ITTO970648A1

ITTO970648A1 - Cuscinetto di rotolamento con dispositivo di tenuta e di scarico di correnti elettrostatiche.

Info

Publication number: ITTO970648A1
Application number: IT97TO000648A
Authority: IT
Inventors: Paolo Bertetti; Angelo Vignotto
Original assignee: Skf Ind Spa
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1999-01-17
Also published as: IT1293461B1; DE69808191T2; US6109794A; EP0892471A2; DE69808191D1; EP0892471A3; EP0892471B1

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: Cuscinetto di rotolamento con dispositivo di tenuta e di scarico di correnti elettrostatiche.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un cuscinetto di rotolamento, in particolare per il mozzo della ruota di un veicolo, dotato di un dispositivo di tenuta atto a chiudere l'intercapedine anulare tra l'anello radialmente esterno e l'anello radialmente interno del cuscinetto, e a permettere lo scarico di correnti elettrostatiche attraverso il cuscinetto .

Descrizione dello stato della tecnica

È noto che, per varie cause, sugli autoveicoli tendono ad accumularsi cariche elettrostatiche; tali cariche sono causa di alcuni inconvenienti, tra cui rumore che disturba principalmente le bande AM degli apparecchi radio a bordo dell'autoveicolo.

Si è cercato di rimediare a questo inconveniente realizzando un ponte elettrico tra la parte stazionaria e quella rotante dei cuscinetti di rotolamento dei mozzi delle ruote degli autoveicoli; la parte rotante, infatti, è allo stesso potenziale della ruota.

Quando il cuscinetto è in rotazione, il grasso lubrificante presente al suo interno è distribuito ricoprendo gli elementi di rotolamento. Poiché tale grasso lubrificante ha proprietà elettricamente isolanti, esso impedisce la formazione di un collegamento elettrico attraverso l'anello esterno, gli elementi di rotolamento e l'anello interno.

Si sono proposte alcune soluzioni in cui un elemento elastico conduttivo è in contatto fisico con uno degli anelli di rotolamento ed è anche in contatto strisciante con l'altro; si veda, come esempio, il brevetto statunitense US n° 3,564,477.

In altre soluzioni si cerca di creare il contatto elettrico tra gli anelli del cuscinetto in zone all'esterno di quella che contiene il grasso lubrificante. Nel brevetto europeo EP-B-0475 841 si descrive un cuscinetto a contatti elettrici rotanti nel quale tra gli anelli di rotolamento interni ed esterni è disposta una cartuccia conduttiva di forma sostanzialmente anulare che permette il passaggio di corrente tra un componente rotante ed un componente fisso del cuscinetto. La cartuccia comprende due armature conduttive in rotazione relativa, ciascuna solidale ad uno degli anelli di rotolamento del cuscinetto; un elemento conduttivo è premuto contro una di queste armature ad opera di un elemento conduttivo elastico a contatto con l'altra armatura.

Nella domanda di brevetto giapponese pubblicata con il n. JP-A-63 043067 si descrive un materiale conduttivo con proprietà elastiche, costituito da una mescola di due o più tipi di gomma con l'aggiunta di una sostanza conduttiva con proprietà elastiche, adatto a costituire una guarnizione di tenuta per cuscinetti.

Le soluzioni sopra citate hanno un limite nel fatto che affidano il passaggio di corrente esclusivamente al contatto fisico di strisciamento tra un elemento conduttivo elastico con una superficie conduttiva. Se, ad esempio per l'usura della guarnizione o a causa di deformazioni permanenti dì origine meccanica o termica, il contatto strisciante viene a mancare, il veicolo rimane elettrostaticamente carico. Lo stesso inconveniente sì può verificare se, ad esempio a seguito di un urto, l'elemento strisciante viene spostato in una posizione dove non contatta più la superficie conduttiva su cui dovrebbe invece strisciare.

Sintesi dell'invenzione

È scopo della presente invenzione realizzare un cuscinetto dotato di un dispositivo di tenuta con migliori proprietà per il passaggio di corrente elettrica.

Altro scopo dell'invenzione è di permettere lo scarico delle correnti elettrostatiche anche in presenza di deformazioni o spostamenti degli elementi elastici conduttivi come sopra discusso.

Questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti secondo l'invenzione da un cuscinetto di rotolamento, in particolare per il mozzo della ruota di un veicolo, dotato di almeno un dispositivo di tenuta atto a chiudere l'intercapedine anulare tra l'anello radialmente esterno e l’anello radialmente interno del cuscinetto, in cui il dispositivo di tenuta ha almeno un elemento di tenuta in un materiale elastico elettricamente conduttivo solidale ad un primo elemento rotante o stazionario del cuscinetto e che si impegna in contatto strisciante su una superficie elettricamente conduttiva solidale ad un secondo elemento del cuscinetto in rotazione relativa rispetto a detto primo elemento, cosi da permettere il passaggio di una corrente elettrica tra l'anello esterno e l’anello interno del cuscinetto, caratterizzato dal fatto che l'elemento di tenuta in materiale elastico conduttivo collabora con il dispositivo di tenuta per formare almeno una camera a tenuta stagna contenente grasso elettricamente conduttivo e interposta tra l'ambiente esterno e le parti interne del cuscinetto contenenti grasso lubrificante.

Breve descrizione dei disegni

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

la FIG. 1 à una sezione assiale parziale di un cuscinetto dotato di un dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione;

la FIG. 2 è una vista in scala ingrandita del dispositivo di tenuta di FIG. 1;

la FIG. 3 è una sezione assiale parziale di un cuscinetto dotato di dispositivo di tenuta di un tipo diverso secondo la presente invenzione;

la FIG. 4 è una vista in scala ingrandita del dispositivo di tenuta di FIG. 3; e

le FIGG. 5-12 sono sezioni assiali parziali di ulteriori forme di realizzazione alternative dell'invenzione.

Descrizione di forme di realizzazione preferite Facendo inizialmente riferimento alla FIG. 1, un cuscinetto di rotolamento, in particolare per il mozzo della ruota di un veicolo, è costituito da due anelli interni generalmente rotanti 10 e da un anello esterno generalmente statico 11 tra i quali sono disposte due serie di elementi di rotolamento 12, secondo una struttura nota per i cuscinetti a contatto angolare o obliquo. Ad entrambe le estremità assiali del cuscinetto è montato un dispositivo di tenuta, indicato nel suo insieme con 13 che chiude l'intercapedine anulare tra gli anelli interni e quello esterno ed impedisce 1'ingresso di agenti inquinanti esterni (acqua, polvere, fango) nelle parti interne del cuscinetto, impedendo allo stesso tempo la fuoriuscita del grasso lubrificante che è normalmente contenuto nell'ambiente interno 14 del cuscinetto.

Come illustrato in maggior dettaglio in FIG. 2, Il dispositivo di tenuta 13 comprende un primo schermo anulare 15, solidale ad uno degli anelli interni 10 e noto anche come " centrifugatore'' o con il termine anglosassone " flnger'', un secondo schermo anulare 16, solidale all'anello esterno 11 e un elemento di tenuta 17, in un materiale elastico conduttivo quale ad esempio gomma conduttiva, che e vulcanizzato al secondo schermo anulare 16 e si impegna in contatto strisciante sul primo schermo anulare 15.

La parte terminale 18 dell'elemento in gomma conduttiva 17 ha sezione assiale conformata a V ed individua due labbri di tenuta 19 e 20 che contattano rispettivamente una parete cilindrica 21 ed una parete radiale 22 del primo schermo 15.

Come appare chiaramente in FIG. 2, la configurazione del dispositivo di tenuta 13 è tale per cui gli elementi che lo compongono individuano una prima camera anulare esterna 24, aperta verso l'esterno in 25, ed una seconda camera più interna 26 a tenuta ermetica. Questa seconda camera 26 è delimitata da una porzione dell'elemento di tenuta 17 compresa tra i due labbri di contatto 19 e 20 e da una parte corrispondente del primo schermo 15. Nella forma di realizzazione preferita ed illustrata nelle FIGG. 1 e 2, la camera 26 ha sezione assiale di forma sostanzialmente triangolare, essendo definita da due pareti perpendicolari dello schermo 15 e da un tratto sostanzialmente diritto 18 dell’elemento elastico di tenuta, ma si intende che la forma di questa seconda camera interna potrà anche variare a seconda del disegno degli elementi costituenti il dispositivo di tenuta.

Secondo la presente invenzione, la camera stagna 26 contiene un grasso conduttivo che migliora la conduttività elettrica del dispositivo di tenuta per scaricare attraverso di esso le correnti elettrostatiche sopra discusse. Poiché la camera 26 è a tenuta ermetica, il grasso conduttivo che contiene non si può mescolare con il grasso lubrificante contenuto nella camera 14 con gli elementi di rotolamento né può passare nella prima camera 24 comunicante con l'esterno.

Il grasso conduttivo contenuto nella camera stagna 26 è preferibilmente costituito da un grasso polimerico contenente una minima percentuale (1÷2%) di materiale antistatico (ad esempio il Dehydat 51 commercializzato dalla Henkel) e/o particelle solide conduttive, ad esempio solfuro di niobio e grafite di dimensioni 1-2 μηι.

Facendo ora riferimento alle FIGG. 3 e 4, una forma di realizzazione alternativa della presente invenzione prevede che il dispositivo di tenuta formi due camere stagne adiacenti, almeno una delle quali contiene grasso conduttivo. Come illustrato nel dettaglio di FIG. 4, il primo schermo di tenuta 15 porta un proprio elemento di tenuta 29, preferibilmente in un materiale elastico conduttivo quale ad esempio gomme o elastomeri conduttivi, che si irapegna in contatto strisciante sul secondo schermo anulare 16 rendendo così stagna anche la camera più esterna 24. Nell'esempio delle FIGG. 3 e 4, almeno uno dei due elementi elastici di tenuta è un elemento conduttivo, e comunque è preferibile che almeno l'elemento di tenuta statico 17, che è solidale all'anello esterno non rotante del cuscinetto, sia realizzato in materiale conduttivo. Si noti che nel caso in cui l'elemento rotante sia l'anello esterno, l'elemento di tenuta in materiale conduttivo sarà l'elemento 29 che è solidale all'anello interno 10. L’elemento rotante 29, infatti, è influenzato dalla forza centrifuga che tende a spingerlo contro lo schermo 16 su cui è impegnato in contatto strisciante. Un aumento della pressione di contatto può infatti determinare un'usura più precoce della gomma conduttiva e/o provocare in questa una deformazione permanente per cui con il passare del tempo l'elemento elastico rotante può perdere contatto con lo schermo cui è affacciato, facendo mancare il passaggio di corrente attraverso di esso. Al contrario, la pressione di contatto dell'elemento elastico non rotante 17 è costante e non risente della forza centrifuga, per cui la sua tenuta è più affidabile.

Facendo ora riferimento alla FIG. 5, è U lustrata un'altra forma di realizzazione dell’invenzione, applicata ad un cuscinetto per il mozzo 30 della ruota di un autoveicolo; il mozzo 30 forma una delle piste di rotolamento interne del cuscinetto e forma anche una flangia 31 per il collegamento ad una delle ruote (non illustrate) dell'autoveicolo.

L'anello esterno 11 è chiuso, sulla sua estremità rivolta verso l'interno del veicolo, da un coperchio concavo 32 in lamiera metallica infilato nel diametro di estremità di tale anello; il coperchio 32 rivolge la propria concavità verso la testa 33 di un bullone 34 atto a serrare assialmente contro il mozzo 30 un anello separato 35 che forma la pista di rotolamento interna per la serie di elementi di rotolamento 12 assialmente più interni. Secondo un aspetto della presente invenzione, almeno una parte della superficie concava o interna del coperchio 32 è rivestita in gomma conduttiva 36 e forma inoltre almeno un labbro conico 37 che contatta in modo strisciante un elemento conduttivo rotante solidalmente al mozzo per realizzare un ponte conduttivo tra la parte rotante e la parte fissa del cuscinetto; allo stesso tempo il labbro conico 37 separa in modo stagno lo spazio interno 14 del cuscinetto, in cui è presente il grasso lubrificante, dalla camera stagna conduttiva 39, contenente grasso conduttivo e delimitata dalla parte centrale del coperchio 32 con rivestimento 36, dal labbro conico conduttivo 37 e dalla superficie delle parti rotanti circondata dal labbro conico 37. Nell'esempio di FIG. 5, il labbro conico 37 contatta vantaggiosamente la parete radiale frontale 40 dell'anello interno 35 che presenta una rugosità superficiale molto contenuta che quindi non tende ad usurare il labbro conico.

Nell'esempio di FIG. 6, l'estremità assialmente interna 41 del mozzo 30 è rullata per bloccare l'anello interno 35; questa forma di realizzazione differisce da quella di FIG. 5 per il fatto che in FIG. 6 il labbro conico 37 è in contatto strisciante con l'estremità rullata 41 del mozzo.

La FIG. 7 illustra una forma di realizzazione diversa, in cui l'elemento elastico di tenuta è costituito da una coppia di labbri conici 37, 37', striscianti rispettivamente sulla parete radiale frontale 40 dell’anello interno 35 e sull'estremità rullata 41 del mozzo 30. In questo caso il grasso conduttivo è contenuto nella camera anulare 39 delimitata dai labbri 37, 37' e da quelle parti delle superfici di strisciamento 40 e 41 comprese tra tali labbri.

Nella FIG. 8 è raffigurata un'ulteriore variante in cui la coppia di labbri 37, 37' striscia sulla superficie rullata 41 all'estremità del mozzo. Nella variante di FIG. 9, invece, i labbri 37, 37* strisciano entrambi sull'anello interno 35, e rispettivamente sulla parete frontale 40 e sulla superficie cilindrica 40' di quest'ultimo. Anche in queste due forme di realizzazione, la camera anulare 39 contiene grasso conduttivo.

In una forma di realizzazione ancora diversa, illustrata in FIG. 10, sulla faccia concava del coperchio 32 rivolta verso il mozzo 30 è fissato, in corrispondenza dell'asse di rotolamento del cuscinetto, un elemento in gomma conduttiva 42 che forma una protuberanza 43 a ventosa che si impegna in contatto strisciante contro la testa 33 del bullone di fissaggio 34. In questa forma di realizzazione la camera contenente grasso conduttivo è lo spazio 44 compreso tra la testa del bullone e la protuberanza a ventosa 43. Poiché In questo caso il ponte elettrico tra l'anello interno e l'anello esterno del cuscinetto è realizzato in una zona vicina all'asse di rotazione, dove la componente tangenziale della velocità di rotazione relativa è molto bassa, l’usura della parte in gomma conduttiva sarà estreinamente ridotta. In FIG. 11 è riportata un'altra variante, simile a quella di FIG. 10, secondo la quale l'elemento in gomma conduttiva 42 forma una protuberanza 43 a ventosa che si impegna in contatto strisciante contro l'estremità rullata 41 del mozzo 30.

Facendo infine riferimento alla FIG. 12, secondo un'altra variante dell'invenzione l'elemento elastico di tenuta è costituito da una coppia di labbri conici 37, 37' in materiale elastico conduttivo vulcanizzati su un inserto metallico anulare 45 solidale all'anello interno 35. I labbri 37, 37' strisciano contro la superficie cilindrica interna 46 dell'anello di rotolamento esterno 11, delimitando con questo una camera anulare 39 contenente grasso conduttivo .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Cuscinetto di rotolamento, in particolare per il mozzo (30) della ruota di un veicolo, dotato di almeno un dispositivo di tenuta (13, 32) atto a chiudere l'intercapedine anulare tra l'anello radialmente esterno (11) e l'anello radialmente interno (10, 35) del cuscinetto, in cui il dispositivo di tenuta (13, 32) ha almeno un elemento di tenuta (17, 37, 37', 43) in un materiale elastico elettricamente conduttivo solidale ad un primo elemento rotante o stazionario (10, 11) del cuscinetto e che si impegna in contatto strisciante su una superficie elettricamente conduttiva (21, 22, 40, 41, 33) solidale ad un secondo elemento del cuscinetto in rotazione relativa rispetto a detto primo elemento, così da permettere il passaggio di una corrente elettrica tra l'anello esterno e l'anello interno del cuscinetto, caratterizzato dal fatto che l'elemento di tenuta in materiale elastico conduttivo (17, 37, 37', 43) collabora con il dispositivo di tenuta (13, 32) per formare almeno una camera a tenuta stagna (26, 24, 39, 44) contenente grasso elettricamente conduttivo e interposta tra 1'ambiente esterno e le parti interne (14) del cuscinetto contenenti grasso lubrificante.
2. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta camera stagna (26) è definita da due porzioni di parete disposte ad angolo (21, 22) di un primo schermo anulare (15) del dispositivo di tenuta (13) e da un tratto (28) dell'elemento elastico di tenuta (17), solidale ad un secondo schermo anulare (16) rotante relativamente al primo schermo (15) e formante due labbri (19, 20) rispettivamente striscianti su dette porzioni di parete (21, 22).
3. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la camera stagna (24) è definita da un primo schermo (15) recante un primo elemento elastico di tenuta (29); e da un secondo schermo (16) recante un secondo elemento elastico di tenuta (17) dotato di uno o più labbri di strisciamento (19, 20), in cui detti primo e secondo schermo (15, 16) sono rispettivamente solidali in rotazione ad un elemento rotante (10) e ad un elemento stazionario (11) del cuscinetto, e detti primo e secondo elemento di tenuta si impegnano in contatto strisciante su detti secondo (16) e primo (15) schermo, rispettivamente.
4. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere due camere stagne adiacenti (26, 24), di cui - una prima camera stagna (26), più interna, è definita da due porzioni di parete disposte ad angolo (21, 22) di un primo schermo anulare (15) del dispositivo di tenuta (13) e da un tratto (28) dell’elemento elastico di tenuta (17), solidale ad un secondo schermo anulare (16) rotante relativamente al primo schermo (15) e formante due labbri (19, 20) rispettivamente striscianti su dette porzioni di parete (21, 22); e - una seconda camera stagna (24), più esterna, definita da un primo schermo (15) recante un primo elemento elastico di tenuta (29) e da un secondo schermo (16) recante un secondo elemento elastico di tenuta (17), in cui detti primo e secondo schermo (15, 16) sono rispettivamente solidali in rotazione ad un elemento rotante (10) e ad un elemento stazionario (11) del cuscinetto, e detti primo e secondo elemento di tenuta si impegnano in contatto strisciante su detti secondo {16) e primo (15) schermo, rispettivamente.
5. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che almeno l'elemento di tenuta stazionario (17) è in materiale elastico conduttivo.
6. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di tenuta è comprensivo di un coperchio (32) costituito almeno in parte da materiale elettricamente conduttivo ed infilato su un estremo assiale dell'anello esterno del cuscinetto; al lato del coperchio rivolto verso il cuscinetto è attaccato almeno un labbro (37, 43) di materiale elastico elettricamente conduttivo, costituente detto elemento di tenuta, atto ad impegnarsi in contatto strisciante con una superficie conduttiva (40, 33, 41) solidale in rotazione all'anello interno del cuscinetto.
7. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di comprendere un solo labbro (37) di materiale elastico elettricamente conduttivo, per cui detta camera stagna (39) contenente grasso conduttivo risulta delimitata dalla parte centrale del coperchio (32), da detto labbro conduttivo (37) e dalla superficie conduttiva delle parti rotanti circondata da tale labbro conduttivo (37).
8. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta superficie conduttiva su cui striscia detto labbro (37) è costituita dalla parete radiale frontale (40) dell'anello di rotolamento interno (35) del cuscinetto.
9. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta superficie conduttiva su cui striscia il labbro (37) è costituita da un'estremità assiale (41) del mozzo (30) rullata per bloccare detto anello interno (35) del cuscinetto.
10. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto elemento di tenuta comprende una coppia di labbri (37, 37') di materiale elasticamente conduttivo atti ad impegnarsi in contatto strisciante con una o più superfici conduttive (40, 33, 41) solidali in rotazione all'anello interno del cuscinetto, per cui detta camera stagna (39) contenente grasso conduttivo è delimitata da detti labbri (37, 37') e dalla superficie conduttiva delle parti rotanti compresa tra detta coppia di labbri.
11. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che i labbri (37, 37') costituenti detta coppia di labbri strisciano rispettivamente sulla parete radiale frontale (40) dell'anello interno (35) del cuscinetto e sull'estremità rullata (41) del mozzo (30).
12. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che entrambi detti labbri (37, 37') strisciano su un'estremità rullata (41) del mozzo (30).
13. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che entrambi detti labbri (37, 37') strisciano sull'anello interno (35) del cuscinetto.
14. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto labbro (43) ha sostanzialmente la forma di una ventosa attaccata centralmente al lato del coperchio (32) rivolto verso il cuscinetto in corrispondenza dell'asse di rotazione del cuscinetto, per cui detta camera stagna (44) contenente grasso conduttivo è delimitata da detto labbro a forma di ventosa (43) e dalla superficie conduttiva delle parti rotanti circondata da tale labbro (43).
15. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detta superficie conduttiva rotante è costituita dalla testa (33) di un elemento di fissaggio filettato (34) montato nel mozzo (30).
16. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detta superficie conduttiva rotante è costituita da un'estremità rullata (41) del mozzo (30).
17. Cuscinetto di rotolamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elastico di tenuta comprende una coppia di labbri conici (37, 37') in materiale elastico conduttivo vulcanizzati su un inserto metallico anulare (45) solidale all'anello interno (35), dove detti labbri (37, 37') strisciano contro una superficie (46) dell'anello di rotolamento esterno 11, delimitando con questo una camera anulare (39) contenente grasso conduttivo.