ITTO20080593A1 - Guarnizione di tenuta per condotti di scarico. - Google Patents

Description

Guarnizione di tenuta per condotti di scarico

Settore della Tecnica

La presente invenzione si riferisce, in generale, ad una guarnizione di tenuta per condotti di scarico.

In particolare, la presente invenzione si riferisce ad una guarnizione di tenuta da applicare a coppie di flangie collegate alle estremità di condotti di scarico per garantire la tenuta fra flangia e flangia e impedire la fuoriuscita di gas di scarico.

Arte Nota

Sono note le guarnizioni di tenuta da inserire fra flangie poste alle estremità di condotti di scarico per impedire la fuoriuscita di gas di scarico in corrispondenza di zone di giunzione fra i condotti di scarico.

In particolare sono note guarnizioni di tenuta che prevedono la presenza di un inserto in materiale refrattario in corrispondenza della zona di giunzione per migliorare la tenuta della guarnizione.

Ad esempio, dalla pubblicazione brevettuale EP_1267049_A1 è nota una guarnizione di tenuta comprendente un anello di materiale refrattario incapsulato in un primo foglio metallico ripiegato con bordi sovrapposti in modo da avere forma toroidale (elemento toroidale) ed un secondo foglio metallico a forma sostanzialmente ovale avente un foro centrale di diametro leggermente inferiore a quello esterno dell'anello con un bordo interno incluso a sandwich fra i bordi sovrapposti del primo foglio metallico.

Il secondo foglio del documento noto è atto a realizzare due superfici piane che si estendono su un piano mediano rispetto all'elemento toroidale.

La guarnizione nota, in uso, lavora in corrispondenza di una zona di affacciamento delle flangie in cui le flangie presentano raggi di piegatura affacciati così da realizzare una cavità di alloggiamento dell'elemento toroidale della guarnizione.

Un primo problema di tale arte nota è che la tenuta della guarnizione è effettuata dal solo elemento toroidale mentre la rimanente parte piana a forma ovale è di ausilio al solo posizionamento della guarnizione ed alla segnalazione della sua presenza.

Un ulteriore problema della guarnizione nota consiste nel fatto che l'elemento toroidale, lavorando in uso in una cavità, richiede un montaggio particolarmente preciso; infatti, in caso contrario, esiste il rischio che l'elemento toroidale non faccia tenuta a causa di differente distribuzione della pressione per differente compressione esercitata dalle flangie lungo la circonferenza dell'elemento toroidale.

Un altro problema della guarnizione nota è che questa richiede, comunque, l'assemblaggio di due fogli di metallo.

Sono anche note altre guarnizioni che prevedono la presenza di un inserto in materiale refrattario in corrispondenza della zona di giunzione delle flangie per migliorare la tenuta della guarnizione.

Ad esempio è nota dalla pubblicazione brevettuale EP_1386099_A1 una guarnizione che prevede la predisposizione di due fogli di metallo da affacciare e piegare opportunamente in modo da formare nervature affacciate atte a trattenere l'inserto in materiale refrattario così da realizzare un elemento toroidale di tenuta.

Tale guarnizione presenta innanzitutto il problema che la tenuta della guarnizione è effettuata dall'elemento toroidale in cooperazione con le sole estremità piane esterne delle nervature contrapposte che lavorano sulle superfici piane delle flangie; in secondo luogo tale guarnizione presenta il problema di richiedere per essere realizzata la predisposizione di due fogli di metallo da inserire affacciati fra le flangie e configurati in modo da trattenere l'inserto in materiale refrattario.

In sintesi, la Richiedente ha osservato che le guarnizioni note che comprendono inserti in materiale refrattario non sono in grado di risolvere in modo efficace il problema di garantire ottima tenuta, in particolare nel caso di montaggio poco preciso.

La Richiedente ha anche osservato che le guarnizioni note richiedono processi di realizzazione particolarmente complessi come ad esempio la realizzazione di due fogli da giuntare.

Descrizione dell’Invenzione

Scopo della presente invenzione è una guarnizione con inserto refrattario che superi i problemi sopra esposti dell'arte nota.

Raggiunge lo scopo la guarnizione di tenuta per condotti di scarico come rivendicata.

La presente invenzione riguarda anche un metodo di funzionamento di una guarnizione con inserto in materiale refrattario.

Le rivendicazioni costituiscono parte integrante dell’insegnamento tecnico qui fornito in merito all’invenzione.

In accordo ad una caratteristica di una forma preferita di realizzazione la guarnizione di tenuta per condotti di scarico da inserire fra superfici affacciate di flangie terminali, comprende un corpo metallico avente in una prima zona un elemento refrattario ed in una seconda zona almeno una nervatura in cui è prevista almeno una sommità atta ad esercitare pressione su almeno una delle superfici affacciate delle flangie e ad operare in campo elastico.

In accordo ad un'ulteriore caratteristica della presente invenzione, la guarnizione comprende nervature di tipo a "S" o di tipo "semplice" e/o multiplo.

In accordo ad un'altra caratteristica della presente invenzione, la guarnizione comprende un'apertura per il passaggio dei gas di scarico di dimensioni maggiori o uguali a quelle di una corrispondente apertura realizzata nelle flangie terminali o opposte.

Descrizione Sintetica delle Figure

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiare dalla seguente descrizione di forme preferite di realizzazione fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio delle annesse figure, in cui elementi indicati con uno stesso o un simile riferimento numerico indicano elementi che hanno stessa o simile funzionalità e costruzione ed in cui:

Fig. 1 rappresenta una vista frontale di una guarnizione secondo l'invenzione;

Fig. 2a rappresenta un particolare di una prima forma di realizzazione della guarnizione di Fig. 1;

Fig. 2b rappresenta un particolare di una seconda forma di realizzazione della guarnizione di Fig. 1; e

Fig. 3 rappresenta un esempio di montaggio della guarnizione secondo l'invenzione.

Descrizione di una Forme Preferite di Realizzazione

Con riferimento alla Fig. 1 una guarnizione di tenuta (guarnizione) 10 per condotti di gas di scarico secondo la presente invenzione comprende un corpo 12, ad esempio realizzato con un foglio in materiale metallico quale acciaio inossidabile di tipo AISI 304, e un inserto o elemento refrattario 14 di spessore h' predeterminato atto a resistere a temperature elevate (800 °C - 900 °C) e realizzato, ad esempio, in materiale in fibre minerali come ad esempio materiali per isolamento reperibili in commercio.

Il corpo 12 ha, ad esempio, un profilo esterno triangolare ai cui vertici, preferibilmente, sono previsti fori 23 atti a permettere il fissaggio della guarnizione 10 fra flangie terminali o opposte (flangie), 15a e 15b, (Fig. 1, Fig. 3) fissate, in modo noto, alle estremità di rispettivi condotti di scarico 18a e 18b da giuntare e tali da realizzare un'apertura di forma predeterminata per il passaggio dei gas di scarico.

Naturalmente, in altre forme di realizzazione il corpo 12 può avere profilo ovoidale o a più di tre lati senza per questo uscire dall'ambito di quanto descritto e rivendicato.

Il corpo 12 comprende, inoltre, un'apertura 21, preferibilmente baricentrica al corpo, avente un bordo 22 di dimensioni tali da permettere il passaggio dei gas di scarico, ad esempio, di un motore.

L'apertura (foro per i gas) 21, preferibilmente, ha forma circolare ed a tale forma si fa riferimento nelle figure e nella descrizione anche se altre forme sono possibili, ad esempio forme ovoidali, forme quadrangolari, ecc. senza per questo uscire dall'ambito di quanto descritto e rivendicato.

Preferibilmente, il corpo 12 è realizzato con un unico foglio in lamiera metallica e comprende una zona attiva 31, ricavata in prossimità del bordo 22 del foro (foro per i gas) 21 ed atta a cooperare con le flangie 15a, 15b per esercitare tenuta ai gas di scarico, ed una zona di fissaggio 33, in corrispondenza dei fori (fori di fissaggio) 23, atta ad essere utilizzata per fissare la guarnizione 10 alle flangie 15a e 15b.

La zona di fissaggio 33, preferibilmente, ha superfice piana.

La zona attiva 31 comprende, a partire dal bordo 22 del foro per i gas 21 e in direzione della zona di fissaggio 33: - una prima zona 41 (Fig. 2a e Fig. 2b) ottenuta, ad esempio, di piegatura della lamiera e configurata in modo da contenere l'elemento refrattario (elemento fibroso) 14; in genere la prima zona (zona di piegatura) 41 ha un'apertura di dimensioni maggiori o uguali a quelle dell'apertura per il passaggio dei gas realizzata nelle flangie terminali ed è predisposta, in fase di realizzazione, con uno spessore "z" predeterminato; ancora più preferibilmente la zona di piegatura 41 ha un'apertura di dimensioni di poco superiori (ad esempio 0.5 mm) a quelle dell'apertura realizzata nelle flangie terminali, 15a e 15b, in modo da non debordare in tale apertura limitando il fluire dei gas di scarico ed assorbendo dallo stesso eccessivo calore;

- una seconda zona 43, preferibilmente adiacente alla prima 41, comprendente una o più nervature, 45a o 45b rispettivamente, atte a lavorare, in uso, in campo elastico.

In accordo ad una prima forma di realizzazione, considerata preferibile, le nervature 45a, una o più di una, sono nervature conformate a "S" di altezza h costante e sommità sporgenti 46a.

Tali sommità possono avere forma curva o appuntita.

In accordo ad una seconda forma di realizzazione, le nervature 45b, una o più di una, sono nervature semplici (a conformazione semplice) o multiple di altezza h costante e sommità sporgenti 46b.

Tali sommità possono avere forma curva o appuntita.

Entrambe le forme di realizzazione permettono, in particolare nel caso di sommità a forma appuntita, di concentrare il contatto in una zona molto limitata delle superfici delle flangie così da ottenere una pressione specifica molto elevata.

Preferibilmente le nervature 45a in accordo alla prima forma di realizzazione hanno altezza h maggiore rispetto a quella delle nervature 45b della seconda forma di realizzazione.

Ancora più preferibilmente le nervature, 45a o 45b, hanno altezza h determinata in funzione dello spessore h' e delle caratteristiche di cedevolezza dell'elemento fibroso. Ad esempio, a parità di elemento fibroso, l'altezza h delle nervature realizzate in accordo alla prima forma di realizzazione hanno valori in altezza compresi fra 1.0 - 1.5 mm e le nervature realizzate in accordo alla seconda forma di realizzazione hanno valori in altezza compresi fra 0.8 -1.2 mm in modo da ottenere diverse caratteristiche elastiche delle nervature, utilizzando spessori e/o materiali del foglio in lamiera diversi.

Il funzionamento della guarnizione 10 (Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b, Fig. 3) fin qui descritta è il seguente.

In una prima fase la guarnizione 10 viene posizionata fra le due flangie, 15a e 15b, saldate o fissate ai condotti di scarico, 18a e 18b rispettivamente, da giuntare; preferibilmente le flangie hanno superfici piane affacciate ed i condotti sono fissati alle flangie in modo da non sporgere dalle rispettive superfici piane delle flangie.

In una seconda fase vengono inseriti nei fori di fissaggio 23 organi di fissaggio 19, come ad esempio bulloni di tipo noto o viti prigioniere, e viene effettuato il serraggio degli organi di fissaggio così da accostare frontalmente le flangie 15a e 15b.

Durante la fase di serraggio della guarnizione fra le superfici affacciate delle flangie, la zona attiva 31 della guarnizione 10 viene compressa in modo che la prima zona (zona di piegatura) 41 abbia, inizialmente, una deformazione plastica e, successivamente, operi in campo elastico.

La deformazione plastica della zona di piegatura 41 arresta l'accostamento frontale delle flangie così che anche le nervature, 45a o 45b, vengono caricate in corrispondenza delle sommità 46a o 46b in modo da lavorare in campo elastico con caratteristiche dipendenti dalla forma di realizzazione prescelta.

Al termine della fase di serraggio l'azione in campo elastico della zona attiva 31 è tale da garantire la tenuta dei gas di scarico sia nel caso di piccoli movimenti delle flangie, dovute ad esempio a variazioni termiche, che nel caso di vibrazioni meccaniche dovute, ad esempio, a vibrazioni del motore.

Vantaggiosamente, la guarnizione come descritta, operando in corrispondenza delle superfici affacciate delle flangie non richiede un centraggio particolarmente preciso rispetto alle flangie.

Inoltre, la conformazione delle nervature nella prima forma di realizzazione permette, come facilmente comprensibile per un tecnico del settore, di compensare maggiori difettosità di forma fra le flangie rispetto a quelle compensabili con la seconda forma di realizzazione. La prima forma di realizzazione consente cedimenti di ampiezza maggiore rispetto a quelli consentiti dalla seconda forma di realizzazione.

Naturalmente, anche altre conformazioni delle nervature sono possibili, ad esempio conformazioni in cui le nervature sono una combinazione delle due forme di realizzazione descritte o in cui l'altezza h delle nervature varia con la distanza dal bordo 22 del foro 21, senza per questo uscire dall'ambito di quanto descritto e rivendicato.

Le nervature possono anche essere realizzate, in parte, anche in zone non adiacenti alla zona di piegatura 41, ad esempio ad una distanza di 2-3 mm da tale zona 41 per meglio compensare difetti superficiali delle superfici delle flangie.

La realizzazione della guarnizione secondo la presente invenzione prevede, preferibilmente, una sequenza di operazioni meccaniche a freddo fra cui:

- tranciatura del materiale metallico in modo da realizzare la forma esterna del corpo 12, i fori di fissaggio 23, ed un foro per i gas 21 di dimensioni tali da permettere la piegatura del bordo 22 sull'elemento fibroso 14; tale foro, naturalmente avrà dimensioni predeterminate sulla base, ad esempio, di quanto previsto a progetto;

- stampaggio o imbutitura delle nervature con risvoltatura del bordo 22 del foro 21, preferibilmente, ad angolo retto o ad un angolo di poco inferiore a 90° così da formare una cavità di alloggiamento 25;

- posizionamento dell'elemento fibroso 14 nella cavità di alloggiamento 25; naturalmente l'elemento fibroso 14 è preferibilmente ottenuto, in precedenza e in modo noto, per tranciatura, ad esempio da un foglio o da una lastra o un rotolo di materiale fibroso;

- risvoltatura del bordo 22 sull'elemento fibroso 14, ad esempio per mezzo di un punzone conico.

La guarnizione così realizzata è pronta all'uso.

Naturalmente, modifiche ovvie e/o varianti sono possibili alla descrizione di cui sopra, nelle dimensioni, forme, materiali e componenti, così come nei dettagli della costruzione illustrata e del metodo di operare senza staccarsi dall'invenzione come precisata nelle rivendicazioni seguenti.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. Guarnizione di tenuta per condotti di scarico da inserire fra superfici affacciate di flangie opposte (15a, 15b) fissate alle estremità dei condotti di scarico (18a, 18b), comprendente - un elemento refrattario (14); - un corpo metallico (12) configurato in modo da contenere detto elemento refrattario (14) e realizzare una prima zona (41) con un'apertura (21) per il passaggio dei gas di scarico; caratterizzata da - almeno una nervatura (45a, 45b) avente almeno una sommità (46a, 46b) atta ad esercitare pressione, con detta almeno una sommità, su almeno una delle superfici affacciate delle flangie opposte (15a, 15b) e ad operare in campo elastico.
2. 2. Guarnizione secondo la rivendicazione 1 in cui detta almeno una nervatura (45a) è una nervatura di tipo a "S".
3. 3. Guarnizione secondo la rivendicazione 2 in cui detta almeno una nervatura (45a) ha un'altezza (h) compresa fra 1.0 e 1.5 mm.
4. 4. Guarnizione secondo la rivendicazione 1 in cui detta almeno una nervatura (45b) è una nervatura di tipo semplice o multiplo.
5. 5. Guarnizione secondo la rivendicazione 4 in cui detta almeno una nervatura (45b) ha un'altezza (h) compresa fra 0.8 e 1.2 mm.
6. 6. Guarnizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5 in cui - detta apertura (21) di detto corpo metallico (12) ha dimensioni maggiori o uguali ad una corrispondente apertura in dette flangie opposte (15a, 15b).
7. 7. Guarnizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6 in cui - detta zona (41) con un'apertura (21) per il passaggio dei gas di scarico ha una forma compresa fra le seguenti forme - forma circolare; - forma ovoidale; - forma quadrangolare.
8. 8. Guarnizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7 in cui detto corpo ha un profilo compresi fra i seguenti profili - profilo ovoidale; - profilo triangolare; - profilo a più di tre lati.
9. 9. Metodo di funzionamento di una guarnizione di tenuta per condotti di scarico da inserire fra superfici affacciate di flangie opposte (15a, 15b) fissate alle estremità dei condotti di scarico (18a, 18b), detta guarnizione comprendendo in una prima zona (41) un elemento refrattario (14) e in una seconda zona (43) almeno una nervatura (45a, 45b) avente almeno una sommità (46a, 46b), caratterizzato dalla fase di - far lavorare la guarnizione (10) in campo elastico esercitando pressione con detta almeno una sommità (46a, 46b) su almeno una delle superfici affacciate delle flangie opposte (15a, 15b).
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9 in cui detta fase di far lavorare la guarnizione in campo elastico comprende - applicare una deformazione plastica in detta prima zona (41); - far lavorare in campo elastico detta prima zona (41) e detta seconda zona (43).