ITTO20110278A1 - Anello flangiato di cuscinetto per il mozzo della ruota di un veicolo a motore - Google Patents

Anello flangiato di cuscinetto per il mozzo della ruota di un veicolo a motore Download PDF

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ITTO20110278A1
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Description

“Anello flangiato di cuscinetto per il mozzo della ruota di un veicolo a motoreâ€
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un anello flangiato, di peso leggero, per il mozzo della ruota di un veicolo a motore, particolarmente un anello girevole con una flangia che permette il collegamento alla ruota e/o al rotore freno.
L’industria automobilistica si trova a dover fronteggiare una domanda sempre crescente in termini di riduzioni di peso per i componenti dell’autoveicolo, al fine di ridurre i consumi di carburante e le emissioni allo scarico. Per il cuscinetto della ruota di un veicolo, la diminuzione del peso non deve comportare una riduzione di resistenza e di sicurezza. Le piste di rotolamento devono essere fatte di un materiale sufficientemente duro da resistere ai contatti generati nel rotolamento; a questo scopo, nelle modalità di impiego fino ad oggi prevalenti, le piste sono fatte di acciaio per cuscinetti. Le piste di rotolamento vengono temprate per conseguire un livello di durezza ed un’omogeneità di microstruttura adeguati a sopportare gli sforzi provocati dal contatto hertziano di rotolamento.
Alcuni anelli di cuscinetto comparsi di recente includono un nucleo tubolare o anulare radialmente interna, fatto di acciaio per cuscinetti, il quale forma una o due piste di rotolamento, ed un corpo radialmente esterno. Quest'ultimo forma una flangia che si estende radialmente verso l’esterno attorno al nucleo ed à ̈ fatto di un materiale leggero, quale una lega dell’alluminio. La flangia di peso leggero à ̈ progettata per essere collegata alla ruota e/o al rotore freno e per trasferire i carichi da tali componenti al nucleo tubolare.
WO 2008/147284 A1 descrive un anello per cuscinetto composto da due materiali diversi congiunti insieme in un pezzo singolo, cioà ̈ un primo materiale a tenacità 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 à ̈ reso solidale al primo tramite un procedimento di formatura.
Si à ̈ osservato che, negli anelli di cuscinetto del tipo suddetto, un punto debole à ̈ dato dalla zona dove la superficie di interfaccia tra le due parti di materiali diversi (nucleo tubolare di acciaio, corpo esterno di lega di alluminio) si apre sul lato assialmente esterno, o lato outboard del cuscinetto. In condizioni di esercizio, tendono inevitabilmente a formarsi micro-cricche lungo la superficie di interfaccia tra i due diversi materiali.
In condizioni di esercizio, i carichi provenienti dalla ruota trasmettono alla flangia del corpo esterno in lega leggera un momento flettente che tende a separare il corpo esterno dal nucleo. Inoltre, ripetuti cicli di sollecitazioni termiche provocano una dilatazione termica differenziata tra il corpo esterno in alluminio e il nucleo d’acciaio, il quale ha un coefficiente di dilatazione termica minore rispetto a quello delle leghe di alluminio. L’infiltrazione di contaminanti quali acqua, polvere, salsedine, provoca nel tempo l'allargamento delle micro-cricche e la formazione di ruggine. Prove sperimentali effettuate dalla Richiedente hanno evidenziato l’insorgenza di problemi di corrosione galvanica con l’utilizzo di certi tipi di lega leggera, aventi una notevole differenza di potenziale elettrochimico rispetto all’acciaio. La salsedine, o anche più semplicemente l’acqua, può infatti rappresentare un mezzo elettrolitico avente un'elevata capacità di penetrazione nelle micro-cricche. A causa di tutti questi fattori, esiste il rischio che l’accoppiamento tra corpo esterno di lega leggera e nucleo di acciaio venga deteriorato, dando luogo a fretting (slittamento) ed eventualmente alla rottura dell’anello flangiato.
È scopo dell'invenzione realizzare un anello di cuscinetto costituito da due parti di materiali diversi, accoppiati a tenuta in modo particolarmente affidabile, duraturo ed ermetico, così da superare gli inconvenienti della tecnica nota sopra discussa.
Questo ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo l’invenzione, da un anello di cuscinetto flangiato avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione 1. Forme di attuazione preferite dell’invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.
Verranno ora descritte alcune forme di attuazione preferenziali dell'invenzione, fornite a titolo esemplificativo e facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:
la figura 1 à ̈ una vista parziale in sezione assiale di una prima forma di realizzazione di un anello flangiato per cuscinetto secondo l’invenzione;
la figura 2 Ã ̈ una vista ingrandita di un particolare di un anello flangiato in accordo con una seconda forma di realizzazione dell'invenzione;
la figura 3 Ã ̈ una vista simile a quella della figura 1, di una terza forma di realizzazione dell'invenzione; e
le figure 4 e 5 illustrano, in scala ingrandita, due varianti di un dettaglio visibile nelle figure 1 e 3.
Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, un anello flangiato di cuscinetto secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione à ̈ indicato nel suo insieme con 10. L’anello 10, in quest’esempio, à ̈ progettato per essere l’anello esterno girevole di un’unità cuscinetto a doppia corona di rulli per applicazioni automobilistiche, in particolare per montare girevolmente una ruota (non illustrata) al montante della sospensione di un veicolo, attorno ad un asse centrale di rotazione x. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, termini ed espressioni che indicano posizioni e direzioni quali “radiale†e “assiale†sono da intendersi riferite all’asse di rotazione x del cuscinetto. Espressioni quali “assialmente interno†e “assialmente esterno†sono, invece, riferite alla condizione montata sul veicolo.
L’anello 10 comprende un nucleo o inserto radialmente interno 15 di forma generalmente tubolare o anulare, ed un corpo radialmente esterno 16 che forma una flangia 17 che si estende radialmente verso l’esterno dal lato assialmente esterno del nucleo 15. La flangia 17 presenta un certo numero di fori 18 atti a consentire il montaggio della ruota del veicolo alla flangia per mezzo di bulloni (non illustrati). La flangia 17 presenta una superficie radiale piana assialmente esterna 20 che definisce una superficie di riferimento precisa contro la quale viene appoggiata la ruota o il disco freno.
Il nucleo 15 forma una cavità interna 13 estesa assialmente, nella quale sono ricavate due piste di rotolamento 11, 12 ed à ̈ fatto di un primo materiale duro e tenace, preferibilmente un acciaio per cuscinetti. Il corpo radialmente esterno 16 à ̈ fatto di un secondo materiale leggero. È preferito un metallo leggero, quale l’alluminio, il magnesio, o le loro leghe. Altri materiali adatti alla realizzazione del corpo esterno possono includere, ma senza essere limitati a questi, i compositi in carbonio o i polimeri rinforzati.
Il corpo esterno 16 può essere formato attorno al nucleo 15 in diversi modi, ad esempio attraverso un processo di colata semi-solida, oppure per sinterizzazione, per fusione, o per pressofusione. Al termine di qualsiasi di questi processi, il materiale leggero va a copiare strettamente la forma della superficie radialmente esterna del nucleo 15, in modo tale per cui i corpi esterno ed interno si bloccano reciprocamente l’uno con l’altro.
Al fine di procurare un sostegno strutturale adeguato per il corpo esterno 16, il nucleo d’acciaio 15 si estende assialmente per la maggior parte della larghezza del corpo esterno. Dal lato outboard dell'anello 10, dove à ̈ prevista la flangia 17, il nucleo d'acciaio 15 non si estende assialmente fino al piano radiale in cui giace la superficie piana 20 della flangia 17. All'estremità assialmente esterna dell'anello, le superfici di interfaccia tra il corpo esterno 16 e il nucleo 15 terminano con una linea circolare di separazione 23 situata in un recesso o zona assialmente rientrante 21 rispetto al piano radiale della superficie piana 20. Il recesso 21 à ̈ formato in parte dal corpo esterno 16 ed in parte dal nucleo interno 15 e si estende circonferenzialmente attorno all'asse di rotazione centrale x.
Nelle forme di realizzazione delle figure 1 e 2, la linea di separazione 23 che individua l'estremità della superficie di interfaccia tra il corpo esterno 16 ed il nucleo interno 15 dal lato outboard dell'anello 10 giace o si apre su una superficie radiale piana, affacciata in direzione assialmente esterna.
L'anello 10 comprende un elemento di forma generalmente tubolare 30 che presenta un bordo cilindrico assiale 31 che si estende in direzione assialmente interna, una porzione cilindrica tubolare 32 che si estende in direzione assialmente esterna, ed una flangia 33 che si estende in direzione radialmente esterna. Il bordo cilindrico 31 à ̈ inserito forzatamente, ad interferenza radiale, nell'estremità assialmente esterna della cavità 13 del nucleo 15 per montare stabilmente l'elemento 30 all'anello 10. La porzione tubulare 32 costituisce una protuberanza cilindrica che sporge assialmente dalla superficie radiale 20, allo scopo di facilitare il centraggio della ruota (non illustrata) del veicolo. La flangia 33 à ̈ accolta nel recesso 21, e si estende in direzione radialmente esterna così da andare in battuta contro una superficie radiale 22 del recesso 21 presentata dal corpo esterno 16.
Come illustrato più chiaramente nella figura 2, l'elemento 30 contatta con continuità, lungo l'intero sviluppo circonferenziale dell'anello 10, sia il nucleo 15 e sia il corpo esterno 16. Il nucleo 15 à ̈ contattato attraverso la superficie cilindrica radialmente esterna 31a del bordo cilindrico 31 forzatamente inserito nella cavità 13; il corpo esterno 16 à ̈ contattato per mezzo di una superficie radiale assialmente interna 33a della flangia 33 che poggia contro la superficie 22 del corpo 16. In questo modo la superficie 33a dell'elemento tubolare 30 copre con continuità la linea di separazione 23 tra l’acciaio del nucleo 15 e il metallo leggero del corpo esterno 16, sigillando l'interfaccia tra questi due corpi dal lato outboard dell'anello 10.
Nella forma di realizzazione della figura 1, la flangia 33 presenta una superficie radiale assialmente esterna 34 che à ̈ complanare, o sostanzialmente complanare, con la superficie assialmente esterna 20 della flangia 17 e vantaggiosamente concorre con questa a definire la superficie radiale d'appoggio per la ruota o il rotore freno.
Nella forma di realizzazione della figura 3, la linea di separazione 23' che individua l'estremità della superficie di interfaccia tra il corpo esterno 16' ed il nucleo interno 15' dal lato outboard dell'anello 10' giace o si apre in direzione radialmente interna tra due superfici cilindriche assiali consecutive e di uguale diametro interno.
La linea circolare 23' separa la cavità cilindrica assiale 13' del nucleo 15' da una superficie cilindrica 19' presentata da un bordo 14' che sporge in direzione radialmente interna dall'estremità assialmente esterna del corpo esterno 16'. Analogamente alle forme di realizzazione delle figure 1 e 2, anche nella variante della figura 3 l'elemento tubolare 30' comprende una porzione cilindrica tubolare 32' che si estende in direzione assialmente esterna per il centraggio della ruota, ed un bordo cilindrico assiale 31' che si estende in direzione assialmente interna. Il bordo 31' à ̈ inserito forzatamente, ad interferenza radiale, nella cavità cilindrica individuata dalle due superfici cilindriche assialmente allineate e consecutive 19' e 13'. La superficie cilindrica radialmente esterna 31a' del bordo 31' copre con continuità la linea di separazione 23' tra il nucleo 15' e il corpo esterno 16', sigillando l'interfaccia tra questi due corpi dal lato outboard dell'anello 10'. Nella forma di realizzazione della figura 3 l'elemento 30' non forma alcuna flangia del tipo indicato con 33 nelle figure 1 e 2.
L'elemento tubolare 30, 30' à ̈ fatto di materiale rigido o sostanzialmente rigido, ad esempio un materiale plastico quale un polimero, oppure un materiale metallico, preferibilmente rivestito di uno strato anticorrosivo ed elettricamente isolante. Ad esempio, la resistenza alla corrosione dell'elemento tubolare in ferro o acciaio potrà essere ottenuta tramite una verniciatura in cataforesi, oppure mediante altri trattamenti superficiali di verniciatura con resine epossidiche o acriliche.
Dal lato inboard dell'anello, l'interfaccia tra il corpo esterno 16 e il nucleo 15 termina con una linea circolare di separazione 24. La tenuta tra nucleo e corpo esterno da questo lato à ̈ assicurata da un dispositivo di tenuta comprendente un inserto anulare rigido 25, preferibilmente metallico, avente sezione assiale sostanzialmente a forma di L, con una parete cilindrica 26 inserita forzatamente, ad interferenza radiale, nella cavità cilindrica 13 del nucleo tubolare 15, ed una parete o flangia radiale 29, che si estende in direzione radialmente esterna. La parete radiale 29 reca una guarnizione anulare sigillante 27 di materiale gommoso o elastomerico che o agisce direttamente sulla linea di separazione 24, (figura 4), oppure agisce contro una superficie 28 del corpo esterno 16 (figura 5), in una posizione concentricamente o radialmente esterna alla linea 24, così da sigillare con continuità, lungo l'intero sviluppo circonferenziale attorno all'asse x, l'interfaccia tra il nucleo 15 ed il corpo esterno 16 all'estremità assialmente interna dell'anello.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Anello flangiato di cuscinetto per la ruota di un veicolo a motore, dove l'anello (10, 10') include due materiali diversi congiunti come un pezzo singolo, l'anello comprendendo: - un nucleo anulare o tubolare radialmente interno (15, 15') che forma almeno una pista di rotolamento (11, 11') attorno ad un asse di rotazione centrale (x), presenta una superficie radialmente esterna, una cavità interna (13, 13') estesa assialmente, ed à ̈ fatto di un primo materiale ad elevata tenacità; - un corpo radialmente esterno (16, 16') il quale à ̈ formato attorno a detta superficie esterna del nucleo (15, 15') definendo con questa superficie una superficie di interfaccia, forma una flangia (17, 17') che si estende radialmente verso l'esterno attorno al nucleo, ed à ̈ fatto di un secondo materiale più leggero del primo materiale; caratterizzato dal fatto che l'anello (10, 10') comprende inoltre un elemento di forma generalmente tubolare (30, 30'), il quale contatta sia il corpo esterno (16, 16') e sia il nucleo interno (15, 15') così da coprire e sigillare con continuità, lungo l'intero sviluppo circonferenziale attorno all'asse (x), una linea di separazione circolare (23, 23') all'estremità della superficie di interfaccia tra il nucleo e il corpo esterno dal lato assialmente esterno dell'anello, forma un bordo cilindrico assiale (31, 31') esteso in direzione assialmente interna e fissato nell'estremità assialmente esterna della cavità (13, 13') del nucleo, e forma inoltre una porzione cilindrica tubolare (32, 32') sporgente in direzione assialmente esterna oltre la flangia (17, 17') per centrare la ruota del veicolo.
  2. 2. Anello flangiato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la linea circolare di separazione (23) giace su una superficie radiale affacciata in direzione assialmente esterna.
  3. 3. Anello flangiato secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'elemento tubolare (30) forma inoltre una flangia (33) che si estende in direzione radialmente esterna e che il contatto circonferenziale continuo con il corpo esterno (16) e il nucleo (15) à ̈ realizzato da una superficie radiale assialmente interna (33a) della flangia (33) che poggia contro una superficie radiale assialmente esterna (22) del corpo esterno (16), e da una superficie cilindrica radialmente esterna (31a) del bordo cilindrico 31 forzatamente inserito nella cavità (13) del nucleo interno (15).
  4. 4. Anello flangiato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che dal lato outboard dell'anello (10), dove à ̈ prevista la flangia (17), il nucleo interno (15) non si estende assialmente fino al piano radiale in cui giace la superficie radiale piana assialmente esterna (20) della flangia (17), per cui detta linea circolare di separazione (23) à ̈ situata in una zona assialmente rientrante (21) rispetto alla superficie piana (20), la zona assialmente rientrante (21) à ̈ formata in parte dal corpo esterno (16) e in parte dal nucleo interno (15), e la flangia (33) dell'elemento tubolare (30) à ̈ accolta nella zona assialmente rientrante (21).
  5. 5. Anello flangiato secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la flangia (33) del'elemento tubolare (30) presenta una superficie radiale assialmente esterna (34) sostanzialmente complanare con la superficie assialmente esterna (20).
  6. 6. Anello flangiato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la linea circolare di separazione (23') à ̈ disposta tra due superfici cilindriche assialmente allineate, consecutive e di uguale diametro interno, delle quali una prima superficie (19'), situata in posizione assialmente più esterna, à ̈ formata da un bordo (14') che sporge in direzione radialmente interna dal corpo esterno (16') e la seconda (13') delle due superfici cilindriche à ̈ formata dalla cavità cilindrica assiale (13') del nucleo (15'), e che il contatto circonferenziale continuo con il corpo esterno (16) e il nucleo (15) à ̈ realizzato da una superficie cilindrica radialmente esterna (31a') del bordo cilindrico (31) forzatamente inserito nelle suddette prima (19') e seconda (13') superficie cilindrica.
  7. 7. Anello flangiato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'elemento tubolare (30, 30') à ̈ fatto di materiale sostanzialmente rigido e che almeno le sue superfici esterne esibiscono proprietà anticorrosive ed elettricamente isolanti.
  8. 8. Anello flangiato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, che presenta una seconda linea di separazione circolare (24, 24') all'estremità della superficie di interfaccia tra il nucleo e il corpo esterno dal lato assialmente interno dell'anello, caratterizzato dal fatto che detta seconda linea à ̈ sigillata da un dispositivo di tenuta comprendente uno schermo di supporto anulare (25) fissato nella cavità cilindrica (13, 13') del nucleo (15, 15') ed una guarnizione anulare sigillante (27) di materiale gommoso o elastomerico che à ̈ supportata dallo schermo anulare (25) e poggia direttamente contro la seconda linea di separazione (24, 24') oppure contro una superficie (28, 28') del corpo esterno (16, 16') in una posizione concentricamente o radialmente esterna alla seconda linea di separazione, così da sigillare con continuità, lungo l'intero sviluppo circonferenziale attorno all'asse (x), l'interfaccia tra il nucleo ed il corpo esterno all'estremità assialmente interna dell'anello (10, 10').
  9. 9. Anello flangiato secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che lo schermo di supporto (25) à ̈ costituito da un inserto anulare rigido (25) avente sezione assiale sostanzialmente a forma di L, con una parete cilindrica (26) inserita forzatamente, ad interferenza radiale, nella cavità cilindrica (13, 13') del nucleo (15, 15') ed una parete radiale (29) la quale porta la guarnizione (27).
  10. 10. Anello flangiato secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la parete radiale (29) dello schermo di supporto (25) si estende in direzione radialmente esterna almeno fino a livello della seconda linea di separazione (24).
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