ITTO981036A1

ITTO981036A1 - Dispositivo di tenuta per cuscinetti.

Info

Publication number: ITTO981036A1
Application number: IT001036A
Authority: IT
Inventors: Andreas Ruetter; Angelo Vignotto
Original assignee: Skf Ind Spa
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2000-06-11
Also published as: IT1303577B1; ITTO981036A0; EP1008775A3; EP1008775A2

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di tenuta per cuscinetti.

Nei cuscinetti di rotolamento è noto l'impiego di dispositivi di tenuta per sigillare ermeticamente l'intercapedine anulare individuata tra gli anelli del cuscinetto.

Facendo riferimento alla FIG.l dei disegni allegati, che è una sezione assiale parziale di un cuscinetto provvisto di dispositivi di tenuta di tipo tradizionale, un cuscinetto di rotolamento comprende un anello radialmente esterno 10 stazionario ed una coppia di semianelli radialmente interni 12 rotanti. Ad entrambe le estremità assiali del cuscinetto sono montati rispettivi dispositivi di tenuta indicati complessivamente con 14 atti a chiudere l'intercapedine anulare tra gli anelli interni e quello esterno. Più in particolare, ciascun dispositivo di tenuta assolve il duplice compito di: impedire l'ingresso di agenti contaminanti esterni (acqua, polvere, fango) nelle parti interne del cuscinetto dove sono presenti gli elementi di rotolamento 16; e, contemporaneamente

impedire la fuoriuscita del grasso lubrificante che è normalmente contenuto nell'ambiente interno 18 del cuscinetto per lubrificare le superfici interessate dal rotolamento.

Come illustrato in maggior dettaglio in FIG.2, ciascun dispositivo di tenuta comprende uno schermo anulare 20 solidale ad uno degli anelli interni rotanti 12 ed uno schermo anulare 22 solidale all'anello esterno stazionario 10 e recante una guarnizione elastica di tenuta 24 che si impegna in contatto strisciante sullo schermo anulare rotante 20. Nella maggior parte dei dispositivi di tenuta di questo tipo la guarnizione di tenuta forma una pluralità di labbri di tenuta 26, 28 che contattano lo schermo opposto in zone distinte. Come mostrato in FIG.2, dove per semplicità di illustrazione la guarnizione 24 è rappresentata in condizione indeformata, la configurazione del dispositivo di tenuta è tale per cui gli elementi che lo costituiscono individuano una prima camera anulare esterna 30, aperta verso l'esterno in 32, ed una seconda camera anulare più interna 34 a tenuta ermetica. La seconda camera 34 è delimitata da una superficie di guarnizione 36 compresa tra i due labbri 26, 28, e da una corrispondente porzione superficiale 38 dello schermo 20.

Tradizionalmente la camera stagna 34, intermedia tra la camera esterna 30 e l'ambiente interno 18 del cuscinetto, è riempita di un apposito grasso lubrificante, che solitamente presenta proprietà fisiche e chimiche diverse dal grasso utilizzato per la lubrificazione delle parti rotolanti del cuscinetto. Il lubrificante contenuto nella camera intermedia 34 serve, in modo particolare, a ridurre l'attrito generato nello strisciamento del labbro esterno 28 contro lo schermo 20, mentre il lubrificante contenuto nell'ambiente interno 18 garantisce comunque un certo grado di lubrificazione del labbro più interno 26 .

I dispositivi di tenuta tradizionali del tipo sopra discusso comportano una serie di inconvenienti che ne pregiudicano l'efficacia.

La presenza del lubrificante nella camera intermedia è necessaria per ridurre l'attrito e dei labbri e quindi le temperature di esercizio, oltre che l'usura di labbri della guarnizione. In assenza di tale lubrificante, infatti, il materiale elastomerico di cui è costituita la guarnizione sarebbe soggetto ad una rapida usura e a deformazioni permanenti provocate da temperature troppo elevate, per cui il dispositivo di tenuta perderebbe rapidamente le proprie caratteristiche di ermeticità.

Inoltre, a seguito di prolungati periodi di inattività, il materiale elastico e soffice della guarnizione tende ad aderire alla superficie metallica dello schermo cui è affacciata, per cui all'atto della ripresa del moto di strisciamento dopo lunga inattività si verifica un attrito elevato con conseguente usura rapida e degradamento della guarnizione in presenza di temperature elevate dovute alla mancanza di lubrificante.

Il materiale elastomerico della guarnizione è inoltre soggetto ad alterazioni dovute al contatto con i lubrificanti, e cioè rigonfiamento e ritiro, che comportano una deformazione irreversibile della guarnizione con perdita della configurazione di progetto. Il rigonfiamento è dovuto al fatto che gli strati superficiali dell'elastomero, che sovente sono porosi a causa di una vulcanizzazione incompleta, tendono ad impregnarsi di olio lubrificante. In altri casi si verifica invece un ritiro dell'elastomero dovuto alla fuoriuscita di sostanze plastificanti dal materiale polimerico, soprattutto in presenza di temperature elevate.

L'applicazione del lubrificante nelle zone della guarnizione che individuano la camera intermedia sopra discussa, è un'operazione che richiede un elevato grado di precisione. Come illustrato ad esempio in FIG.3, in cui è prevista una guarnizione che presenta quattro labbri di tenuta individuanti tre camere intermedie adiacenti, il costruttore di guarnizioni deve introdurre piccole quantità di grasso lubrificante tra un labbro e l'altro. Come si comprenderà, soprattutto con guarnizioni di piccole dimensioni, l'iniezione del lubrificante è un'operazione delicata e costosa per il fatto che richiede l'impiego di apposite macchine ad elevata precisione. È inoltre difficile controllare che il grasso lubrificante sia stato applicato correttamente.

In aggiunta, il lubrificante deve essere dosato con esattezza affinché non coli quando le guarnizioni (con i relativi schermi su cui sono vulcanizzate) sono stoccate assialmente in pile prima di essere montate sui cuscinetti. In tale evenienza c'è il rischio che due guarnizioni adiacenti si attacchino e che la macchina che monta automaticamente gli schermi sul cuscinetto ne prelevi ed inserisca erroneamente due invece di uno, rischiando un inceppamento o di eseguire un'operazione errata e pregiudizievole per il cuscinetto. Questo inconveniente si può peraltro presentare anche se il grasso lubrificante è stato applicato nella misura prescritta; specialmente se la temperatura dell'ambiente di stoccaggio è elevata, una certa quantità di olio si può separare dalla frazione più solida del grasso, e colare sulle altre guarnizioni della pila con conseguenze analoghe a quelle sopra menzionate.

Si noti che anche due guarnizioni elastomeriche adiacenti non lubrificate tendono ad aderire l'una all'altra e a provocare lo stesso inconveniente.

Il costruttore di schermi deve perciò gestire diversi tipi di grasso lubrificante, che devono essere scelti caso per caso a seconda delle applicazioni del cuscinetto su cui va montato il dispositivo di tenuta, tenendo anche in considerazione il tipo di grasso lubrificante che si prevede di utilizzare all'interno del cuscinetto, con il quale il grasso lubrificante per il dispositivo di tenuta deve essere chimicamente compatibile.

Come si comprenderà, un dispositivo di tenuta difettoso pregiudica la durata del cuscinetto su cui è montato, soprattutto se il cuscinetto è destinato a lavorare in un ambiente in è presente una grande quantità di agenti contaminanti, come è ad esempio il caso per i cuscinetti dei mozzi delle ruote degli autoveicoli .

È scopo della presente invenzione realizzare un dispositivo di tenuta di tipo perfezionato, capace di ovviare agli inconvenienti sopra discussi.

Questo scopo è raggiunto, in accordo con la presente invenzione, da un dispositivo di tenuta avente le caratteristiche definite nella rivendicazione 1.

Altre caratteristiche importanti sono richiamate nelle altre rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di alcuni suoi esempi di realizzazione fatta con riferimento ai disegni allegati, dati a titolo indicativo e non limitativo, in cui:

la FIG.l è una vista parziale in sezione assiale di un cuscinetto provvisto di un dispositivo di tenuta di tipo tradizionale,·

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

la FIG.3 è una vista in sezione assiale di un gruppo cuscinetto-mozzo della ruota di un autoveicolo dotato di un altro dispositivo di tenuta di tipo tradizionale;

le FIGG.4-8 sono viste in sezione assiale di diverse forme di realizzazione alternative di un dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione.

Facendo riferimento alla FIG.4, ed utilizzando gli stessi numeri di riferimento già introdotti per designare parti uguali o analoghe discusse in relazione alle FIGG.1-3, con 14 è complessivamente indicato un dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione.

In estrema sintesi, il dispositivo di tenuta 14 comprende uno schermo anulare 20 solidale ad un anello radialmente interno e rotante 12 di un cuscinetto di rotolamento ed un secondo schermo anulare 22 solidale ad un anello radialmente esterno e stazionario 10 del cuscinetto. Allo schermo stazionario 10 è fissata una guarnizione di tenuta 24 in materiale elastomerico che forma una pluralità di labbri di tenuta 26, 28 che si impegnano sullo schermo opposto 20 in corrispondenza di rispettive zone superficiali di contatto strisciante evidenziate in tratteggio con A e B.

Secondo la presente invenzione, almeno uno degli elementi formanti una superficie sulla quale ha luogo tale contatto strisciante presenta, in corrispondenza delle zone di contatto strisciante, uno strato di rivestimento superficiale di materiale lubrificante solido. Materiali adatti allo scopo potranno essere ad esempio Teflon<® >(poli-tetrafluoruroetilene) , grafite, bisolfuro di molibdeno, silicone o altri materiali che esibiscono comunque un coefficiente di attrito ridotto.

L'applicazione del rivestimento potrà avvenire in modo diversi, ad esempio tramite immersione in un bagno liquido o per spruzzatura. Quest'ultima tecnica è preferibile quando si desideri realizzare un rivestimento limitato ad una o alcune zone superficiali di uno dei due elementi, ad esempio se si sceglie di trattare limitatamente una superficie estesa limitatamente alla zona o zone di contatto strisciante .

Nell'esempio di FIG.4 uno strato di rivestimento superficiale di materiale solido 40 è formato solo su quella parte della superficie esterna della guarnizione 24 che include le superfici 26a e 28b dei labbri 26, 28 atte ad impegnarsi in contatto strisciante contro corrispondenti superfici 20a e 20b dello schermo 20 nelle zone A e B, rispettivamente.

Nell'esempio di FIG.5 la guarnizione 24, già attaccata allo schermo 22, è stata immersa con questo in un bagno di uno dei materiali lubrificanti sopra citati, ottenendo un rivestimento completo.

In FIG.6 il rivestimento di lubrificante solido 40 è limitato ad una zona esterna della guarnizione che include le superfici di contatto 26a e 28b, mentre in FIG.7 solo queste ultime due superfici sono state trattate. In FIG.8, invece, la guarnizione 24 non è trattata, mentre il rivestimento di lubrificante solido è applicato sul lato dello schermo 20 rivolto in uso verso la guarnizione 24, in modo da ricoprire le zone superficiali 20a e 20b contattate rispettivamente dai labbri 28 e 26.

Come si potrà apprezzare, il dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione non necessita del grasso lubrificante utilizzato tradizionalmente, il che permette di ovviare agli inconvenienti discussi nella parte introduttiva della,descrizione.

Inoltre, con particolare riferimento alle forme di realizzazione illustrate nelle FIGG. 4 e 5, poiché la superficie radialmente esterna 42 della guarnizione 24 è provvista di lubrificante solido, si riduce o si annulla il cosiddetto effetto di "spring-back" secondo cui una guarnizione tradizionaie tende ad opporsi elasticamente all'inserimento forzato nell'anello 10 del cuscinetto per interferenza radiale con quest'ultimo. Risulta quindi più facile montare il dispositivo di tenuta nel cuscinetto in una posizione assiale corretta.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni. Ad esempio, l'invenzione è ugualmente applicabile anche a dispositivi di tenuta che presentano un solo labbro di strisciamento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di tenuta atto a sigillare un'intercapedine anulare tra gli anelli (10, 12) di un cuscinetto di rotolamento, il dispositivo comprendendo una guarnizione di tenuta (24) di materiale elastomerico atta ad essere fissata solidalmente ad uno (10) di detti anelli (10, 12) e provvista di almeno un labbro di tenuta (26, 28) presentante almeno una superficie (26a, 28b) atta ad impegnarsi in contatto strisciante su almeno una corrispondente superficie opposta (20a, 20b) solidale all'altro (12) di detti anelli (10, 12), caratterizzato dal fatto che almeno una di dette superfici (26a, 20a; 28b, 20b) è formata da uno strato di rivestimento (40) di materiale lubrificante solido.
2. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato superficiale di lubrificante solido (40) è realizzato su almeno una superficie (26a, 28b) di un corrispondente labbro (26, 28) della guarnizione di tenuta (24).
3. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta guarnizione (24) presenta una pluralità di labbri (26, 28) le cui superfici (26a, 28b) destinate a contattare dette corrispondenti superfici opposte (20a, 20b) sono costituite da rispettivi strati (40) di materiale lubrificante solido.
4. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato superficiale di lubrificante solido (40) è realizzato su almeno una superficie (20a, 20b) di uno schermo anulare (20) destinata ad essere contattata in modo strisciante da almeno un corrispondente labbro (26, 28) della guarnizione di tenuta (24).
5. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta guarnizione (24) ha una superficie (42) essenzialmente cilindrica atta a contattare una sede di uno (10) degli anelli del cuscinetto per inserimento forzato della guarnizione in detta sede, detta superficie (42) essendo costituita almeno in parte da materiale lubrificante solido.
6. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione l, caratterizzato dal fatto che detto materiale lubrificante solido è scelto dal gruppo costituito da: (poli-tetra-fluoruroetilene), grafite, bisolfuro di molibdeno, silicone.
7. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato di rivestimento di materiale lubrificante solido è realizzato per spruzzatura.
8. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato di rivestimento di materiale lubrificante solido è realizzato per immersione in un bagno liquido.