ITTO20120288A1 - Unità cuscinetto volvente elettricamente isolante - Google Patents

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: UNITÀ CUSCINETTO VOLVENTE ELETTRICAMENTE ISOLANTE

DESCRIZION E

La presente invenzione si riferisce ad un<’>unità cuscinetto volvente elettricamente isolante, in particolare ad un<’>unità cuscinetto ad elevata precisione.

In talune applicazioni, ad esempio in macchine per elettroerosione, sono richiesti cuscinetti volventi capaci di impedire a correnti elettriche di passare tra un albero centrale e l<’>alloggiamento esterno del cuscinetto. A questo scopo, si utilizzano cuscinetti provvisti di elementi volventi di materiale ceramico. Al fine di prolungare la vita utile del cuscinetto, si usano cuscinetti pre-ingrassati, sigillati o schermati. Di fatto, un cuscinetto schermato/sigillato offre il vantaggio di prevenire, o almeno limitare in modo sostanziale, l<’>ingresso di particelle contaminanti che potrebbero abbreviare la vita utile del cuscinetto.

Normalmente sono previsti due schermi di tenuta, montati nell<’>anello stazionario esterno del cuscinetto in prossimità dei due lati assialmente opposti dell<’>unità cuscinetto. Ciascuno schermo, di forma anulare discoidale, incorpora un inserto di rinforzo metallico rivestito da un corpo di materiale elastomerico, il quale forma uno o più labbri di tenuta che contattano a strisciamento una superficie solidale o formata integralmente con l<’>anello girevole interno del cuscinetto. Nonostante gli inserti metallici non contattino l<’>anello interno, vi sono dei casi nei quali la differenza di potenziale tra gli anelli interno ed esterno del cuscinetto è sufficientemente elevata (in certe macchine per elettroerosione fino a 2500 V), affinché si generi un<’>indesiderata scarica elettrica o arco elettrico tra gli anelli interno ed esterno del cuscinetto, oppure tra l<’>anello interno e lo schermo o dispositivo di tenuta, con possibili danni al dispositivo o schermo di tenuta, oppure all<’>intero cuscinetto.

Sono inoltre note unità cuscinetto aventi elementi anulari di materiale plastico sovrastampati sugli anelli interno ed esterno di un cuscinetto volvente. Queste unità cuscinetto sono utilizzate per supportare girevolmente un albero in un motore elettrico, in particolare per applicazioni dove si vuole evitare che il cuscinetto venga attraversato da correnti elettriche potenzialmente dannose e, allo stesso tempo, si desidera ridurre il quantitativo di acciaio costituente l<’>unità cuscinetto, per conseguire una riduzione di peso.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di realizzare un<’>unità cuscinetto volvente, in particolare un<’>unità cuscinetto ad alta precisione, in grado di offrire un grado di isolamento elettrico totale tra l<’>albero centrale e l<’>alloggiamento nel quale una di tali unità cuscinetto è posta e, allo stesso tempo, assicurare una vita utile lunga dell<’>unità cuscinetto, prevenendo l<’>ingresso di agenti contaminanti.

Questi ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, in accordo con l<’>invenzione, da un<’>unità cuscinetto avente le caratteristiche indicate nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferenziali dell<’>invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti. In sintesi, si propone di realizzare un<’>unità cuscinetto avente una corona di elementi volventi di materiale ceramico, con due schermi di tenuta, realizzati interamente in materiale plastico elettricamente isolante, montati alle estremità assiali opposte dell<’>unità cuscinetto. Gli schermi sono montati sull<’>anello esterno stazionario, e si estendono radialmente verso l<’>anello girevole interno, senza contattarlo, ma realizzando con esso una tenuta a labirinto.

Verrà ora descritta una forma di realizzazione preferenziale dell<’>invenzione, fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, e facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista in sezione assiale di un<’>unità cuscinetto secondo una forma di realizzazione dell<’>invenzione; e

la figura 2 è una vista in sezione assiale, in scala ingrandita, di uno schermo di tenuta dell<’>unità cuscinetto della figura 1.

Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, con il numero di riferimento 10 è indicata nel suo insieme un<’>unità cuscinetto atta a supportare, in modo girevole attorno ad un asse X centrale di rotazione, un albero centrale (non illustrato) all<’>interno di un alloggiamento esterno (non illustrato). In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni annesse, termini ed espressioni che indicano posizioni e direzioni quali “radiale” e “assiale” sono da intendersi riferite all<’>asse X di rotazione.

L<’>unità 10 comprende:

- un anello 11 esterno stazionario;

- un anello 12 interno girevole attorno all<’>asse X e all<’>interno dell<’>anello 11 con il quale forma un<’>intercapedine 15 anulare, ed

- una corona di elementi volventi, in questo esempio sfere 13, i quali sono interposti tra gli anelli 11 e 12 per permettere la rotazione dell<’>anello 12 rispetto all<’>anello 11, e sono atti a scorrere all<’>interno di rispettive piste di rotolamento Ila, 12a ricavate negli anelli 11, 12.

Al fine di evitare che correnti elettriche siano trasmesse tra l<’>anello 11 esterno e l<’>anello 12 interno attraverso le piste di rotolamento Ila, 12a, gli elementi volventi 13 sono realizzati in materiale ceramico.

L<’>unità 10 comprende, inoltre, una gabbia 14 di ritegno per trattenere le sfere 13 circonferenzialmente equidistanziate attorno all<’>asse X, e, per ciascuno dei rispettivi lati assialmente esterni dell<’>unità 10 stessa, un rispettivo schermo di tenuta 16, 17 per sigillare a tenuta l<’>intercapedine 15.

L<’>anello 11 esterno dell<’>unità cuscinetto 10 presenta due superfici 18, 19 di forma generalmente cilindrica, disposte in prossimità dei lati opposti dell<’>unità cuscinetto 10 e rivolte verso l<’>anello interno 12. In ciascuna delle superfici 18, 19 è ricavato un rispettivo recesso o gola anulare 20, 21 costituente una sede di impegno per un rispettivo schermo di tenuta 16, 17.

Ciascuno dei due schermi 16, 17 di tenuta (figura 2) ha una forma in sezione assiale generalmente a L, e comprende una rispettiva porzione di montaggio 16a, 17a radialmente esterna e di forma sostanzialmente cilindrica, e una rispettiva parete radiale 16c, 17c di forma discoidale anulare, che si estende in direzione radialmente interna dalla rispettiva porzione di montaggio 16a, 17a fino in prossimità dell<’>anello interno 12 dell<’>unità cuscinetto 10.

Ciascuna porzione di montaggio 16a, 17a si estende in una direzione sostanzialmente assiale, ed è provvista di un rispettivo rilievo o cresta 16b, 17b radialmente esterna, la quale si impegna nella rispettiva gola 20, 21 dell<’>anello esterno 11.

Ciascuna parete radiale 16c, 17c è radialmente delimitata dalla parte affacciata verso l<’>anello 12 interno da una rispettiva superficie 16d, 17d cilindrica, la quale definisce con l<’>anello 12 interno stesso un rispettivo meato 22, 23 di dimensioni radiali estremamente ridotte tali da impedire un qualsiasi contatto degli schermi 16, 17 con l<’>anello 12 interno, e tali da realizzare una tenuta a labirinto atta ad impedire l<’>ingresso di contaminanti nelle parti interne dell<’>unità cuscinetto 10 e impedire allo stesso la fuoriuscita del grasso lubrificante che normalmente riempie l<’>intercapedine 15 tra gli anelli 11 e 12.

Al fine di evitare che correnti elettriche possano essere trasmesse tra l<’>anello 11 esterno e l<’>anello 12 interno, ovvero tra i citati e non illustrati albero centrale e alloggiamento esterno, non solo gli elementi volventi 13 sono realizzati in materiale ceramico, ma anche gli stessi schermi di tenuta 16, 17 sono realizzati interamente in materiale plastico elettricamente isolante, e sono privi di inserti metallici.

Prove sperimentali effettuate dalla Richiedente hanno dimostrato che eccellenti risultati in termini di isolamento elettrico, resistenza alle alte temperature, resistenza ad agenti chimici, stabilità dimensionale e resistenza all<’>usura, possono essere ottenuti realizzando gli schermi in PEEK (Polietereterchetone). Tale materiale si presta sia ad essere lavorato a macchina quando non occorre fabbricare un numero particolarmente elevato di schermi, e sia ad essere stampato, ottenendo in entrambi i processi uno schermo di forma accurata e sottile affinché non sporga esternamene alla sagoma dell<’>unità cuscinetto. Inoltre, il PEEK è dimensionalmente stabile anche a temperature di esercizio relativamente alte, nel campo da 50 a 80°C, nel quale molti cuscinetti possono trovarsi a dover sopportare. In aggiunta, il PEEK, si è rivelato un ottimo compromesso di rigidezza e flessibilità: da un lato, lo schermo deve infatti esibire un certo grado di flessibilità che ne permetta il montaggio agevole nel cuscinetto, sopportando un leggero forzamento senza subire cricche o altri danni; d<’>altra parte, lo schermo necessita di essere sufficientemente rigido affinché rimanga montato stabilmente nel cuscinetto senza staccarsi o muoversi accidentalmente, perdendo la propria posizione corretta e facendo mancare l<’>azione di tenuta desiderata.

Le porzioni di montaggio 16a, 17a presentano profili radialmente esterni che facilitano il montaggio degli schermi nell<’>unità cuscinetto e favoriscono il mantenimento degli schermi nelle loro posizioni operative corrette. Preferibilmente le creste o rilievi 16b, 17b si impegnano a scatto nelle rispettive gole 20, 21, così da assicurare un bloccaggio assiale stabile in posizioni predeterminate precise degli schermi di tenuta nell<’>unità cuscinetto, evitando che gli schermi di tenuta possano accidentalmente spostarsi, in condizioni di esercizio, verso posizioni disallineate. La forma in sezione a L degli schermi permette di assicurare un corretto orientamento radiale delle pareti 16c, 17c, sfruttando le basi d<’>appoggio date dalle porzioni di montaggio sostanzialmente cilindriche 16a, 17a contro le superfici 18, 19 dell<’>anello esterno 11. Vantaggiosamente i profili radialmente esterni delle porzioni di montaggio 16a, 17a presentano una porzione arrotondata e convessa 16e, 17e situata verso il lato assialmente interno, la quale facilita l<’>inserimento delle creste o rilievi 16b, 17b nell<’>anello esterno 11 dell<’>unità cuscinetto.

Nell<’>esempio illustrato nella figura 1, le superfici cilindriche 18, 19 hanno diametri diversi e, conseguentemente, le pareti radiali 16c, 17c degli schermi hanno estensioni radiali diverse. L<’>invenzione non è da considerarsi limitata a tale configurazione, e potrà in particolare essere implementata anche in unità cuscinetto aventi un disegno assialmente simmetrico, oppure con elementi volventi di forma diversa, ad esempio rulli conici.

Nonostante sia stata illustrata una forma di realizzazione esemplificativa nella precedente descrizione dettagliata, si dovrà apprezzare che si può configurare una grande varietà di anelli di cuscinetto e schermi conformati diversamente, in funzione di diverse esigenze applicative. Ad esempio, la forma a L in sezione degli schermi non è strettamente necessaria, nonostante sia preferenziale in quanto permette di contenere gli schermi all<’>interno dell<’>ingombro assiale definito dalle superficie laterali opposte degli anelli dell<’>unità cuscinetto. L<’>invenzione è suscettibile di modifiche relative a forma e disposizioni di parti, dettagli costruttivi e materiali plastici isolanti usati per gli schermi.

Claims (9)

1. RIVEND ICAZION I 1. Unità cuscinetto volvente elettricamente isolante (10), comprendente: un anello esterno (11); - un anello interno (12) girevole rispetto all<’>anello esterno (11); una corona di elementi volventi (13) di materiale ceramico, interposti tra gli anelli esterno (11) e interno (12); una coppia di dispositivi di tenuta (16, 17), montati tra l<’>anello esterno (11) e l<’>anello interno (12) a rispettive estremità assiali opposte di un<’>intercapedine anulare (15) definita tra gli anelli (11, 12); caratterizzata dal fatto che i due dispositivi di tenuta (16, 17) sono provvisti, ciascuno, di rispettivi schermi di tenuta realizzati interamente in materiale plastico elettricamente isolante, e che gli schermi di tenuta sono montati sull<’>anello esterno (11), si estendono radialmente verso l<’>anello interno (12) senza contattarlo, e realizzano con l<’>anello interno (12) una tenuta a labirinto.
2. 2. Unità cuscinetto secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascuno schermo di tenuta (16, 17) comprende una porzione di montaggio sostanzialmente cilindrica (16a, 17a), che si estende in una direzione assiale, la porzione di montaggio essendo montata in una rispettiva superficie (18, 19) di forma generalmente cilindrica presentata dall<’>anello esterno (11) in prossimità un rispettivo lato di due lati assiali opposti dell<’>unità cuscinetto, e che - ciascuno schermo di tenuta (16, 17) presenta una parete (16c, 17c) che si estende in una direzione radiale dalla rispettiva porzione di montaggio (16a, 17a) verso l<’>anello interno (12).
3. 3. Unità cuscinetto secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che - ciascuna di dette superfici cilindriche (18, 19) presenta una rispettiva gola anulare (20, 21), e che ciascuna porzione di montaggio (16a, 17a) forma un rilievo o cresta (16b, 17b) che si impegna a scatto in una rispettiva delle gole (20, 21).
4. 4. Unità cuscinetto secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzata dal fatto che ciascuno dei due schermi di tenuta (16, 17) ha una forma in sezione assiale generalmente a L.
5. 5. Unità cuscinetto secondo la rivendicazione 2 o 3 o 4, caratterizzata dal fatto che ciascuna porzione di montaggio (16a, 17a) presenta un profilo radialmente esterno che include una porzione arrotondata e convessa (16e, 17e) situata verso il lato assialmente interno.
6. 6. Unità cuscinetto secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascuna parete radiale (16c, 17c) forma una rispettiva superficie (16d, 17d) cilindrica, affacciata radialmente all<’>anello interno (12) e definente con questo un rispettivo meato (22, 23) così da realizzare una tenuta a labirinto con l<’>anello interno (12).
7. 7. Unità cuscinetto secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che gli schermi di tenuta (16, 17) sono realizzati in PEEK (Polietereterchetone).
8. 8. Unità cuscinetto secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che gli schermi di tenuta (16, 17) sono privi di inserti metallici.
9. 9. Unità cuscinetto secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l<’>unità cuscinetto (10) è un<’>unità cuscinetto ad elevata precisione e che gli elementi volventi (13) sono sfere.