ITTO20130352A1 - Tenuta meccanica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“TENUTA MECCANICAâ€

La presente invenzione si riferisce ad una tenuta meccanica, e particolarmente ad una tenuta meccanica atta ad essere interposta tra un albero rotante ed un’apertura attraverso la quale l’albero à ̈ montato passante. La presente invenzione trova un’applicazione preferita, benché non esclusiva, nelle tenute delle pompe rotative ed in particolare nelle pompe di ricircolo del fluido refrigerante in un motore di un autoveicolo, nel seguito indicate per brevità “pompa acqua†.

Come à ̈ noto, la pompa acqua di un autoveicolo comprende un corpo pompa, un albero di azionamento ed una girante alloggiata all’interno del corpo pompa e calettata sull’albero. Quest’ultimo à ̈ azionato da una puleggia ed à ̈ montato passante attraverso un’apertura del corpo pompa, in cui à ̈ supportato mediante un cuscinetto.

La tenuta tra l’albero ed il corpo pompa à ̈ normalmente realizzata tramite una tenuta meccanica calzata sull’albero nella zona assialmente compresa tra la girante ed il cuscinetto dell’albero.

La tenuta meccanica comprende un primo anello di tenuta montato solidale all’albero e girevole con esso, ed un anello di tenuta rotazionalmente fisso vincolato al corpo pompa. I due anelli di tenuta cooperano tra loro assialmente e realizzano pertanto una tenuta frontale strisciante.

Più precisamente, il secondo anello di tenuta à ̈ vincolato ad uno scodellino metallico atto ad essere piantato nell’apertura del corpo pompa tramite un soffietto di materiale elastomerico avente le proprie estremità fissate rispettivamente allo scodellino ed al secondo anello di tenuta; il primo anello di tenuta à ̈ montato su un manicotto atto ad essere piantato sull’albero, con l’interposizione di un anello di materiale elastomerico.

La tenuta meccanica comprende infine una molla alloggiata nello scodellino e compressa tra una parete di fondo dello scodellino ed il secondo anello di tenuta in modo da spingere quest’ultimo contro l’elemento di tenuta mobile con un carico di lavoro prefissato.

Allo scopo di assicurare un corretto funzionamento della tenuta, nella zona di contatto tra i due anelli di tenuta deve essere assicurata la presenza di un meato fluido atto ad evitare usure precoci, surriscaldamenti indesiderati e rumore. Un esempio di procedimento per l’ottenimento di anelli di tenuta in materiale ceramico, ad esempio carburo di silicio, aventi caratteristiche superficiali ottimizzate à ̈ descritto in WO2007/057934.

Nonostante gli anelli di tenuta ottenuti con il procedimento sopra richiamato abbiano un comportamento generalmente ottimale dal punto di vista della rumorosità, esiste la possibilità che in condizioni di lubrificazione insufficienti si verifichino dei fenomeni di stick-slip (adesione/slittamento). Tali fenomeni, favoriti dall’elasticità del soffietto di materiale elastomerico, possono determinare delle oscillazioni torsionali autoindotte, e conseguente rumore.

Esiste pertanto nel settore l’esigenza di un’ulteriore ottimizzazione al fine di eliminare alla fonte le cause stesse della rumorosità.

Scopo della presente invenzione à ̈ realizzare un’unità di tenuta meccanica, la quale consenta di raggiungere questo obiettivo.

Il suddetto scopo à ̈ raggiunto da un’unità di tenuta secondo la rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, viene descritta nel seguito una forma preferita di attuazione, a titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 Ã ̈ una sezione assiale di una tenuta realizzata secondo la presente invenzione; e

la figura 2 Ã ̈ una sezione secondo la linea II di figura 1.

Con riferimento alla figura 1, à ̈ indicata nel suo complesso con 1 una tenuta meccanica atta ad essere interposta tra un albero 2 rotante ed un involucro 3 fisso provvisto di un’apertura 6 attraverso la quale l’albero 2 à ̈ montato passante. A titolo di esempio, l’albero 2 e l’involucro 3 possono essere costituiti dall’albero e dal corpo di una pompa acqua di un autoveicolo (non illustrata).

La tenuta 1 comprende, in modo noto, un primo anello di tenuta 8 montato solidale all’albero 2 e girevole con esso, ed un secondo anello di tenuta 9 vincolato al corpo pompa 3. I due anelli di tenuta 8, 9 cooperano tra loro assialmente e realizzano una tenuta frontale strisciante.

Gli anelli di tenuta 8, 9 sono convenientemente di materiale ceramico, ad esempio carburo di silicio, e possono ad esempio essere realizzati tramite il metodo descritto in WO2007/057934.

Più precisamente, la tenuta 1 comprende uno scodellino 10 anulare, realizzato di lamiera tramite imbutitura ed avente sezione radiale sostanzialmente a C aperta verso gli anelli di tenuta 8, 9. Lo scodellino 10 comprende una parete cilindrica esterna 12, una parete interna 13 sostanzialmente cilindrica ed una parete di fondo 14 sostanzialmente piana. La parete cilindrica esterna 12, provvista di una flangia anulare 15 radiale esterna di estremità, à ̈ piantata all’interno dell’apertura 6 del corpo pompa 3; la flangia 15, in battuta assiale contro il corpo pompa 3, determina il posizionamento assiale della tenuta 1 rispetto ad esso.

La parete interna 13 circonda l’albero 2 con un certo gioco radiale.

Il secondo anello di tenuta 9 à ̈ vincolato ad una porzione terminale 16 della parete interna 13 dello scodellino 10 tramite un accoppiamento scanalato 17 con gioco che consente lo scorrimento assiale relativo libero ed una limitata libertà di rotazione relativa. L’accoppiamento scanalato 17 à ̈ definito da una pluralità di risalti 18 radiali estendentisi assialmente ed equispaziati angolarmente tra loro lungo la circonferenza della porzione terminale 16, aventi sezione trasversale arrotondata, e corrispondenti scanalature 19 interne del secondo anello di tenuta 9 (fig. 2).

Il secondo anello di tenuta 9 à ̈ inoltre vincolato a tenuta allo scodellino 10 tramite un soffietto 24 di materiale elastomerico, il quale ha un’estremità 25 vincolata alla parete interna 13 dello scodellino 10 ed un’estremità 26 opposta interposta tra il secondo anello di tenuta 9 ed un anello 27 metallico che circonda e racchiude parzialmente il secondo anello di tenuta 9. Più in particolare, l’anello 27 presenta una sezione sostanzialmente ad L, con una parete 28 piana radiale ed una parete 29 cilindrica esterna.

Il primo anello di tenuta 8 à ̈ montato con l’interposizione di un anello 30 di materiale elastomerico su un manicotto 31 piantato sull’albero 2 ed estendentesi parzialmente all’interno della parete interna 13 dello scodellino 10.

Il manicotto 31 forma integralmente una flangia anulare 32 di estremità sagomata, alloggiante il primo anello di tenuta 8, prismaticamente accoppiata con esso ed avente funzione di arresto assiale.

La tenuta meccanica 1 comprende inoltre una molla 33 alloggiata nello scodellino 10 e compressa tra la parete di fondo 14 di quest’ultimo e la parete 28 dell’anello metallico 27, in modo da spingere il secondo anello di tenuta 9 contro il primo anello di tenuta 8 con un carico di lavoro prefissato.

Nell’esempio illustrati la molla 33 à ̈ una molla elicoidale a onda realizzata con un nastro piatto, come ad esempio le molle commercializzate con la denominazione Crest-to-Crest® dalla Smalley; in alternativa , la molla 33 potrebbe essere sostituita una convenzionale molla ad elica cilindrica o, in alternativa, da una pluralità di molle anulari (tipo Belleville o ad onda) impilate tra loro.

Secondo la presente invenzione, l’estremità 25 del soffietto 24 à ̈ vincolata alla parete interna 13 dello scodellino 10 con un collegamento atto a realizzare una tenuta statica ma in modo angolarmente libero.

Tale collegamento à ̈ preferibilmente realizzato mediante una molla 34 elicoidale a filo cilindrico, calzata intorno all’estremità 25 ed esercitante sulla stessa un carico radiale sufficiente a realizzare una tenuta statica ma insufficiente a realizzare un bloccaggio in senso rotazionale.

Preferibilmente, la molla 33 à ̈ costituta da una molla elicoidale con un basso numero di spire, preferibilmente minore di tre, e un passo tra le spire ridotto, preferibilmente minore del doppio del diametro del filo. Nell’esempio illustrato, la molla 33 ha due spire a pacco tra loro.

In alternativa, la molla 33 potrebbe essere sostituita da un anello elastico di qualsiasi conveniente materiale.

Il funzionamento della tenuta 1 à ̈ il seguente. In uso, il primo anello di tenuta 8 ruota solidalmente con l’albero 2, mentre il secondo anello di tenuta 9 à ̈ sostanzialmente fisso. Tra i due anelli 8, 9 si verifica pertanto un modo di rotazione relativa con strisciamento sotto il carico della molla 32.

Benché i materiali e la finitura superficiale degli anelli 8, 9 siano scelti in modo da promuovere la formazione di un meato fluido costante tale da assicurare condizioni di moto relativo stazionarie, possono occasionalmente crearsi situazioni di adesione tra le superfici dei due anelli 8, 9, innescate ad esempio da una insufficiente lubrificazione per la presenza di bolle d’aria o altri fenomeni di instabilità di flusso del fluido di lavoro.

Contrariamente all’arte nota, in cui il soffietto 24 ha l’estremità 25 fissata sullo scodellino 10, secondo la presente invenzione il soffietto 24 à ̈ montato in modo angolarmente libero sullo scodellino 10; pertanto, un’eventuale adesione tra gli anelli di tenuta 8, 9 con conseguente tendenza del secondo anello 9 a seguire nella rotazione il primo anello di tenuta 8 non determina una sostanziale deformazione elastica torsionale del soffietto 24, ma piuttosto una limitata rotazione dello stesso. Pertanto, l’elasticità del soffietto 24 non produce oscillazioni torsioni autoindotte, causa primaria del rumore.

Risulta infine chiaro che all’unità di tenuta 1 possono essere apportate ulteriori varianti senza per questo uscire dall’ambito di tutela delle rivendicazioni.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1. Tenuta (1) atta ad essere interposta tra un albero rotante (2) ed un involucro (3) fisso provvisto di un’apertura (6) attraverso la quale l’albero (2) à ̈ montato passante, particolarmente per una pompa di ricircolo del liquido di raffreddamento di un motore, comprendente un manicotto (31) atto ad essere fissato sull’albero (2), un primo anello di tenuta (8) portato dal manicotto (31), uno scodellino (10) atto ad essere montato nella detta apertura (6), un secondo anello di tenuta (9) vincolato al detto scodellino (10) tramite un soffietto (24) di materiale elastomerico, detti anelli di tenuta (8, 9) cooperando frontalmente tra loro sotto il carico assiale esercitato da mezzi elastici (33) interposti tra lo scodellino (10) ed il secondo anello di tenuta (9), caratterizzata dal fatto che il detto soffietto (24) à ̈ vincolato al detto scodellino (10) in modo angolarmente libero.
2. 2. Tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il detto soffietto (24) comprende una prima estremità (25) calzata su una parete interna (13) del detto scodellino (10) ed una seconda estremità (26) fissata al detto secondo anello di tenuta (9), la detta tenuta (1) comprendendo un elemento elastico anulare (34) calzato sulla detta prima estremità (25) del soffietto (24) ed esercitante sulla stessa un carico radiale sufficiente a realizzare una tenuta statica con la detta parete interna (13) dello scodellino (10) ma insufficiente a bloccare la rotazione del soffietto (24) rispetto a detta parete interna (13). 3.- Tenuta secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che il detto elemento anulare elastico à ̈ una molla (34) ad elica. 4.- Tenuta secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che la detta molla ad elica (34) presenta non più di tre spire. 5.- Tenuta secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che la detta molla ad elica (34) presenta due spire. 6.- Tenuta secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che la detta molla ad elica (34) presenta passo tra le spire minore del doppio del diametro del filo. 7.- Tenuta secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che le spire della molla (34) sono assialmente a pacco tra loro. 8.- Tenuta secondo una delle rivendicazioni da 2 a 7, caratterizzata dal fatto che la detta seconda estremità (26) del detto soffietto à ̈ fissata al detto secondo anello di tenuta (9) tramite un anello metallico (27) che circonda e racchiude almeno parzialmente il secondo anello di tenuta (9) ed una parete radiale piana (28). 9.- Tenuta secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che i detti mezzi elastici comprendono almeno una seconda molla (32) compressa assialmente tra il detto scodellino (14) e il detto anello metallico (27). 10. tenuta secondo la rivendicazione (9), caratterizzata dal fatto che la detta seconda molla (34) à ̈ una molla ad elica ad onda realizzata con un nastro piatto.