ITTO20100306A1

ITTO20100306A1 - Anello flangiato di cuscinetto per un'unita' cuscinetto della ruota di un veicolo a motore

Info

Publication number: ITTO20100306A1
Application number: IT000306A
Authority: IT
Inventors: Paolo Re; Carl Vissers
Original assignee: Skf Ab
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-10-16
Also published as: US20110255819A1; EP2378143B1; US9086095B2; EP2378143A1; IT1399562B1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Anello flangiato di cuscinetto per un'unitÃ cuscinetto della ruota di un veicolo a motore"

DESCRIZIONE

Settore tecnico dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un anello flangiato, di peso leggero, per un cuscinetto per il mozzo di una ruota di un veicolo a motore. L'anello di cuscinetto puÃ² essere sia un anello stazionario con una flangia atta a montare la relativa unitÃ cuscinetto-mozzo al montante della sospensione di un veicolo a motore, oppure un anello girevole nel quale la flangia consente il collegamento alla ruota e/o al rotore freno.

Tecnica nota

L'invenzione Ã ̈ rivolta a soddisfare una domanda sempre crescente in termini di riduzione di peso della componentistica degli autoveicoli al fine di ridurre i consumi di carburante e le emissioni di scarico. Per un cuscinetto della ruota di un veicolo, una riduzione di peso non deve comportare alcuna riduzione in termini di robustezza e sicurezza. Le piste di rotolamento devono essere fatte di un materiale abbastanza duro da sopportare le sollecitazioni del contatto volvente. Trova ancora largo uso il tradizionale acciaio per cuscinetti, nonostante siano stati proposti anche altri materiali, quali le ceramiche e il titanio, che procurano buone prestazioni meccaniche ma sono notevolmente piÃ¹ costosi rispetto all'acciaio per cuscinetti.

WO 2008/147284 A1 descrive un anello per cuscinetto composto da due materiali diversi congiunti assieme in un pezzo singolo, cioÃ ̈ un primo materiale a tenacitÃ elevata, quale l'acciaio per cuscinetti, che forma le piste di rotolamento, ed un secondo materiale leggero, quale un metallo leggero, che forma la parte restante dell'anello. Il secondo materiale viene unito al primo tramite un procedimento di colata semi-solida.

Sintesi dell'invenzione

Uno scopo della presente invenzione Ã ̈ di migliorare la connessione tra le due diverse porzioni di un anello flangiato per cuscinetto composte da due materiali differenti, cioÃ ̈ da un primo materiale e da un secondo materiale leggero. In particolare, si desidera migliorare tale connessione almeno alle temperature di esercizio elevate.

La presente invenzione ha per oggetto un anello flangiato di cuscinetto per una ruota di un veicolo motore che procura perfezionamenti per ciÃ² che concerne gli aspetti piÃ¹ importanti delle prestazioni dell'anello del cuscinetto. L'anello di cuscinetto dell'invenzione presenta un peso minore, assicurando nel contempo le elevate capacitÃ di resistenza richieste. L'anello Ã ̈ fatto di due materiali diversi uniti insieme con un pezzo singolo e include un inserto tubolare o anulare radialmente interno ed un corpo radialmente esterno formato attorno all'inserto. L'inserto presenta una o piÃ¹ piste di rotolamento ed Ã ̈ fatto di un materiale duro avente un primo coefficiente di dilatazione termica. Il corpo esterno presenta una flangia radialmente esterna ed Ã ̈ fatto di un materiale leggero avente un secondo coefficiente di dilatazione termica maggiore di quello del primo materiale. Mezzi di bloccaggio reciproco, formati sia dall'inserto e sia dal corpo esterno, bloccano questi due corpi l'uno con l'altro, opponendosi ai movimenti assiali relativi. I mezzi di bloccaggio reciproco comprendono una o piÃ¹ porzioni radialmente rientranti su una superficie esterna dell'inserto. Sul corpo esterno sono formate rispettive porzioni complementari radialmente sporgenti, cosÃ¬ da prevenire il movimento assiale relativo tra il corpo esterno e l'inserto interno almeno alle temperature di esercizio elevate. Preferibilmente, queste sporgenze e cavitÃ coniugate all'interfaccia tra il corpo esterno e l'inserto interno sono conformate in modo tale da prevenire anche movimenti rotazionali relativi tra il corpo esterno e l'inserto interno.

Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno chiare alle persone esperte nel settore dall'analisi della seguente descrizione dettagliata, delle rivendicazioni e dei disegni, in cui a numeri uguali corrispondono caratteristiche uguali.

Breve descrizione dei disegni

Per una migliore comprensione dell'invenzione verranno ora descritte alcune forme di realizzazione preferite, date a titolo esemplificativo, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista in sezione assiale di una prima forma di realizzazione di un anello di cuscinetto secondo l'invenzione;

la figura 2 Ã ̈ una vista in sezione assiale di un inserto anulare incluso nell'anello di cuscinetto della figura 1;

la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica dell'inserto della figura 2;

le figure da 4 a 6 sono viste in sezione assiale parziale di anelli di cuscinetto realizzati secondo altre forme di realizzazione diverse dell'invenzione.

Descrizione dettagliata

Facendo inizialmente riferimento alle figure da 1 a 3, un anello flangiato di cuscinetto secondo una prima forma di realizzazione dell'invenzione Ã ̈ indicato nel suo insieme con 10. L'anello 10 in questo esempio Ã ̈ un anello di cuscinetto per applicazioni su veicoli, in particolare per montare in modo girevole una ruota (non illustrata) ad un montante fisso di una sospensione (non illustrata) del veicolo. L'anello di cuscinetto 10 presenta due piste di rotolamento 11 per due corone di elementi volventi, in questo esempio rulli conici.

L'anello 10 comprende un inserto radialmente interno 12 di forma complessivamente anulare o tubolare ed un corpo radialmente esterno 13 che presenta una flangia 14, che si estende radialmente verso l'esterno vicino ad un'estremitÃ assialmente esterna dell'inserto 12. La flangia 14 presenta un certo numero di fori passanti 24 atti a permettere il collegamento al montante della sospensione tramite bulloni. Nonostante l'anello di cuscinetto illustrato nella figura sia un anello di cuscinetto radialmente esterno, la struttura anulare descritta qui di seguito puÃ² anche essere utilizzata per altri tipi di anelli flangiati di cuscinetto, ad esempio un anello di cuscinetto girevole e radialmente interno (oppure esterno) la cui flangia radiale va fissata alla ruota. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, termini ed espressioni che stanno ad indicare posizioni e direzioni quali "radiale" e "assiale" sono da intendersi riferiti all'asse di rotazione x del cuscinetto. Espressioni quali "assialmente interno" e "assialmente esterno" si riferiscono invece alla condizione montata sul veicolo.

L'inserto radialmente interno 12 Ã ̈ fatto di un primo materiale duro che presenta un primo coefficiente di dilatazione termica volumetrica piÃ¹ basso, mentre il corpo radialmente esterno 13 Ã ̈ fatto di un secondo materiale leggero avente un secondo coefficiente di dilatazione termica volumetrica maggiore di quello del primo materiale di cui Ã ̈ fatto l'inserto 12. Dato che l'inserto 12 forma una o piÃ¹ piste di rotolamento, un materiale duro e tenace adatto per l'inserto Ã ̈, ad esempio, un acciaio per cuscinetti. In alternativa, si puÃ² utilizzare un acciaio a basso tenore di carbonio, o la ceramica. Quale materiale leggero per il corpo esterno 13 si preferisce un metallo leggero, quale l'alluminio, il magnesio, o loro leghe. Altri materiali adatti a formare il corpo esterno possono includere, ma senza essere limitati a questi, i compositi in carbonio o i polimeri rinforzati.

L'inserto 12 viene lavorato a macchina cosÃ¬ da formare, nella sua superficie radialmente esterna, una scanalatura 16 radialmente rientrante, che si estende in senso circonferenziale. La scanalatura 16 Ã ̈ definita dal fatto che, cominciando dalla sua parte centrale, Ã ̈ sempre possibile trovare almeno un intervallo vicino, sia sul lato destro che su quello sinistro, dove il diametro Ã ̈ maggiore che nella porzione centrale. In una forma di realizzazione preferita, la scanalatura 16 si estende circonferenzialmente in modo continuo attorno alla superficie esterna dell'inserto. Come spiegato meglio nel seguito, la scanalatura 16 fa parte di un mezzo di bloccaggio reciproco atto ad impedire movimenti assiali relativi tra l'inserto 12 e il corpo esterno 13. In una certa misura, in funzione della forma della sezione della scanalatura, tali mezzi di bloccaggio reciproco impediranno anche i movimenti radiali tra l'inserto e il corpo esterno, nel caso in cui siano previsti uno o piÃ¹ sottosquadri 20, come nelle forme di realizzazione delle figure 3 e 5.

Preferibilmente il corpo esterno 13 Ã ̈ formato e congiunto all'inserto 12 tramite un processo di colata semi-solida, che Ã ̈ un processo di formatura "near net shape" nel quale il metallo del corpo esterno viene formato ad una temperatura intermedia tra lo stato liquido e quello solido. Il vantaggio conferito da un processo di colata semi-solida rispetto ad un processo di colata a metallo fuso, quale la presso-fusione ad alta pressione, Ã ̈ dato dal fatto che il corpo esterno acquisisce una microstruttura piÃ¹ densa e priva di dendriti, che procura la robustezza e la resistenza alla propagazione delle cricche richieste nelle applicazioni con i cuscinetti. Inoltre, il processo di colata semi-solida permette al corpo esterno di acquisire con precisione la forma richiesta anche in quei casi laddove le superfici all'interfaccia tra l'inserto 12 e il corpo esterno 13 abbiano una forma particolarmente complessa, ad esempio nel caso in cui siano previsti dei sottosquadri.

La flangia 14 per il montaggio della ruota puÃ² essere formata con la geometria necessaria ad assicurare la rigidezza sufficiente. Inoltre, i fori 24 della flangia 14 per il montaggio della ruota possono essere predisposti durante il processo di colata semi-solida, formando il metallo semi-solido della flangia 14 attorno a bulloni o prigionieri filettati posizionati in modo appropriato.

Un processo di "rheocasting" Ã ̈ un esempio di un processo di colata semi-solida preferibile. Utilizzando l'alluminio, quale esempio di metallo leggero per il corpo esterno 13, un processo di rheocasting comporta la necessitÃ di portare inizialmente l'alluminio in condizione fusa (liquida). L'alluminio fuso viene quindi lasciato raffreddare e viene agitato durante la solidificazione per ottenere un impasto semi-solido. La fase di raffreddamento puÃ² comportare l'aggiunta di particelle solide di alluminio al materiale fuso e, per aumentare l'efficienza, le particelle solide possono essere aggiunte per mezzo di un meccanismo agitatore. Avviene uno scambio di entalpia tra l'alluminio liquido e le particelle solide, il che facilita la formazione dell'impasto e puÃ² rendere superfluo un raffreddamento esterno. L'impasto di alluminio semi-solido viene quindi stampato ad iniezione sull'inserto interno 12 con l'ausilio di uno stampo adatto che definisce la forma richiesta della flangia 14 di montaggio della ruota.

Nonostante sia preferibile, come giÃ indicato, formare il corpo esterno 13 tramite un processo di colata semi-solida, nel suo aspetto piÃ¹ ampio l'invenzione non Ã ̈ limitata a questa scelta e abbraccia la possibilitÃ di sinterizzare, o colare, pressocolare o formare in altro modo il corpo esterno attorno all'inserto interno 12. Mentre il secondo materiale del corpo esterno si raffredda e solidifica, esso si contrae. La contrazione, fondamentalmente, avviene in una direzione radialmente interna, verso l'asse centrale di rotazione x dell'unitÃ cuscinetto. Il metallo semi-solido del corpo esterno 13, pertanto, si contrae attorno alla scanalatura 16 dell'inserto e forma un rilievo 19 che copia strettamente la forma della scanalatura 16, cosÃ¬ da bloccare insieme reciprocamente il corpo esterno e l'inserto e, in modo particolare, previene qualsiasi movimento assiale relativo tra il corpo esterno e l'inserto. Alle alte temperature, i movimenti relativi tra il corpo esterno e l'inserto vengono impediti dai mezzi di bloccaggio reciproco 16, 19. A causa della vicinanza dei freni, in condizioni operative avverse, ci si dovrÃ attendere notevoli variazioni di dimensioni a causa della temperatura, in tale evenienza, il corpo esterno 13 si dilaterÃ piÃ¹ dell'inserto 12 e tenderÃ a separarsi da esso. Tuttavia, il rilievo o aletta 19 si dilaterÃ piÃ¹ della scanalatura 16 nella quale Ã ̈ accolto, riprendendo cosÃ¬ qualsiasi possibile gioco assiale tra il corpo esterno e l'inserto.

I mezzi di bloccaggio reciproco 16, 19 potranno assumere svariate forme diverse. In una forma di attuazione meno preferita (non illustrata), la scanalatura 16 ha forma rettangolare in una sezione trasversale secondo un piano assiale. In certe forme di attuazione preferite, la scanalatura 16 forma un sottosquadro 20 (figure 4 e 6), al fine di procurare un grado di bloccaggio reciproco piÃ¹ elevato per opporsi ai movimenti relativi tra il corpo esterno e l'inserto interno in una direzione perpendicolare all'asse di rotazione x.

Si possono realizzare unitÃ cuscinetto per ruote conformate in molti modi diversi secondo la presente invenzione. Ad esempio, il foro dell'inserto puÃ² servire da pista di rotolamento esterna per gli elementi rotolanti di un giunto omocinetico e l'unitÃ puÃ² comprendere un giunto omocinetico integrato. Inoltre, l'unitÃ cuscinetto puÃ² essere un cuscinetto a corona singola o un cuscinetto a contatto angolare a doppia corona, nei quali gli elementi di rotolamento sono sfere, rulli, sfere spianate, ecc.. Inoltre, quando l'unitÃ Ã ̈ un cuscinetto a doppia corona, le piste di rotolamento per la prima e la seconda corona di elementi di rotolamento possono avere diametri uguali o diversi.

Ulteriori forme di realizzazione sono schematicamente rappresentate nelle figure da 4 a 6. La figura 4 mostra un esempio di una scanalatura 16 avente due superfici coniche opposte secondo un angolo ottuso, cioÃ ̈ che si rastremano l'una verso l'altra. Nella forma di realizzazione della figura 5, la scanalatura 16 ha due superfici coniche che si rastremano nella stessa direzione. Le due superfici coniche sono quasi parallele oppure formano un angolo acuto, ed una di esse forma un sottosquadro 20. Nella forma di realizzazione della figura 6, la scanalatura 16 ha due superfici coniche che si rastremano in sensi opposti, procurando due sottosquadri 20. Per effetto di questa forma, la scanalatura 16 e il rilievo 19 sono conformati a coda di rondine.

Nonostante siano state illustrate alcune forme di realizzazione esemplificative nella precedente sintesi e nella descrizione dettagliata, si dovrÃ apprezzare che esiste un gran numero di varianti. Si dovrÃ anche apprezzare che le forme di realizzazione illustrate costituiscono solo degli esempi, e non sono da intendersi come limitative in alcun modo della portata, dell'applicabilitÃ , o della configurazione. La precedente sintesi e la descrizione dettagliata, invece, forniranno alle persone esperte nel settore una traccia conveniente per l'attuazione dell'invenzione, restando inteso che potranno essere apportati diversi cambiamenti alle funzioni e alla configurazione degli elementi descritti nelle forme di realizzazione esemplificative, senza esulare dall'ambito dell'invenzione cosÃ¬ come definito nelle rivendicazioni annesse e nei loro equivalenti legali.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Anello flangiato di cuscinetto per la ruota di un veicolo a motore, in cui l'anello (10) Ã ̈ costituito da due materiali diversi congiunti come un pezzo singolo, l'anello comprendendo: - un inserto anulare o tubolare radialmente interno (12) che forma almeno una pista di rotolamento (11) attorno ad un asse di rotazione centrale (x), che presenta una superficie radialmente esterna ed Ã ̈ fatto di un primo materiale avente un primo coefficiente di dilatazione termica; - un corpo radialmente esterno (13) che forma una flangia (14) che si estende radialmente verso l'esterno attorno all'inserto (12) e che Ã ̈ fatto di un secondo materiale che Ã ̈ piÃ¹ leggero del primo materiale e che presenta un secondo coefficiente di dilatazione termica maggiore di quello del primo materiale; - mezzi di bloccaggio reciproco, formati dall'inserto (12) e dal corpo esterno (13), che li bloccano insieme impedendo movimenti relativi, detti mezzi di bloccaggio reciproco comprendendo almeno una porzione radialmente rientrante (16) in corrispondenza di detta superficie esterna dell'inserto, e rispettive porzioni complementari radialmente sporgenti (19) formate dal corpo esterno (13) al fine di impedire movimenti assiali tra il corpo esterno (13) e l'inserto interno (12).
2. Anello di cuscinetto secondo la rivendicazione 1, in cui la porzione rientrante (16) formata nell'inserto (12) realizza un sottosquadro (20), tale da prevenire movimenti relativi tra il corpo esterno (13) e l'inserto interno (12) in una direzione perpendicolare all'asse di rotazione (x).
3. Anello di cuscinetto secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la porzione rientrante (16) formata dall'inserto interno (12) Ã ̈ conformata a coda di rondine.
4. Anello di cuscinetto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui la porzione rientrante (16) si estende in modo circonferenzialmente continuo attorno alla superficie esterna dell'inserto (12).
5. Anello di cuscinetto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno una parte delle superfici coniugate all'interfaccia tra il corpo esterno (13) e l'inserto interno (12) Ã ̈ fatta in modo tale da non presentare una sezione trasversale di forma cilindrica in un piano di sezione perpendicolare all'asse di rotazione (x), al fine di impedire movimenti rotazionali relativi tra il corpo esterno e l'inserto interno.
6. Anello di cuscinetto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo materiale Ã ̈ uno a scelta tra un acciaio di qualitÃ per cuscinetti, un acciaio a basso tenore di carbonio, ed un materiale ceramico.
7. Anello di cuscinetto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il secondo materiale comprende un metallo leggero.
8. Anello di cuscinetto secondo la rivendicazione 7, in cui il metallo leggero Ã ̈ alluminio, magnesio, o loro leghe.
9. Anello di cuscinetto secondo la rivendicazione 8, in cui il corpo radialmente esterno (13) Ã ̈ formato da un materiale metallico leggero che Ã ̈ unito all'inserto (12) tramite un processo di colata semi-solida.
10. Anello di cuscinetto secondo la rivendicazione 9, in cui il processo di colata semi-solida Ã ̈ uno dei seguenti: processo di tissoformatura, processo di tissocolata, processo di tissoforgiatura, processo di tissounione, processo di reoformatura, processo di reocolata, processo di reoforgiatura, o un processo di reounione.
11. Anello di cuscinetto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta almeno una porzione radialmente rientrante (16) dell'inserto (12) include una scanalatura (16) che si estende in senso circonferenziale e in cui le porzioni radialmente sporgenti (19) formate dal corpo esterno (13) includono un rilievo (19) che si estende in senso circonferenziale e che Ã ̈ complementare alla scanalatura (16).