ITTO20110276A1 - Anello flangiato di cuscinetto per un'unità cuscinetto della ruota di un veicolo a motore e procedimento per la sua fabbricazione - Google Patents

Description

“Anello flangiato di cuscinetto per un’unità cuscinetto della ruota di un veicolo a motore e procedimento per la sua fabbricazioneâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un anello di cuscinetto flangiato, di peso leggero, per il mozzo della ruota di un veicolo a motore, ed in particolare un anello girevole con una flangia che permette il collegamento alla ruota e/o al rotore freno. L’invenzione riguarda, inoltre, un procedimento per la fabbricazione di un anello di cuscinetto del tipo suddetto.

L’industria automobilistica si trova a dover fronteggiare una domanda sempre crescente in termini di riduzioni di peso per i componenti dell’autoveicolo, al fine di ridurre i consumi di carburante e le emissioni allo scarico. Per il cuscinetto della ruota di un veicolo, la diminuzione del peso non deve comportare una riduzione di resistenza e di sicurezza. Le piste di rotolamento devono essere fatte di un materiale sufficientemente duro da resistere ai contatti generati nel rotolamento; viene ancora largamente usato l’acciaio per cuscinetti. Le piste di rotolamento vengono temprate per conseguire un livello di durezza ed un’omogeneità di microstruttura adeguati a sopportare gli sforzi provocati dal contatto hertziano di rotolamento.

Alcuni anelli di cuscinetto comparsi di recente includono un inserto o nucleo tubolare o anulare radialmente interna, fatta di acciaio per cuscinetti, la quale forma una o due piste di rotolamento, ed un corpo radialmente esterno che forma una flangia che si estende radialmente verso l’esterno attorno al nucleo e che à ̈ fatto di un materiale leggero, quale una lega dell’alluminio. La flangia di peso leggero à ̈ progettata per montare la ruota e/o il rotore freno e per trasferire i carichi da tali componenti al nucleo tubolare.

WO 2008/147284 A1 descrive un anello per cuscinetto composto da due materiali diversi congiunti assieme in un pezzo singolo, cioà ̈ un primo materiale a tenacità elevata, quale l’acciaio per cuscinetti, che forma le piste di rotolamento, ed un secondo materiale leggero, quale un metallo leggero, che forma la parte restante dell’anello. Il secondo materiale viene unito al primo tramite un procedimento di formatura.

Si à ̈ osservato che, negli anelli di cuscinetto del tipo suddetto, un punto debole à ̈ dato dalla zona dove la superficie di interfaccia tra le due parti di materiali diversi (nucleo tubolare di acciaio, corpo esterno di materiale più leggero) si apre sul lato assialmente esterno, o lato outboard del cuscinetto. In condizioni di esercizio, tendono inevitabilmente a formarsi aperture lungo la superficie di interfaccia tra i due diversi materiali.

In condizioni di esercizio, i carichi provenienti dalla ruota trasmettono alla flangia del corpo esterno in lega leggera un momento flettente che tende a separare il corpo esterno dal nucleo. Inoltre, ripetuti cicli di sollecitazioni termiche provocano una dilatazione termica differenziata tra il corpo esterno in alluminio e il nucleo d’acciaio, il quale ha un coefficiente di dilatazione termica minore rispetto a quello delle leghe di alluminio. L’infiltrazione di contaminanti quali acqua, polvere, salsedine, provoca nel tempo l'allargamento delle micro-cricche e la formazione di ruggine. Prove sperimentali effettuate dalla Richiedente hanno evidenziato l’insorgenza di problemi di corrosione galvanica con l’utilizzo di certi tipi di lega leggera, aventi una notevole differenza di potenziale elettrochimico rispetto all’acciaio. La salsedine, o anche più semplicemente l’acqua, può infatti rappresentare un mezzo elettrolitico avente un'elevata capacità di penetrazione nelle micro-cricche. A causa di tutti questi fattori, esiste il rischio che l’accoppiamento tra corpo esterno di lega leggera e nucleo di acciaio venga deteriorato, dando luogo a fretting (slittamento) ed eventualmente alla rottura dell’anello flangiato.

È scopo dell'invenzione realizzare un anello di cuscinetto costituito da due parti di materiali diversi, accoppiati in modo particolarmente affidabile, duraturo ed ermetico, così da superare gli inconvenienti della tecnica nota sopra discussa.

Questo ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo l’invenzione, da un anello di cuscinetto avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione 1. Secondo un altro aspetto dell’invenzione, si propone un procedimento così come definito nella rivendicazione 9. Forme di attuazione preferenziali dell’invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.

Per una chiara comprensione dell’invenzione ne verrà ora descritta una forma di attuazione preferita, fornita a titolo esemplificativo, e facendo riferimento ai disegni allegati in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista in sezione assiale di una forma di realizzazione di un anello di cuscinetto secondo l'invenzione; e

- la figura 2 Ã ̈ una vista ingrandita di un dettaglio della figura 1.

Prima di passare ad illustrare in dettaglio una forma di attuazione dell’invenzione, si deve tenere presente che essa non à ̈ limitata, nella sua applicazione, ai dettagli ed alla configurazione dei componenti citati nella descrizione o illustrati nei disegni. L’invenzione può essere messa in pratica in vari modi. Si deve intendere che la fraseologia e la terminologia che vengono qui utilizzate a scopo puramente descrittivo non vanno considerate come limitanti. L’utilizzazione dei termini “includere†, “comprendere†, “formare†e le loro varianti ricomprende sia gli elementi cui tali voci si riferiscono, e sia anche i loro equivalenti.

Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, un anello flangiato di cuscinetto secondo una forma di realizzazione dell’invenzione à ̈ indicato nel suo insieme con 10. L’anello 10, in quest’esempio, à ̈ progettato per essere l’anello esterno girevole di un’unità cuscinetto a sfere a contatto angolare e a doppia corona di sfere per applicazioni automobilistiche, in particolare atto ad essere montato alla ruota di un veicolo (non illustrata) da supportare girevolmente rispetto al montante stazionario di una sospensione (non illustrata) del veicolo, attorno ad un asse centrale di rotazione x. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, termini ed espressioni che indicano posizioni e direzioni quali “radiale†e “assiale†sono da intendersi riferite all’asse di rotazione x del cuscinetto. Espressioni quali “assialmente interno†e “assialmente esterno†sono, invece, riferite alla condizione montata sul veicolo.

L’anello 10 comprende un nucleo o inserto radialmente interno 15 di forma generalmente tubolare o anulare, ed un corpo radialmente esterno 16 che forma una flangia 17 che si estende radialmente verso l’esterno dal lato assialmente esterno del nucleo 15. La flangia 17 presenta un certo numero di fori 18 atti a consentire il collegamento alla ruota del veicolo per mezzo di bulloni (non illustrati).

Il nucleo 15 forma due piste di rotolamento 11, 12 ed à ̈ fatto di un primo materiale duro e tenace, preferibilmente un acciaio per cuscinetti. Il corpo radialmente esterno 16 à ̈ fatto di un secondo materiale leggero. È preferito un metallo leggero, quale l’alluminio, il magnesio, o le loro leghe. Altri materiali adatti alla realizzazione del corpo esterno possono includere, ma senza essere limitati a questi, i compositi in carbonio o i polimeri rinforzati. Al fine di procurare un sostegno strutturale adeguato per il corpo esterno 16, il nucleo d’acciaio 15 si estende assialmente per tutta la larghezza del corpo esterno, dal lato inboard al lato outboard. Il nucleo tubolare 15 forma una protuberanza tubolare 19 sul proprio lato assialmente esterno, che facilita il centraggio della ruota del veicolo. La protuberanza 19 sporge assialmente dalla superficie radiale 20, affacciata in direzione assialmente esterna, della flangia 17.

Il corpo esterno 16 può essere formato attorno al nucleo 15 in diversi modi, ad esempio attraverso un processo di colata semi-solida, oppure per sinterizzazione, per fusione, o per pressofusione. Al termine di qualsiasi di questi processi, il materiale leggero va a copiare strettamente la forma della superficie radialmente esterna del nucleo 15, in modo tale per cui i corpi esterno ed interno si bloccano reciprocamente l’uno con l’altro. La forma della superficie radialmente esterna del nucleo 15 à ̈ sagomata in modo tale da presentare una serie di gole e creste che si estendono nella direzione circonferenziale, e che determinano la formazione di creste e gole complementari nel corpo esterno quando questo viene formato attorno al nucleo.

Verso l’estremità assialmente interna, il nucleo 15 forma una cresta 13 che sporge in direzione radialmente esterna e che si estende in direzione circonferenziale; la cresta 13 serve da spallamento per contrastare gli spostamenti assiali relativi tra il corpo esterno 16 e il nucleo 15. La cresta 13 presenta una superficie radiale assialmente esterna 14 che à ̈ complanare, o sostanzialmente complanare, con la superficie assialmente esterna 20 della flangia 17; la superficie 20 definisce una superficie di riferimento precisa contro la quale viene appoggiata la ruota o il disco freno.

All'estremità assialmente esterna dell'anello, dal lato outboard dove à ̈ prevista la flangia 17, la superficie di interfaccia tra il corpo esterno e il nucleo termina in una gola 21 formata parzialmente dal corpo esterno 16 e parzialmente dal nucleo interno 15. Si osserva che la superficie di interfaccia termina in posizione rientrante rispetto alle superfici radiale assialmente interne 20 della flangia 17 e 14 della cresta 13.

La gola 21, che si apre in direzione assialmente esterna, può essere ottenuta per tornitura in una fase terminale del processo di produzione dell’anello, cioà ̈ dopo che il corpo esterno 16 à ̈ già stato formato attorno al nucleo 15. In alternativa, la gola 21 può essere prodotta durante la stessa fase produttiva nella quale il corpo esterno viene formato attorno al nucleo, ad esempio mediante un inserto anulare posto nella cavità di stampaggio.

La gola 21 serve da sede per accogliere un anello sigillante 22 di materiale polimerico, preferibilmente di resina siliconica, che copre con continuità, lungo l'intero sviluppo circonferenziale attorno all'asse x, una linea circolare 23 di separazione tra l’acciaio del nucleo 15 e il metallo leggero del corpo esterno 16, dove la superficie di interfaccia tra i due materiali incontra il lato outboard dell'anello 10. L'anello sigillante 22 aderisce sia all'acciaio del nucleo 15 e sia al metallo leggero del corpo esterno 16, sigillando ermeticamente, dal lato assialmente esterno, l'interfaccia tra i due materiali.

Nella forma di attuazione preferita, l'anello sigillante 22 non deborda oltre la superficie piana definita dalle facce 20 e 14, ma riempie solo parzialmente la gola 21. Grazie a tale accorgimento, il disco freno (non illustrato) non viene a contatto con l'anello sigillante 22, e pertanto appoggia solamente contro le superfici piane 20 ed eventualmente anche 14. Diversamente, se l'anello sigillante sporgesse assialmente oltre le superfici 14 e 20, potrebbe causare errori di planarità nelle superfici frenanti del disco freno. In aggiunta, l'assenza di contatto tra anello sigillante e disco freno previene l'inconveniente che il disco freno caldo possa fondere il materiale polimerico e strapparlo via dalla propria sede quando si rimuove il disco freno per gli interventi di manutenzione.

Preferibilmente, come illustrato nell’ingrandimento della figura 2, la gola 21 à ̈ ottenuta per la sua maggior parte nel corpo esterno di metallo leggero 16, e in parte minore nella cresta 13 del nucleo 15. Grazie a tale accorgimento, si asporta un quantitativo minore del materiale (acciaio) che fornisce il maggiore contributo in termini di resistenza strutturale, e quindi non si indebolisce in misura apprezzabile la cresta 13.

Non necessariamente la gola 21 deve avere il profilo tondeggiante illustrato. La forma tonda à ̈ preferibile qualora si scelga di realizzare la gola con dimensioni sottili, utilizzando quindi un utensile di tornitura sottile ed avente una testa arrotondata.

Il materiale costituente l'anello sigillante 22 viene applicato allo stato liquido, preferibilmente versandolo nella gola 21 dopo aver il l'anello 10 in modo tale che la superficie 20 sia orizzontale e affacciata verso l'alto. In questo modo, il materiale sigillante, una volta solidificatosi, non sporge oltre le superfici 20, 14. Grazie all’applicazione del silicone allo stato liquido, si ha la certezza della sigillatura di tutte le micro-cricche eventualmente presenti nella zona dove la superficie di interfaccia tra l’anima di acciaio 15 e il corpo esterno 16, si apre sul lato outboard del cuscinetto.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Anello flangiato di cuscinetto per la ruota di un veicolo a motore, in cui l'anello (10) à ̈ comprende due materiali diversi congiunti come un pezzo singolo, l'anello comprendendo: - un nucleo anulare o tubolare radialmente interno (15) che forma almeno una pista di rotolamento (11) attorno ad un asse di rotazione centrale (x), presenta una superficie radialmente esterna ed à ̈ fatto di un primo materiale ad elevata tenacità; - un corpo radialmente esterno (16) il quale à ̈ formato attorno a detta superficie esterna del nucleo (15), forma una flangia (17) che si estende radialmente verso l'esterno, ed à ̈ fatto di un secondo materiale più leggero del primo materiale; caratterizzato dal fatto che all'estremità assialmente esterna dell'anello, dal lato che presenta la flangia (17), le superfici di interfaccia tra il corpo esterno (16) e il nucleo (15) terminano in una gola (21) formata in parte dal corpo esterno e in parte dal nucleo, e che nella gola (21) à ̈ accolto un anello sigillante (22) di materiale polimerico che à ̈ colato e copre con continuità, lungo l'intero sviluppo circonferenziale attorno all'asse (x), una linea di separazione (23) all'estremità assialmente esterna delle superfici di interfaccia tra il nucleo (15) ed il corpo esterno (16).
2. 2. Anello flangiato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la parte della gola (21) formata nel nucleo (15) Ã ̈ ricavata in una cresta o spallamento (13) che sporge in direzione radialmente esterna e che si estende in direzione circonferenziale.
3. 3. Anello flangiato secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto, la gola (21) Ã ̈ ottenuta per la sua maggior parte nel corpo esterno (16), e in parte minore nella cresta (13) del nucleo (15).
4. 4. Anello flangiato secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzato dal fatto che la cresta (13) presenta una superficie radiale assialmente esterna (14) complanare o sostanzialmente complanare con una superficie radiale assialmente esterna (20) della flangia (17), che la gola (21) separa le superfici (14) e (20), e che l'anello sigillante (22) riempie solo parzialmente la gola (21) senza debordare assialmente oltre il piano radiale nel quale giace la superficie (20).
5. 5. Anello flangiato secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l'anello sigillante (22) Ã ̈ interamente assialmente rientrante rispetto al piano radiale nel quale giace la superficie (20) della flangia (17).
6. 6. Anello flangiato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'anello sigillante (22) aderisce sia al nucleo (15) e sia al corpo esterno (16) così da sigillare ermeticamente, dal lato assialmente esterno dell'anello (10), l'interfaccia tra il nucleo e il corpo esterno.
7. 7. Anello flangiato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'anello sigillante (22) Ã ̈ di resina siliconica.
8. 8. Anello flangiato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la gola (21) si apre in direzione assialmente esterna.
9. 9. Procedimento per la fabbricazione di un anello flangiato (10) di cuscinetto per la ruota di un veicolo a motore, comprendente le fasi di: a) predisporre un nucleo anulare o tubolare (15) fatto di un primo materiale ad elevata tenacità, dove il nucleo forma almeno una pista di rotolamento (11) attorno ad un asse centrale (x) e presenta una superficie radialmente esterna; b) formare attorno a detta superficie esterna del nucleo (15) un corpo radialmente esterno (16), il quale à ̈ fatto di un secondo materiale più leggero del primo materiale e presenta una flangia (17) che si estende radialmente verso l'esterno attorno al nucleo (15), ottenendo così un anello flangiato (10) comprendente due materiali diversi congiunti come un pezzo singolo; c) ottenere, contemporaneamente o successivamente alla fase b), una gola (21) all'estremità assialmente esterna dell'anello, dal lato che presenta la flangia (17), la gola essendo formata in parte dal corpo esterno (16) e in parte dal nucleo (15); d) orientare l'anello (10) in modo tale da rivolgere la gola (21) verso l'alto; e) colare nella gola (21) un materiale sigillante polimerico allo stato liquido, con ottenimento un anello sigillante (22) polimerico che sigilla con continuità, lungo l'intero sviluppo circonferenziale attorno all'asse (x), una linea di separazione (23) all'estremità assialmente esterna delle superfici di interfaccia tra il nucleo (15) ed il corpo esterno (16).