PL234507B1

PL234507B1 - Rolka paska klinowego i sposób odprowadzania ciepła z łożyska rolki

Info

Publication number: PL234507B1
Application number: PL424666A
Authority: PL
Inventors: Marcin Bochnia; Rafał Setlak
Original assignee: Caffaro W Szafarski I Wspolnicy Spolka Jawna
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2020-03-31
Also published as: PL424666A1; EP3537005A1; RU2019104702A; EP3537005B1; RU2734438C2; RU2019104702A3

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja rolki przeznaczonej do prowadzenia lub napinania paska klinowego, w szczególności w pojazdach mechanicznych. Przedmiotem wynalazku jest także sposób odprowadzania ciepła z łożyska rolki.

Rolki prowadzące lub napinające pasek klinowy w pojazdach mechanicznych wytwarzane są najczęściej z metali, na przykład ze stali lub z tworzyw sztucznych, na przykład poliamidu z włóknem szklanym. Rolki z tworzyw sztucznych produkowane są metodą formowania wtryskowego. Rolki metalowe są toczone lub wytłaczane z blachy.

O żywotności rolki w znacznej mierze decyduje żywotność łożyska, na którym jest osadzona. Łożysko jest narażone na działanie sił mechanicznych oraz wynikającej z tego działania temperatury. Długotrwała praca w warunkach wysokiej temperatury powstałej w wyniku pracy łożyska a także pochodzącej dodatkowo od nagrzanego bloku silnika spalinowego obniża żywotność łożyska. Metal jest dobrym przewodnikiem cieplnym i tym samym odprowadzanie temperatury z łożyska jest z reguły wystarczające. W przypadku rolek z tworzyw sztucznych odprowadzanie ciepła z łożyska w przypadku pracy rolki w trudnych warunkach temperaturowych jest niewystarczające.

W znanej konstrukcji rolka składa się z pierścienia zewnętrznego, stanowiącego najczęściej bieżnię dla paska klinowego oraz pierścienia wewnętrznego, wewnątrz którego osadzone jest łożysko. Przestrzeń pomiędzy pierścieniami jest najczęściej wypełniona i w przypadku rolek z tworzyw sztucznych najczęściej wzmocniona jest ożebrowaniem składających się z wypukłych piór łączących oba pierścienie które są ułożone promieniowo. W stalowych rolkach czasami występują otwory techniczne wykorzystywane dla dostępu narzędzia, najczęściej klucza za rolkę lub zmniejszające masę.

Ze stanu techniki znane są różne sposoby chłodzenia łożysk. Najczęściej stosowane jest chłodzenie powietrzem lub cieczą. Znane jest także obudowanie łożyska różnego rodzaju radiatorami, przy czym dąży się do tego, by powierzchnia radiatora była jak największa.

Amerykański opis patentowy US2017358326A1 ujawnia zespół napędu dysku twardego komputera, tzw. e-block, który zawiera wiele ramion osadzonych współosiowo na łożyskach i napędzanych silnikiem VCM. Ze względu na to, iż w trakcie pracy w łożyskach wzrasta temperatura w rozwiązaniu według patentu zawarte są elementy radiacyjne, które pobierają ciepło poprzez e-block a następnie rozpraszają je do otoczenia. Powierzchnia radiacyjna tych elementów jest większa niż powierzchnia styku z e-blockiem, poprzez zastosowanie zygzakowatej lub falistej powierzchni.

Chiński opis wzoru użytkowego CN202097039 (U) ujawnia urządzenie chłodzące łożysko wirówki dekantyzacyjnej. Urządzenie zawiera wentylator i kanał prowadzący powietrze. Przy czym wentylator jest przytwierdzony na bębnie centryfugi w pobliżu łoża głównego łożyska. Powietrze napędzane wentylatorem owiewa łożysko.

Japoński opis zgłoszeniowy JP2003293977A ujawnia zewnętrzne urządzenie chłodzące łożysko pompy. W urządzeniu tym na zewnętrznej obudowie łożyska znajdują się żebra radiatora, zaś wentylator osiowy jest przymocowany do wału pompy na górnej części zewnętrznego łożyska. Wentylator obraca się zgodnie z obrotem wału pompy, przez co powietrze owiewa wypusty radiatora. Żebra mają specjalne ukształtowanie, powodujące skierowanie strumienia powietrza.

Niemiecki wzór użytkowy DE3025798 ujawnia konstrukcję umożliwiającą chłodzenie łożyska i tarczy hamulcowej. Kula lub łożysko wałeczkowe do podtrzymywania kół pojazdu, które są zamontowane na wewnętrznej bieżni łożyska z bębnem hamulcowym lub tarczą hamulcową, ma otwory w przedłużeniu bieżni wewnętrznej, które działają jak wentylator z przepływem promieniowym, gdy koło obraca się. Wywołany w ten sposób przepływ powietrza jest skierowany na łożysko koła i na kanały z tyłu tarczy hamulcowej, aby chłodzić łożysko i hamulec. Bieżnia wewnętrzna łożyska kulkowego ma otwory w kołnierzu przenoszącym tarczę hamulcową i koło, które działają jak wentylator promieniowy. Indukowany przepływ powietrza częściowo chłodzi tarczę hamulcową poprzez kanały, a częściowo zewnętrzną bieżnię.

Celem wynalazku jest konstrukcja rolki prowadzącej lub napinającej z tworzywa sztucznego, która pozwalałaby na lepsze odprowadzanie ciepła z łożyska. Celem wynalazku jest także zmniejszenie ilości zastosowanego tworzywa sztucznego dla jej wyprodukowania. Celem wynalazku jest opracowanie sposobu na skuteczniejsze odprowadzanie nadmiaru ciepła wywołanego przez ruch obrotowy łożyska, ciepła akumulowanego od bloku silnika spalinowego oraz wzrostu ciepła wynikającego ze zbyt mocnego napięcia prowadzonego przez rolkę paska.

PL 234 507 B1

Podczas prac badawczych zauważono, że pomimo ruchu obrotowego oraz występowania piór w rolce z tworzywa sztucznego, nie generuje ona wystarczającego przepływu powietrza dla odprowadzania ciepła powstającego w wyniku tarcia w łożysku. Zaproponowano więc zmodyfikowaną konstrukcję rolki oraz zmodyfikowany sposób chłodzenia łożyska uzyskany przez tą konstrukcję.

Istotę konstrukcji rolki według wynalazku stanowi rolka dla napinania lub prowadzenia paska zawierająca zasadniczo łożysko na którym osadzony jest pierścień wewnętrzny, pióra podporowe łączące pierścień wewnętrzny z pierścieniem zewnętrznym stanowiącym bieżnię rolki, oraz wypełnienie podporowe pomiędzy piórami podporowymi. Istotę wynalazku stanowi to, że rolka zawiera co najmniej dwa okna rozłożone równomiernie w obwodowej przestrzeni między pierścieniami. Okna po bokach ograniczone są powierzchnią piór, które z jednej strony zasadniczo w połowie swojej szerokości odchylone są od płaszczyzny środkowego przekroju podłużnego rolki o kąt a e <10°-45°> i ułożone są względem siebie w taki sposób, że, część nieodchylona jednego pióra (421) leży naprzeciw części odchylonej drugiego pióra (422).

W innej korzystnej postaci pióra rolki są dodatkowo odchylone od promienia rolki o kąt β e <5°-50°>.

W innej, szczególnie korzystnej postaci rolka wykonana jest z tworzywa sztucznego oraz zawiera metalowe zbrojenie o nieciągłej powierzchni.

Korzystnie metalowe zbrojenie ma wewnętrzny pierścień, który obejmuje obudowę łożyska i odpowiada wewnętrznemu pierścieniowi rolki oraz zewnętrzny pierścień, który odpowiada zewnętrznemu pierścieniowi rolki, zaś pomiędzy pierścieniami i zbrojenia znajdują się elementy łączące.

W korzystnej postaci nieciągła powierzchnia zbrojenia przejawia się w istnieniu otworów w elementach łączących, otworów w pierścieniu zewnętrznym oraz w przelotowych wybraniach w pierścieniu wewnętrznym.

Korzystnie tworzywo rolki stanowi poliamid z domieszką włókna szklanego.

Korzystnie materiał zbrojenia stanowi głęboko tłoczona blacha o grubości w zakresie 0,4-0,7 mm.

Korzystnie szerokość piór przy wewnętrznym pierścieniu jest mniejsza niż szerokość piór przy zewnętrznym pierścieniu.

Istota sposobu odprowadzania ciepła z łożyska rolki według wynalazku polega na tym, że ciepło powstałe w wyniku ruchu obrotowego łożyska wyprowadza się poprzez strukturę metaliczną o dużej przenikalności cieplnej opasającą obudowę łożyska w postaci zbrojenia do przestrzeni pomiędzy pierścieniami i rolki oraz do powierzchni obwodu zewnętrznego rolki oraz dodatkowo eksponuje się na przepływ powietrza pomiędzy wewnętrznym i zewnętrznym pierścieniem rolki wywołanym przez ruch obrotowy rolki i odpowiednie ukształtowanie położenia jej piór.

Rolka według wynalazku, dzięki zastosowanemu, intensywnemu przepływowi powietrza z otoczenia o niższej temperaturze w kierunku otoczenia o wyższej temperaturze, w skuteczny sposób odprowadza nadmiar ciepła z łożyska, co skutkuje przedłużeniem jego żywotności i tym samym żywotności całej rolki. Ponadto rolka działa jak wentylator także w stosunku do innych elementów układu, w szczególności może doprowadzać i tym samym chłodzić element napędowy, do którego jest przymocowana. Konstrukcja rolki powoduje istotne zużycie surowca w postaci tworzyw sztucznych. W miejscach okien tworzywo nie występuje. Ma to istotny wpływ na ochronę środowiska. Zastosowanie metalowych zbrojeń dodatkowo zwiększa odprowadzanie ciepła, gdyż zbrojenie to działa jak radiator.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie:

Fig. 1 a-e przedstawia różne rzuty (a przekrój podłużny, b - przekrój przez cięciwę, c - widok z przodu, d - rzut izometryczny, e - widok perspektywiczny) rolki opisanej w przykładzie pierwszym, wariant z dwoma oknami.

Fig. 2 a-e przedstawia odpowiednie rzuty rolki z przykładu pierwszego, wariant z trzema oknami.

Fig. 3 a-e przedstawia odpowiednie rzuty rolki z przykładu pierwszego, wariant z czterema oknami.

Fig. 4 a-e przedstawia odpowiednie rzuty rolki z przykładu pierwszego, wariant z sześcioma oknami.

Fig. 5 a-e przedstawia odpowiednie rzuty rolki z przykładu pierwszego, wariant z ośmioma oknami.

Fig. 6 a-c przedstawia różne warianty kąta a dla odchylenia piór rolki od środkowej płaszczyzny przekroju podłużnego rolki.

PL 234 507 B1

Fig. 7 a-e przedstawia różne rzuty (a - przekrój podłużny, b - przekrój przez cięciwę, c - widok z przodu, d - rzut izometryczny, e - widok perspektywiczny) rolki opisanej w przykładzie drugim, wariant z dwoma oknami.

Fig. 8 a-e przedstawia odpowiednie rzuty rolki z przykładu drugiego, wariant z trzema oknami.

Fig. 9 a-e przedstawia odpowiednie rzuty rolki z przykładu drugiego, wariant z czterema oknami.

Fig. 10 a-e przedstawia odpowiednie rzuty rolki z przykładu drugiego, wariant z sześcioma oknami.

Fig. 11 a-e przedstawia odpowiednie rzuty rolki z przykładu drugiego, wariant z ośmioma oknami.

Fig. 12 a-b - Fig. 14 a-b przedstawia różne warianty kąta β dla odchylenia piór rolki od promienia rolki.

Fig. 15 przedstawia zbrojenie rolki według przykładu 3 w rzucie izometrycznym.

Fig. 16 przedstawia widok zbrojenia od przodu.

Fig. 17 przedstawia widok rolki z tworzywa z wewnętrznym zbrojeniem.

P r z y k ł a d 1

Rolka przeznaczona zasadniczo do prowadzenia lub napinania paska klinowego w silnikach, o spalaniu wewnętrznym, pojazdów mechanicznych, przedstawiona na Fig. 1-Fig. 6, wykonana jest z materiału poliamidowego z domieszką włókna szklanego. Rolka składa się z pierścienia zewnętrznego 1, od zewnętrznej strony stanowiącego bieżnię dla paska klinowego oraz pierścienia wewnętrznego 2, wewnątrz którego osadzone jest łożysko 3. Pomiędzy pierścieniami znajdują się pióra podporowe 41, 42 w tym przykładzie ułożone zasadniczo promieniście względem środka rolki. Szerokość piór 41 i 42 przy wewnętrznym pierścieniu 2 jest mniejsza niż szerokość piór przy zewnętrznym pierścieniu. Pomiędzy niektórymi piórami jest wypełnienie podporowe 5, którego szerokość jest istotnie mniejsza niż szerokość piór podporowych 4. Część piór podporowych 41 jest usytuowana symetrycznie i prostopadle do środkowej płaszczyzny przekroju podłużnego rolki oraz prostopadle to powierzchni pierścieni 1 i 2. Część piór 42 nie jest symetryczna względem środkowej płaszczyzny przekroju podłużnego rolki. Niesymetryczne pióro 42, jest z jednej strony w połowie swojej szerokości odchylone od płaszczyzny środkowego przekroju podłużnego rolki o kąt a e <10°-45°>, co zostało przedstawione na Fig. 6a-c. Niesymetryczne pióra 42 ułożone są względem siebie w taki sposób, że, część nieodchylona jednego pióra 421 leży naprzeciw części odchylonej drugiego pióra 422. W przestrzeni pomiędzy symetrycznymi piórami 41 oraz pomiędzy symetrycznymi piórami 41 i niesymetrycznymi piórami 42 znajduje się wypełnienie podporowe 5. W przestrzeni pomiędzy niesymetrycznymi piórami 42 nie ma wypełnienia podporowego 5. Przestrzeń bez wypełnienia pomiędzy piórami 4b tworzy okno 6 stanowiące kierownicę powietrzną.

Okna 6 pomiędzy piórami 42 umożliwiają przepływ powietrza pomiędzy nimi. Dodatkowo odchylenia 421 i 422 powierzchni piór powoduje zagarnianie powietrza i kierowanie go przez wnękę otworu a następnie poza rolkę w kierunku od obszaru niższej temperatury do obszaru wyższej temperatury. Takie ukształtowanie piór 42 tworzy kierownice dla przepływu powietrza. W typowych rolkach według przykładu 1 może się znajdować dwa (Fig. 1 a-e) lub trzy (Fig. 2 a-e) lub cztery (Fig. 3 a-e) lub sześć (Fig. 4 a-e) lub osiem okien (Fig. 5 a-e) 6, które są równomiernie rozmieszczone w obwodowej przestrzeni pomiędzy pierścieniami 1 i 2. Rolka w opisanej wyżej konfiguracji może kręcić się w obie strony, w zależności od tego w którą stronę przez nią ma przebiegać strumień powietrza. Możliwy jest więc nawiew na obiekt do którego jest przymocowana, przykładowo korpus silnika, lub wywiew gorącego powietrza od korpusu silnika.

P r z y k ł a d 2

W drugim przykładzie wykonania pióra podporowe 41 i 42 rolki wykonanej z takiego samego materiału jak w przykładzie 1, są odchylone od promienia o kąt β e <5°-50°>. Fig. 12 a, b przedstawia wariant rolki, gdzie kąt β wynosi 50°, Fig. 13 a, b przedstawia wariant rolki, gdzie kąt β wynosi 32° Fig. 14 a-b przedstawia wariant rolki, gdzie kąt β wynosi 5°. Znacznie większe odchylenie niż 50° utrudniłoby wykonanie odlewu wtryskowego. Pozostały układ piór jest analogiczny jak w przykładzie pierwszym. Podane w przykładzie pierwszym ilości okien 6 również mają zastosowanie w niniejszej rolce z odchylonymi promieniowo piórami. (Fig. 7a, b, c, d, e - Fig. 11 a, b, c, d, e). Rolka jest jednostronna, tzn. Powinna się obracać w kierunku odchylenia piór.

P r z y k ł a d 3

W trzecim przykładzie wykonania, układ piór jest taki sam jak w przykładzie 1 lub 2, czyli rolka ma promieniście ułożone pióra, lub odpowiednio odchylone od promienia, z tym że wewnątrz poliamidowego odlewu znajduje się metalowe zbrojenie 7 (Fig. 15 - Fig. 17). Zbrojenie 7 wykonane jest

PL 234 507 B1 z blachy głęboko tłoczonej o grubości ok. 6 mm. W zbrojeniu 7 wykonane są otwory 81 i 82. Zbrojenie 7 ma wewnętrzny pierścień 9, który metalicznie opasuje obudowę łożyska i odpowiada wewnętrznemu pierścieniowi 2 rolki oraz zewnętrzny pierścień 10, który odpowiada zewnętrznemu pierścieniowi 1 rolki. Pomiędzy pierścieniami 9 i 10 zbrojenia 7 znajdują się elementy łączące 11. Zbrojenie 7 ma zasadniczo ażurową konstrukcję, którą otrzymuje się na przykład poprzez cięcie laserowe. Ażurowa konstrukcja zbrojenia 7 przejawia się w istnieniu otworów 81 w elementach łączących 11 otworów 82 w pierścieniu zewnętrznym 10 oraz w przelotowych wybraniach 12 w pierścieniu wewnętrznym. Ilość elementów łączących 11 jest odpowiednia dla ilości okien 6 rolki. Wytwarzanie gotowej rolki polega na tym, że zbrojenie 7 nakładane jest na łożysko 3 i następnie obudowywane w formę odlewniczą do której wtłacza się tworzywo poliamidowe. Tworzywo przechodzi przez otwory i wybrania w zbrojeniu, przez co zbrojenie jest przez nie nadlane. Po ostygnięciu rolkę stanowiącą hybrydę tworzywa i metalu wydobywa się z formy. Rolka poliamidowa z wewnętrznym zbrojeniem 7 przedstawiona jest na Fig. 17. Wewnętrzny metalowy pierścień 9 opasujący łożysko w połączeniu z elementami łączącymi 11 i zewnętrznym pierścieniem 10 powoduje zwiększone odprowadzanie ciepła z łożyska. Metal jest znacznie lepszym przewodnikiem cieplnym niż tworzywo, przez co odprowadzenie ciepła jest bardziej efektywne. Zbroje nie rolki powoduje także wzrost jej wytrzymałości na obciążenia mechaniczne.

P r z y k ł a d 4

Sposób odprowadzania ciepła z łożyska rolki polega na tym, że ciepło powstałe w wyniku ruchu obrotowego łożyska 3 wyprowadza się poprzez strukturę metaliczną o dużej przenikalności cieplnej opasującą obudowę łożyska w postaci zbrojenia 7 do przestrzeni pomiędzy pierścieniami 1 i 2 rolki oraz do powierzchni obwodu zewnętrznego rolki oraz dodatkowo eksponuje się na przepływ powietrza pomiędzy wewnętrznym 2 i zewnętrznym pierścieniem 1 rolki wywołanym przez ruch obrotowy rolki i odpowiednie ukształtowanie położenia jej piór 42. Inne możliwe warianty ukształtowania piór 42 i 41 zostały opisane w przykładzie 1 i 2 zaś konstrukcja metalicznej struktury w postaci zbrojenia została opisana w przykładzie 3.

Inne możliwe warianty

Konstrukcje rolki można zastosować także dla wałków stosowanych z łańcuchami. Zastosowanie paska lub łańcucha lub innego medium transportowego zależy bowiem od ukształtowania bieżni rolki.

Wynalazek znajduje zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, a także we wszystkich innych branżach w których przenosi się ruch obrotowy z jednego elementu na drugi przy pomocy pasów i lub łańcuchów.

Wykaz oznaczeń

Pierścień zewnętrzny

Pierścień wewnętrzny

Łożysko

Pióro podporowe

a. 41 pióro podporowe symetryczne

b. 42 pióro podporowe niesymetryczne

c. 421,422 odchylenie pióra podporowego niesymetrycznego

Wypełnienie podporowe

Okno

Zbrojenie

Otwory w zbrojeniu otwory w elementach łączących 11 otwory w pierścieniu zewnętrznym 10

Wewnętrzny pierścień zbrojenia

Zewnętrzny pierścień zbrojenia

Elementy łączące a - kąt odchylenia od płaszczyzny środkowego przekroju poprzecznego rolki β - kąt odchylenia od promienia rolki

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Rolka paska klinowego zawierająca zasadniczo łożysko na którym osadzony jest pierścień wewnętrzny, pióra podporowe łączące pierścień wewnętrzny z pierścieniem zewnętrznym stanowiącym bieżnię rolki, oraz wypełnienie podporowe pomiędzy piórami podporowymi, znamienna tym, że zawiera co najmniej dwa okna (6) rozłożone równomiernie w obwodowej przestrzeni między pierścieniami (1) i (2), gdzie okna (6) po bokach ograniczone są powierzchnią piór (42), które z jednej strony zasadniczo w połowie swojej szerokości odchylone są od płaszczyzny przekroju podłużnego rolki o kąt a e <10°-45°> i ułożone są względem siebie w taki sposób, że część nieodchylona jednego pióra (421) leży naprzeciw części odchylonej drugiego pióra (422).
2. Rolka według zastrz. 1 znamienna tym, że pióra są odchylone od promienia rolki o kąt β e <5°-50°>.
3. Rolka według zastrz. 1 lub 2 znamienna tym, że wykonana jest z tworzywa sztucznego oraz zawiera metalowe zbrojenie (7) o nieciągłej powierzchni.
4. Rolka według zastrz. 3 znamienna tym, że metalowe zbrojenie (7) ma wewnętrzny pierścień (9), który opasuje obudowę łożyska i odpowiada wewnętrznemu pierścieniowi (2) rolki oraz zewnętrzny pierścień (10), który odpowiada zewnętrznemu pierścieniowi (1) rolki, zaś pomiędzy pierścieniami (9) i (10) zbrojenia (7) znajdują się elementy łączące (11).
5. Rolka według zastrz. 3 lub 4 znamienna tym, że nieciągła powierzchnia zbrojenia (7) przejawia się w istnieniu otworów (81) w elementach łączących (11), otworów (82) w pierścieniu zewnętrznym (10) oraz w przelotowych wybraniach (12) w pierścieniu wewnętrznym.
6. Rolka według zastrz. 1 lub 2 lub 3 lub 4 lub 5 znamienna tym, że tworzywo rolki stanowi poliamid z domieszką włókna szklanego.
7. Rolka według zastrz. 3 lub 4 lub 5 znamienna tym, że materiał zbrojenia stanowi głęboko tłoczona blacha o grubości w zakresie 0,4-0,7 mm.
8. Rolka według zastrz. 1 lub 2 lub 3 znamienna tym, że szerokość piór przy wewnętrznym pierścieniu jest mniejsza niż szerokość piór przy zewnętrznym pierścieniu.
9. Sposób odprowadzania ciepła z łożyska rolki znamienny tym, że ciepło powstałe w wyniku ruchu obrotowego łożyska (3) wyprowadza się poprzez strukturę metaliczną o dużej przenikalności cieplnej opasającą obudowę łożyska w postaci zbrojenia (7) do przestrzeni pomiędzy pierścieniami (1) i (2) rolki oraz do powierzchni obwodu zewnętrznego rolki oraz dodatkowo eksponuje się na przepływ powietrza pomiędzy wewnętrznym (2) i zewnętrznym pierścieniem (1) rolki wywołanym przez ruch obrotowy rolki i odpowiednie ukształtowanie położenia jej piór (42).