ITTO20001004A1 - SEALING DEVICE FOR A ROLLING BEARING. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo di tenuta per un cuscinetto di rotolamento " DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Sealing device for a rolling bearing"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di tenuta per un cuscinetto di rotolamento, del tipo definito nel preambolo della rivendicazione 1. The present invention relates to a sealing device for a rolling bearing, of the type defined in the preamble of claim 1.
Per una migliore comprensione dello stato della tecnica dei problemi ad essa inerenti, verrà dapprima descritto un dispositivo di tenuta di tipo tradizionale, illustrato nella figura 1 dei disegni allegati. For a better understanding of the state of the art and the problems inherent thereto, a traditional sealing device will be described first, illustrated in Figure 1 of the attached drawings.
Facendo riferimento alla figura 1, un cuscinetto di rotolamento comprende un anello radialmente esterno 10, un anello radialmente interno 11, ed una o più serie di elementi di rotolamento 12 interposti tra gli anelli esterno ed interno. Referring to Figure 1, a rolling bearing comprises a radially outer ring 10, a radially inner ring 11, and one or more series of rolling elements 12 interposed between the outer and inner rings.
In prossimità di ciascuno dei lati assialmente esterni dei cuscinetto, al fine di sigillare l'intercapedine 13 tra gli anelli esterno ed interno, il cuscinetto è provvisto di un dispositivo di tenuta indicato complessivamente con 14. Il dispositivo di tenuta 14 include un'unità non rotante 15, montata solidalmente all'anello esterno 10 ed un'unità rotante 16 montata sull'anello interno il per ruotare solidalmente con questo. In proximity to each of the axially outer sides of the bearing, in order to seal the gap 13 between the outer and inner rings, the bearing is provided with a sealing device indicated as a whole with 14. The sealing device 14 includes a non-conductive unit. rotating unit 15, mounted integrally with the outer ring 10 and a rotating unit 16 mounted on the inner ring 11 to rotate integrally therewith.
L'unità rotante 16 consiste di un inserto metallico anulare, noto nel settore come "centrifugatore" o "fl nger" . L'inserto 16 ha una sezione assiale sostanzialmente a forma di L, in cui si distinguono una porzione cilindrica assiale 16a, inserita forzatamente sull'anello interno 11, ed una parete radiale di forma essenzialmente discoidale I6b, che si estende verso l'anello esterno 10 . The rotating unit 16 consists of an annular metal insert, known in the art as a "centrifuge" or "fl nger". The insert 16 has a substantially L-shaped axial section, in which an axial cylindrical portion 16a can be distinguished, forcibly inserted on the inner ring 11, and a radial wall of essentially discoidal shape 16b, which extends towards the outer ring 10.
L'unità non rotante 15 include uno schermo metallico anulare 17 avente una porzione cilindrica assiale radialmente esterna 17a inserita forzatamente nell'anello esterno 10, ed un'appendice essenzialmente radiale 17b alla quale è attaccato un elemento di tenuta 18 in materiale elastomerico. The non-rotating unit 15 includes an annular metal shield 17 having a radially external axial cylindrical portion 17a forcibly inserted into the external ring 10, and an essentially radial appendage 17b to which a sealing element 18 of elastomeric material is attached.
L'elemento di tenuta 18 presenta un primo labbro 19 che si estende in direzione radialmente ed assialmente esterna per strisciare contro il lato assialmente interno 16c della parete discoidale 16b, così da esercitare contro tale superficie un'azione di tenuta in senso assiale; l'elemento elastomerico 18 forma inoltre un secondo labbro 20 che esercita una tenuta di tipo radiale contro la superficie esterna 16d della porzione 16a dello schermo rotante 16, noto anche come centrifugatore. Un elemento elastico 21 è disposto attorno al labbro 20 per assicurare nel tempo il contatto tra tale labbro e la superficie 16d, e l'azione di tenuta che questo labbro esercita in senso radiale. The sealing element 18 has a first lip 19 which extends in a radially and axially external direction to slide against the axially internal side 16c of the disc-shaped wall 16b, so as to exert an axial sealing action against this surface; the elastomeric element 18 further forms a second lip 20 which exerts a seal of the radial type against the outer surface 16d of the portion 16a of the rotating screen 16, also known as a centrifuge. An elastic element 21 is arranged around the lip 20 to ensure over time the contact between said lip and the surface 16d, and the sealing action that this lip exerts in a radial direction.
Un dispositivo di tenuta di questo tipo è descritto nel brevetto statunitense n. 4.770.425. A sealing device of this type is disclosed in U.S. Pat. 4,770,425.
Mentre l'azione di tenuta esercitata dal labbro radiale 20 viene assicurata nel tempo per effetto dell'elemento elastico 21, la tenuta esercitata dal labbro assiale 19 è totalmente demandata alle proprietà elastiche di tale labbro, il quale è dimensionato in modo tale da restare elasticamente inflesso contro la superficie radiale I6c dell'inserto metallico 16. While the sealing action exerted by the radial lip 20 is ensured over time by the effect of the elastic element 21, the sealing exerted by the axial lip 19 is totally entrusted to the elastic properties of this lip, which is sized in such a way as to remain elastically bent against the radial surface I6c of the metal insert 16.
Un inconveniente che si verifica nei dispositivi di tenuta del tipo sopra discusso è dovuto al fatto che il calore generato durante l'uso dal contatto strisciante dell'estremità dei labbri di materiale elastomerico contro le rispettive superfici rotanti dello schermo solidale all'anello rotante del cuscinetto provoca un deterioramento locale del materiale elastomerico costituente i labbri, i quali sono soggetti a subire deformazioni permanenti in corrispondenza delle zone di contatto. Mentre per il labbro radiale 20 l'azione di tenuta è comunque assicurata dall'elemento elastico 21, il labbro assiale 19, quando subisce una deformazione permanente del tipo suddetto a causa di ripetute variazioni termiche ed una conseguente perdita di elasticità, non viene più premuto costantemente contro la sua controfaccia rotante, per cui non riesce. più a seguire i piccoli spostamenti assiali della superficie radiale rotante 16c. Infatti, poiché tale superficie non si presenta mai perfettamente piana e orientata perpendicolarmente all'asse di rotazione del cuscinetto, dopo un periodo di tempo prolungato si può presentare una leggera luce tra l'estremità del labbro assiale 19 e la superficie radiale 16c; attraverso tale luce possono penetrare agenti contaminanti (quali acqua, polvere, fango, sporcizia) dannosi per il grasso contenuto internamente al cuscinetto e per le parti del cuscinetto in contatto di rotolamento (sfere o rulli e piste di rotolamento). A drawback that occurs in sealing devices of the type discussed above is due to the fact that the heat generated during use by the sliding contact of the ends of the elastomeric material lips against the respective rotating surfaces of the shield integral with the rotating ring of the bearing causes a local deterioration of the elastomeric material constituting the lips, which are subject to undergo permanent deformations in correspondence with the contact areas. While for the radial lip 20 the sealing action is in any case ensured by the elastic element 21, the axial lip 19, when it undergoes a permanent deformation of the aforementioned type due to repeated thermal variations and a consequent loss of elasticity, is no longer pressed. constantly against its rotating counterface, so it fails. further on, the small axial displacements of the rotating radial surface 16c. In fact, since this surface is never perfectly flat and oriented perpendicular to the axis of rotation of the bearing, after a prolonged period of time a slight gap may occur between the end of the axial lip 19 and the radial surface 16c; through this light contaminants (such as water, dust, mud, dirt) can penetrate which are harmful to the grease contained inside the bearing and to the parts of the bearing in rolling contact (balls or rollers and rolling raceways).
Uno scopo dell'invenzione è di realizzare un dispositivo di tenuta capace di ovviare all'inconveniente sopra discusso. In particolare, si desidera realizzare un dispositivo di tenuta in grado di esercitare un'azione di tenuta efficace anche dopo un periodo di utilizzo prolungato, in modo tale che il labbro assiale di materiale elastomerico agente contro la superficie radiale dell'inserto rotante, nonostante subisca un inevitabile deterioramento locale in corrispondenza della sua estremità di contatto a causa del calore dovuto all'attrito che si verifica durante l'uso, mantenga nel complesso le proprie caratteristiche elastiche che garantiscono nel tempo una forza di contatto efficace contro la superficie di controfaccia rotante. An object of the invention is to provide a sealing device capable of overcoming the drawback discussed above. In particular, it is desired to provide a sealing device capable of exerting an effective sealing action even after a prolonged period of use, in such a way that the axial lip of elastomeric material acting against the radial surface of the rotating insert, despite being subjected to an unavoidable local deterioration at its contact end due to the heat due to the friction that occurs during use, maintains its elastic characteristics as a whole, which ensure an effective contact force over time against the rotating counterface surface.
Questo ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti, in accordo con l'invenzione da un dispositivo di tenuta avente delle caratteristiche definite nelle rivendicazioni annesse. This and other objects and advantages, which will be better understood hereinafter, are achieved, in accordance with the invention, by a sealing device having the characteristics defined in the appended claims.
Per una buona comprensione dell'invenzione ne verranno ora descritte alcune forme di attuazione, date a titolo esemplificativo, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui: For a good understanding of the invention, some embodiments will now be described, given by way of example, with reference to the attached drawings, in which:
la figura 1 è una vista in sezione assiale di un dispositivo di tenuta di tipo tradizionale montato in un cuscinetto di rotolamento,· Figure 1 is an axial sectional view of a traditional sealing device mounted in a rolling bearing,
la figura 2 è una vista in sezione assiale di un cuscinetto di rotolamento dotato di una coppia di dispositivi secondo la presente invenzione,-la figura 3 è una vista in sezione assiale, in scala ingrandita, del dispositivo di tenuta illustrato nella figura 2, in una sua prima forma di realizzazione; e Figure 2 is an axial sectional view of a rolling bearing equipped with a pair of devices according to the present invention; Figure 3 is an axial sectional view, on an enlarged scale, of the sealing device illustrated in Figure 2, in a first embodiment thereof; And
la figura 4 è una vista in sezione assiale, simile alla figura 3, di una seconda forma di attuazione del dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione. Figure 4 is an axial sectional view, similar to Figure 3, of a second embodiment of the sealing device according to the present invention.
Facendo ora riferimento alle figure 2 e 3, ed utilizzando gli stessi numeri di riferimento già usati nella figura 1 per descrivere parti uguali o corrispondenti, un cuscinetto di rotolamento è dotato, su ciascuno dei suoi lati opposti, di un dispositivo di tenuta 14 atto a sigillare l'intercapedine 13 tra l'anello esterno stazionario 10 e l'anello interno rotante 11 del cuscinetto. Referring now to Figures 2 and 3, and using the same reference numbers already used in Figure 1 to describe identical or corresponding parts, a rolling bearing is equipped, on each of its opposite sides, with a sealing device 14 adapted to seal the gap 13 between the stationary outer ring 10 and the rotating inner ring 11 of the bearing.
La struttura generale del dispositivo di tenuta rappresentato nelle figure i e 2 è da ritenersi complessivamente noto. Di conseguenza, nel seguito della presente descrizione, verranno descritti in modo particolareggiato i soli elementi di specifico rilievo ed interesse ai fini dell'attuazione della presente invenzione. Per la realizzazione delle parti e degli elementi non illustrati o descritti in dettaglio si può quindi far riferimento ad una qualsiasi soluzione di dispositivi di tenuta di tipo noto. The general structure of the sealing device shown in Figures 1 and 2 is to be considered as generally known. Consequently, in the following of the present description, only the elements of specific importance and interest for the purposes of the implementation of the present invention will be described in detail. For the realization of the parts and elements not illustrated or described in detail, reference can therefore be made to any known type of sealing device solution.
Il dispositivo di tenuta 14, come illustrato meglio in figura 3, comprende un'unità rotante 16 costituita essenzialmente da uno schermo metallico anulare che forma una parete radiale discoidale 16b avente dimensione radiale leggermente inferiore a quella dell'intercapedine 13 da sigillare. La parete 16b presenta una superficie 16c dal suo lato assialmente interno. The sealing device 14, as better illustrated in Figure 3, comprises a rotating unit 16 essentially consisting of an annular metal screen which forms a discoidal radial wall 16b having a radial dimension slightly smaller than that of the interspace 13 to be sealed. The wall 16b has a surface 16c from its axially internal side.
Il dispositivo di tenuta 14 comprende inoltre un'unità non rotante 15 che include uno schermo anulare 17 al quale è saldamente attaccato un elemento di tenuta 18 in materiale elastomerico ,· l'elemento di tenuta 18 forma un labbro di tenuta 19 che si estende assialmente per contattare in modo strisciante la superficie assialmente interna 16c della parete discoidale radiale 16b dell'inserto metallico rotante 16. The sealing device 14 further comprises a non-rotating unit 15 which includes an annular shield 17 to which a sealing element 18 of elastomeric material is firmly attached, the sealing element 18 forms a sealing lip 19 which extends axially for sliding contact with the axially internal surface 16c of the radial discoidal wall 16b of the rotating metal insert 16.
Nell'esempio illustrato, l'elemento di tenuta elastomerico 18 forma inoltre un secondo labbro 20, di tipo tradizionale, che esercita un'azione di tenuta su una superficie cilindrica 16b dello schermo anulare rotante 16. In the illustrated example, the elastomeric sealing element 18 also forms a second lip 20, of the traditional type, which exerts a sealing action on a cylindrical surface 16b of the rotating annular shield 16.
È evidente che la scelta di realizzare un elemento di tenuta dotato di un secondo labbro come quello illustrato, o di ulteriori labbri di tenuta, così come l'adozione di un elemento elastico 21 atto a perfezionare l'azione di tenuta del secondo labbro 20, costituisce una scelta preferenziale in talune condizioni applicative ma di certo non imperativa ai fini dell'attuazione dell'invenzione. In particolare, questa si presta ad essere realizzata con una pluralità di labbri che esercitano un'azione di tenuta del tipo a contatto strisciante contro una o più superfici solidali in rotazione all'anello radialmente interno 11. It is evident that the choice of making a sealing element equipped with a second lip like the one illustrated, or with further sealing lips, as well as the adoption of an elastic element 21 adapted to improve the sealing action of the second lip 20, it constitutes a preferential choice in certain application conditions but certainly not mandatory for the purposes of implementing the invention. In particular, this lends itself to being made with a plurality of lips which exert a sealing action of the sliding contact type against one or more surfaces integral in rotation to the radially inner ring 11.
Il labbro di tenuta 19 presenta una porzione di estremità 19a che è premuta elasticamente in contatto strisciante contro la superficie 16c ed è orientata essenzialmente secondo una direzione divergente, in senso radiale e assiale, verso l'esterno del cuscinetto. The sealing lip 19 has an end portion 19a which is elastically pressed into sliding contact against the surface 16c and is essentially oriented in a radial and axial diverging direction towards the outside of the bearing.
Caratteristica importante della soluzione secondo l'invenzione è data dal fatto che il labbro 19 forma una porzione intermedia 19b a forma di parete assiale essenzialmente cilindrica (figura 2) o debolmente troncoconica convergente in senso assiale verso l'esterno del cuscinetto (figura 3), dove tale porzione intermedia raccorda la porzione di estremità I9a alla parte principale del corpo elastomerico 18 o all'inserto metallico 17 su cui è fissato l'elemento di tenuta 18. An important feature of the solution according to the invention is given by the fact that the lip 19 forms an intermediate portion 19b in the form of an essentially cylindrical axial wall (Figure 2) or slightly frustoconical converging axially towards the outside of the bearing (Figure 3), where this intermediate portion connects the end portion 19a to the main part of the elastomeric body 18 or to the metal insert 17 on which the sealing element 18 is fixed.
La porzione intermedia 19b si estende assialmente all'interno del dispositivo di tenuta per una lunghezza assiale considerevole e sensibilmente maggiore di quella della porzione di estremità 19a. Grazie alla sua lunghezza assiale, la porzione intermedia 19b non risente in misura apprezzabile del calore che si sviluppa in corrispondenza della porzione di estremità 19a e che viene trasmesso per conduzione lungo il labbro 19. In questo modo, se anche la porzione di estremità I9a viene inevitabilmente deformata in modo permanente a causa delle ripetute e prolungate sollecitazioni termiche sopra citate, la porzione 19b non subisce deformazioni permanenti e perciò mantiene inalterate le proprie caratteristiche di elasticità. Pertanto, la porzione intermedia 19b è in grado di assicurare che la porzione di estremità 19a sia sempre spinta con una forza sufficiente contro la superficie 16c, assicurando la tenuta del dispositivo nel tempo. The intermediate portion 19b extends axially inside the sealing device for a considerable axial length and significantly greater than that of the end portion 19a. Thanks to its axial length, the intermediate portion 19b is not appreciably affected by the heat which develops at the end portion 19a and which is transmitted by conduction along the lip 19. In this way, if the end portion 19a is also inevitably permanently deformed due to the repeated and prolonged thermal stresses mentioned above, the portion 19b does not undergo permanent deformations and therefore maintains its elasticity characteristics unaltered. Therefore, the intermediate portion 19b is able to ensure that the end portion 19a is always pushed with a sufficient force against the surface 16c, ensuring the tightness of the device over time.
Pur senza volersi legare ad una specifica teoria in proposito, le esperienze condotte dalla richiedente dimostrano che la struttura cilindrica o troncoconica convergente della porzione 19b è particolarmente efficace nel contrastare la divaricazione radiale del labbro 19 nel suo insieme. In particolare, le esperienze condotte dalla richiedente dimostrano che si ottiene un'azione di tenuta eccellente anche quando la parete discoidale radiale 16b è leggermente ondulata in senso circonferenziale e/o orientata secondo un piano inclinato rispetto all'asse di rotazione del cuscinetto, ad esempio a causa di un montaggio difettoso dello schermo 16 sull'anello interno 11, per cui durante il movimento di rotazione dello schermo 16, la zona di contatto contro cui striscia l'estremità del labbro 19 varia periodicamente la propria posizione assiale rispetto ad un punto fisso sull'estremità del labbro stesso. L'azione di tenuta è assicurata anche nel caso in cui lo schermo 16 sia montato in una posizione leggermente troppo spostata verso l'esterno del cuscinetto o sia spostato in tale posizione durante l'uso, ad esempio a causa di un urto. Even without wishing to bind to a specific theory in this regard, the experiments carried out by the applicant show that the convergent cylindrical or frusto-conical structure of the portion 19b is particularly effective in contrasting the radial spreading of the lip 19 as a whole. In particular, the experiments carried out by the applicant show that an excellent sealing action is obtained even when the radial discoidal wall 16b is slightly undulated in a circumferential direction and / or oriented according to an inclined plane with respect to the axis of rotation of the bearing, for example due to a faulty assembly of the shield 16 on the inner ring 11, so that during the rotational movement of the shield 16, the contact area against which the end of the lip 19 slides periodically varies its axial position with respect to a fixed point on the end of the lip itself. The sealing action is also ensured in the case in which the shield 16 is mounted in a position slightly too displaced towards the outside of the bearing or is displaced in this position during use, for example due to an impact.
Rispetto ai labbri tradizionali, come ad esempio quello illustrato in figura 1, che sono orientati secondo una superficie divergente in senso radiale ed assiale verso l'esterno del cuscinetto, il labbro 19 realizzato secondo la presente invenzione, in virtù della propria forma cilindrica o conica convergente ed estesa nella direzione assiale per una lunghezza considerevole, contrasta molto efficacemente la reazione esercitata dal contatto con lo schermo, che tenderebbe a divaricare il labbro 19 facendogli perdere il contatto con l'inserto ad esso affacciato. Compared to traditional lips, such as the one illustrated in Figure 1, which are oriented according to a surface diverging radially and axially towards the outside of the bearing, the lip 19 made according to the present invention, by virtue of its cylindrical or conical shape converging and extended in the axial direction for a considerable length, it very effectively counteracts the reaction exerted by the contact with the screen, which would tend to spread the lip 19 making it lose contact with the insert facing it.
Nella figura 4 è illustrata un'altra forma di attuazione dell'invenzione, in cui la porzione di estremità 19a è sagomata in modo tale da presentare due bordi distinti 19a' e 19a'' che contattano la superficie I6c lungo due circonferenze radialmente distanziate. Figure 4 illustrates another embodiment of the invention, in which the end portion 19a is shaped in such a way as to have two distinct edges 19a 'and 19a' 'which contact the surface 16c along two radially spaced circumferences.
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