ITRE20100032A1 - Gruppo di rotazione compatto in carter chiuso e lubrificato - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: GRUPPO DI ROTAZIONE COMPATTO IN CARTER CHIUSO E LUBRIFICATO

La presente invenzione ha per oggetto un gruppo di rotazione compatto in carter di chiuso e lubrificato.

In particolare questo gruppo di rotazione trova applicazione su macchine agricole, industriali, da cantiere, per la produzione di energia pulita con la funzione di movimentare una parte mobile della macchina o dell'impianto rispetto alla parte fissa con moto rotatorio attorno ad un asse e con capacità di reggere carichi radiali e/o assiali, momento ribaltante, momento torcente nonché di sviluppare momento torcente motrice.

Fra le applicazioni più diffuse meritano un cenno le piattaforme aeree, piccole gru a braccio, movimentatori di pallets, inseguitori solari per fotovoltaico.

Il problema che si presentava nei primi dispositivi di rotazione a carter aperto era quello della contaminazione da parte di agenti esterni quali polvere, sabbia, acqua, ecc. che causava inevitabilmente usure premature, grippaggi, ossidazioni. La manutenzione per pulizia e rilubrificazione diventava un fattore molto importante per la frequenza degli interventi o per la necessità di intervenire con tempestività in caso di criticità di esposizione.

Un primo passo a favore della protezione si à ̈ compiuto nel racchiudere il gruppo di rotazione in un carter e schermarlo con guarnizione a labbro in gomma con tenuta strisciante frontale; gli elementi in rotazione venivano lubrificati a grasso per riempimento del carter o per immissione attraverso nippli di ingrassaggio.

Tuttavia in alcune circostanze la protezione a labbro non proteggeva a sufficenza come ad esempio sotto l'esposizione di getto d'acqua o vapore in pressione durante le fasi di lavaggio e pulizia della macchina; il labbro si sollevava localmente e lasciava filtrare acqua all'interno del carter. Accumulandosi nel tempo oppure trascinata dal grasso nei movimenti degli organi interni, all’insaputa degli operatori e degli addetti alla manutenzione, l'acqua provocava pericolose ossidazioni, grippaggi, corrosioni.

Nel gruppo dì rotazione oggetto del presente trovato, viene applicato il principio di rendere ermetico il carter e di mettere a punto il sistema ed il tipo di lubrificazione che riduca al minimo gli interventi di manutenzione, che migliori le capacità di carico del gruppo, che incrementi la velocità di rotazione o aumenti la frequenza e durata dei cicli e che permetta l'installazione del gruppo con qualsiasi orientamento o angolazione.

La figura 1 rappresenta il gruppo di rotazione nella sua vista in pianta e parzialmente sezionato per evidenziare in dettaglio l'ingranamento dell'elemento conduttore (4) con l'elemento condotto(3).

La figura 2 rappresenta il gruppo nella sezione completa sull'asse diametrale A-B ed in particolare mette in evidenza le piste degli elementi volventi e le tenute che sigillano le parti rotanti all'interno del carter (5).

Il gruppo à ̈ composto da un tipico cuscinetto di base (2) formato dalla interconnessione dell'anello interno (19) con l'anello esterno (3) il quale prevede sulla parte esterna una dentatura (3a); nel caso specifico rappresentato trattasi di dentatura elicoidale per accoppiamento con vite senza fine cosi come potrebbe trattarsi, in alternativa, di dentatura cilindrica per accoppiamento con pignone ad asse parallelo a quello della corona e conseguenti varianti di layout del carter (5), ininfluenti ai fini delle problematiche che il presente trovato intende risolvere.

L'interconnessione dei due anelli avviene a mezzo degli elementi volventi (12) che nel disegno sono sfere su doppia pista così come potrebbero essere rulli cilindrici incrociati; sul fondo della gola di forma che accoglie gli elementi volventi, un pìccolo scarico con profilo molto simile ad un segmento circolare, favorisce la ripartizione del lubrificante su tutta la circonferenza delle piste di rotolamento.

L'assieme del cuscinetto di base (2) viene alloggiato nel carter (5) e viene ad esso fissato mediante le viti di servizio (18) aventi la funzione di mantenere in posizione il cuscinetto (2) rispetto all'asse della vite senza fine (4) con il corretto gioco di ingranamento. Il bloccaggio definitivo à ̈ invece realizzato dalle viti che si impegnano nei fori filettati (20) ricavati sulla faccia inferiore dell'anello (19); queste viti assemblano il gruppo (1) sulla struttura di sostegno includendo pertanto nella giunzione l'anello interno (19), il carter (5) e la piastra di appoggio della struttura.

L'anello esterno (3) che possiamo definire elemento condotto, sostiene, mediante la serie di viti impegnate nei fori (24), la parte di struttura mobile sovrastante.

L'elemento conduttore (4), nello specifico del disegno di figura 1 una vite senza fine, riceve il moto da un un qualsivoglia motore o motoriduttore flangiato sulla faccia (23) del carter (5); l'accoppiamento con l'albero motore avviene nell'alloggiamento (4a) che può essere di tipo scanalato o con sede chiavetta. L'albero a vite (4) à ̈ vincolato al cuscinetto (6) dal lato motore ed alla boccola di supporto (7) dal lato opposto. Detta boccola contiene un cuscinetto atto a reggere il carico radiale ed una coppia di reggispinta atti a supportare carichi assiali bidirezionali.

Si esamina ora il gruppo di rotazione dal punto di vista della lubrificazione e di come possa essere realizzata Γ ermeticità del carter.

L’accoppiamento più critico sotto l’aspetto lubrificazione à ̈ la coppia vite senza fine (4) corona elicoidale (3): si à ̈ in presenza di notevoli strisciamenti e di elevate pressioni di contatto allorché si effettuano rotazioni in presenza di elevate coppie resistenti e ciò pone dei limiti alla velocità in ingresso.

Se il lubrificante à ̈ un grasso, alle elevate velocità viene espulso dalle superfici di contatto e si crea la situazione di contatto semisecco con fenomeni di stick-slip e l'innesco di fastidiose vibrazioni che preannunciano l'imminente grippaggio; se il lubrificante à ̈ un olio e la velocità à ̈ elevata si instaura una condizione di sostentamento idrodinamico, il velo lubrificante si rompe solo in presenza di pressioni specifiche molto elevate, nel qual caso si ricorrerà ad oli EP.

Dalla lubrificazione in bagno d’olio traggono benefici il cuscinetto (6) e quelli contenuti nella boccola (7); importante avvertenza nelle applicazioni con asse di rotazione orizzontale à ̈ quella di posizionare il carter (5) con l'asse della vite senza fine in basso e che il livello dell'olio raggiunga almeno la zona di ingranamento. Se ora ipotizzassimo di lubrificare con il medesimo olio anche gli elementi volventi dovremmo innalzare il livello rispetto a quanto stabilito in precedenza in modo che gli elementi volventi si immergano nell'olio nella parte inferiore del loro percorso. Quando il gruppo di rotazione rimane inoperoso per un lungo periodo o il gruppo stesso ha la funzione di posizionamento di un attrezzo o parte di macchina e poi lavora sopportando carichi in modo statico, si verificherebbe la ricaduta del lubrificante trascinato e buona parte delle piste si troverebbe asciutta; ciò non à ̈ bene sia per la tenuta del carico da parte degli elementi volventi sia nel caso dì ripartenza, specie se sotto carico, perchà ̈ manca il lubrificante. Innalzare il livello fino ai massimo non à ̈ buona norma in quanto va lasciata una ampia camera d'espansione vuota per l'eventuale liberazione di vapori e per evitare che il carter vada in pressione e le tenute vengano espulse. Le soluzioni a questo problema tecnico esistono per esempio con l'applicazione di tubi di sfiato ma queste richiederebbero una personalizzazione per ogni specifica applicazione. Per una produzione di serie del gruppo risulta invece molto conveniente lubrificare gli elementi volventi con il grasso in quanto, al riguardo, non esistono controindicazioni ma solo benefici.

Grazie alla sua elevata viscosità ed al suo potere aderente, il grasso rimane immagazzinato nella canaletta di fondo gola, nei tappi distanziatori (25) interposti tra una sfera e l'altra e sulla pista stessa nella zona adiacente i contatti a 45°; a tal proposito si rammenta che nel caso dì elementi volventi sferici (12) le due piste contrapposte sono profilate in modo da avere contatti incrociati appunto a 45° e ciò si realizza adottando un raggio di curvatura della pista del 7 - 10% superiore al raggio della sfera.

Si mettono in opera pertanto due distinti sistemi di lubrificazione: il bagno d'olio per ingranaggi e cuscinetti dell'albero a vite, ovvero laddove à ̈ presernte elevata velocità di rotazione ed elevato attrito di strisciamento, a grasso nelle piste dove sono in gioco elevate pressioni hertziane di contatto, bassa velocità ed attrito prevalentemente di rotolamento.

Dal punto dì vista costruttivo lo zona lubrificata a grasso à ̈ quella circoscritta aH'intercapedine fra anello interno (19) , corona (3)e relative piste; essa viene protetta da una convenzionale guarnizione a labbro in gomma (21) alloggiata nella parte superiore della corona (3) e che striscia sulla faccia superiore dell'anello (19), da un anello di tenuta per alberi rotanti (16) con geometria speciale che viene pressato nella sede (3b) e fa tenuta per strisciamento sulla pista (19a). Al riempimento del grasso e alla rilubrificazione provvedono gli ingrassatori (13a) e/o (13b) che con le relative canalizzazioni adducono il grasso nella cava di fondio gola delle piste.

La sigillatura ermetica della camera a bagno d'olio nel carter (5) Ã ̈ realizzata dai seguenti elementi:

- con riferimento alla fig. 2 l'anello ORing (15) che assicura la tenuta statica fra anello (19) e carter (5), il sopracitato anello speciale (16), l'anello (17) piantato nella sede (5a) e che fa tenuta col doppio labbro sulla corona (3) ed i tappi di immissiome o drenaggio (14,22)

- con riferimento alla fig.1 gli anelli di tenuta (8,9) , gli anelli ORing (10,11) installati lungo T'asse dell’albero a vite senza fine.

Per quanto riguarda la capacità delle guarnizioni e anelli di tenuta installati a resistere all'azione violenta di lavaggio con getto d’acqua o vapore si può affermare che l'anello (17) à ̈ inattaccabile anche se molto esposto in quanto ha una anima in acciaio, un doppio labbro esterno con funzione di raschiapolvere ed il labbro interno energizzato con molla. La guarnizione a labbro (21) ha invece una rigidezza limitata tuttavia essa à ̈ abbastanza protetta all’interno dell’anello (3) inoltre à ̈ quasi sempre coperta dalla flangia della struttura sovrastante fissata con le viti ai fori (24).

Lo speciale anello (16) delimita nettamente le camere a differente tipologia di lubrificazione ed impedisce il travaso dei rispettivi lubrificanti da una camera all'altra. Con questa soluzione di lubrificazione si riducono al minimo gli interventi di manutenzione, si può aumentare la velocità di rotazione, la frequenza e durata dei cicli di utilizzo; con i due distinti sistemi di lubrificazione à ̈ possibile ottimizzare la scelta delle caratteristiche dei lubrificanti in funzione delle condizioni operative e di carico. A titolo d’esempio se sono in gioco elevate coppie torcenti si adotterà un olio più viscoso addittivato EP, viceversa se la coppia torcente à ̈ modesta e velocità di rotazione elevata si opterà per un olio più fluido col quale aumenta il rendimento meccanico e si riduce la produzione di calore.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1 , Gruppo di rotazione compatto in carter chiuso e lubrificato (1) comprendente : a) un cuscinetto di base (2) composto da due anelli coassiali (3,19) interconnessi da uno o più giri di elementi volventi (12) in grado di reggere carichi assiali, radiali, momento ribaltante e di ruotare reciprocamente uno rispetto all'altro anche sotto carico, con anello (3) prowisto di dentatura (3a) in grado di ricevere il moto dal pignone o vite s. fine (4) b) un carter (5) conformato e strutturato per contenere detto cuscinetto di base (2), i relativi pignoni o vite senza fine di comando (4) e che include gii alloggiamenti per il cuscinetto (6) e la boccola porta cuscinetti (7) c) una flangia (23) solidale col carter (5) alla quale viene collegato il motore di azionamento che s'accoppia col relativo albero all'alloggiamento (4a) della vite senza fine o pignone (4), accoppiamento di tipo scanalato o con chiavetta e col quale trasferisce moto rotatorio e coppia motrice d) una serie di elementi di tenuta e protezione che assicurano la trattenuta dei fluidi lubrificanti nei relativi circuiti e composta da anelli tipo 0 Ring per tenuta statica (10, 11 , 15), guarnizione a labbro (21), anelli di tenuta del tipo per alberi rotanti (8, 9, 16, 17) e) i nipples (13a) e/o (13b) che adducono il grasso alle piste degli elementi volventi (12) f) i tappi di introduzione (14) e di drenaggio (22) per rifornire, sostituire e scaricare l'olio della scatola-carter trasmissione (5) caratterizzato dai fatto che la lubrificazione del cuscinetto di base (2) e assicurata dai grasso introdotto sulle piste e sugli elementi volventi (12) attraverso i nipples d'ingrassaggio (13a) e/o (13b) ed ivi trattenuto dagli elementi di tenuta (16, 21) mentre la lubrificazione della coppia dì ingranaggi di comando (3a), (4) e relativi cuscinetti, à ̈ realizzata dall'olio immesso nel carter (5) tramite il tappo (14); la ermeticità à ̈ garantita dalla serie di elementi di tenuta essendo inoltre impedito dallo speciale anello (16) il travaso di lubrificante dalla camera ad olio a quella a grasso e viceversa.
2. 2. Gruppo di rotazione secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da un cuscinetto di base (2) ad una o più piste con elementi volventi di tipo a rulli o sfere (12) alloggiato nel carter (5), con la dentatura (3a) dell'anello (3) in ingranamento con il pignone o vite senza fine (4) ed ivi mantenuto in posizione di corretto ingranamento dalle viti di servizio (18) che fissano l'anello interno (19) al carter (5)
3. 3. Gruppo di rotazione secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dalla presenza di una serie di fori filettati (20) disposti di solito circolarmente sull'anello (19) che permettono di rendere solidale, medianti le relative viti, il cuscinetto (2) al carter (5) ed al telaio-struttura di sostegno ed al quale vengono trasferiti i carichi ed il momento ribaltante cui il gruppo à ̈ sottoposto
4. 4. Gruppo di rotazione secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dalla presenza di una serie di fori filettati (24) disposti di solito circolarmente sulla corona (3) che permettono , mediante le relative viti, di rendere solidale la corona stessa alla sovrastruttura da movimentare
5. 5. Gruppo di rotazione secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato da un sistema di lubrificazione del cuscinetto (2) per immissione di grasso negli elementi volventi (12) interposti nelle apposite piste ricavate fra anello interno ed anello esterno del cuscinetto di base (2), tramite nipples di ingrassaggio istallati sull'anello interno (13a) e/o sull'anello esterno (13b)
6. 6. Gruppo di rotazione secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che una convenzionale guarnizione a labbro (21) ed uno speciale anello di tenuta (16), entrambi alloggiati nell'anello (3), rispettivamente rivolti verso l'esterno e verso l'interno (5) trattengono il grasso e proteggono gli elementi volventi (12) da contaminazioni
7. 7. Gruppo di rotazione secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che lo speciale anello di tenuta (16), piantato stabilmente a tenuta sulla sede (3b) dell'anello (3) e col suo labbro elasticizzato strisciante sulla sede (19a) dell’anello interno (19), assolve la doppia funzione di contenere il grasso nella intercapedine delle piste da un lato e contenere, dal lato opposto, l'olio nella camera del carter (5)
8. 8. Gruppo di rotazione secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato da un carter (5) a bagno d'olio a perfetta tenuta in cui il livello dell’olio lubrificante viene definito a seconda delle modalità di installazione essendo, in ogni caso, garantita la tenuta dalla presenza dei seguenti elementi: anello (17) alloggiato stabilmente nella sede (5a) del carter (5)e con labbro elasticizzato a contatto con l'anello (3), anello speciale (16), anelli di tenuta (8 , 9) ed anelli ORing (10, 11, 15)
9. 9. Gruppo di rotazione secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dalla netta distinzione e separazione dei due lubrificanti che consente di ottimizzare la scelta delle caratteristiche tecniche di ciascun tipo di lubrificante, secondo la specificità della applicazione, del layout di installazione del gruppo e delle condizioni di carico e di esercizio
10. 10. Gruppo di rotazione secondo le rivendicazioni 8 e 9 caratterizzato daH'enorme vantaggio che si ha nel lubrificare ad olio gli ingranaggi di comando (3a ,4), cuscinetto (6), cuscinetti contenuti nella boccola di supporto (7): si ha la possibilità di un miglior smaltimento del calore , di un aumento della velocità di utilizzo od incremento della frequenza dei cicli di impiego
11. 11. Gruppo di rotazione secondo le rivendicazioni 5 e 9 caratterizzato dal fatto che il mantenere lubrificato a grasso gli elementi volventi e relative piste assicura elevata radiale, assiale e di momento ribaltante anche con carichi pulsanti, sia con cuscinetto stazionario che in rotazione; le piste si conservano lubrificate anche con installazione ad asse di rotazione orizzontale in quanto il grasso non cola e non va ad accumularsi completamente nella parte inferiore e la ripartenza dopo lunghe soste non presenta criticità di lubrificazione delle piste.