ITTO970226A1

ITTO970226A1 - Complesso di tenuta multicontatto per organi meccanici accoppiati in rotazione relativa.

Info

Publication number: ITTO970226A1
Application number: IT97TO000226A
Authority: IT
Inventors: Angelo Vignotto; Alberto Visconti
Original assignee: Skf Ind Spa
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-09-18
Also published as: EP0866249A3; DE69818126T2; IT1291208B1; EP0866249B1; DE69818126D1; EP0866249A2

Description

D E S C R I Z I O N E

La presente invenzione è relativa a un complesso di tenuta multicontatto per due organi meccanici accoppiati in moto rotatorio relativo, quali per esempio due anelli di un cuscinetto a rotolamento.

Nella tecnica sono noti diversi tipi di complessi di tenuta per organi accoppiati in rotazione relativa: in particolare, sono noti complessi a labbri multipli, comprendenti due schermi rigidi rispettivamente solidali a ciascuno dei due organi accoppiati in rotazione relativa, almeno uno degli schermi essendo provvisto di un elemento anulare di tenuta costituito da due labbri, definenti tra loro una cavità anulare, cooperanti a strisciamento con lo schermo opposto.

L’azione di tenuta è garantita dalla deformazione elastica dei labbri, montati con interferenza sullo schermo di contrasto; in alcuni casi, tale deformazione può non essere sufficiente ad assicurare un’efficace tenuta in ogni condizione d’uso, e in particolare in caso di montaggio del complesso, di tenuta non del tutto corretto: in tal caso è noto ricorrere a molle, per esempio elicoidali, che mantengono forzati in posizione corretta gli elementi di tenuta; tali molle sono normalmente inserite in apposite scanalature ricavate nell’elemento di tenuta stesso.

Sebbene di largo impiego, le soluzioni sopra descritte non sono prive di inconvenienti.

In particolare, i complessi di tenuta a labbri multipli soffrono dell’inconveniente principale di risultare di difficile realizzazione, soprattutto perché richiedono stampi complessi, e di conseguenza risultano di costo relativamente elevato.

Come sopra accennato, inoltre, garantiscono una tenuta efficace solo se correttamente montati, non essendo in grado, se non in piccola misura, di adattarsi a un posizionamento scorretto delle parti accoppiate: in particolare, garantiscono efficacemente la tenuta solo con un limitato margine di spostamento assiale.

La presenza di una molla per garantire il contatto del labbro di tenuta contro il corrispondente schermo presenta inoltre il rischio di distacco della molla stessa in fase di assemblaggio o in uso, con conseguente perdita di tenuta e/o di danneggiamento dei labbri striscianti. La presenza della molla riduce inoltre lo spazio disponibile per i labbri stessi.

Lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un complesso di tenuta per organi accoppiati in rotazione relativa esente dagli inconvenienti sopra descritti dei complessi noti, e in particolare che sia provvisto di un elemento di tenuta conformato in modo tale da consentire, anche in assenza di molle, un corretto funzionamento in tutte le possibili condizioni d’uso, comprese le condizioni più critiche dovute a montaggio o posizionamento scorretto, e risultando al contempo di facile ed economica realizzazione.

In accordo con lo scopo predefinito, viene presentato un complesso di tenuta per due organi meccanici accoppiati in rotazione relativa, comprendente un primo e un secondo schermo sostanzialmente rigidi rispettivamente montati solidali a un primo e a un secondo di detti organi accoppiati, detto primo schermo essendo provvisto di un primo elemento anulare di tenuta atto a cooperare a strisciamento con detto secondo schermo, detto secondo schermo comprendendo una porzione cilindrica unita di pezzo a una flangia radiale, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento anulare di tenuta è sagomato in modo da comprendere un primo labbro anulare di tenuta atto a cooperare a strisciamento con detto secondo schermo e un secondo labbro anulare di tenuta originantesi a sbalzo da detto primo labbro e atto a cooperare a strisciamento con detto secondo schermo indipendentemente da detto primo labbro.

In particolare, detto primo labbro anulare di tenuta è atto a cooperare a strisciamento con detta porzione cilindrica di detto secondo schermo, mentre detto secondo labbro anulare di tenuta è atto a cooperare a strisciamento con detta flangia radiale di detto secondo schermo.

Il primo labbro anulare di tenuta si estende obliquamente a sbalzo da una porzione flessibile di attacco di detto primo elemento anulare di tenuta a detto primo schermo e presenta in sezione radiale forma sostanzialmente a “V”, con il vertice rivolto verso detta porzione cilindrica del secondo schermo; il secondo labbro di tenuta si estende obliquamente a sbalzo da un’estremità libera di detto primo labbro di tenuta da banda opposta a detta porzione flessibile di attacco ed è collegato a detto primo labbro di tenuta tramite una prima sezione anulare ristretta.

secondo labbro di tenuta è inoltre sagomato in modo da comprendere una pluralità di porzioni di tenuta atte a cooperare a strisciamento con detta flangia radiale di detto secondo schermo indipendentemente una dall’altra.

Preferibilmente, il secondo labbro di tenuta comprende una prima e una seconda porzione di tenuta, detta seconda porzione di tenuta estendendosi da detta prima porzione di tenuta da banda opposta a detto primo labbro di tenuta ed essendo collegata a detta prima porzione di tenuta tramite una seconda sezione anulare ristretta.

La prima sezione anulare ristretta ha area inferiore a una sezione di detto primo labbro di tenuta valutata in corrispondenza di un profilo di contatto tra detta prima porzione di tenuta e detta porzione cilindrica di detto secondo schermo, e inferiore a una sezione di detta prima porzione di tenuta valutata in corrispondenza di un profilo di contatto tra detta prima porzione di tenuta e detta flangia radiale di detto secondo schermo.

Inoltre, la seconda sezione anulare ristretta ha area inferiore a detta prima sezione anulare ristretta.

Secondo una preferita forma di realizzazione, la seconda porzione di tenuta del secondo labbro è costituita da un’estremità libera di quest’ultimo definita tra due fianchi anulari convergenti, l'angolo al vertice delimitato tra detti, due fianchi convergenti essendo minore di Preferibilmente, il primo elemento anulare di tenuta è sagomato in modo da comprendere inoltre, tra detta prima sezione anulare ristretta e detta sezione del primo labbro di tenuta corrispondente al profilo di contatto dello stesso con detta flangia del secondo schermo, almeno uno sperone anulare, estendentesi in direzione sostanzialmente assiale ed avente in sezione radiale forma sostanzialmente triangolare.

In questo modo, il complesso di tenuta secondo la presente invenzione si mantiene pienamente efficiente in ogni condizione d’uso, anche in caso di montaggio o posizionamento scorretto: in particolare, il complesso di tenuta dell’invenzione è in grado di adattarsi, senza riduzione di efficienza, a spostamenti relativi assiali degli organi accoppiati anche relativamente grandi. Il primo labbro di tenuta (principale) è infatti disegnato in modo tale da essere mantenuto in posizione corretta da una prefissata interferenza radiale al montaggio: eventuali deformazioni assiali subite dal secondo labbro di tenuta in fase di assemblaggio o in uso non si ripercuotono sul labbro principale, potendo i due labbri deformarsi indipendentemente uno dall’altro grazie alle citate sezioni anulari ristrette.

Inoltre, il labbro di tenuta principale è di lunghezza tale da garantire sempre una tenuta efficace, senza richiedere l’uso di molle o altri dispositivi di forzamento; il complesso di tenuta secondo il trovato risulta dunque di semplice ed economica realizzazione.

La presente invenzione sarà ora ulteriormente descritta nel seguente esempio di attuazione non limitativo, con riferimento alla figura annessa, che rappresenta una sezione radiale di un complesso di tenuta realizzato secondo l’invenzione.

Con riferimento alla figura annessa, è indicato con 1 un complesso di tenuta realizzato secondo la presente invenzione, del tipo destinato alla protezione delle superfid di accoppiamento cinematico di due organi meccanici in rotazione relativa; nella fattispecie, i due organi rotanti sono costituiti da due anelli 2, 3 di un cuscinetto di rotolamento 4, in particolare un cuscinetto a sfere 5: ovviamente, la seguente descrizione rimane valida per qualsiasi coppia di organi meccanici accoppiati in rotazione relativa.

Nella descrizione che segue, senza limitare la portata dell’invenzione al caso specifico, si considera l’anello esterno 2 fisso, mentre l’anello interno 3 è rotante.

Il complesso 1 comprende due schermi 6 e 7 sostanzialmente rigidi, costituiti per esempio da rispettive armature metalliche, rispettivamente solidali ai due organi accoppiati in moto rotatorio relativo, vale a dire agli anelli 2 e 3: lo schermo 6 risulta pertanto stazionario, essendo montato fisso sull’anello 2, mentre lo schermo 7 è rotante insieme all’anello interno 3.

Lo schermo 6 comprende una porzione cilindrica 8, calettata solidalmente e direttamente sull’anello esterno 2, e una porzione a flangia radiale 9 che sostiene un primo elemento di tenuta 10, realizzato in materiale elastomerico, costampato e fissato per incollaggio in fase di vulcanizzazione.

secondo schermo 7 è montato solidale all’anello interno 3, nella fattispecie rotante: anche il secondo schermo 7 comprende una porzione cilindrica Il e una flangia radiale 12, la porzione cilindrica 11 essendo accoppiata con l’anello interno 3 del cuscinetto 4. Lo schermo 7 è rivestito su una propria superficie laterale esterna 13, vale a dire rivolta da banda opposta rispetto alle sfere 5 del cuscinetto 4, con uno strato di materiale elastomerico 14; in particolare, una porzione 15 di tale strato elastomerico 14 si estende sulla superficie di accoppiamento della porzione cilindrica 11 con l’anello interno 3, in modo che la porzione cilindrica 11 dello schermo 7 venga montata ad interferenza sull’anello interno 3 con l’interposizione dello strato di materiale elastomerico 14, allo scopo di facilitare il montaggio stesso:

L’elemento anulare di tenuta 10 è sagomato in modo da comprendere, in successione a partire da una sua porzione di attacco 20 allo schermo 6, un primo labbro anulare di tenuta 21 ed un secondo labbro di tenuta 22, estendentesi a sbalzo dal primo labbro 21, entrambi atti a cooperare a strisciamento con il secondo schermo 7, simultaneamente e su porzioni diverse dello stesso.

Il primo labbro di tenuta 21, ad azione di tenuta radiale, si estende obliquamente a sbalzo dalla porzione di attacco 20 e presenta in sezione radiale forma sostanzialmente a “V” asimmetrica, con il vertice, definito da uno spigolo anulare 16, rivolto verso la porzione cilindrica 11 dello schermo 7: in sezione radiale, un braccio maggiore 24 del labbro a “V” 21 si estende dalla citata porzione di attacco 20, mentre un braccio minore 25, opposto al precedente, costituisce un’estremità libera del labbro 2 1 stesso.

In corrispondenza dello spigolo anulare 16 costituente il vertice del labbro a “V” 21, quest’ultimo presenta una sezione z che, in sezione radiale, ha traccia obliqua rispetto all’asse dell’elemento anulare 10.

11 labbro 21, in uso, è montato forzato sulla porzione cilindrica 11 del secondo schermo 7, con la quale coopera a strisciamento lungo un profilo anulare di contatto in corrispondenza dello spigolo anulare 16, ovvero della sezione z. Il primo labbro di tenuta 21 si estende assialmente oltre la mezzeria della porzione cilindrica 11 dello schermo 7: il profilo di contatto tra il labbro di tenuta 21 e la porzione cilindrica 11 si trova pertanto oltre la metà della stessa porzione cilindrica 11, dalla parte della flangia 12.

Dall’estremità libera 25 del primo labbro di tenuta 21 si estende obliquamente a sbalzo, da banda opposta alla porzione di attacco 20, il secondo labbro di tenuta 22, ad azione di tenuta assiale.

Il secondo labbro di tenuta 22 è collegato al primo labbro di tenuta 21 tramite una sezione anulare ristretta x che, come sarà chiarito in seguito, consente in uso la deformazione relativa dei due labbri 21, 22 in modo indipendente uno dall’altro.

Il secondo labbro 22 comprende, a partire dalla sezione ristretta x di attacco al primo labbro 21, una prima porzione di tenuta 22a e una seconda porzione di tenuta 22b, entrambe ad azione di tenuta assiale essendo atte a cooperare simultaneamente a strisciamento, in uso, con la flangia radiale 12 dello schermo 7, su porzioni radiali diverse della stessa.

La prima porzione di tenuta 22a del labbro 22 termina, da banda opposta al labbro 21, con una sezione anulare y in corrispondenza di uno spigolo anulare 26; la porzione 22b si estende dalla porzione 22a da banda opposta alla sezione anulare ristretta x ed è costituita in pratica da un'estremità libera 27 del labbro 22 definita tra due fianchi anulari convergenti 28, 29. L’estremità libera 27 del labbro 22 presenta un profilo rastremato e l’angolo al vertice a delimitato tra i due fianchi convergenti 28, 29 è minore di 90°.

Tra le porzioni di tenuta 22a e 22b è inoltre ricavata una sezione anulare ristretta k.

In uso, il labbro di tenuta 22 è mantenuto premuto contro la flangia radiale 12 dello schermo 7 dalla deformazione elastica imposta da un opportuno posizionamento assiale dello stesso schermo 7 durante il montaggio del complesso di tenuta 1; in questo modo, entrambe le porzioni di tenuta 22a, 22b del labbro 22 cooperano a strisciamento con la flangia 12 lungo rispettivi profili anulari di contatto, posti in corrispondenza dello spigolo anulare 26 e dell’estremità libera 27.

L’elemento anulare di tenuta 10 è sagomato in modo da comprendere inoltre, tra la sezione z del primo labbro 21 e la sezione anulare ristretta x, almeno uno sperone anulare 33 che si estende in direzione sostanzi almente assiale e presenta in sezione radiale forma sostanzialmente triangolare.

Il labbro 21 e le due porzioni di tenuta 22a e 22b del labbro 22 delimitano in uso, insieme allo schermo 7, due cavità anulari 31, 32: precisamente, la cavità anulare 31 è delimitata tra il labbro 21 e la porzione 22a, mentre la cavità anulare 32 è delimitata tra le porzioni 22a e 22b del labbro 22.

La sezione anulare ristretta x ha area inferiore alla sezione z, cioè alla sezione del primo labbro di tenuta 21 valutata in corrispondenza del profilo di contatto tra quest’ultimo e la porzione cilindrica 11 del secondo schermo 7; la sezione ristretta x ha area inferiore anche a una sezione y della porzione 22a del secondo labbro 22 valutata in corrispondenza del profilo di contatto tra tale porzione 22a e la flangia radiale 12 del secondo schermo 7.

Inoltre, la sezione anulare ristretta k ha area inferiore alla sezione anulare ristretta x.

Secondo una preferita forma di attuazione, lo strato di materiale elastomerico 14 che ricopre lo schermo 7 si prolunga oltre un estremo libero 39 della flangia radiale 12 per formare un ulteriore labbro di tenuta radiale 40 strisciante con interferenza prefissata su una superficie cilindrica interna del primo schermo 6: in particolare, il labbro di tenuta 40 comprende a sua volta due appendici anulari 41, 42 separate assialmente da un incavo anulare 43; in uso, per effetto della rotazione relativa tra le due appendici 41, 42 e la corrispondente superficie dì strisciamento, all'interno dell’incavo 43 si crea uno stato vorticoso d'ana, il quale genera un effetto-tenuta aggiuntivo di tipo dinamico.

ϋ primo elemento di tenuta 10 è disegnato in modo che, al momento di assemblare il complesso di tenuta 1 secondo l'invenzione, il labbro 21 sia accoppiato alla porzione cilindrica 11 dello schermo 7, come già accennato, con interferenza radiale prefissata: l’azione di tenuta radiale è assicurata dalla deformazione elastica del labbro 21, ovvero dalla sua flessione rispetto alla porzione di attacco 20.

Durante il montaggio del complesso di tenuta 1, il posizionamento assiale dello schermo 7 determina inoltre la deformazione elastica del labbro 22, deformazione che ne garantisce la funzione di tenuta assiale.

A differenza dei complessi di tenuta noti, però, il complesso di tenuta 1 secondo l’invenzione si mantiene pienamente efficiente in un intervallo relativamente ampio di posizioni assiali assunte dallo schermo 7: infatti, grazie alla presenza della sezione ristretta x, il labbro 22 può adattarsi al posizionamento del relativo elemento di contrasto, nella fattispecie lo schermo 7, indipendentemente dal labbro 21: in sostanza, quando, in fase di assemblaggio, lo schermo 7 viene posizionato in direzione assiale, viene deformato il solo labbro 22, che si flette rispetto al labbro 2 1 grazie alla sezione ristretta x, mentre il labbro 2 1 non subisce in pratica ulteriori deformazioni.

In questo modo, l’ef&cienza radiale del labbro 21 non viene modificata (in negativo) da un eventuale adattamento in senso assiale del labbro 22.

Analogamente, la presenza della sezione ristretta k (di spessore inferiore a quello della sezione x) tra la porzione 22a e la porzione 22b del labbro 22 rende indipendente la deformazione di quest’ultima rispetto al resto dell’elemento di tenuta 10.

Π profilo rastremato della porzione di tenuta 22b, inoltre, provoca in uso un effetto di natura dinamica che contribuisce ad evitare che agenti esterni (per esempio pulviscolo) penetrino verso le porzioni di tenuta più interne, che potrebbero esserne danneggiate.

Lo sperone 33 è ricavato sull’elemento di tenuta 10 allo scopo di evitare che eventuali difetti (bave) si formino in fase di stampaggio in prossimità dei profili di contatto tra i labbri di tenuta 21, 22 e lo schermo 7, dove potrebbero causare diminuzione di efficienza. Lo sperone 33 è infatti realizzato in modo da trovarsi in corrispondenza della sezione di giunzione tra i due semistampi con i quali è realizzato l’elemento di tenuta 10: in questo modo, eventuali bave che fuoriescono dallo stampo si concentrano in corrispondenza dello sperone 33 e quindi, a complesso di tenuta 1 assemblato, non danno luogo a discontinuità di tenuta.

Tutte o alcune delle cavità anulari definite dai labbri di tenuta possono essere riempite, secondo una soluzione nota, con un appropriato tipo di grasso lubrificante, allo scopo sia di trattenere eventuali impurità, sia di lubrificare e raffreddare la zona di strisciamento tra i labbri stessi e le corrispondenti superimi di contrasto.

È chiaro inoltre che al complesso di tenuta descritto possono essere applicate varie soluzioni che consentano un corretto posizionamento assiale del complesso stesso, quale quella illustrata nella pendente domanda italiana di brevetto TO 96-A000111 della stessa Richiedente.

Risulta infine chiaro che al complesso di tenuta secondo l’invenzione possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.

Claims

R I VE N D I C A Z I O N I 1 . Complesso di tenuta (1) per due organi meccanici accoppiati in rotazione relativa (2, 3), comprendente un primo (6) e un secondo schermo (7) sostanzialmente rigidi rispettivamente montati solidali a un primo (2) e a un secondo (3) di detti organi accoppiati, detto primo schermo (6) essendo provvisto di un primo elemento anulare di tenuta (10) atto a cooperare a strisciamento con detto secondo schermo (7), detto secondo schermo (7) comprendendo ima porzione cilindrica (11) unita di pezzo a una flangia radiale (12), caratterizzato dal fatto che detto primo elemento anulare di tenuta (10) è sagomato in modo da comprendere un primo labbro anulare di tenuta (21) atto a cooperare a strisciamento con detto secondo schermo (7) e un secondo labbro anulare di tenuta (22) originantesi a sbalzo da detto primo labbro (21) e atto a cooperare a strisciamento con detto secondo schermo (7) indipendentemente da detto primo labbro (21).
2 . Complesso di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo labbro anulare di tenuta (21) è atto a cooperare a strisciamento con detta porzione cilindrica (11) di detto secondo schermo (7); detto secondo labbro anulare di tenuta (22) essendo atto a cooperare a strisciamento con detta flangia radiale (12) di detto secondo schermo (7).
3 . Complesso di tenuta secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto primo labbro anulare di tenuta (2 1) si estende obliquamente a sbalzo da una porzione flessibile di attacco (20) di detto primo elemento anulare di tenuta (10) a detto primo schermo (6) e presenta in sezione radiale forma sostanzialmente a "V”, con il vertice rivolto verso detta porzione cilindrica (11) di detto secondo schermo (7); detto secondo labbro di tenuta (22) estendendosi obliquamente a sbalzo da un’estremità libera (25) di detto primo labbro di tenuta (21) da banda opposta a detta porzione flessibile di attacco (20) ed essendo collegato a detto primo labbro di tenuta (21) tramite una prima sezione anulare ristretta (x).
4 . Complesso di tenuta secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto secondo labbro di tenuta (22) è sagomato in modo da comprendere una pluralità di porzioni di tenuta (22a, 22b) atte a cooperare a strisciamento con detta flangia radiale (12) di detto secondo schermo (7) indipendentemente una dall’altra.
5 . Complesso di tenuta secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto secondo labbro di tenuta comprende una prima (22 a) e una seconda (22b) porzione di tenuta, detta seconda porzione di tenuta (22b) estendendosi da detta prima porzione di tenuta (22a) da banda opposta a detto primo labbro di tenuta (21) ed essendo collegata a detta prima porzione di tenuta (22a) tramite una seconda sezione anulare ristretta (k).
6 . Complesso di tenuta secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta prima sezione anulare ristretta (x) ha area inferiore a una sezione (z) di detto primo labbro di tenuta (21) valutata in corrispondenza di un profilo di contatto tra detto primo labbro di tenuta (21) e detta porzione cilindrica (11) di detto secondo schermo (7), e inferiore a una sezione (y) di detta prima porzione di tenuta (22a) di detto secondo labbro (22) valutata in corrispondenza di un profilo di contatto tra detta prima porzione di tenuta (22a) e detta flangia radiale (12) di detto secondo schermo (7).
7 . Complesso di tenuta secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento anulare di tenuta (10) è sagomato in modo da comprendere inoltre, tra detta prima sezione anulare ristretta 00 e detta sezione (z) del primo labbro di tenuta (21) corrispondente al profilo di contatto dello stesso con detta flangia (12) del secondo schermo (7), almeno uno sperone anulare (33), estendentesi in direzione sostanzialmente assiale ed avente in sezione radiale forma sostanzialmente triangolare.
8 . Complesso di tenuta secondo una delle rivendicazioni da 5 a 7, caratterizzato dal fatto che detta seconda sezione anulare ristretta (k) ha area inferiore a détta prima sezione anulare ristretta (x ).
9 . Complesso di tenuta secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, caratterizzato dal fatto che detta seconda porzione di tenuta (22b) è costituita da una estremità libera (26) di detto secondo labbro anulare di tenuta (22) definita tra due fianchi anulari convergenti (27, 28), l’angolo al vertice (a) delimitato tra detti, due fianchi convergenti (27, 28) essendo minore di 90°.
10. Complesso di . tenuta secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo schermo (7) è rivestito con uno strato di materiale elastomerico (14), detta porzione cilindrica (11) di detto secondo schermo (7) essendo atta ad essere montata ad interferenza su detto secondo organo (3) con l’interposizione di detto strato di materiale elastomerico (14); detto secondo schermo (7) essendo inoltre provvisto di un terzo labbro anulare di tenuta (40) atto a cooperare a strisciamento con detto primo schermo (6).
11. Complesso di tenuta per due organi meccanici accoppiati in rotazione relativa, sostanzialmente come descritto con riferimento alla figura annessa.