IT202100029612A1 - Unita’ cuscinetto con schermo sensorizzato - Google Patents

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IT202100029612A1
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IT
Italy
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bearing
unit
ring
sensor
radially
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IT102021000029612A
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Inventor
Fausto Baracca
Andrea Bertolini
Fabio Cavacece
Pasquale Frezza
Colomba Alessio Nebbia
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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 SCHERMO SENSORIZZATO
DESCRIZIONE
Settore tecnico dell?invenzione
La presente invenzione ? relativa ad un?unit? cuscinetto, provvista di uno schermo sensorizzato. L?unit? cuscinetto siffatta ? idonea per applicazioni nell?industria manifatturiera e soprattutto per applicazioni nell?industria del taglio del marmo.
Tecnica nota
Nell?industria manifatturiera e soprattutto nelle applicazioni nell?industria del taglio del marmo, le unit? cuscinetto di tipo noto devono presentare delle dimensioni assiali molto contenute essendo montate le une assialmente a fianco delle altre, formando un ?pacco? di unit? cuscinetto, e tale limite dimensionale determina la necessit? di ricorrere a soluzioni tecniche particolarmente sofisticate, ovvero anche costose, nella scelta dei loro componenti che, pur avendo ingombri assiali ridotti, dovranno comunque avere performance elevate.
Nell?ambito appena descritto, pertanto, l?unit? cuscinetto in genere ha un primo componente, ad esempio un anello radialmente esterno, che ? fissato ad un elemento girevole (nell?industria del marmo un regime tipico di velocit? di rotazione ? intorno ai 750 rpm) e un secondo componente, ad esempio un anello radialmente interno, che ? fissato ad un elemento stazionario. Com?? noto, accade di frequente che l'anello radialmente interno sia girevole mentre l?anello radialmente esterno sia stazionario, ma in altre applicazioni, come quella descritta, accade che l'anello esterno ruoti e l'anello interno sia stazionario. In ogni caso, nelle unit? cuscinetto di rotolamento la rotazione di un anello rispetto all?altro ? consentita da una pluralit? di corpi di rotolamento che sono posizionati tra la superficie cilindrica di un componente e la superficie cilindrica del secondo componente, normalmente denominate piste di rotolamento. I corpi di rotolamento possono essere sfere, rulli cilindrici o conici, rullini e corpi di rotolamento similari.
? ugualmente noto che le unit? cuscinetto dispongano di dispositivi di tenuta per la protezione dai contaminanti esterni e per la tenuta rispetto al grasso lubrificante. Tipicamente, i dispositivi di tenuta sono costituiti da uno schermo sagomato montato per interferenza in una sede degli anelli dell?unit? cuscinetto, ad esempio dell?anello radialmente esterno e possono essere realizzate in materiale metallico, in materiale plastico, ad esempio in PTFE, o in materiale composito.
Le unit? cuscinetto delle macchine per il taglio del marmo sono sottoposte a valori elevati di temperatura. Il fatto che le unit? cuscinetto siano assemblate a ?pacco? rende difficoltoso lo smaltimento di calore prodotto dagli attriti volventi che si generano durante la rotazione relativa degli anelli delle unit? cuscinetto. Ovviamente, lo smaltimento di calore ? ancor pi? difficoltoso nelle unit? cuscinetto pi? interne del pacco di unit? cuscinetto, poich? queste unit? centrali sono maggiormente isolate dall?ambiente esterno.
Gli utilizzatori delle macchine per il taglio del marmo hanno l?esigenza di non superare i 110?C nella propria macchina e, pertanto, devono tenere sotto controllo la temperatura. Allo scopo si utilizzano cospicui volumi di acqua di raffreddamento per asportare la maggior quantit? possibile di calore senza che per? possano valutare quale sia il giusto volume e la corretta temperatura dell'acqua che permetta di ridurre al minimo l'acqua utilizzata per mantenere la temperatura della macchina sotto controllo.
Sintesi dell?invenzione
Scopo della presente invenzione ?, quindi, quello di realizzare un?unit? cuscinetto che sia esente dagli inconvenienti sopra descritti.
Tale scopo si realizza provvedendo uno schermo del dispositivo di tenuta dell?unit? cuscinetto con un sensore in esso costampato, preferibilmente un sensore di temperatura, con l'obiettivo di monitorare i livelli di temperatura nell?unit? cuscinetto.
L?unit? cuscinetto cos? sensorizzata potr? essere inserita in posizione mediana rispetto al pacco di unit? cuscinetto in modo da monitorare i livelli pi? elevati di temperatura.
La conoscenza in tempo reale della temperatura di un?unit? cuscinetto consente a un operatore, durante l?ottimizzazione o l?utilizzo della macchina per il taglio del marmo, di aumentare o ridurre la portata di acqua che scorre all?interno dell?albero, tenendo conto che maggiore ? la portata di acqua e maggiore ? la quantit? di calore asportato. Cos? operando, si evita di utilizzare sempre il massimo quantitativo di acqua possibile, soluzione decisamente poco economica ed efficiente in termini di consumi e materiale sprecato.
Secondo la presente invenzione viene realizzata una unit? cuscinetto avente le caratteristiche enunciate nelle rivendicazioni annesse.
Breve descrizione dei disegni
L?invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi dell?unit? cuscinetto, in cui:
- la figura 1, ? una vista schematica parziale di un assieme di unit? cuscinetto per una macchina per il taglio del marmo
- la figura 2 ? una vista, in sezione trasversale, di una preferita forma di attuazione dell?unit? cuscinetto secondo la presente invenzione
- la figura 3 illustra, in scala ingrandita e in sezione, un dettaglio dell?unit? cuscinetto di figura 2,
- le figure 4a e 4b illustrano, in due viste ortogonali, un sensore dell?unit? cuscinetto di figura 2.
Descrizione dettagliata
Con riferimento alla figura 1, con 20 ? illustrata, in modo semplice e schematico e con parti asportate per chiarezza, una macchina per il taglio del marmo atta all?ottenimento di lastre di marmo (note e non illustrate) di spessore molto ridotto, ovvero di uno spessore nell?ordine dei 13 mm.
La macchina 20 comprende una pluralit? di pulegge 22 (solo quattro delle quali illustrate) per la movimentazione e il rinvio di rispettivi fili di taglio (noti e non illustrati) del marmo stesso.
Le pulegge 22 sono disposte assialmente affiancate l?una all?altra e la loro distanza assiale determina lo spessore delle citate lastre di marmo.
La rotazione di ciascuna puleggia 22 ? permessa da una rispettiva unit? cuscinetto 10, oggetto specifico della presente invenzione, a cui la trattazione che segue far? particolare riferimento.
L?unit? cuscinetto 10 comprende un anello radialmente interno 33 e un anello radialmente esterno flangiato 31, il quale ruota rispetto all?anello interno 33 per l?interposizione di una pluralit? di corpi volventi 32, ed ? provvisto di una flangia 25 radialmente esterna, alla quale ? ancorata la relativa puleggia 22 mendiate dei mezzi di connessione 24, preferibilmente in guisa di viti.
Ciascuna unit? cuscinetto 10 ? montata a stretto contatto assiale con le unit? cuscinetto 10 assialmente adiacenti sia per ridurre il pi? possibile la distanza assiale tra due fili di taglio adiacenti, onde ottenere delle lastre di marmo di spessore molto ridotto, sia al fine di evitare ogni possibile gioco assiale tra le unit? cuscinetto medesime. In particolare, sono gli anelli radialmente interni, stazionari, a trovarsi a stretto contatto assiale e hanno uno spessore assiale maggiore dello spessore assiale degli anelli radialmente esterni, che devono essere girevoli.
Con riferimento alla figura 2, l?unit? cuscinetto 10 per le macchine per il taglio del marmo ha, proprio per l?ottenimento di uno spessore molto ridotto delle citate lastre di marmo, la caratteristica essenziale di possedere uno spessore assiale proprio e dei propri componenti, ovvero anello radialmente interno 33 e anello radialmente esterno flangiato 31, nel range compreso tra 18 a 30 mm e, soprattutto, di avere un diametro interno D di un foro passante 30 dell?anello radialmente interno 33 di almeno 150 mm - preferibilmente nell?ordine dei 200 mm - in modo tale che il rapporto tra una dimensione del diametro interno D e una dimensione dello spessore assiale t dell?anello radialmente interno 33 stia all?interno di un range compreso tra 6,7 e 11,1. Tale range garantisce, in primis, uno spessore assiale idoneo, in combinazione con una pluralit? di unit? cuscinetto 10 identiche, all?ottenimento delle citate lastre di marmo di spessore molto ridotto, e, quindi, anche il raggiungimento dei parametri di rigidezza e resistenza richiesti per questa applicazione. Considerato, inoltre, il tipo di applicazione che produce polveri abrasive, ad esempio, di marmo e di diamante, e considerato anche che le operazioni di taglio avvengono utilizzando liquidi di raffreddamento, essenzialmente acqua, per evitare l?ingresso di tali contaminanti nella unit? cuscinetto 10, questa comprende, su ciascun lato, un dispositivo 35 di tenuta efficace, che proteggendo l?unit? cuscinetto 10 stessa, ne consente una buona resistenza e una lunga durata. Riassumendo, l?unit? cuscinetto 10 per applicazioni nel settore dell?industria del taglio del marmo comprende:
- un anello radialmente esterno 31, girevole, attorno ad un asse di rotazione centrale X dell?unit? cuscinetto 10,
- un anello radialmente interno 33, stazionario,
- una corona di corpi di rotolamento 32, in questo esempio sfere, interposta tra l'anello radialmente esterno 31 e l?anello radialmente interno 33 per permetterne la rotazione relativa,
- una gabbia 34 di contenimento dei corpi di rotolamento per mantenere in posizione i corpi di rotolamento della corona di corpi di rotolamento 32,
- due dispositivi di tenuta 35 disposti assialmente da bande opposte dell?unit? cuscinetto 10 stessa per sigillarla dall?ambiente esterno.
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 X dell?unit? cuscinetto 10.
Per semplicit? di rappresentazione grafica il riferimento 32 sar? attribuito sia ai singoli corpi di rotolamento sia alla corona di corpi di rotolamento.
Il dispositivo di tenuta 35, come illustrato in figura 2 o 3, ? interposto tra l?anello radialmente interno 33 e l?anello radialmente esterno 31 e comprende uno schermo 40 in tenuta, assialmente verso l?interno, contro una superficie 31? di appoggio di una prima sede 31a dell?anello radialmente esterno 31. Lo schermo 40 risulta, quindi, stabilmente ancorato all?anello radialmente esterno 31 e, di conseguenza, girevole assieme ad esso.
Lo schermo 40 comprende:
- una porzione cilindrica 41, radialmente interna, che realizza con l?anello radialmente interno 33 una tenuta a labirinto;
- una porzione a flangia 42, radialmente esterna, inserita stabilmente sulla superficie 31? dell?anello radialmente esterno 31;
- una porzione centrale 43 sostanzialmente anulare; e
- una porzione di collegamento 44 di forma troncoconica che connette la porzione a flangia 42 alla porzione centrale 43.
Vantaggiosamente, ai fini di poter sfruttare al meglio lo spazio assiale ridotto a disposizione per il dispositivo di tenuta, lo schermo 40 ? realizzato in materiale composito. A titolo esemplificativo, un tipo di materiale composito da utilizzare pu? essere un poliuretano avente una durezza elevata o una resina acetalica POM.
Lo schermo 40 ? mantenuto in posizione stabile da un elemento di ancoraggio 60, ad esempio un anello elastico 60 in materiale metallico. L?anello elastico 60 ? inserito per interferenza in una seconda sede 31b dell?anello radialmente esterno 31, assialmente esterna rispetto alla prima sede 31a per spingere assialmente lo schermo 40, in particolare, la sua prima porzione a flangia 42, verso la superficie 31? dell?anello esterno 31.
Con riferimento anche alle figure 4a e 4b, secondo la presente invenzione, lo schermo 40 ? provvisto di un sensore 50 che, preferibilmente ? un sensore per la misura della temperatura.
Vantaggiosamente, il sensore 50 trasmette i dati tramite onde radio ed ? un dispositivo compatibile Wi-Fi. La scelta della tecnologia Wi-Fi consente di evitare complicazioni costruttive legate al fatto che lo schermo 40 ? girevole per cui una soluzione con cablaggio non sarebbe facilmente realizzabile. Naturalmente, sono possibili ulteriori opzioni per la trasmissione del segnale del sensore 50, ad esempio l?utilizzo della tecnologia Bluetooth. Va considerato, per?, che i segnali dello standard Bluetooth hanno una portata notevolmente inferiore rispetto ai segnali Wi-Fi (generalmente dell?ordine dei 10 m contro i 100 m del segnale Wi-Fi). Un altro vantaggio ? legato al fatto che un sensore Bluetooth si pu? connettere solo con un dispositivo alla volta, mentre il sensore Wi-Fi consente connessioni multiple.
Il sensore 50 ha una forma sostanzialmente parallelepipeda ed ? costampato nella porzione centrale 43 dello schermo 40. Il sensore 50 ha uno spessore t che pu? variare tra 0,5 mm e 0,7 mm. Questo range di spessore consente al sensore di rimanere all?interno dello schermo 40 senza indebolire eccessivamente lo schermo 40. Preferibilmente, lo spessore t del sensore sar? pari a 0,6 mm.
Per lo stesso motivo, cio? per rimanere all?interno dello schermo 40 che ha forma assialsimmetrica, la lunghezza L del sensore non dovr? superare i 30 mm e la larghezza W non dovr? superare i 7 mm.
La forma parallelepipeda del sensore ? legata essenzialmente all?aspetto economico: un sensore rotondeggiante che segua la circolarit? dello schermo risulterebbe troppo costoso.
Inoltre, il contenimento dello spessore t del sensore 50 ? dovuto anche alla scelta progettuale di lasciare un bordo anulare 45 ricompreso nella porzione centrale 43 dello schermo 40 ed assialmente interno (cio? rivolto verso i corpi di rotolamento 32). Questo bordo anulare dovr? avere uno spessore s non inferiore a 0,2 mm per non pregiudicare la rigidezza dello schermo 40 nella zona in cui ? presente il sensore 50. Inoltre, cos? operando, il sensore 50 risulta non completamente costampato all'interno dello schermo 40, bens? presenta una superficie 51 assialmente esterna che lo rende visibile all?utilizzatore.
Test preliminari hanno dimostrato la fattibilit? di questa soluzione: un sensore ? stato incollato stabilmente sullo schermo dell?unit? cuscinetto ed ? stato eseguito il test standard (750 giri/min per 8 ore) che si utilizza per validare un nuovo design di unit? cuscinetto di macchine per il taglio del marmo. Il test ? risultato positivo, in quanto ha consentito di monitorare per tutta la sua durata la temperatura dello schermo e, quindi dell?unit? cuscinetto. Il fatto che lo schermo sia girevole (in quanto stabilmente fissato all?anello radialmente esterno) non ha influito sulla bont? delle misure trasmesse dal sensore.
La soluzione dell?unit? cuscinetto sensorizzata presenta notevoli vantaggi. Innanzitutto, consente il controllo della temperatura: l?utilizzatore pu? montare, in qualche posizione specifica (ad esempio al centro del pacco di unit? cuscinetto) un?unit? cuscinetto sensorizzata. In questo modo ? possibile monitorare e controllare la temperatura dell?intero pacco di unit? cuscinetto poich? quella centrale ? la posizione peggiore dal punto di vista termico perch? ? pi? difficile dissipare il calore generato dalle unit? cuscinetto. Se la temperatura risulta essere troppo alta, l?utilizzatore pu? fermare la macchina oppure aumentare il flusso d'acqua di raffreddamento senza incorrere nel rischio di bruciare una o pi? unit? cuscinetto. Inoltre, l?utilizzatore, controllando in diretta la temperatura, pu? aumentare la portata o diminuire la temperatura dell'acqua in ingresso in modo da aumentare il calore che pu? essere dissipato dall'acqua. Ci? comporta migliori prestazioni della macchina e nessun arresto della macchina.
Il costruttore della macchina per il taglio del marmo pu? fornire all?utilizzatore finale una macchina gi? ottimizzata con il miglior flusso d'acqua di raffreddamento in modo da aumentare il pi? possibile le prestazioni della macchina diminuendo la temperatura del pacco di unit? cuscinetto.
La soluzione proposta dello schermo sensorizzato ? molto flessibile: lo schermo sensorizzato infatti pu? essere fornito su richiesta insieme al sistema per misurare la temperatura e l?utente ? libero di utilizzare tali schermi sensorizzati ovunque ritenga necessario. A tal scopo, sar? preferibile utilizzare un criterio evidente per distinguere schermi sensorizzati da schermi privi di sensore, ad esempio usando una colorazione differente.
Per come ? progettato il dispositivo di tenuta (ancoraggio dello schermo per mezzo di un anello elastico facile da smontare), l?utilizzatore pu? utilizzare un?unit? cuscinetto standard, rimuovere lo schermo standard e montare uno schermo sensorizzato. Questo ha il vantaggio di non dover creare un?unit? cuscinetto personalizzata (cio? sensorizzata) ma solamente uno schermo sensorizzato, con evidente risparmio di costi. Inoltre, lo schermo sensorizzato potr? essere usato, a libera scelta dell?utilizzatore, in una o pi? unit? cuscinetto poste in posizioni differenti. Inoltre, poich? il sensore ha batterie che durano diversi anni, l?utilizzatore potr? riutilizzare lo schermo sensorizzato anche quando i cuscinetti sono vecchi e devono essere sostituiti
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 renda 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 (10) per una macchina per il taglio del marmo comprendente:
- un anello radialmente esterno (31), girevole rispetto ad un asse di rotazione (X) e provvisto di una porzione a flangia (25) radialmente esterna;
- un anello radialmente interno (33), stazionario, provvisto di un foro passante (30) in cui il rapporto tra una dimensione di un diametro interno (D) del foro passante (30) e una dimensione dello spessore assiale (t) dell?anello radialmente interno (33) sia compreso tra 6,7 e 11,1;
- una corona di corpi di rotolamento (32) interposta tra l'anello radialmente esterno (31) e l?anello radialmente interno (33);
- uno schermo (40) di tenuta in materiale composito interposto tra l?anello radialmente interno (33) e l?anello radialmente esterno (31), girevole rispetto all?asse di rotazione (X) in quanto stabilmente ancorato all?anello radialmente esterno (31);
l?unit? cuscinetto (10) essendo caratterizzata dal fatto che lo schermo (40) ? provvisto di un sensore (50) in esso costampato.
2. Unit? cuscinetto (10) secondo la rivendicazione 1, in cui il sensore (50) ? un sensore per la misura della temperatura e trasmette i dati tramite onde radio.
3. Unit? cuscinetto (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il sensore (50) ha una forma sostanzialmente parallelepipeda ed ? costampato in una porzione centrale (43) dello schermo (40).
4. Unit? cuscinetto (10) secondo la rivendicazione 3, in cui il sensore (50) ha uno spessore (t) compreso in un range tra 0,5 mm e 0,7 mm.
5. Unit? cuscinetto (10) secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui una lunghezza (L) del sensore (50) non supera i 30 mm e una larghezza (W) del sensore (50) non supera i 7 mm.
6. Unit? cuscinetto (10) secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui la porzione centrale (43) dello schermo (40) comprende un bordo anulare (45) assialmente interno avente uno spessore (s) non inferiore a 0,2 mm.
7. Unit? cuscinetto (10) secondo la rivendicazione 6, in cui il sensore (50) presenta una superficie (51) assialmente esterna non ricoperta dallo schermo (40).
8. Unit? cuscinetto (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui lo schermo (40) comprende:
- una porzione cilindrica (41), radialmente interna, che realizza con l?anello radialmente interno (33) una tenuta a labirinto;
- una porzione a flangia (42), radialmente esterna, inserita stabilmente sulla superficie (31?) dell?anello radialmente esterno (31);
- la porzione centrale (43); e
- una porzione di collegamento (44) di forma troncoconica che connette la porzione a flangia (42) alla porzione centrale (43).
9. Unit? cuscinetto (10) secondo la rivendicazione 8, in cui lo schermo (40) ? in tenuta, assialmente verso l?interno, contro una superficie (31?) di appoggio di una prima sede (31a) dell?anello radialmente esterno (31) ed ? mantenuto in posizione stabile da un elemento di ancoraggio (60), inserito per interferenza in una seconda sede (31b) dell?anello radialmente esterno (31), assialmente esterna rispetto alla prima sede (31a).
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