ITTO980716A1

ITTO980716A1 - Complesso do tenuta, in particolare per alberi motore di veicoli.

Info

Publication number: ITTO980716A1
Application number: IT98TO000716A
Authority: IT
Inventors: Mauro Sassi
Original assignee: Fava Massimo
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2000-02-18
Also published as: EP0980999A2; DE69918910D1; EP0980999B1; US6273428B1; IT1303234B1; ES2221274T5; EP0980999A3; ITTO980716A0; EP0980999B2; DE69918910T2; DE69918910T3; ES2221274T3

Description

D E SC R IZ ION E

di Brevetto per Invenzione Industriale,

La presente invenzione si riferisce a un complesso anulare di tenuta del tipo destinato al montaggio tra un albero motore di un veicolo dotato di motore diesel o benzina, ed il basamento e/o la coppa dell'olio, per trattenere l'olio motore.

E' noto che in tale tipo di applicazione si utilizza ormai da lungo tempo sempre il medesimo tipo di complesso di tenuta, formato da un labbro radiale a V caricato con molla, che coopera a strisciamento o direttamente sull'albero motore o, nei complessi di tenuta più sofisticati, con una superficie radiale di uno schermo di tenuta calettato sull'albero motore. In ogni caso la tenuta è esclusivamente radiale e la forza di tenuta esercitata dal labbro è direttamente proporzionale al carico della molla ed allo stato di usura del labbro.

I complessi di tenuta del tipo descritto presentano l'inconveniente di esercitare una azione di tenuta progressivamente decrescente con il crescere dell'usura del labbro. Questo limita la vita utile di questo tipo di tenute, che inoltre sono sensibili ad eventuali contaminanti esterni, per proteggerle dai quali si utilizzano complessi di tenuta supplementari, cosiddetti "parapolvere". E' chiaro come questo comporti costi di esercizio relativamente alti.

Scopo del trovato è quello di fornire un complesso di tenuta privo degli inconvenienti descritti e, in particolare, di elevata efficienza di tenuta, capace di mantenere sostanzialmente tale elevata efficienza anche con la progressiva usura del labbro di tenuta e che sia di costo e di ingombro contenuti.

In base all'invenzione viene dunque fornito un complesso di tenuta inseribile tra due organi in rotazione relativa, comprendente un primo schermo anulare, portato solidale da un primo di detti organi e provvisto di un organo di tenuta realizzato in un materiale elastomerico, ed una superficie di strisciamento, portata solidale da un secondo di detti organi, detto primo schermo comprendendo a sua volta una porzione a manicotto per il calettamento su detto primo organo ed una porzione a flangia, disposta radialmente, sostanzialmente perpendicolare alla porzione a manicotto e disposta sostanzialmente affacciata a detta superficie di strisciamento; detto organo di tenuta essendo portato da detto primo schermo in corrispondenza di un bordo perimetrale della sua porzione a flangia e comprendendo un primo labbro anulare, che si estende assialmente dalla porzione a flangia, a partire da una propria porzione di radice e verso detta superficie di strisciamento; caratterizzato dal fatto che detto primo labbro corrprende una porzione ingrossata di estremità, opposta e radialmente sfalsata rispetto alla porzione di radice, delimitata da un bordo circonferenziale e da un risalto anulare di tenuta con sezione radiale a V e spigolo di tenuta orientato assialmente; detto bordo circonferenziale essendo provvisto di una sede anulare radiale per un organo elastico di ritenuta circonferenziale, atto ad esercitare sul primo labbro una sollecitazione radiale prefissata, ed il risalto a V essendo disposto a fianco della sede per l'organo elastico, con lo spigolo di tenuta verso la superficie di strisciamento portata da detto secondo organo, con la quale coopera a strisciamento in direzione assiale.

In particolare, la porzione ingrossata del primo labbro è connessa con la porzione di radice tramite una porzione anulare conformata a costituire una cerniera elastica, il cui centro di rotazione si trova disposto su una retta passante per detto spigolo di tenuta e formante con un piano radiale, ovvero parallelo alla detta superficie di strisciamento, un angolo (γ) conpreso tra 20° e 60°.

In pratica il complesso di tenuta dell'invenzione realizza una tenuta del tutto sìmile, per caratteristiche dello spigolo di tenuta, a quella ottenibile in complessi di tenuta tradizionali (ove è anche possibile individuare un angolo γ, che è uno dei parametri della guarnizione), con la differenza, però, che l'azione di tenuta viene realizzata in direzione assiale, anziché radiale e, con la ulteriore differenza, che la sede della molla che stabilisce il carico di tenuta è disposta ruotata di 90° rispetto al piano di riferimento per la misura dell'angolo y.

In questo modo, il carico impartito dalla molla diventa indipendente (come si può dimostrare con una serie di calcoli matematici) dall'usura dello spigolo di tenuta, permettendo di realizzare complessi di tenuta più efficienti, che conservano la medesima azione di tenuta per tutta la durata utile del labbro di tenuta, indipendentemente dalle sue condizioni di usura.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, effettuata con riferimento alla figura del disegno annesso, che illustra parte di una vista sezionata radialmente di un complesso di tenuta realizzato secondo il trovato, la parte mancante essendo simmetrica a quella illustrata rispetto ad un asse di simmetria A. Con riferimento alla suddetta figura, è indicato con 1 un complesso di tenuta di struttura generale sostanzialmente nota, inseribile tra due organi 2,3 in rotazione relativa (rappresentati solo schematicamente) , nella fattispecie un albero motore 3 ed una carcassa 2 (per esempio costituita da un basamento motore) di alloggiamento per l'albero 3, dalla quale quest'ultimo fuoriesce attraverso un foro 4 della carcassa 2 che costituisce anche la sede di alloggiamento del complesso di tenuta 1.

Il complesso di tenuta 1 comprende due schermi anulari sostanzialmente rigidi 6 e 7, per esempio realizzati in metallo coniato, i quali sono montati tra loro affacciati e coassiali con l'asse A, che rappresenta il loro asse di simmetria. Ciascuno schermo 6,7 comprende una porzione a manicotto, rispettivamente indicate con 8 e 9 per il calettamento su un rispettivo organo 2 e 3, ed una porzione a flangia, rispettivamente indicate con 10 e 11, disposta radialmente, sostanzialmente perpendicolare all'asse A ed alla rispettiva porzione a manicotto 8,9.

Lo schermo 6 è montato calzato intorno alla porzione a manicotto 9 dello schermo 7, in modo che le porzioni a flangia 10,11 risultino disposte affacciate tra loro da banda opposta; lo schermo 6 porta inoltre, in corrispondenza di un bordo perimetrale radialmente interno 12 della porzione a flangia 10 un organo di tenuta 13 realizzato in un materiale elastomerico e comprendente un labbro anulare principale 14, che si estende assialmente dalla porzione a flangia 10, a partire da una propria porzione di radice 15 e verso la porzione a flangia 11 dello schermo 7.

Il labbro 14 comprende, oltre alla porzione di radice 15, una porzione ingrossata di estremità 16, opposta e radialmente sfalsata rispetto alla porzione di radice 15, nella fattispecie verso la porzione a manicotto 8; la porzione ingrossata 16 si rastrema progressivamente verso la porzione di radice 15 ed è delimitata da un bordo circonferenziale 18, che è affacciato alla porzione a manicotto 8, da un risalto anulare di tenuta 20, che è affacciato alla porzione a flangia 11, e da una faccia anulare piana 21 disposta da banda opposta al risalto 20 e sostanzialmente perpendicolare alle porzioni a manicotto 8,9, affacciata alla porzione a flangia 10 dello schermo 6.

Il risalto di tenuta 20 è del tipo di quelli utilizzati nelle tenute radiali note, e presenta pertanto sezione radiale conformata a V definente al suo vertice uno spigolo di tenuta 22, il quale, secondo l'invenzione ed in base a quanto finora descritto, è però orientato assialmente e coopera a strisciamento con una superficie di tenuta 23 della porzione a flangia 11 rivolta verso la porzione a flangia 10, essendo atto, pertanto, ad esercitare insieme a quest'ultima una tenuta assiale tra gli organi 2 e 3, a chiusura del foro o sede passante 4.

Sempre secondo l'invenzione, per assicurare un carico costante e prefissato di tenuta, che si traduce in una pressione prefissata di contatto tra spigolo 22 e superficie 23, il bordo circonferenziale 18 è provvisto di una sede 24 anulare radiale, aperta verso la porzione a manicotto 8, per un organo elastico di ritenuta circonferenziale, costituito da una molla elicoidale 25, nota, incurvata e giuntata alle opposte estremità a formare un elemento toroidale atto ad esercitare sul labbro 14 una sollecitazione radiale R (indicata dalla freccia) prefissata, che si traduce, come si vedrà, grazie alla particolare struttura finora descritta, in una sollecitazione assiale S per la porzione 16 atta a spingere lo spigolo 22 contro la superficie 23.

Per sfruttare vantaggiosamente la struttura finora descritta, da una parte occorre disporre il risalto a V 20 a fianco della sede 24 per l'organo elastico 25, con lo spigolo di tenuta 22 rivolto verso la porzione a flangia 11 e, in particolare, ricavare la sede 24 in modo che questa sia definita da una gola delimitata da una parete di fondo 26 semicircolare avente centro di curvatura C disposto sostanzialmente alla stessa distanza radiale dalle porzioni a manicotto 8,9 dello spigolo di tenuta 22, ovvero allineato radialmente in asse con quest'ultimo; e, dall'altra parte, occorre fornire un certo grado di libertà alla porzione ingrossata 16, cosa ottenuta collegando quest'ultima con la porzione di radice 15 tramite una porzione di raccordo costituita da un tratto intermedio 28 anulare, estendentesi assialmente verso lo schermo 7, del labbro 14; la porzione o tratto 28 è conformata a costituire una cerniera elastica, il cui centro di rotazione E si trova disposto su una retta ideale (illustrata a tratto e punto ed indicata con T in figura) passante per lo spigolo di tenuta 22 e formante con un piano radiale, ovvero sostanzialmente parallelo alle porzioni a flangia 10,11, un angolo γ compreso tra 20° e 60°.

In particolare, la porzione o tratto 28, di collegamento tra la porzione di radice 15 e la porzione ingrossata di estremità 16, funziona da cerniera in quanto è delimitato radialmente, verso la sede 24, da una gola semicircolare 29 di indebolimento localizzato della sezione; da banda opposta, la porzione o tratto 28 del labbro 14 porta inoltre a sbalzo un secondo labbro 30, cooperante con gioco con la porzione a manicotto 9 dello schermo 7; nella fattispecie, il labbro 30 si estende a partire dalla porzione di radice 15, per tutta la larghezza assiale del tratto o porzione 28, radialmente verso la porzione a manicotto 9 e leggermente obliquo rispetto a questa, in modo da avvicinarsi progressivamente alla porzione a flangia 11. Il labbro 30 coopera con gioco con una superficie laterale 31 della porzione a manicotto 9, la quale è conformata in modo da definire un gradino 33 disposto sostanzialmente di fronte al labbro 30 e sotto la porzione ingrossata 16 del labbro principale 14, tra il labbro 30 e la rispettiva porzione a flangia 11, in modo da definire una tenuta addizionale a labirinto, questa volta radiale, tra il labbro principale 14 e la superficie 31.

In questo tipo di configurazione, il centro di rotazione E è definito, come illustrato in figura dalle linee tratto e punto, dal punto di incrocio tra le diagonali tracciate tra le estremità assiali della gola 29 e gli opposti fianchi del labbro 30.

Il risalto a V 20 presenta, analogamente ai risalti radiali noti, un primo e da un secondo fianco, rispettivamente indicati con 34 e 35, delimitanti da banda opposta lo spigolo di tenuta 22, ciascun fianco 34,35 essendo definito da una superficie conica formante un angolo prefissato con la superficie di strisciamento 23 della porzione a flangia il.

In particolare, la superficie conica del fianco 34 forma con la superficie di strisciamento 23 un angolo a compreso tra 30° e 80°, mentre la superficie conica del fianco 35 forma con la superficie 23 un angolo β compreso tra 10° e 45°. Inoltre, il fianco 35 è provvisto di una pluralità di rigature 38, sfumate verso lo spigolo 22, del tipo di quelle che si ricavano sui labbri di tenuta radiali noti.

Secondo la forma di realizzazione illustrata, lo schermo 6 è montato bloccato assialmente sulla porzione a manicotto 9 dello schermo 7, con il risalto a V 20 disposto con il proprio spigolo 22 contro la porzione a flangia 11, da un anello 40 piantato con interferenza sulla porzione a manicotto 9, da banda opposta alla rispettiva porzione a flangia 11, in battuta assiale contro un tampone 41 elastomerico della porzione a flangia 10 ricavato di pezzo con l'organo di tenuta 13, in particolare definito da una propaggine della porzione di radice 15 del labbro 14.

Le porzioni a flangia 10,11 sono inoltre sagomate secondo forme note, per aumentare lo loro resistenza meccanica, e lo schermo 6 è munito di ulteriori propaggini 42,43 dell'organo di tenuta 13, ottenute di pezzo con lo stesso ed incollate in fase di vulcanizzazione allo schermo 6; la propaggine 42 è atta a creare un tampone di supporto radiale per lo schermo 6; questo, infatti, tramite la propaggine 42 si può appoggiare sull'anello 41 quando il complesso di tenuta 1 non è ancora montato nella sede 4, mantenendosi così sostanzialmente in asse con lo schermo 7; la propaggine 43 serve per migliore la tenuta, in modo noto, sulla sede di alloggiamento 4; una analoga propaggine in gomma potrebbe essere disposta nel vano della porzione a manicotto 9 lasciato libero dallo scalino 33 tra questa e l'albero 3, per migliorare l'ancoraggio all'albero 3 stesso dello schermo 7.

Grazie alla struttura descritta nei dettagli, effettuando una scomposizione matematica e geometrica degli sforzi agenti sul labbro 14 e, in particolare, sulla porzione 16 e lo spigolo 22, si può dimostrare che il carico S agente sullo spigolo di tenuta 22 è sostanzialmente indipendente sia dalla larghezza della zona di contatto tra spigolo 22 e superficie 23 (che, ovviamente, non è lineare, cioè a larghezza zero, in quanto occorre tenere conto delle deformazioni elastiche dello spigolo 22), sia da piccole variazioni assiali di posizione dello spigolo 22, per cui l'azione di tenuta si mantiene sostanzialmente costante con il progressivo usurarsi del labbro 14 e, quindi, dello spigolo 22, che tende ad appiattire progressivamente il risalto 20, allargando sempre più la zona di contatto con la superficie 23. La perdita dell'azione di tenuta si ha, inoltre, per usure dello spigolo 22 ben maggiori di quelle che darebbero luogo ad una perdita in caso di tenute radiali tradizionali, in quanto l'insieme delle azioni della molla 25 e di attrito sulla superficie 23 realizzano condizioni che rendono il meato di olio che va a riempire progressivamente lo spazio di contatto maggiormente stabile.

Resta inteso che al complesso di tenuta descritto possono essere apportate numerose modifiche·e varianti che non escono dall'ambito delle rivendicazioni: in particolare, è chiaro che la superficie di strisciamento 23 potrebbe essere ricavata, anziché sullo schermo 7, direttamente sull'albero 3 oppure su un qualsiasi altro componente interposto tra l'albero 3 e il complesso di tenuta: in tal caso, lo schermo 7 potrebbe anche mancare del tutto.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Complesso di tenuta inseribile tra due organi in rotazione relativa, comprendente un primo schermo anulare, portato solidale da un primo di detti organi e provvisto di un organo di tenuta realizzato in un materiale elastomerico, ed una superficie di strisciamento, portata solidale da un secondo di detti organi, detto primo schermo comprendendo a sua volta una porzione a manicotto per il calettamento su detto primo organo ed una porzione a flangia, disposta radialmente, sostanzialmente perpendicolare alla porzione a manicotto e disposta sostanzialmente affacciata a detta superficie di strisciamento; detto organo di tenuta essendo portato da detto primo schermo in corrispondenza di un bordo perimetrale della sua porzione a flangia e comprendendo un primo labbro anulare, che si estende assialmente dalla porzione a flangia, a partire da una propria porzione di radice e verso detta superficie di strisciamento; caratterizzato dal fatto che detto primo labbro comprende una porzione ingrossata di estremità, opposta e radialmente sfalsata rispetto alla porzione di radice, delimitata da un bordo circonferenziale e da un risalto anulare di tenuta con sezione radiale a V e spigolo di tenuta orientato assialmente; detto bordo circonferenziale essendo provvisto di una sede anulare radiale per un organo elastico di ritenuta circonferenziale, atto ad esercitare sul primo labbro una sollecitazione radiale prefissata, ed il risalto a V essendo disposto a fianco della sede per l'organo elastico, con lo spigolo di tenuta verso la superficie di strisciamento portata da detto secondo organo, con la quale coopera a strisciamento in direzione assiale.
2. Complesso di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la detta porzione ingrossata del primo labbro è connessa con la porzione di radice tramite una porzione anulare conformata a costituire una cerniera elastica, il cui centro di rotazione si trova disposto su una retta passante per detto spigolo di tenuta e formante con un piano radiale, ovvero parallelo alla detta superficie di strisciamento e alla detta porzione a flangia del primo schermo, un angolo (y) compreso tra 20° e 60°.
3. Complesso di tenuta secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il detto risalto a V presenta un primo e da un secondo fianco delimitanti da banda opposta detto spigolo di tenuta, ciascun fianco essendo definito da una superficie conica formante un angolo prefissato con detta superficie di strisciamento cooperante con detto spigolo di tenuta.
4. Conplesso di tenuta secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la superficie conica del detto primo fianco forma con detta superficie di strisciamento un angolo (a) compreso tra 30° e 80°; mentre la superficie conica del secondo fianco forma con la medesima detta superficie di strisciamento un angolo (β) compreso tra 10° e 45°.
5. Complesso di tenuta secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il detto secondo fianco è provvisto di una pluralità di rigature.
6. Complesso di tenuta secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un primo ed un secondo schermo anulare montati tra loro affacciati e coassiali, ciascuno dei quali comprende una porzione a manicotto per il calettamento su uno di detti organi ed una porzione a flangia, disposta radialmente, sostanzialmente perpendicolare alla rispettiva porzione a manicotto, le porzioni a flangia di detti primo e secondo schermo essendo disposte affacciate; detta superficie di strisciamento essendo definita da una superficie di detta porzione a flangia del secondo schermo rivolta verso la porzione a flangia del primo schermo.
7. Complesso di tenuta secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il detto primo schermo è montato calzato intorno alla porzione a manicotto del secondo schermo ed è bloccato assialmente sulla stessa, con il detto risalto a V disposto con il proprio spigolo di tenuta contro la porzione a flangia del secondo schermo, da un anello piantato sulla porzione a manicotto del secondo schermo, da banda opposta alla rispettiva porzione a flangia, in battuta assiale contro un tampone elastomerico della porzione a flangia del primo schermo definito da una propaggine della porzione di radice del primo labbro.
8 . Complesso di tenuta secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che da detta porzione di radice del primo labbro si estende radialmente, verso la porzione a manicotto del secondo schermo, un secondo labbro, cooperante con gioco con una superficie laterale della porzione a manicotto del secondo schermo, la quale è conformata in modo da definire un gradino disposto sostanzialmente di fronte al secondo labbro, tra questo e la rispettiva porzione a flangia del secondo schermo, in modo da definire una tenuta addizionale a labirinto.
9 . Complesso di tenuta secondo una delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzato dal fatto che detta porzione ingrossata di estremità si rastrema progressivamente verso la porzione di radice ed è delimitata, da banda opposta a detto risalto anulare, da una faccia anulare piana disposta sostanzialmente perpendicolare a dette porzioni a manicotto; detta sede anulare radiale per l'organo elastico di ritenuta essendo definita da una gola delimitata da una parete di fondo semicircolare avente centro di curvatura disposto sostanzialmente alla stessa distanza radiale dalle porzioni a manicotto dello spigolo di tenuta; tra detta gola e detto risalto a V essendo interposta una costola radiale estendentesi a sbalzo da detto bordo circonferenziale, ricavata di pezzo con il primo labbro.
10. Complesso di tenuta secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta porzione anulare conformata a costituire una cerniera elastica è definita da un tratto intermedio di detto primo labbro, di collegamento tra la porzione di radice e la detta porzione ingrossata di estremità, il quale è delimitato radialmente, verso detta sede per l'organo elastico di ritenuta, da una gola semicircolare, e da banda opposta da un secondo labbro, cooperante con gioco con la porzione a manicotto del secondo schermo; detto centro di rotazione essendo definito dal punto di incrocio tra le diagonali tracciate tra le estremità assiali della detta gola e opposti fianchi di detto secondo labbro.
11. Complesso di tenuta sostanzialmente come descritto e come illustrato con riferimento al disegno annesso.