IT202100009026A1

IT202100009026A1 - Complesso di supporto per applicazioni alimentari con dispositivo di tenuta posteriore ottimizzato

Info

Publication number: IT202100009026A1
Application number: IT102021000009026A
Authority: IT
Inventors: Fausto Baracca; Andrea Bertolini; Fabio Falaschi
Original assignee: Skf Ab
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2022-10-12
Also published as: US20220325755A1; EP4075002C0; CN115199652A; US11867233B2; EP4075002A1; EP4075002B1

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: COMPLESSO DI SUPPORTO PER APPLICAZIONI ALIMENTARI CON DISPOSITIVO DI TENUTA POSTERIORE OTTIMIZZATO

DESCRIZIONE

Settore Tecnico dell?Invenzione

La presente invenzione ? relativa ad un complesso di supporto per applicazioni alimentari, avente un dispositivo di tenuta posteriore ottimizzato. In particolare, il complesso di supporto ? serrato ad un telaio di macchina ed ? destinato al supporto di alberi mobili, ad esempio rotanti, per mezzo di opportuna unit? cuscinetto.

Il nuovo sistema di tenuta interna migliora le prestazioni di tenuta nei confronti di acqua e detergenti ad alta pressione e temperatura.

Tecnica Nota

Com?? noto, nell?industria alimentare (Food and beverages o semplicemente F&B, dall?inglese) c'? una crescente attenzione per lo sviluppo di nuovi macchinari e progetti di macchinari volti a migliorare la sicurezza e la qualit? degli alimenti.

Come ? altres? noto, i macchinari utilizzati nell?industria alimentare presentano numerose parti in movimento supportate da alberi rotanti o scorrevoli, ad esempio, nastri trasportatori, macchine impastatrici, macchinari per il lavaggio di alimenti freschi.

I complessi di supporto di alberi mobili possono essere sia di tipo terminale, dove ? alloggiata una estremit? terminale dell?albero, oppure di tipo passante. Questi complessi di supporto sono formati da un involucro, in genere anulare, provvisto di una base o flangia di fissaggio al macchinario, da un?unit? cuscinetto, localizzata all?interno dell?involucro e che si accoppia con l?albero mobile, e da un coperchio, normalmente conformato a tazza, che viene accoppiato in modo forzato sull?involucro in modo che una porzione di accoppiamento del coperchio vada ad effettuare una tenuta di fluido con una superficie laterale radialmente esterna dell?involucro. Da banda opposta rispetto al coperchio, ? inoltre previsto un dispositivo di tenuta posteriore comprendente uno schermo metallico sul quale ? costampata una gomma vulcanizzata dotata di una pluralit? di labbri di tenuta.

Oltre alla tenuta anteriore tra coperchio e involucro e al dispositivo di tenuta posteriore, all?interno, per proteggere l?unit? cuscinetto, vi sono ulteriori dispositivi di tenuta sempre comprendenti uno schermo metallico sul quale ? costampata una gomma vulcanizzata dotata di una pluralit? di labbri di tenuta. In particolare, i dispositivi di tenuta sono posizionati sia sul lato assialmente esterno sia sul lato assialmente interno rispetto alla corona di corpi di rotolamento. Normalmente, il dispositivo di tenuta assialmente esterno ? formato da una coppia di schermi in cui i corrispondenti labbri di tenuta si fronteggiano tra loro, mentre il dispositivo di tenuta assialmente interno comprende un unico schermo (sempre provvisto di gomma vulcanizzata con labbri di tenuta).

Tutti questi macchinari devono essere puliti frequentemente, di solito con acqua addizionata con detergenti e/o disinfettanti, allo scopo di controllare l?eventuale insorgenza di colonie batteriche che potrebbero inquinare gli alimenti. In particolare, ? necessario che questi macchinari non presentino interstizi o altre parti dove lo sporco, o anche solo l?acqua di lavaggio, possano penetrare e ristagnare. Il ristagno di liquidi o umidit? favorisce infatti una possibile proliferazione di batteri.

In particolare, per ottenere la certificazione del test IPx9k, il complesso di supporto deve resistere a getti di acqua calda e ad alta pressione. I test effettuati sulle soluzioni note hanno rivelato che la parte posteriore del complesso di supporto, quella opposta al coperchio, non resiste alle condizioni imposte dalle specifiche di prova. In altre parole, i labbri della guarnizione assialmente interna non garantiscono la tenuta per condizioni dell?acqua come di sotto specificato:

? pressione: 80/100 bar

? getto:10/15 cm

? temperatura: 80 ? C

? portata: 14/16 l/min

? tempo: 2 min

La maggior parte dell?acqua entra nella parte posteriore del complesso di attraverso i labbri del dispositivo di tenuta posteriore. In particolare, il getto d'acqua ad alta pressione entra all'interno del complesso di supporto perch? solleva i labbri del dispositivo di tenuta posteriore. Pi? particolarmente, il primo labbro (quello pi? assialmente esterno), per effetto del getto d'acqua ad alta pressione, si solleva anche perch? l'interferenza ? inferiore a quella del secondo labbro, pi? assialmente interno. Il problema del secondo labbro ? che, a causa della sua forma, ? facile per l'acqua sollevarlo grazie alla flessibilit? della gomma. Questo problema ? ulteriormente aggravato dal fatto che nella parte assialmente interna, l?unit? cuscinetto ha un dispositivo di tenuta meno efficace. Per questo motivo l'acqua che entra attraverso il dispositivo di tenuta posteriore del complesso di supporto entra anche all'interno dell?unit? cuscinetto, dove trova il grasso e la gabbia di ritenzione. In questo modo, il complesso di supporto non riesce a superare la prova di certificazione.

? pertanto necessario definire un complesso di supporto che presenti una nuova soluzione progettuale atta a risolvere o quantomeno mitigare gli inconvenienti sopra menzionati.

Sintesi dell?Invenzione

Per risolvere in modo sostanziale i problemi tecnici di sopra evidenziati, uno scopo della presente invenzione ? definire un nuovo complesso di supporto per applicazioni alimentari, in particolare, un complesso di supporto per un albero rotante e relativa unit? cuscinetto serrato ad un telaio di macchina.

Allo scopo, secondo un aspetto della presente invenzione, al fine di migliorare le prestazioni di tenuta a fluido del complesso di supporto sul lato interno, ovvero da banda opposta rispetto al coperchio, l'idea ? di ottimizzare le prestazioni del dispositivo di tenuta posteriore. Per questo motivo il dispositivo di tenuta posteriore ? provvisto di un ulteriore terzo labbro di tenuta che effettua, al contrario dei labbri di tenuta gi? esistenti, un contatto strisciante con l'anello radialmente interno e non, come gli altri due, con l'albero. L?ulteriore terzo labbro di tenuta ? progettato per sigillare la parte interna del complesso di supporto, essendo conformato in modo tale che al crescere della pressione dell'acqua durante le prove o comunque nelle condizioni operative di funzionamento, maggiore risulta la spinta che questo terzo labbro di tenuta riceve nei confronti dell?anello radialmente interno e, di conseguenza, maggiore ? l'effetto di tenuta di questo labbro ulteriore.

Pertanto, secondo la presente invenzione viene fornito un complesso di supporto per applicazioni alimentari avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione indipendente, allegata alla presente descrizione.

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 al disegno annesso, che ne illustra un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 illustra una sezione trasversale del complesso di supporto, secondo un modo di attuazione della presente invenzione, - la figura 2 illustra in scala ingrandita un dettaglio della figura 1, e - la figura 3 illustra schematicamente i punti di contatto strisciante tra i labbri del dispositivo di tenuta posteriore e i componenti in rotazione del complesso di supporto.

Descrizione Dettagliata

A titolo puramente esemplificativo e non limitativo e con riferimento alle suddette figure, con 1 ? indicato nel suo insieme un complesso di supporto per alberi mobili, rotanti o scorrevoli, non illustrati per semplicit?.

Il complesso di supporto 1 comprende un?unit? cuscinetto 30, ad esempio un?unit? cuscinetto di rotolamento di tipo noto, a sua volta comprendente un anello radialmente esterno 31, un anello radialmente interno 34 e, interposta tra questi anelli, una corona di elementi di rotolamento 32, ad esempio sfere. L?unit? cuscinetto 30 ? atta a ricevere in modo noto un albero mobile 5, ad esempio rotante, per supportarlo. Il complesso di supporto 1 comprende, inoltre, un involucro 3 entro la quale ? ricevuta l?unit? cuscinetto 30 in modo stabile e noto.

Il complesso di supporto 1 ? in particolare destinato a venire montato su macchinari per l?industria alimentare. A tale scopo, l?involucro 3, ? del tipo destinato a venire montato solidale su un telaio di macchinario di tipo noto, non illustrato per semplicit?, in particolare per l?industria alimentare. L?involucro 3 ha una forma nel complesso anulare ed ? disegnato in modo da essere atto a ricevere in modo noto, al proprio interno, in particolare nella sede passante 4, l?unit? cuscinetto 30. La sede 4 presenta in generale un asse di simmetria X che ? anche l?asse di simmetria dell?involucro 3.

Il complesso di supporto 1 comprende sempre anche un coperchio 10 per chiudere a tenuta di fluido una imboccatura 11 della sede passante 4 dell?involucro 3.

Il coperchio 10 per l?involucro 3 ? complessivamente conformato a tazza e comprende una parete di fondo 12, una parete laterale anulare 13 che si estende trasversalmente alla parete di fondo 12 ed una porzione di accoppiamento 14 verso l?involucro 3.

La porzione di accoppiamento 14 ? anulare ed ? disegnata per accoppiarsi in uso con l?involucro 3 lateralmente sull?esterno dell?involucro medesimo. In particolare, ? conformata come un giunto a bicchiere e si accoppia radialmente e lateralmente sull?esterno su una superficie laterale 16 radialmente esterna dell?involucro 3.

La superficie laterale 16 e la porzione di accoppiamento 14 sono definite da solidi di rivoluzione e presentano un comune asse di simmetria coincidente, negli esempi illustrati, con un asse di simmetria X (figura 1) del coperchio 10 e che ? anche l?asse di simmetria dell?involucro 3 e della sede passante 4.

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?unit? cuscinetto 30. Espressioni quali ?assialmente esterno? e ?assialmente interno? sono, invece, riferite alla condizione montata del complesso di supporto, e nel caso di specie, preferibilmente, sono riferite ad un lato coperchio e, rispettivamente, ad un lato da banda opposta rispetto al coperchio.

Oltre alla tenuta di fluido realizzata tra coperchio 10 e involucro 3, il complesso di supporto 1 ? provvisto anche di un innovativo dispositivo di tenuta posteriore 50, posto da banda opposta rispetto al coperchio 10, e comprendente uno schermo metallico 51 sul quale ? costampato un rivestimento in gomma vulcanizzata dotato di una pluralit? di labbri di tenuta, la cui forma e le cui funzioni saranno meglio spiegate nel seguito. Inoltre, all?interno del complesso di supporto 1, per proteggere l?unit? cuscinetto 30, vi sono ulteriori dispositivi di tenuta sempre comprendenti uno schermo metallico sul quale ? costampata una gomma vulcanizzata dotata di una pluralit? di labbri di tenuta. In particolare, i dispositivi di tenuta sono posizionati sia sul lato assialmente esterno sia sul lato assialmente interno rispetto alla corona di corpi di rotolamento 32. Il dispositivo di tenuta assialmente interno comprende un unico schermo 55 sul quale ? costampato un rivestimento in gomma vulcanizzata avente una pluralit? di labbri di tenuta. Lo schermo 55 ? montato con interferenza sull?anello radialmente esterno 31 dell?unit? cuscinetto 30 ed effettua un contatto strisciante sull?anello radialmente interno 34.

Il dispositivo di tenuta assialmente esterno comprende, invece, un primo schermo 56 sul quale ? costampato un rivestimento in gomma vulcanizzata avente una pluralit? di labbri di tenuta ed un secondo schermo 57 sul quale ? altres? costampato un rivestimento in gomma vulcanizzata avente una pluralit? di labbri di tenuta. Lo schermo 56 ? montato con interferenza sull?anello radialmente esterno 31 dell?unit? cuscinetto 30 ed effettua un contatto strisciante sull?anello radialmente interno 34, mentre lo schermo 57 ? montato con interferenza sull?anello radialmente interno 34 senza effettuare un contatto strisciante sull?anello radialmente esterno 31. Le corrispondenti pluralit? di labbri del primo schermo 56 e del secondo schermo 57 si fronteggiano tra loro formando una sorta di tenuta a labirinto, ovvero a ?grondaia? sul lato assialmente esterno dell?unit? cuscinetto 30.

Secondo un aspetto della presente invenzione, al fine di migliorare le prestazioni di tenuta a fluido del complesso di supporto 1 sul lato assialmente interno, ovvero da banda opposta rispetto al coperchio 10, ? allocato un dispositivo di tenuta posteriore 50 che comprende uno schermo metallico 51 sagomato sul quale ? costampato un rivestimento in gomma vulcanizzata dotato di una pluralit? di labbri di tenuta.

In particolare, un primo labbro di tenuta 52 assialmente esterno e un secondo labbro di tenuta 53, assialmente interno garantiscono la tenuta nei confronti dell?albero rotante 5. Infatti, il dispositivo di tenuta 50 ? montato con interferenza sull?involucro 3 ed effettua un contatto strisciante nei confronti dell?albero 5 per mezzo del primo labbro di tenuta 52 e del secondo labbro di tenuta 53.

Inoltre, il rivestimento in gomma vulcanizzata comprende un ulteriore terzo labbro di tenuta 54 che non ? a contatto con l'albero 5, ma ? contattante per strisciamento con l'anello radialmente interno 34. Questo ulteriore terzo labbro di tenuta 54 ha la funzione di sigillare la parte interna del complesso di supporto 1. Infatti, la sua posizione ? tale che al crescere della pressione dell'acqua durante le prove o comunque nelle condizioni operative di funzionamento, maggiore risulta la spinta che questo terzo labbro di tenuta 54 riceve nei confronti dell?anello radialmente interno 34 e, di conseguenza, maggiore ? la prestazione di tenuta di questo labbro ulteriore.

Inoltre, all?interno del rivestimento in gomma vulcanizzata, nella zona in cui sono presenti i labbri di tenuta, lo schermo metallico 51 ? sagomato ed ? provvisto di una porzione sostanzialmente cilindrica 51a e radialmente interna, non presente negli schermi secondo la tecnica nota.

Questa porzione cilindrica 51a ha la funzione di irrigidire il dispositivo di tenuta posteriore 50, proprio nella zona in cui sono allocati i labbri di tenuta.

Il dispositivo di tenuta posteriore, secondo la presente invenzione, presenta tre caratteristiche principali.

Una prima caratteristica, come gi? anticipato, ? data dal fatto che la posizione e la geometria dell?ulteriore terzo labbro di tenuta 54 fanno s? che maggiore ? la pressione dell'acqua, maggiore ? la spinta che il terzo labbro riceve verso l?anello radialmente interno 34, ovvero, maggiore ? l'interferenza che si realizza tra terzo labbro di tenuta 54 e anello radialmente interno 34 e, di conseguenza, migliori risultano le prestazioni di tenuta di questo terzo labbro di tenuta.

Una seconda caratteristica ? data dal fatto che lo schermo metallico 51 ? sagomato ed ? provvisto di una porzione sostanzialmente cilindrica 51a e radialmente interna. Ci? significa che anche il secondo labbro di tenuta 53 che si flette durante il processo di montaggio dell'albero 5 ? pi? rigido poich? lo schermo metallico 51 che conferisce rigidit? al dispositivo di tenuta posteriore 50, presenta questa porzione sostanzialmente cilindrica 51a pi? vicina al secondo labbro di tenuta 53.

L?introduzione del terzo labbro di tenuta 54 deve essere fatta senza penalizzare eccessivamente la coppia di attrito dell?intero dispositivo di tenuta posteriore 50. Pertanto, avendo un labbro ulteriore che incrementa la perdita per attrito di tutto il dispositivo di tenuta posteriore 50, ? necessario diminuire l'interferenza del secondo labbro di tenuta 53 sia per contenere le perdite per attrito sia per ridurre la deformazione di flessione al montaggio dell?albero 5, come gi? precedentemente esposto.

Nello stesso tempo, per il fatto di essere agevolato dalla pressione dell?acqua, il terzo labbro di tenuta 54 non necessita di una grossa interferenza con l?anello radialmente interno 34. Il valore di questa interferenza i54 pu? essere sostanzialmente pari alla met? del valore d?interferenza i53 tra secondo labbro di tenuta 53 e albero 5. In altre parole, dovr? risultare:

i54 ? i53 / 2

In particolare, il secondo labbro di tenuta, che nelle applicazioni note ha un valore d'interferenza nominale di 0,9 mm con una tolleranza di 0, -0,1 mm, potr? passare ad un valore nominale d?interferenza i53 pari a 0,7 mm e comunque compreso in un range tra 0,6 mm e 0,7 mm.

Il terzo labbro di tenuta 54, come si diceva, potr? avere un?interferenza minore ed essere comunque in grado di sigillare tutto l?interno del complesso di supporto 1. Infatti, il valore di interferenza i54 nominale potr? essere pari a 0,45 mm e comunque compreso in un range tra 0,35 mm e 0,45 mm.

Una terza caratteristica dell?invenzione consiste nel fatto che, dopo il montaggio del dispositivo di tenuta posteriore 50, il terzo labbro di tenuta 54 si flette a causa dell?interferenza con l'anello radialmente interno 34. Nello stesso tempo, durante il montaggio dell'albero 5, il secondo labbro di tenuta 53 si flette sollevandosi. Questo implica che il secondo ed il terzo labbro di tenuta, a montaggio avvenuto, si avvicinano tra loro e la distanza tra il secondo e il terzo labbro di tenuta diventer? molto piccola e questo riduce la possibilit? che l'acqua entri all'interno del complesso di supporto 1. Inoltre, la flessione del terzo labbro di tenuta 54 crea anche un piccolo labirinto aggiuntivo con l?albero 5 che impedisce all'acqua di entrare all'interno del complesso di supporto 1. Questo piccolo labirinto pu? anche annullarsi e divenire un punto di contatto strisciante C4 con l'albero. In questo modo il dispositivo di tenuta posteriore 50 realizza sino a quattro punti di contatto strisciante, come visibile in figura 3: un primo punto di contatto strisciante C1 tra il primo labbro di tenuta 52 e l?albero 5, un secondo punto di contatto strisciante C2 tra il secondo labbro di tenuta 53 e l?albero 5, un terzo punto di contatto strisciante C3 tra il terzo labbro di tenuta 54 e l?anello radialmente interno 34 e un eventuale quarto punto di contatto strisciante C4 tra il terzo labbro di tenuta 54 e l?albero 5. In questa configurazione, lo sbarramento opposto all?acqua dal dispositivo di tenuta posteriore 50 ? ancora pi? efficace.

In definitiva, questa nuova soluzione implica notevoli vantaggi, tra i quali possiamo annoverare:

? una migliore prestazione del dispositivo di tenuta posteriore ? una maggiore resistenza ai contaminanti

? l?ottenimento della certificazione IPx9k per il complesso di supporto ? un aumento delle prestazioni di tenuta del complesso di supporto. 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

RIVENDICAZIONI

1. Complesso di supporto (1) per alberi (5) mobili, rotanti o scorrevoli, comprendente un?unit? cuscinetto (30) atta a ricevere l?albero mobile, un involucro (3) ed un coperchio (10) per chiudere a tenuta di fluido una imboccatura (11) di una sede interna (4) dell?involucro (3);

l?unit? cuscinetto (30) comprendendo un anello radialmente esterno (31), un anello radialmente interno (34) e una corona di elementi di rotolamento (32) tra l?anello radialmente esterno (31) e l?anello radialmente interno (34);

il complesso di supporto (1) essendo inoltre provvisto di:

- un dispositivo di tenuta posteriore (50), posto da banda opposta rispetto al coperchio (10), e comprendente uno schermo metallico (51) e un rivestimento in gomma vulcanizzata dotato di un primo labbro di tenuta (52) assialmente esterno e di un secondo labbro di tenuta (53), assialmente interno;

il complesso di supporto (1) essendo caratterizzato dal fatto che il dispositivo di tenuta posteriore (50) comprende un ulteriore terzo labbro di tenuta (54) contattante per strisciamento l'anello radialmente interno (34).

2. Complesso di supporto (1) secondo la rivendicazione 1, in cui lo schermo metallico (51) del dispositivo di tenuta posteriore (50) ? sagomato ed ? provvisto di una porzione sostanzialmente cilindrica (51a) radialmente interna.

3. Complesso di supporto (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui ? presente una tenuta a labirinto tra il terzo labbro di tenuta (54) e l?albero (5).

4. Complesso di supporto (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui ? presente un contatto strisciante (C4) tra il terzo labbro di tenuta (54) e l?albero (5).

5. Complesso di supporto (1) secondo la rivendicazione 4, in cui il dispositivo di tenuta posteriore (50) realizza quattro punti di contatto strisciante: un primo punto di contatto strisciante (C1) tra il primo labbro di tenuta (52) e l?albero (5), un secondo punto di contatto strisciante (C2) tra il secondo labbro di tenuta (53) e l?albero (5), un terzo punto di contatto strisciante (C3) tra il terzo labbro di tenuta (54) e l?anello radialmente interno (34) e un quarto punto di contatto strisciante (C4) tra il terzo labbro di tenuta (54) e l?albero (5).

6. Complesso di supporto (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui il valore dell?interferenza (i54) tra il terzo labbro di tenuta (54) e l?anello radialmente interno (34) ? sostanzialmente pari alla met? del valore d?interferenza (i53) tra il secondo labbro di tenuta (53) e l?albero (5).

7. Complesso di supporto (1) secondo la rivendicazione 6, in cui il valore d?interferenza (i53) tra il secondo labbro di tenuta (53) e l?albero (5) ? compreso in un range tra 0,6 mm e 0,7 mm.

8. Complesso di supporto (1) secondo la rivendicazione 6, in cui il valore d?interferenza (i54) tra il terzo labbro di tenuta (54) e l?anello radialmente interno (34) ? compreso in un range tra 0,35 mm e 0,45 mm.