ITTO950625A1

ITTO950625A1 - Dispositivo di tenuta per cuscinetti

Info

Publication number: ITTO950625A1
Application number: IT95TO000625A
Authority: IT
Inventors: Marcello Pinto; Alberto Visconti
Original assignee: Skf Ind Spa
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1997-01-21
Also published as: DE69618508D1; US5890812A; DE69618508T2; EP0754873A3; ITTO950625A0; EP0754873B1; EP0754873A2; IT1280443B1

Abstract

Un dispositivo di tenuta per cuscinetti comprende una prima superficie troncoconica (21), solidale all'anello esterno non rotante (11) del cuscinetto e divergente in senso assiale verso l'esterno del cuscinetto, ed una seconda superficie troncoconica (23), parallela alla prima, solidale all'anello interno rotante (16) del cuscinetto. Le due superfici (21, 23) sono distanziate ed affacciate per un tratto di lunghezza (L) e larghezza (w) tale da individuare tra loro un'intercapedine (25) di forma troncoconica; l'intercapedine oppone resistenza all'ingresso dell'acqua in una camera (26) comunicante con l'esterno quando il cuscinetto è in condizioni stazionarie, e ne produce l'espulsione da tale camera per centrifugazione quando il cuscinetto è in rotazione.

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per Invenzione industriale dal titolo: Dispositivo di tenuta per cuscinetti.

DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si pone nel settore dei cuscinetti volventi, e si riferisce ad un dispositivo di tenuta per cuscinetti, particolarmente adatto per cuscinetti a rulli conici o cilindrici per l'applicazione su veicoli ferroviari.

Descrizione della tecnica nota

Sono attualmente noti dispositivi di tenuta per cuscinetti del tipo suddetto in cui una guarnizione in gomma, solidale ad un anello del cuscinetto, si impegna in contatto strisciante contro la superficie cilindrica esterna di una bussola montata sull'altro anello del cuscinetto. Affinché tale superficie cilindrica si presenti sufficientemente liscia da assicurare una buona tenuta con la guarnizione e non usurarla rapidamente, si sottopone la bussola a rettifica dopo opportuni trattamenti termici. Queste lavorazioni accurate rappresentano una fonte di costi che spingono a ricercare soluzioni alternative.

Un altro limite legato a tale tecnica nota è che questi dispositivi di tenuta non consentono di ottenere contemporaneamente una tenuta ermetica e di esercitare una coppia d'attrito sufficientemente bassa. Com'è noto, nei cuscinetti la frazione maggiore dei consumi energetici è imputabile ai dispositivi di tenuta. Inoltre, a causa degli effetti di pompaggio, se i dispositivi di cui sopra esibiscono un comportamento unidirezionale, per cui se sono in grado di evitare la fuoriuscita del grasso, non sono altrettanto efficienti nell'evitare l'ingresso di acqua o altri contaminanti, e viceversa.

Uno scopo della presente invenzione è di realizzare un dispositivo di tenuta che, ovviando ai suddetti limiti della tecnica nota, consenta di realizzare un'ottima tenuta nei confronti dell'acqua e di altri agenti contaminanti (polvere, sporcizia, ecc.) e, qualora questi riescano ad infiltrarsi a livello di primo stadio di tenuta, ne faciliti l'espulsione automatica prima che possano superare l'intero sistema di tenuta.

Un altro scopo dell'Invenzione è di realizzare una configurazione di tenuta che riesca a realizzare la tenuta ermetica con bassa pressione di contatto per non aumentare i consumi energetici né provocare una usura rapida della guarnizione.

Un ulteriore scopo dell'invenzione è di realizzare un dispositivo che non ostacoli lo sfiato di sovrapressioni d'aria dall'interno del cuscinetto.

Un altro scopo ancora è di realizzare un dispositivo che sia intercambiabile con i sistemi attualmente in uso.

Questi ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti , secondo la presente invenzione, da un dispositivo di tenuta per cuscinetti, caratterizzato dal fatto di comprendere una prima superficie sostanzialmente troncoconica, solidale all'anello esterno non rotante del cuscinetto e divergente in senso assiale verso l'esterno del cuscinetto, ed una seconda superficie troncoconica, sostanzialmente parallela alla prima, solidale all'anello interno rotante del cuscinetto; le due superfici sono distanziate ed affacciate per un tratto di lunghezza e larghezza tale da individuare tra loro un'intercapedine, di forma sostanzialmente troncoconica, capace di opporre resistenza all'ingresso dell'acqua in una camera comunicante con l'esterno attraverso detta intercapedine quando il cuscinetto è in condizioni stazionarie, e di produrne l'espulsione da detta camera per centrifugazione quando il cuscinetto è in rotazione.

Breve descrizione dei disegni

Verranno ora descritte le caratteristiche strutturali e funzionali di alcune forme di realizzazione preferite ma non limitative del dispositivo secondo l'invenzione; si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

la FIG. 1 è una sezione assiale longitudinale schematica del dispositivo secondo l'invenzione;

le FIGG. 2 e 3 sono due sezioni assiali longitudinali, in scala ingrandita, di dettagli di due rispettive forme di realizzazione alternative del dispositivo di FIG. 1; e

la FIG. 4 è una vista prospettica del dispositivo secondo l'invenzione.

Descrizione dettagliata dell'invenzione

Facendo inizialmente riferimento alla FIG. 1, con il numero 10 è indicato un inserto metallico anulare fissato all'anello esterno non rotante 11 di un cuscinetto a rulli conici o cilindrici, quali quelli per l'impiego su assali ferroviari.

La parete esterna in senso assiale dell'inserto 10, sulla parte destra di FIG. 1, forma una porzione a flangia 12 con forma di tronco di cono divergente in senso assiale verso l'esterno. La porzione a flangia 12 si raccorda alla porzione cilindrica 13 assialmente estesa dell'inserto mediante una breve porzione radiale piatta 14 e termina con una porzione radiale terminale 15 sostanzialmente piatta che si proietta in direzione dell'anello interno rotante 16 del cuscinetto.

Sull’anello interno 16 è fissato uno schermo metallico 17, la cui sezione ha sostanzialmente la forma di un canale aperto in direzione della porzione terminale 15 dell'inserto non rotante 10.

Sulla parte terminale libera dell'inserto 10, e più in particolare sulle porzioni 12, 15 e 14, è vulcanizzato un corpo in gomma 18 collaborante con lo schermo 17 per rendere stagne le parti interne del cuscinetto nei confronti dell'acqua e degli altri agenti di contaminazione esterni, e per impedire la fuoriuscita di grasso lubrificante.

Nella guarnizione di tenuta 18 si distinguono tre parti: una parte più interna 19 a sezione allargata 19, dotata di una pluralità di labbri 20; una parte con superficie troncoconica 21, che riveste esternamente la porzione a flangia troncoconica 12 dell'inserto 10; e, opzionalmente, un labbro esterno 24 che sporge assialmente. Lo schermo metallico 27 forma una flangia assialmente esterna 22 la quale è opportunamente configurata per formare una porzione o parete terminale 23 troncoconica, affacciata e parallela alla parte troncoconica 21 della guarnizione di tenuta.

Secondo la presente invenzione, le superfici affacciate troncoconiche 21 e 23 individuano tra di loro una sottile intercapedine 25, disposta secondo un tronco di cono divergente in senso assiale verso l'esterno; l'intercapedine è dimensionata in lunghezza, larghezza ed inclinazione in modo da opporre resistenza all'ingresso di acqua dall'esterno in condizioni stazionarie, permettendo invece la centrifugazione con espulsione dell'acqua e degli altri eventuali contaminanti quando il cuscinetto è in rotazione. Più in particolare, come illustrato in FIG.

1, le superfici troncoconiche 21 e 23 sono affacciate per un tratto di lunghezza L e larghezza w tali per cui l'acqua incontri notevoli difficoltà a penetrare ed attraversare l'interstizio 25 anche nel caso in cui si tratti di acqua in pressione spruzzata lateralmente per il lavaggio periodico dei veicoli ferroviari . Nel caso in cui entri comunque dell'acqua nella camera 26, essa viene In ogni caso espulsa scorrendo nel canale 26a determinato dal labbro 20a. Questo labbro, leggermente divergente verso l'esterno, agisce come una gronda circonferenziale raccogliendo l'acqua nella parte Inferiore (non Illustrata), dove l'Interstizio 25 è Inclinato verso 11 basso e l'esterno; 11 labbro 20a impedisce così all'acqua di penetrare all'interno del cuscinetto. Quando questo si mette in rotazione, l'orientamento dell'intercapedine 25, assialmente divergente verso l'esterno, promuove la centrifugazione e l'espulsione dell'acqua e delle altre particelle eventualmente presenti nella camera 26.

Preferibilmente, la distanza w che separa le superfici affacciate degli elementi troncoconici 21 e 23 è di circa 0,6 mm.

Il labbro esterno 24 costituisce una prima barriera alle infiltrazioni d'acqua, coprendo superiormente l'imbocco dell'intercapedine 25 e formano anche una gronda circonferenziale esterna 24a per lo scolo dell'acqua.

Nel dispositivo di tenuta della presente invenzione, l'unico labbro contattante è il secondo labbro 20b, la cui estremità a contatto con lo schermo 17 può opzionalmente essere dotata di un inserto 20c in materiale autolubrificante a bassissimo attrito, ad esempio Teflon®. La parte interna 19 a sezione allargata forma inoltre altri labbri 20d che realizzano tenuta a labirinto con lo schermo 17, il quale forma preferibilmente una flangia radiale assialmente interna 29 rivolta in direzione dell'inserto 10.

La camera 27 individuata tra il labbro non contattante 20a ed il labbro strisciante 20b è riempita di grasso con caratteristiche idrorepellenti la cui fuoriuscita è impedita dal labbro 20a. Il labbro di contatto 20b è vantaggiosamente convergente in direzione dell'asse di rotolamento del cuscinetto cosi da formare con la superficie cilindrica 17a dello schermo 17 un angolo acuto minore di 45°, e più preferibilmente compreso tra 30° e 35° al fine di permettere il solo sfiato di eventuali sovrapressioni insorgenti nell'interno del cuscinetto. Infatti, quando il cuscinetto da freddo inizia a ruotare, si sviluppa del calore con conseguente aumento della pressione dell'aria contenuta nelle parti interne del cuscinetto. Sulla superficie cilindrica 17a dello schermo 17 tende a crearsi un flusso idrodinamico in direzione esterna (FIG. 1, freccia A), per cui il labbro 20b può sollevarsi leggermente per consentire lo sfiato dell'aria in sovrapressione.

L'inclinazione del labbro 20b è tale per cui il flusso può avvenire solo dall'interno del cuscinetto verso l'esterno, e non viceversa. Grazie a questo accorgimento, il grasso eventualmente contaminato non può ritornare dalla camera 27 e recare danni agli organi di rotolamento nell'interno del cuscinetto. A regime, non vi è alcun gradiente di pressione per cui il labbro 20b rimane a contatto a bassa pressione con lo schermo 17 nella configurazione illustrata. Il labbro strisciante 20b ha comunque uno spessore s che conferisce ad esso la rigidezza necessaria ad impedire che la depressione che si crea nel cuscinetto in fase di raffreddamento provochi lo schiacciamento di tale labbro contro la superficie 17a; questo fenomeno, detto anche effetto "ventosa", ha conseguenze deleterie, quali aderenza e distacco difficile tra labbro e schermo, e conseguente usura precoce del labbro.

Come si può apprezzare, la presenza di una sola superficie strisciante consente di ottenere una coppia d'attrito resistente molto bassa, con costi di esercizio ridotti.

Grazie alla disposizione inclinata, gli elementi 21 e 23 possono essere avvicinati, riducendo così la resistenza idraulica la penetrazione dell'acqua, al punto da formare un'Intercapedine 25 di larghezza w minore del gioco assiale consentito all'inserto 10. Come detto, la larghezza ottimale è w ■ 0,6 mm, a fronte di un gioco assiale di circa 0,7 mm usuale per gli inserti 10.

Facendo ancora riferimento alla FIG. 1, l'inserto metallico 10 può essere vantaggiosamente scomponibile mediante una giunzione ad incastro 30, preferibilmente a scatto, situata in prossimità della sua parte terminale; la giunzione serve a rendere il dispositivo di tenuta capace di adattarsi a cuscinetti di dimensioni assiali diverse, scegliendo la lunghezza del tratto cilindrico 13 adatta al caso.

Con riferimento alla FIG. 2, una forma dì realizzazione alternativa del dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione prevede la formazione di un rompìgoccìa 31 nella flangia assialmente esterna 22 dello schermo 17. Il rompigoccia 31 è ricavato in un tratto 32 convergente in senso assiale verso l'esterno del cuscinetto, in una posizione superiore o radialmente esterna ed assialmente più interna dell'estremo lìbero del labbro non contattante 20a; il rompigoccia 31 interrompe l'eventuale velo d'acqua che può scorrere sulla superfìcie della porzlone inclinata 23 e ne provoca la caduta sul fondo 26a della camera 26. La camera 26 agisce come un canale di raccolta ed allontanamento dell'acqua, per cui questa non può scorrere al di sopra del labbro 20a e penetrare nella camera 27.

In una forma di realizzazione ancora diversa illustrata in FIG. 3, la funzione di rompigoccia è demandata all'estremo 33 della flangia esterna 22. Nella variante di FIG. 3, la flangia esterna 22 è ripiegata verso l'interno in più punti in modo che il rompigoccia sia il bordo terminale della superficie troncoconica 23.

Si intende che l'invenzione non è limitata alle forme di realizzazione qui descritte ed illustrate, che sono da considerarsi come esempi di attuazione del dispositivo di tenuta, che è invece suscettibile di modifiche relative a forma e disposizioni di parti, dettagli costruttivi e di funzionamento. L'invenzione è intesa ad abbracciare tutte le varianti comprese nel proprio ambito, così come definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZ IONI 1. Dispositivo di tenuta per cuscinetti, caratterizzato dal fatto di comprendere una prima superficie sostanzialmente troncoconica (21), solidale all'anello esterno non rotante (11) del cuscinetto e divergente in senso assiale verso l'esterno del cuscinetto, ed una seconda superficie troncoconica (23), sostanzialmente parallela alla prima, solidale all'anello interno rotante (16) del cuscinetto; le due superfici (21, 23) sono distanziate ed affacciate per un tratto di lunghezza (L) e larghezza (w) tale da individuare tra loro un'intercapedine (25), di forma sostanzialmente troncoconica, capace di opporre resistenza all'ingresso dell'acqua in una camera (26) comunicante con l'esterno attraverso detta intercapedine quando il cuscinetto è in condizioni stazionarie, e di produrne l'espulsione da detta camera (26) per centrifugazione quando il cuscinetto è in rotazione.
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la prima superficie (21) è costituita da una guarnizione (18) in materiale gommoso che ricopre esternamente un inserto anulare (10) fissato all'anello esterno (11) non rotante del cuscinetto.
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la guarnizione (18) forma un labbro esterno (24) che sporge assialmente coprendo superiormente l'imbocco della intercapedine (25) creando un primo livello di protezione.
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il labbro (24) forma una gronda circonferenziale esterna (24a) per lo scolo dell'acqua.
5. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la seconda superficie (23) è costituita da una flangia assialmente esterna (22) di uno schermo metallico (27) fissato all'anello interno rotante del cuscinetto.
6. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la guarnizione (18) comprende una pluralità di labbri (20) rivolti verso lo schermo (17), di cui un primo labbro (20a) non contattante determina con lo schermo detta camera (26); il labbro (20b) diverge verso l'esterno per formare una gronda circonferenziale (26a) atta a raccogliere l'acqua nella parte inferiore del cuscinetto.
7. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la larghezza (w) dell'intercapedine (25) è di circa 0,6 mm.
8. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'inserto (10) è scomponibile mediante una giunzione ad incastro (30) situato nella sua parte assialmente terminale.
9. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la flangia assialmente esterna (22) dello schermo (17) comprende un rompigoccia (31) ricavato in un tratto (32) convergente in senso assiale verso l'esterno del cuscinetto, in una posizione radialmente esterna ed assialmente più interna dell'estremo libero del labbro non contattante (20a).
10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che il rompigoccia (31) è costituito da una gola ottenuta nello schermo (17).
11. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che il rompigoccia (31) è costituito un estremo (33) della flangia esterna (22), dove tale flangia è ripiegata verso l’interno in modo che il rompigoccia sia il bordo terminale della superficie troncoconica (23).