IT9067417A1 - Dispositivo di tenuta, in particolare per un cuscinetto di rotolamento - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

di brevetto per Invenzione Industriale,

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo di tenuta perfezionato del tipo a doppio schermo, nel quale, tra due schermi rigidi, generalmente in lamiera, è interposto un elemento elastomerico a V comprendente in sequenza due labbri anulari deformabili che esercitano insieme agli schermi una azione di tenuta sia in senso assiale, sia in senso radiale.

E' noto che i cuscinetti di rotolamento utilizzati per impieghi gravosi, quali per esempio quelli montati sui mozzi ruote dei veicoli stradali, sono provvisti di complessi/dispositivi di tenuta inseriti tra gli anelli allo scopo di isolare dall' esterno il vano in cui rotolano i corpi volventi, sia per impedire la fuoriuscita dal medesimo del grasso lubrificante, sia, soprattutto, per impedire l' ingresso di contaminanti esterni quali acqua, polvere, fango, umidità, che produrrebbero in uso la rapida usura del cuscinetto medesimo. I complessi di tenuta attualmente utilizzati sono composti da due schermi rigidi, uno dei dei quali è provvisto a sbalzo di un elemento elastomerico di tenuta una cui coppia di labbri anulari cooperano a strisciamento, un primo, con una porzione a flangia dell' altro schermo e, un secondo, con una porzione a manicotto di quest' ultimo, in modo che il primo labbro esercita una azione di tenuta in senso assiale, mentre, simultaneamente, il secondo labbro esercita una azione di tenuta in senso radiale.

I complessi di tenuta del tipo suddetto garantiscono risultati abbastanza soddisfacenti, ma non sono tuttavia privi di inconvenienti; in particolare, nel caso in cui i due labbri siano ricavati indipendentemente uno dall' altro, in modo da dipartirsi in direzioni differenti a partire da una comune porzione di radice, lo stampaggio dell' elemento elastomerico risulta complesso, per via della presenza di sottosquadri nello stampo, e l' azione di tenuta in senso assiale è soddisfacente solo se gli schermi vengono montati tra gli anelli del cuscinetto con estrema precisione. Viceversa, nel caso più comune in cui l' elemento elastomerico di tenuta è conformato in sezione radiale a V, per cui i labbri sono disposti in sequenza a formare i due lati della V, il labbro assiale dipartendosi a sbalzo dal bordo di tenuta del labbro radiale, lo stampaggio dell' elemento elastomerico risulta più facile, ma l’ azione di tenuta del labbro assiale viene a dipendere strettamente dalle condizioni operative e di lavoro del labbro di tenuta radiale, per cui vi è il rischio di perdere simultaneamente la tenuta su entrambi i labbri o, comunque, di fare lavorare il labbro di tenuta assiale in cattive condizioni; tale ultimo inconveniente può essere almeno in parte superato attraverso una opportuna conformazione dei labbri unitamente all' utilizzazione di un elemento elastico, preferibilmente disposto in posizione disassata rispetto alla posizione del bordo di tenuta del labbro radiale, che viene così a regolare separatamente la pressione di contatto dei due labbri. Tuttavia tale ultima soluzione risulta costruttivamente di una certa complessità e di un certo costo, dovendosi assemblare preventivamente l' elemento elastico sull' elemento di tenuta.

Scopo del trovato è quello di realizzare un dispositivo di tenuta del tipo a doppio schermo che sia privo degli inconvenienti descritti, ovvero che sia costruttivamente facile ed economico da realizzare e che, nel contempo, assicuri una buona azione di tenuta assiale e, soprattutto, la sostanziale indipendenza dell' azione di tenuta assiale da quella radiale.

Il suddetto scopo è raggiunto dal trovato, che è relativo ad un dispositivo di tenuta per l’ inserimento tra due organi in rotazione relativa, del tipo comprendente un primo schermo anulare, sostanzialmente rigido, comprendente una porzione a manicotto atta ad essere montata coassiale ed angolarmente solidale su un primo di detti organi ed una porzione a flangia portata angolarmente solidale e radialmente di sbalzo da detta porzione a manicotto, ed un secondo schermo anulare atto ad essere montato coassiale ed affacciato al detto primo schermo su un secondo di detti organi, detto secondo schermo comprendendo una armatura anulare sostanzialmente rigida atta a venire ancorata angolarmente solidale a detto secondo organo, ed un elemento anulare elastomerico di tenuta conformato in sezione radiale sostanzialmente a V e comprendente un primo labbro anulare, cooperante a strisciamento, a tenuta di fluido, con la detta porzione a manicotto ed un secondo labbro anulare, cooperante a strisciamento, a tenuta di fluido, con la detta porzione a flangia; il detto primo labbro originandosi obliquamente a sbalzo da detta armatura a partire da una prima porzione di radice dell' elemento elastomerico , e detto secondo labbro originandosi assialmente a sbalzo dal primo labbro, parallelamente a detta porzione a manicotto ed a partire da una rispettiva seconda porzione di radice ricavata in corrispondenza di un bordo di tenuta del primo labbro; caratterizzato dal fatto che detta seconda porzione di radice presenta uno spessore inferiore a quello della detta prima porzione di radice, in modo da rendere l' azione di tenuta del secondo labbro indipendente da quella del primo labbro.

Per una migliore comprensione del trovato, viene ora data una descrizione non limitativa di un suo esempio di realizzazione, con riferimento al disegno annesso, nel quale:

la figura 1 illustra una vista in elevazione, sezionata e parziale, di un cuscinetto di rotolamento nel complesso noto e provvisto di un dispositivo di tenuta secondo il trovato, del quale è anche illustrato in scala ingrandita un dettaglio; e

la figura 2 illustra una possibile variante del dispositivo di tenuta secondo il trovato.

Con riferimento alla figura 1, è indicato nel suo complesso con 1 un cuscinetto di rotolamento comprendente un anello esterno 2, un anello interno 3 montato coassiale entro l' anello 2 in modo da definire con questo una cavità anulare 4, ed una pluralità di corpi volventi 5, per esempio sfere, alloggiati nella cavità 4 ed interposti tra gli anelli 2 e 3 per renderli relativamente girevoli con basso attrito; a protezione e chiusura a tenuta di fluido della cavità 4, che oltre a contenere le sfere 5 viene preferibilmente riempita in uso di grasso lubrificante, è interposto tra gli anelli

2 e 3 un dispositivo di tenuta 10. Quest' ultimo, comprende un primo schermo anulare 11, sostanzialmente rigido e preferibilmente realizzato in un unico pezzo in una lamiera metallica, ed un secondo schermo anulare 12 disposto coassiale ed affacciato allo schermo 11 e comprendente una armatura anulare metallica 13, sostanzialmente rigida, conformata in sezione radiale preferibilmente come una C rovesciata, in modo da presentare in uso la concavità rivolta verso i corpi e volventi 5 per permettere l' alloggiamento nella cavità

4 di una maggiore quantità di grasso lubrificante, ed un elemento elastomerico 14 anulare di tenuta, portato solidale a sbalzo dall' armatura 13, per esempio per ancoraggio ottenuto in fase di vulcanizzazione.

Lo schermo 11 comprende una porzione a manicotto

16, mediante la quale lo schermo 11 è calettabile angolarmente solidale e coassiale sull' anello interno

3, ed una porzione a flangia 18, che si origina radialmente di sbalzo da una estremità 17 del manicotto

16, opposta allo schermo 12; questo è calettabile in uso all' anello esterno 2 mediante l' armatura 13, la quale comprende una porzione di ancoraggio 19 a manicotto simile alla 16 atta a cooperare, in modo per altro noto, con una sede di alloggiamento 22 del cuscinetto 1 per ancorare lo schermo 12 angolarmente solidale all' anello esterno 2 e, simultaneamente, per sigillare a tenuta di fluido, sull' esterno, la sede 22.

La tenuta tra i due schermi anulari 11 e 12 montati affacciati e coassiali è assicurata dall' elemento 14, che risulta conformato in sezione radiale sostanzialmente a V e comprende un primo labbro anulare 24 cooperante a strisciamento, a tenuta di fluido, con la porzione a manicotto 16 ed un secondo labbro anulare 25, cooperante a strisciamento, a tenuta di fluido, con la porzione a flangia 18; in particolare il labbro 24 presenta un bordo terminale di tenuta 26 che coopera con interferenza con la porzione a manicotto 16 esercitando di conseguenza una azione di tenuta diretta in senso radiale, mentre il labbro 25 termina con una estremità libera 27 delimitata da un rispettivo bordo di tenuta 28, che coopera in uso con interferenza con la porzione a flangia 18 esercitando di conseguenza una azione di tenuta diretta in senso assiale.

Il labbro 24 si origina obliquamente a sbalzo dall' armatura 13 a partire da una prima porzione di radice 30 dell' elemento elastomerico 14, che a sua volta si origina da una porzione 31 di attacco dello stesso all' armatura 13, mentre il labbro 25 si origina assialmente a sbalzo dal primo labbro 24, parallelamente alla porzione a manicotto 16, a partire da una rispettiva seconda porzione di radice 32 opposta all' estremità 27 e ricavata in corrispondenza del bordo di tenuta 26. Secondo la principale caratteristica del trovato, la porzione di radice 32 del labbro 25 presenta uno spessore S2 inferiore allo spessore S della porzione di radice 30 del labbro 24; la Richiedente ha infatti avuto modo di verificare che questo accorgimento rende l' azione di tenuta assiale del labbro 25 sostanzialmente indipendente dall* azione di tenuta radiale del labbro 24, in quanto permette di mantenere efficiente almeno una delle due tenute, anche se l' altra viene meno. Secondo una ulteriore caratteristica dell' invenzione, inoltre, il labbro anulare 24 è delimitato da due rispettive opposte superfici laterali coniche 35, 36, la prima radialmente esterna e, rispettivamente, la seconda radialmente interna, le quali sono tra loro coassiali ma presentano conicità differente, anche se concorde, in modo tale da determinare una rastremazione di spessore del labbro 24 verso la porzione di radice 30; in combinazione con tale caratteristica, il labbro 24 viene realizzato con uno smusso obliquo 38 presente in corrispondenza del bordo di tenuta 26 dalla parte opposta a quella rivolta verso la porzione a manicotto 16, in modo che il bordo di tenuta 26 viene a presentare uno spessore S3 inferiore allo spessore S4 presentato dal labbro 24 immediatamente prima dell' inizio dello smusso 38. Come hanno evidenziato le prove condotte dalla Richiedente, tale ulteriore combinazione di caratteristiche costruttive migliora l' azione di tenuta in guanto rende il labbro 24 atto ad accoppiarsi con interferenza sulla porzione a manicotto 16 esercitando sulla stessa, per l' effetto cerchiante dovuto alla deformazione elastica del materiale elastomerico con cui è realizzato l' elemento 14, una pressione avente un diagramma di distribuzione come quello evidenziato a livello esemplificativo in figura 1, ovvero che presenta, rispetto alla posizione del bordo di tenuta 26, il massimo spostato assialmente sfalsato di una quantità D dalla parte opposta al secondo labbro 25.

L' elemento anulare elastomerico 14 è conformato in modo che la porzione di radice 30 risulta disposta sostanzialmente perpendicolare alla porzione a manicotto 16 del primo schermo, mentre la porzione di radice 32 risulta disposta a sua volta sostanzialmente perpendicolare alla porzione 30 e viene ricavata a sbalzo sul bordo di tenuta 26 in corrispondenza del termine dello smusso 38, in modo che risulta discosta dalla superficie della porzione a manicotto 16 di una quantità sufficiente a permettere rotazioni relative del labbro 25 rispetto al 24 e, quindi, assicurare l' operatività ottimale del labbro 25 medesimo; la porzione di attacco 31 è diretta obliquamente, si estende a sbalzo dall' armatura 13 dalla medesima parte verso cui è rivolta la concavità di quest' ultima, e presenta una inclinazione sostanzialmente opposta a quella del labbro 24, cosicché l' elemento 14 forma verso la porzione a flangia 18 dello schermo 11 una concavità. Tale caratteristica, unitamente al fatto che il labbro 25 si estende obliquamente rispetto alla porzione 16 con inclinazione opposta a quella del labbro 24, in modo che i labbri 24,25 formano gli opposti fianchi della V definita in sezione radiale dall' elemento 14, permette di favorire l' espulsione dei contaminanti che dovessero venire in contatto con l' elemento 14 penetrando nella intercapedine anulare che risulta compresa tra i due schermi 11,12. A questo scopo, l ' armatura 13 presenta in prossimità della porzione di attacco 31 dell' elemento 14 una corrispondente porzione tronco-conica 40 radialmente interna avente conicità concorde con quella del labbro 25, mentre la porzione a flangia 18 presenta un bordo periferico radialmente esterno 41 coniato a formare una bugnatura anulare che si estende assialmente verso lo schermo 12 dalla parte di estradosso e che definisce per contro dalla parte di intradosso, verso una faccia 42 della porzione 18 opposta allo schermo 12 medesimo, una concavità anulare 43.

La porzione 40 risulta, a schermi 11 e 12 accoppiati, affacciata a distanza ravvicinata alla superficie convessa di estradosso del bordo coniato 41, in modo che si determina una tenuta a labirinto, per altro di tipo noto, tra gli schermi 11 e 12, a protezione dell' elemento di tenuta 14; poiché lo schermo 11 è quello che viene montato sull' elemento destinato in uno a ruotare (l' anello interno 3, nella fattispecie) la concavità 43, unitamente alla forma del bordo 41, permette inoltre di migliorare ulteriormente l' azione di tenuta a labirinto tra gli schermi 11,12, centrifugano all' esterno i contaminanti, lontano dalla tenuta stessa. Secondo la variante illustrata in figura 2, dove i dettagli simili od uguali a quelli descritti in precedenza sono indicati per semplicità con i medesimi numeri, allo scopo di migliorare ulteriormente la tenuta a labirinto tra gli schermi 11, 12 e di evitare in ogni caso danni al dispositivo 10 nel caso in cui si dovesse verificare in tale zona una interferenza tra gli schermi 11, 12, la porzione di attacco 31 dell' elemento 14 viene realizzata in modo da rivestire la porzione tronco-conica 40 dell' armatura 13 sulla parte di questa rivolta verso il bordo coniato 41, in modo che la tenuta a labirinto sia definita appunto tra tale bordo coniato 41 e la porzione conica 40.

Il bordo coniato 41 definisce inoltre, verso lo schermo 12, un bassofondo 50 la cui parete di fondo è definita dalla porzione 18, per cui il labbro 25 risulta con la sua estremità terminale 27, con la quale coopera con la porzione 16, disposto all' interno del bassofondo 50; ciò permette di migliorare la tenuta del labbro 25, in quanto questo si viene a trovare a lavorare entro l’ ingombro assiale del bordo coniato 41 e quindi viene "schermato" dallo stesso nei confronti dei contaminanti esterni, che vengono conseguentemente centrifugati lontano prima di aver modo di usurare il bordo di tenuta 28; secondo la preferita forma di attuazione illustrata in entrambe le figure 1 e 2, l' estremità 27 viene realizzata provvista verso l' esterno di uno scarico anulare 60 conformato a gradino, in modo da definire il bordo di tenuta 28 e, perifericamente sull' esterno di questo, una appendice o labbro anulare parapolvere 61, realizzato ad ulteriore protezione del bordo 28 e ad ulteriore miglioramento della tenuta assiale del dispositivo 10; infatti il labbro parapolvere 61 ed il bordo 28 cooperano simultaneamente entrambi a strisciamento, a tenuta di fluido, con la porzione a flangia 18, per cui si ottiene una doppia tenuta assiale simultanea; tra i bordi di tenuta 26,28 e lo schermo 11 viene inoltre a definirsi, a schermi 11,12 accoppiati, una camera anulare stagna 70, che viene riempita di speciale lubrificante che ritarda l' usura per attrito dei bordi di tenuta 26, 28, riducendo nel contempo l' attrito tra gli schermi 11, 12 e rendendo così possibile l' uso del dispositivo 10 su cuscinetti ad alte prestazioni, per i quali è necessario ottenere bassissime perdite per attrito.

Infine, per facilitare il montaggio del dispositivo 10, assicurando il posizionamento corretto degli schermi 11,12, l' armatura 13 e la porzione a flangia 18 dello schermo 11 comprendono rispettive porzioni piane di appoggio, tra loro complanari a schermi accoppiati, atte a consentire l' inserimento a spinta del dispositivo di tenuta 10 nella sede 22; tali porzioni piane sono definite nella fattispecie dalla faccia 42 e da una porzione 71 dell' armatura 13 perpendicolare alla porzione di calettamento 19.

Da quanto descritto risultano evidenti i vantaggi connessi con il trovato; in particolare, la peculiare combinazione di caratteristiche strutturali descritta permette di ottenere un dispositivo di tenuta facile ed economico da realizzare e che, nel contempo, è in grado di esercitare una azione di tenuta molto elevata. Esso presenta inoltre anche una lunga durata operativa e basse perdite per attrito.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di tenuta per l' inserimento tra due organi in rotazione relativa, del tipo comprendente un primo schermo anulare, sostanzialmente rigido, comprendente una porzione a manicotto atta ad essere montata coassiale ed angolarmente solidale su un primo di detti organi ed una porzione a flangia portata angolarmente solidale e radialmente di sbalzo da detta porzione a manicotto, ed un secondo schermo anulare atto ad essere montato coassiale ed affacciato al detto primo schermo su un secondo di detti organi, detto secondo schermo comprendendo una armatura anulare sostanzialmente rigida atta a venire ancorata angolarmente solidale a detto secondo organo, ed un elemento anulare elastomerico di tenuta conformato in sezione radiale sostanzialmente a V e comprendente un primo labbro anulare, cooperante a strisciamento, a tenuta di fluido, con la detta porzione a manicotto ed un secondo labbro anulare, cooperante a strisciamento, a tenuta di fluido, con la detta porzione a flangia; il detto primo labbro originandosi obliquamente a sbalzo da detta armatura a partire da una prima porzione di radice dell' elemento elastoraerico, e detto secondo labbro originandosi assialmente a sbalzo dal primo labbro, parallelamente a detta porzione a manicotto ed a partire da una rispettiva seconda porzione di radice ricavata in corrispondenza di un bordo di tenuta del primo labbro; caratterizzato dal fatto che detta seconda porzione di radice presenta uno spessore inferiore a quello della detta prima porzione di radice, in modo da rendere l' azione di tenuta del secondo labbro indipendente da quella del primo labbro.
2. 2. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione l, caratterizzato dal fatto che detto primo labbro anulare è delimitato da due rispettive superfici laterali, una radialmente interna e, rispettivamente, l' altra radialmente esterna, dette superfici essendo coniche e coassiali e presentando conicità differente e tale da determinare una rastremazione di spessore del detto primo labbro verso la detta prima porzione di radice; detto primo labbro essendo inoltre realizzato con uno smusso obliquo presente in corrispondenza di detto bordo di tenuta e dalla parte opposta a detta porzione a manicotto, in modo che detto bordo di tenuta presenta uno spessore inferiore a quello presentato dal primo labbro immediatamente prima dell' inizio di detto smusso .
3. 3. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo labbro è atto ad accoppiarsi con interferenza su detta porzione a manicotto del primo schermo e ad esercitare sulla stessa per effetto cerchiante una pressione avente una diagramma di distribuzione con il massimo spostato assialmente sfalsato dalla parte opposta a detto secondo labbro rispetto alla posizione del detto bordo di tenuta del primo labbro.
4. 4. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta armatura anulare è conformata in sezione radiale sostanzialmente come una C rovesciata avente la concavità rivolta dalla parte opposta alla detta porzione a flangia del primo schermo.
5. 5. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta prima porzione di radice risulta disposta sostanzialmente perpendicolare a detta porzione a manicotto del primo schermo e risulta vincolata a detta armatura anulare attraverso una porzione obliqua di attacco dell' elemento anulare di tenuta presentante inclinazione sostanzialmente opposta a quella del detto primo labbro ed estendentesi dalla medesima parte della detta concavità dell' armatura anulare; detta seconda porzione di radice essendo viceversa ricavata a sbalzo sul detto bordo di tenuta del primo labbro in corrispondenza del termine di detto smusso obliquo ed essendo disposta sostanzialmente perpendicolare a detta prima porzione di radice.
6. 6. Dispositivo di tenuta secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo labbro di tenuta si estende obliquamente con inclinazione opposta a quella di detto primo labbro, in modo che detti labbri formano gli opposti fianchi della V definita in sezione radiale da detto elemento anulare di tenuta; una estremità terminale di detto secondo labbro, opposta a detta porzione di tenuta, cooperando a strisciamento con detta porzione a flangia del primo schermo sostanzialmente entro l' ingombro di di un bassofondo definito da un bordo periferico esterno della porzione a flangia coniato a formare una bugnatura anulare estendentesi assialmente verso detto secondo schermo dalla parte di estradosso ed definente dalla parte di intradosso, verso una faccia di detta porzione a flangia opposta a detto secondo schermo, una concavità anulare.
7. 7. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta estremità terminale del secondo labbro di tenuta comprende un secondo bordo di tenuta provvisto perifericamente sull' esterno di una appendice anulare parapolvere; quest' ultima e detto secondo bordo di tenuta cooperando simultaneamente entrambi a strisciamento, a tenuta di fluido, con la porzione a flangia del primo schermo.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che detto bordo coniato della porzione a flangia coopera con una porzione tronco-conica radialmente interna di detta armatura del secondo schermo, avente conicità concorde con quella di detto secondo labbro, in modo da determinare una tenuta a labirinto tra detti schermi.
9. 9. Dispositivo di tenuta secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che una porzione di attacco di detto elemento anulare di tenuta si estende a rivestimento di detta porzione tronco-conica radialmente interna di detta armatura sulla parte di questa rivolta verso detto bordo coniato della porzione a flangia del primo schermo, in modo che la detta tenuta a labirinto è definita tra detto bordo coniato e detta porzione di attacco dell' elemento elastomerico di tenuta.
10. 10. Dispositivo di tenuta secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta armatura del secondo schermo e detta porzione a flangia del primo schermo comprendono rispettive porzioni piane di appoggio, tra loro complanari a schermi accoppiati, atte a consentire l' inserimento a spinta del dispositivo di tenuta in una rispettiva sede di alloggiamento dello stesso.
11. 11. Dispositivo di tenuta come illustrato con riferimento ai disegni annessi.