della dissipazione di energia.
Anche per effetto di una competizione globale sempre pi? spinta, vi ? la costante richiesta da parte dei clienti, ovvero dei costruttori di autoveicoli, di continui miglioramenti tecnici/economici relativi ai gruppi mozzo ruota. In particolare, con l'evolversi della tecnologia, aumenta la richiesta di componenti a bassa dissipazione di energia, garantendo allo stesso tempo le stesse prestazioni rispetto alle soluzioni all'avanguardia.
Per risolvere questo problema tecnico, la situazione ideale sarebbe un dispositivo di tenuta senza alcun contatto che riuscisse comunque ad impedire l'ingresso di contaminanti e la perdita di lubrificanti senza dissipazione di energia. Un dispositivo di tenuta senza alcun contatto non funziona correttamente, soprattutto in ambienti sommersi.
Esistono ulteriori modi noti per ridurre l'attrito: il pi? semplice ? ridurre il numero di labbri di contatto rispetto al design standard, ma questo normalmente significa ridurre la capacit? di tenuta dell'unit? di tenuta.
I costruttori di dispositivi di tenuta, nel tempo, hanno ridotto il numero di labbri di contatto nel design del dispositivo medesimo e hanno mitigato la riduzione della capacit? di tenuta attraverso l'introduzione di uno o pi? labirinti. La funzione del labirinto ? quella di rendere difficile il raggiungimento del contaminante liquido nella cavit? interna del dispositivo di tenuta e sul bordo del labbro contattante. Tuttavia, questi labirinti sono normalmente assiali-simmetrici, e hanno una funzione dinamica molto ridotta sul contaminante liquido, essendo guidati solo dalla piccola adesione che i liquidi hanno sui materiali del dispositivo di tenuta.
? pertanto necessario definire un dispositivo di tenuta che consenta di ridurre la dissipazione di energia senza perdere la capacit? di tenuta, o, viceversa quando necessario, di aumentare la capacit? di tenuta senza aumentare la coppia di attrito, ovvero la dissipazione di energia.
Sintesi dell?Invenzione
Per risolvere in modo sostanziale i problemi tecnici di sopra evidenziati, uno scopo della presente invenzione ? definire un dispositivo di tenuta a cassetta provvisto di uno schermo metallico girevole con caratteristiche idrodinamiche. In particolare, l'invenzione consiste nel realizzare sullo schermo metallico una o pi? specifiche caratteristiche idrodinamiche consistenti in uno o pi? incavi a ?V?, radialmente esterni e in direzione assiale, ottenute mediante deformazioni plastiche di una porzione radialmente esterna del componente metallico e che hanno un effetto prevalentemente assiale.
Per rotazione dello schermo girevole, gli incavi a ?V?, posizionati in prossimit? del piccolo spazio tra la parte statica e la parte rotante del dispositivo di tenuta, agiscono come un'elica allontanando principalmente in direzione assiale il contaminante liquido che durante il funzionamento tende ad entrare nella cavit? interna del dispositivo di tenuta attraverso la stessa intercapedine.
Questa soluzione consente di ridurre al minimo il numero di labbri contattanti e, di conseguenza, le dissipazioni di energia per attrito o, in alternativa, mantenendo invariato il numero di labbri contattanti, di migliorare le capacit? di tenuta del dispositivo.
Pertanto, secondo la presente invenzione viene fornito un dispositivo di tenuta per unit? cuscinetto avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione indipendente, allegata alla presente descrizione.
La presente invenzione attiene anche ad un?unit? cuscinetto e, in particolare ad un?unit? cuscinetto per un gruppo mozzo ruota provvista di un dispositivo di tenuta secondo una delle forme di attuazione della presente invenzione.
Ulteriori forme di realizzazione dell'invenzione, preferite e/o particolarmente vantaggiose, sono descritte secondo le caratteristiche enunciate nelle rivendicazioni dipendenti allegate.
Breve Descrizione dei Disegni
L?invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 ? una sezione trasversale di un gruppo mozzo ruota provvisto di un?unit? cuscinetto,
- la figura 2 ? un dettaglio del gruppo mozzo ruota di figura 1 in cui ? presente un dispositivo di tenuta per unit? cuscinetto, alloggiato tra gli anelli dell?unit? cuscinetto, e
- la figura 3 ? una vista tridimensionale di uno schermo girevole provvisto di una pluralit? di incavi assiali, secondo una forma di attuazione della presente invenzione.
Descrizione Dettagliata
A titolo puramente esemplificativo e non limitativo, la presente invenzione verr? ora descritta facendo riferimento ad una unit? cuscinetto 30, preferibilmente un gruppo mozzo ruota per autoveicoli provvisto di un?unit? cuscinetto avente un dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione.
Con riferimento alla figura 1, una unit? cuscinetto o gruppo mozzo ruota ? indicata nel suo insieme con 30.
L?unit? presenta un asse X di rotazione centrale, e comprende: - un anello 20 flangiato radialmente interno, girevole,
- un anello 31 radialmente esterno, stazionario,
- un ulteriore anello radialmente interno 34, girevole, montato sul, e solidale all?anello 20 flangiato;
- una pluralit? di corpi di rotolamento 32, 33, in questo esempio sfere, interposte tra l'anello radialmente esterno 31 e l?anello flangiato 20.
- 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 X di rotazione centrale dell?unit? 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 20 flangiato e l?anello 31 radialmente esterno definiscono, tra loro e alle estremit? assiali opposte dell?unit? cuscinetto 30, due intercapedini 35, 36 che, se non schermate, permetterebbero l?ingresso all?interno dell?unit? cuscinetto 30 stessa di contaminanti e impurit?.
Pertanto, al fine di schermare l?unit? cuscinetto 30, almeno un dispositivo di tenuta 50, realizzato secondo i dettami della presente invenzione, ? montato all?interno di almeno una delle due intercapedini 35, 36.
Normalmente i dispositivi di tenuta 50 comprendono due schermi metallici affacciati tra loro, almeno uno dei quali provvisto di uno o pi? labbri di tenuta in materiale elastomerico a contatto strisciante con l?altro schermo, oppure uno schermo metallico solo che porta uno o pi? labbri di tenuta in materiale elastomerico che contattano in modo strisciante una superficie di strisciamento dell?unit? cuscinetto 30 in moto relativo rispetto alle tenute medesime.
Nel seguito, con riferimento alla figura 2, si illustrer?, a titolo puramente esemplificativo, il caso in cui il dispositivo di tenuta 50 comprende una parte rotante provvista di uno schermo 1 metallico, montato, ad esempio, per interferenza sull?anello 20 flangiato radialmente interno, e una parte stazionaria, la quale comprende, a sua volta:
- uno schermo 10 metallico montato, ad esempio, per interferenza sull?anello radialmente esterno 31,
- un rivestimento in elastomero 2, costampato sul primo schermo 10, il cui sviluppo ? sostanzialmente radialmente interno e assialmente interno rispetto al medesimo primo schermo 10, e
- almeno un labbro contattante 9 (preferibilmente uno solo, come in figura 2), radialmente interno, appartenente al rivestimento in elastomero 2 quindi stazionario, che effettua un contatto strisciante sul secondo schermo 1, girevole. Il contatto ? provocato da un elemento elastico 8 e la inevitabile dissipazione energetica per attrito ? mitigata da un grasso lubrificante presente nella camera 7 che si forma tra il labbro 9 e il secondo schermo 1.
Con riferimento anche alla figura 3, secondo la forma di attuazione della presente invenzione, il secondo schermo 1, girevole metallico ? provvisto di almeno uno o pi? preferibilmente di una pluralit? di caratteristiche idrodinamiche consistenti in incavi 11 sagomati a forma di ?V?, radialmente esterni e in direzione assiale, ottenuti mediante deformazioni plastiche di una porzione radialmente esterna del secondo schermo 1 metallico e che hanno un effetto prevalentemente assiale.
Infatti, durante le condizioni operative di funzionamento, in cui il secondo schermo 1 ? posto in rotazione, per effetto di tale rotazione la pluralit? di incavi 11 a ?V?, posizionati in prossimit? della piccola intercapedine 12 tra la parte stazionaria e la parte rotante del dispositivo di tenuta 50, realizzano un effetto a elica. In questo modo il contaminante liquido che, durante il funzionamento, tende ad entrare nella cavit? interna del dispositivo di tenuta 50 attraverso la stessa intercapedine 12, ? allontanato sostanzialmente in direzione assiale.
Il dimensionamento degli incavi 11, ottenuti per deformazione plastica, ? stato ottimizzato, a seconda delle applicazioni, al fine di ottenere il massimo effetto propellente. Una diffusa campagna di prove sperimentali ha portato alle seguenti conclusioni:
- detti De il diametro esterno del secondo schermo metallico 1 e Di il diametro al di sopra del quale lo schermo 1 ? sottoposto a deformazione plastica, la larghezza L degli incavi 11 si ricava dalla semplice formula,
L = (De-Di)/2
con il diametro Di maggiore del limite esterno della zona di lavoro del labbro 9, ovvero con il diametro Di maggiore del diametro DL radialmente esterno e in grado di estremo del labbro 9. Una larghezza inferiore penalizzerebbe l?effetto propellente degli incavi 11, una larghezza superiore potrebbe interferire con il labbro di tenuta pregiudicandone l?efficacia;
- lo spessore massimo s dell?incavo 11 a forma di ?V? deve essere preferibilmente ? minore o uguale a due volte lo spessore s1 del secondo schermo 1 nella sua porzione non sottoposta a deformazione plastica, in modo da non lasciare varchi che permettano il passaggio del contaminante. Uno spessore superiore creerebbe delle feritoie che permetterebbero il passaggio del contaminante, mentre uno spessore inferiore penalizzerebbe l?effetto propellente degli incavi 11;
- infine l?ampiezza angolare ? della ?V? che forma gli incavi 11 deve preferibilmente essere compresa tra 140? e 170?. Ampiezze angolari superiori penalizzerebbero il beneficio degli incavi 11, mentre ampiezze angolari inferiore renderebbero tecnologicamente complessa la lavorazione di deformazione plastica dello schermo 1. In definitiva, la soluzione proposta presenta l?indubbio vantaggio di ridurre la coppia di attrito, ovvero la dissipazione di energia, e mantenere la capacit? di tenuta applicando la caratteristica idrodinamica sopra descritta e riducendo il numero di labbri di contatto, oppure diminuendo la pressione degli stessi, ad esempio utilizzando un elemento elastico che esercita una forza di chiusura minore o utilizzando una geometria del labbro pi? appropriata. In alternativa, consente di aumentare la capacit? di tenuta e mantenere invariata l?energia dissipata utilizzando la medesima caratteristica idrodinamica di sopra descritta e mantenendo invariato il numero di labbri di contatto. Inoltre la caratteristica ottenuta dalla deformazione del componente metallico permette di ridurre i costi non dovendo aggiungere altri elementi al dispositivo di tenuta.
Oltre alla forma di realizzazione dell'invenzione, come sopra descritto, si deve comprendere che esistono numerose altre varianti. Si deve anche comprendere che tali forme di realizzazione sono solo esemplificative e non limitano n? l'ambito dell'invenzione, n? le sue applicazioni, n? le sue possibili configurazioni. Al contrario, sebbene la descrizione di cui sopra consenta al tecnico specializzato di attuare la presente invenzione almeno secondo una sua forma di realizzazione esemplificativa, si deve comprendere che sono possibili molte varianti dei componenti descritti, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione, come definita nelle rivendicazioni allegate, che sono interpretate letteralmente e/o secondo i loro equivalenti legali.
Claims (6)
1. Dispositivo di tenuta (50) per una unit? cuscinetto (30), il dispositivo (50) comprendendo una parte stazionaria, a sua volta comprendente - un primo schermo (10) metallico,
- un rivestimento in elastomero (2), costampato sul primo schermo (10),
- almeno un labbro contattante (9), radialmente interno, appartenente al rivestimento in elastomero (2),
e comprendendo il dispositivo di tenuta (50) una parte girevole provvista di un secondo schermo (1) metallico sul quale il labbro contattante (9) effettua un contatto strisciante,
il dispositivo di tenuta (50) essendo caratterizzato dal fatto che:
il secondo schermo (1) metallico ? provvisto di almeno un incavo (11) sagomato a forma di ?V? in direzione assiale, radialmente esterno e ottenuto per deformazione plastica di una porzione radialmente esterna del secondo schermo (1) metallico.
2. Dispositivo di tenuta (50) secondo la rivendicazione 1, laddove l?almeno un incavo (11) ? una pluralit? di incavi (11).
3. Dispositivo di tenuta (50) secondo la rivendicazione 1 o 2, laddove una larghezza (L) dell?almeno un incavo (11) ? definita dalla formula L = (De-Di)/2
essendo De il diametro esterno del secondo schermo (1) metallico e Di il diametro al di sopra del quale il secondo schermo (1) metallico ? sottoposto a deformazione plastica, caratterizzato dal fatto che il diametro (Di) ? maggiore di un diametro (DL), radialmente esterno e in grado di estremo, del labbro contattante (9).
4. Dispositivo di tenuta (50) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove uno spessore massimo (s) dell?almeno un incavo (11) ? minore o uguale a due volte uno spessore (s1) del secondo schermo (1) metallico nella sua porzione non sottoposta a deformazione plastica.
5. Dispositivo di tenuta (50) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove un?ampiezza angolare ( ?) dell?almeno un incavo (11) a forma di ?V? ? compresa tra 140? e 170?.
6. Unit? cuscinetto (30) provvista di un dispositivo di tenuta (50) secondo una delle rivendicazioni precedenti alloggiato in una intercapedine (35, 36), l?unit? cuscinetto comprendente inoltre:
- un anello (20) flangiato radialmente interno, girevole,
- un anello (31) radialmente esterno, stazionario,
- un ulteriore anello radialmente interno (34), girevole, montato sul, e solidale all?anello radialmente interno (20) flangiato,
- una pluralit? di corpi di rotolamento (32, 33) interposte tra l'anello radialmente esterno (31) e gli anelli radialmente interni (20, 34).
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| EP1837563A1 (en) * | 2004-12-20 | 2007-09-26 | Eagle Industry Co., Ltd. | Shaft sealing device |
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| EP2878842A1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | Aktiebolaget SKF | Coupling system of a low friction sealing assembly with a bearing ring and a hub bearing unit equipped with such a sealing assembly |
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2020
- 2020-10-01 IT IT102020000023131A patent/IT202000023131A1/it unknown
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