IT202100015803A1 - Unita’ cuscinetto con innovativa gabbia di ritenzione - Google Patents

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cage
bearing
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Fabio Bogliacino
Alessandro Ferrero
Marco Gemello
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Skf Ab
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Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: UNITA? CUSCINETTO CON INNOVATIVA GABBIA DI RITENZIONE
DESCRIZIONE
Settore Tecnico dell?Invenzione
La presente invenzione attiene ad una unit? cuscinetto provvista di gabbia di ritenzione. La gabbia ritenzione presenta caratteristiche innovative nella sua forma ed ? idonea per unit? cuscinetto, in specie cuscinetti a rotolamento. La presente invenzione ? particolarmente idonea, anche se non esclusivamente, per i gruppi mozzo ruota di autoveicoli, gruppi provvisti di un?unit? cuscinetto. Tali applicazioni comprendono sia il caso in cui l?anello esterno dell?unit? cuscinetto ? rotante mentre l?anello interno dell?unit? cuscinetto ? fisso, sia il caso opposto in cui l?anello interno ruota e l?anello esterno ? fisso. Questa invenzione ? applicabile, vantaggiosamente ma non esclusivamente, ad unit? cuscinetto aventi una doppia corona di sfere.
Tecnica Nota
Una gabbia di ritenzione convenzionale per corpi di rotolamento, in particolare sfere, di un?unit? cuscinetto, secondo una prima tipologia, ? formata da una nervatura di base circolare e una pluralit? di dita distanziate circonferenzialmente che si estendono da entrambi i lati della nervatura. La nervatura di base e le dita presentano superfici concave parzialmente sferiche, definenti insieme una pluralit? di tasche o alveoli parzialmente sferici per trattenere rispettive sfere.
La nervatura ? un elemento strutturale continuo che si estende circonferenzialmente lungo la gabbia e costituisce una base solida in modo da dare alla gabbia nel suo insieme la rigidit? necessaria per trattenere le sfere di ciascuna corona circonferenzialmente equi distanziate lungo le piste di rotolamento di un cuscinetto.
Una seconda tipologia di gabbia di ritenzione si differenzia dalla prima per il fatto che la pluralit? di dita si estende da un solo lato della nervatura e, per esigenze di robustezza strutturale, la gabbia ? provvista anche di una seconda nervatura radialmente esterna.
Per effetto del moto di rotolamento delle sfere rispetto alle piste di rotolamento degli anelli dell?unit? cuscinetto, il moto relativo tra sfera e gabbia ? un moto pressoch? di strisciamento, ovvero di traslazione della zona equatoriale della sfera rispetto alla gabbia. Di conseguenza, un siffatto moto di strisciamento, implica l?insorgere di un attrito radente molto alto. Un elevato attrito di scorrimento tra gabbia e sfera evidentemente implica una maggiore dissipazione di energia sotto forma di flusso termico.
Negli ultimi anni ? cresciuto l'interesse per la riduzione dell'attrito nelle unit? cuscinetto come mezzo per migliorare le prestazioni complessive del veicolo e soddisfare le future esigenze del mercato in termini di emissioni di CO2 ed elettrificazione. L?obiettivo che ? stato posto ? quello della riduzione dell'attrito del 20% rispetto allo stato dell'arte attuale. La scrivente ha realizzato una gabbia configurata in modo tale che i punti di contatto tra sfere e gabbia si riducano e si spostino verso la regione polare della sfera, riducendo cos? le velocit? relative di strisciamento dei punti di contatto della sfera rispetto alla gabbia e di conseguenza l'attrito radente. Questa soluzione, pur risolvendo il problema tecnico sopra esposto, necessita di ulteriori perfezionamenti. In particolare, necessita di ulteriori accorgimenti che evitino, durante le condizioni operative di funzionamento dell?unit? cuscinetto, il contatto tra sfere adiacenti inserite nella gabbia, contatto che provoca un rumore non accettabile dagli utilizzatori finali e, naturalmente, anche una maggiore usura dei corpi di rotolamento medesimi.
Esiste pertanto l?esigenza di progettare una gabbia di ritenzione per corpi di rotolamento (in particolare, sfere) di unit? cuscinetto che sia esente dagli inconvenienti suddetti. Occorre, in altre parole, ridurre la forza di attrito radente che si verifica tra la gabbia ed i corpi di rotolamento e, di conseguenza, ridurre anche il flusso termico dissipato, ma nello stesso tempo, evitare il contatto tra i corpi di rotolamento e, di conseguenza, inconvenienti quali la rumorosit?, il falso ?brinelling? e una durata del componente non soddisfacente.
Sintesi dell?Invenzione
Un primo scopo della presente invenzione ? la riduzione dell'attrito tra corpi di rotolamento, ad esempio sfere, e gabbie di ritenzione per unit? cuscinetto di gruppi mozzo ruota.
Questo scopo ? conseguito definendo una gabbia ritenzione avente punti di contatto localizzati con i corpi di rotolamento. Tali punti di contatto sono delle protrusioni definite negli alveoli, ovvero lungo le superfici concave parzialmente sferiche delle dita e della nervatura di base della gabbia di ritenzione per localizzare il contatto in punti specifici e ridurre l'area di contatto tra l?alveolo della gabbia e il corpo di rotolamento e riducendo, di conseguenza, l'attrito radente tra gabbia e corpo di rotolamento.
Un secondo scopo della presente invenzione ? quello di evitare il contatto tra corpi di rotolamento adiacenti.
Questo scopo ? conseguito localizzando almeno una coppia di protrusioni, preferibilmente due, nella porzione intermedia degli alveoli, ovvero almeno una protrusione, preferibilmente due, lungo le superfici concave parzialmente sferiche delle dita della gabbia di ritenzione.
Pertanto, secondo la presente invenzione ? descritta una gabbia di ritenzione innovativa per corpi di rotolamento di un?unit? cuscinetto, ad esempio, di un gruppo mozzo ruota, avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione indipendente, annessa alla presente descrizione.
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 verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:
- la figura 1 ? una sezione trasversale parziale di un?unit? cuscinetto provvisto di due gabbie per contenimento e ritenzione di sfere,
- la figura 2 ? una vista assonometrica di una prima tipologia di gabbia di ritenzione per corpi di rotolamento,
- la figura 3 ? una vista assonometrica di una seconda tipologia di gabbia di ritenzione per corpi di rotolamento, in cui ? illustrata una forma di attuazione della presente invenzione,
- la figura 4 ? una vista assonometrica parziale della porzione superiore di un alveolo della gabbia di ritenzione di figura 3,
- la figura 5 ? una vista assonometrica parziale della porzione intermedia di un alveolo della gabbia di ritenzione di figura 3, e
- la figura 6 ? una vista assonometrica parziale della porzione inferiore di un alveolo della gabbia di ritenzione di figura 3.
Descrizione Dettagliata
A titolo puramente esemplificativo e non limitativo, la presente invenzione verr? ora descritta facendo riferimento ad un gruppo mozzo ruota per autoveicoli provvisto di cuscinetto a rotolamento.
Con riferimento alla figura 1, un gruppo mozzo ruota secondo una forma preferita di attuazione dell?invenzione, ? 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 unit? 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?unit? cuscinetto 30, se non diversamente specificato. 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. Per semplicit?, si potr? utilizzare il termine ?sfera? in modo esemplificativo nella presente descrizione e negli allegati disegni al posto del termine pi? generico ?corpo di rotolamento? (e si utilizzeranno altres? gli stessi riferimenti numerici).
L?anello radialmente esterno 31 ? 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.
Secondo l?invenzione le gabbie di ritenzione 39, 40 presentano protrusioni di contatto localizzate con i corpi di rotolamento 32, 33. Tali protrusioni sono definite negli alveoli della gabbia di ritenzione.
Con riferimento alla figura 2, una prima tipologia di gabbia 39 comprende una nervatura di base circolare 2 e una pluralit? di dita 3 distanziate circonferenzialmente che si estendono da entrambi i lati della nervatura 2. La nervatura 2 di base e le dita 3 presentano superfici concave parzialmente sferiche, definenti insieme una pluralit? di alveoli 4 o cavit? parzialmente sferiche per trattenere rispettive sfere per mezzo di protrusioni di contatto 5. Pi? precisamente, ogni alveolo 4 sar? definito dalle superfici concave parzialmente sferiche della nervatura 2 e di una coppia di dita 3.
La figura 3 mostra, in una vista tridimensionale, una seconda tipologia di gabbia di ritenzione 40 secondo un modo di attuazione preferito della presente invenzione. La gabbia comprende una nervatura di base 44 e una pluralit? di dita 43 distanziate circonferenzialmente che si estendono da un lato della nervatura. Vantaggiosamente, per esigenze di robustezza strutturale, la gabbia ? provvista anche di una seconda nervatura radialmente esterna 46. La nervatura di base 44, le dita 43 e la seconda nervatura 46 presentano superfici concave parzialmente sferiche, definenti insieme una pluralit? di alveoli o cavit? 45 parzialmente sferiche per trattenere rispettive sfere per mezzo delle protrusioni 41.
Per contenere la quantit? massima di sfere, il materiale della gabbia viene rimosso intorno alla distanza minima tra due sfere adiacenti ed in questo modo la geometria delle dita 43 avr? una forma a ?C?.
Quindi, per questa tipologia di gabbia, ogni alveolo 45 sar? definito dalle superfici concave parzialmente sferiche della nervatura di base 44, di una coppia di dita 43 e della seconda nervatura 46, radialmente esterna.
Come detto, l?'invenzione definisce una pluralit? di protrusioni sugli alveoli della gabbia per localizzare il contatto tra gabbia e sfere su piccole aree ed evitare il contatto tra corpi di rotolamento adiacenti. Queste protrusioni dovranno quindi essere realizzate innanzitutto sulle superfici laterali degli alveoli ovvero delle dita 43. Le protrusioni sono ottenute direttamente dalla modifica dello stampo per lo stampaggio ad iniezione delle gabbie di ritenzione.
La presente invenzione ? applicabile ad entrambe le tipologie di gabbie di ritenzione. Per semplicit? di trattazione, nel seguito si far? riferimento alla seconda tipologia di gabbia, quella illustrata in figura 3, ma quanto si dir? sar? applicabile ? salvo opportuni distinguo che saranno all?occorrenza evidenziati ? anche alla prima tipologia di gabbia di ritenzione, illustrata in figura 2.
Con riferimento alla figura 4, le protrusioni laterali 41L sono realizzate sulle dita 43 della gabbia di ritenzione 40 (o sulle dita 3 della gabbia di ritenzione 39) e vantaggiosamente saranno in numero di due per ciascun dito, ovvero in numero di quattro per ciascun alveolo 45. La presenza delle protrusioni laterali 41L consente di assicurare il distacco tra corpi di rotolamento adiacenti e quindi l?assenza di qualsiasi contatto. Inoltre, riducendo il volume a disposizione della sfera nell?alveolo, queste protrusioni laterali aumentano la capacit? di ritenzione delle sfere da parte della gabbia.
Preferibilmente, come illustrato nelle figure 5 e 6, le dita 43 della gabbia 40 (ma anche le dita 3 della gabbia 39) possono essere provviste di protrusioni di estremit? 41S, ad esempio una radialmente interna (figura 6) e una radialmente esterna (figura 5). Pi? precisamente, le protrusioni di estremit? 41S saranno localizzate su ciascuna estremit? prossimale e distale delle dita, intendendosi per estremit? prossimale quella in contatto con la nervatura di base 2, 44 e per estremit? distale quella da banda opposta. In questo caso, quindi, avremmo quattro protrusioni di estremit? nell?alveolo 4, 45. Le protrusioni di estremit? aumentano notevolmente, sino ad un 20% in pi? la forza di ritenzione delle sfere da parte della gabbia, condizione molto vantaggiosa durante il processo di montaggio delle sfere nella gabbia nonch? per la manipolazione e il trasposto della gabbia medesima.
Per la sua conformazione chiusa, l?alveolo 45 (ma non l?alveolo 4 della gabbia 39, perch? ha una forma aperta) potr? essere provvisto anche di una protrusione centrale radialmente interna 41I, centrata sulla superficie laterale interna della nervatura di base 44, radialmente interna (figura 6) e di una protrusione centrale radialmente esterna 41E, centrata sulla superficie laterale interna della seconda nervatura 46 radialmente esterna (figura 5).
Pertanto, secondo una realizzazione preferita ma non limitativa, l?alveolo 45 della gabbia di ritenzione 40 potr? essere provvisto di quattro protrusioni laterali 41L, quattro protrusioni di estremit? 41S e due protrusioni centrali 41I, 41E, per un totale di dieci protrusioni.
Vantaggiosamente, le protrusioni sono realizzate con un?altezza della loro sporgenza compresa tra 0,2 mm e 0,4 mm. Un valore minimo e preferito ? proprio 0,2 mm. Il diametro delle protrusioni potr? essere compreso tra 1 mm e 2,5 mm, preferibilmente 1,5 mm. Oltre ad avere un ampio range dimensionale, le protrusioni non sono limitate da forme particolari, potendosi utilizzare forme circolari, ellittiche, quadrangolari e cos? via.
In definitiva, per il fatto che l'area di contatto tra gabbia e sfera ? significativamente ridotta, la quantit? di attrito radente generato ? altres? ridotta. Secondo valutazioni a calcolo, la riduzione della perdita di potenza per attrito nella gabbia ? dell?85% in condizioni senza carico e del 40% in condizioni con carico.
Oltre ai modi di attuazione dell?invenzione, come sopra descritti, ? 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, n? le sue applicazioni, n? 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 (9)

RIVENDICAZIONI
1. Unit? cuscinetto (30) comprendente almeno una corona di corpi di rotolamento (32, 33) e almeno una gabbia (39, 40) di ritenzione dei corpi di rotolamento (32, 33) comprendente, a sua volta:
- una nervatura di base (2, 44), che presenta superfici concave parzialmente sferiche,
- una pluralit? di dita (3, 43) distanziate circonferenzialmente ed estendentisi almeno da un lato della nervatura di base (2, 44), anch?esse presentanti superfici concave parzialmente sferiche, e
- una pluralit? di alveoli (4, 45) parzialmente sferici per trattenere i corpi di rotolamento (32, 33), ciascun alveolo essendo definito dalle superfici concave parzialmente sferiche di una coppia di dita della pluralit? di dita (3, 43) e della nervatura di base (2, 44);
l'unit? cuscinetto (30) essendo caratterizzata dal fatto che
- i corpi di rotolamento (32, 33) e le gabbie (39, 40) sono in contatto tra loro per mezzo di una pluralit? di protrusioni (5, 41) ricavate sulle superfici concave parzialmente sferiche delle dita (3, 43) e della nervatura di base (2, 44), e dal fatto che
- almeno una protrusione laterale (41L) ? ricavata lungo la superficie di ciascun dito della pluralit? di dita (3, 43) della gabbia (39, 40).
2. Unit? cuscinetto (30) secondo la rivendicazione 1, in cui l?almeno una protrusione laterale (41L) ? una coppia di protrusioni laterali (41L), per ciascun dito della pluralit? di dita (3, 43), ovvero le protrusioni laterali (41L) sono in numero di quattro per ciascun alveolo (4, 45) della gabbia (39, 40).
3. Unit? cuscinetto (30) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui ciascun dito della pluralit? di dita (3, 43), ? provvisto di protrusioni di estremit? (41S) localizzate su ciascuna estremit? prossimale e distale del dito della pluralit? di dita (3, 43), ovvero ciascun alveolo (4, 45) ? provvisto di quattro protrusioni di estremit? (41S).
4. Unit? cuscinetto (30) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la gabbia (40) ? provvista di una seconda nervatura (46) radialmente esterna e ciascun alveolo della pluralit? di alveoli (45) ? definito dalle superfici concave parzialmente sferiche di una coppia di dita della pluralit? di dita (3, 43), della nervatura di base (44) e della seconda nervatura (46).
5. Unit? cuscinetto (30) secondo la rivendicazione 4, in cui la gabbia (40) ? provvista di una protrusione centrale radialmente interna (41I), centrata sulla superficie laterale interna della nervatura di base (44) radialmente interna e di una protrusione centrale radialmente esterna (41E), centrata sulla superficie laterale interna della seconda nervatura (46), ovvero ciascun alveolo (45) ? provvisto di due protrusioni centrali (41I, 41E).
6. Unit? cuscinetto (30) secondo la rivendicazione 5, in cui l?alveolo (45) ? provvisto di quattro protrusioni laterali (41L), quattro protrusioni di estremit? (41S) e due protrusioni centrali (41I, 41E).
7. Unit? cuscinetto (30) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la protrusione della pluralit? di protrusioni (5, 41) ha un?altezza il cui valore ? compreso tra 0,2 mm e 0,4 mm.
8. Unit? cuscinetto (30) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la protrusione della pluralit? di protrusioni (5, 41) ha un diametro il cui valore ? compreso tra 1 mm e 2,5 mm.
9. Un gruppo mozzo ruota (10) per autoveicoli, comprendente un mozzo (20) ed un?unit? cuscinetto (30) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, a sua volta comprendente:
- un anello radialmente esterno (31) provvisto di rispettive piste di rotolamento radialmente esterne (31?),
- almeno un anello radialmente interno (20, 34) provvisto di rispettive piste di rotolamento radialmente interne (20?, 34?),
- almeno una corona di corpi di rotolamento (32, 33) tra l?anello radialmente esterno (31) e l?anello radialmente interno (20, 34) e
- almeno una gabbia (39, 40) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8.
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