IT202000024160A1 - Dispositivo di tenuta per unità cuscinetto con ancoraggio ottimizzato - Google Patents

Dispositivo di tenuta per unità cuscinetto con ancoraggio ottimizzato Download PDF

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IT202000024160A1
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IT
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radially outer
sealing device
radially
lip
bearing
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IT102020000024160A
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Gianni Cognolato
Giorgia D'amico
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Skf Ab
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Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: DISPOSITIVO DI TENUTA PER UNIT? CUSCINETTO CON ANCORAGGIO OTTIMIZZATO
DESCRIZIONE
Settore Tecnico dell'Invenzione
La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo di tenuta per unit? cuscinetto e all'unit? cuscinetto provvista del medesimo dispositivo di tenuta. Il dispositivo di tenuta e l'unit? cuscinetto sono applicati preferibilmente, ma non esclusivamente, a tutte le applicazioni industriali, e, in particolar modo, a quelle applicazioni in cui l'anello stazionario dell'unit? cuscinetto sia provvisto di una opportuna gola adibita all'ancoraggio del dispositivo di tenuta.
L'invenzione ? adatta anche per qualsiasi tipo di corpi di rotolamento (sfere, rulli, rulli conici, ecc.) ma in particolar modo ? applicata alle unit? cuscinetto che utilizzano come corpi di rotolamento una pluralit? di rullini. Tali unit? cuscinetto sono note con il nome inglese Needle Rollier Bearings (NBR).
Tecnica Nota
I dispositivi di tenuta per unit? cuscinetto sono configurati in modi diversi. Secondo una tecnica nota, il dispositivo di tenuta ? realizzato in un pezzo unico. Questa configurazione ? utilizzata sia per anelli esterni stazionari e anelli interni girevoli, sia per anelli esterni girevoli e anelli interni stazionari. Ci? che rileva ? che l'anello stazionario sia provvisto di una gola di alloggiamento.
? questo il caso, ad esempio delle unit? cuscinetti a rullini (NBR) utilizzano rulli cilindrici lunghi e sottili simili ad aghi. Questi rullini o aghi sono caratterizzati da una lunghezza pari ad almeno quattro volte il loro diametro. Rispetto alle unit? cuscinetto a sfere o a rulli, gli NBR hanno una maggiore superficie a contatto con le piste, quindi possono sopportare un carico maggiore. Sono anche pi? sottili, quindi richiedono meno spazio tra l'asse e la struttura circostante.
Tornando al dispositivo di tenuta, quest'ultimo comprende uno schermo metallico su cui ? costampata una porzione in elastomero. La porzione in elastomero ? provvista di un labbro radialmente esterno che si monta per interferenza nella gola di alloggiamento dell'anello stazionario dell'unit? cuscinetto, ad esempio l'anello radialmente esterno. Solidale, quindi, all'anello esterno, il labbro radialmente esterno della porzione in elastomero assicura la tenuta con quel componente, grazie all'interferenza di montaggio. La porzione in elastomero ? inoltre provvista di almeno un labbro radialmente interno.
Preferibilmente, tale labbro potr? essere contattante e secondo questa modalit? effettua un contatto strisciante sull'anello girevole, dell'unit? cuscinetto, ad esempio, l'anello radialmente interno, assicurando la tenuta nei confronti di quest'ultimo.
In alternativa, il labbro potr? essere non contattante, nei confronti dell'anello girevole. Secondo quest'ultima modalit?, il labbro former? un "labirinto". Tali labirinti vengono usati sia nel caso di anello radialmente esterno girevole, sia in quello di anello radialmente interno girevole. Risulta per? pi? efficace la prima tipologia, in quanto l'effetto centrifugo legato alla velocit? angolare dell'anello girevole tende a respingere il contaminante verso l'esterno dell'unit? cuscinetto.
Ad ogni modo, il design tipico di un dispositivo di tenuta comprende, quindi, una o pi? sporgenze chiamate labbri che con forme diverse e orientamenti diversi (tipicamente assiali e radiali) sono in contatto con superfici dell'unit? cuscinetto girevoli: in questo modo, il dispositivo di tenuta impedisce l'ingresso dei contaminanti dall'esterno, proteggendo i componenti interni dell'unit? cuscinetto, vale a dire i corpi di rotolamento e le gabbie di contenimento dei corpi di rotolamento medesimi. Un'altra importante funzione di un dispositivo di tenuta ? quella di impedire la fuoriuscita di lubrificanti presenti all'interno dell'unit? cuscinetto.
Essendo montati per interferenza del labbro radialmente esterno, esiste per questi dispositivi di tenuta un delicato trade-off tra valore dell'interferenza e rigidezza del labbro radialmente esterno.
Qualora la rigidezza sia elevata, l'interferenza con la gola deve essere minore. Questa condizione crea problemi di montaggio del dispositivo di tenuta nella gola di alloggiamento dell'anello esterno sia nella condizione di interferenza massima che in quella minima, essendoci rispettivamente il rischio che il montaggio non si possa effettuare o, nel caso limite opposto, che il dispositivo di tenuta possa fuoriuscire dalla gola di alloggiamento.
Nel caso opposto - labbro molto flessibile e maggiore interferenza con la gola di alloggiamento - si creano differenti problemi: il labbro rimane all'esterno della scanalatura in alcune zone lungo la circonferenza dell'anello radialmente esterno, oppure con elevata interferenza, c'? il rischio di lacerazione dell'elastomero.
In aggiunta, tali soluzioni note, una volta installate nella gola di alloggiamento, tendono a non essere stabili, con il rischio che il dispositivo di tenuta esca dalla sua posizione di lavoro, a causa di una non corretta deformazione e distribuzione degli sforzi interni.
In conclusione, le soluzioni note lasciano non risolti i seguenti problemi tecnici: rendere pi? agevole la procedura di montaggio del dispositivo di tenuta nella gola di alloggiamento dell'anello radialmente esterno, migliorare il posizionamento finale del dispositivo di tenuta nella gola di alloggiamento dell'anello radialmente esterno, evitare che il materiale in elastomero del dispositivo di tenuta rimanga schiacciato tra l'utensile metallico utilizzato per il montaggio e l'anello radialmente esterno con il rischio di lacerazioni e la conseguenza di mandare in circolo particelle di elastomero.
? pertanto necessario definire un dispositivo di tenuta che, a fronte di una costante affidabilit? nella tenuta che sia scevro degli inconvenienti sopra menzionati.
Sintesi dell'Invenzione
Per risolvere in modo sostanziale i problemi tecnici di sopra evidenziati, uno scopo della presente invenzione ? definire un dispositivo di tenuta in cui la geometria del labbro radialmente esterno del dispositivo di tenuta ? ottimizzata per semplificare la procedura di installazione del dispositivo medesimo, per migliorare l'ancoraggio finale del dispositivo di tenuta nella gola di alloggiamento dell'anello radialmente esterno dell'unit? cuscinetto e per ridurre il rischio di lacerazione dell'elastomero.
Secondo un primo aspetto dell'invenzione, una prima superficie del labbro radialmente esterno che, durante il montaggio, scorre sul bordo esterno dell'anello radialmente esterno dell'unit? cuscinetto ? provvista di una concavit? definita da un predeterminato raggio di curvatura. Il montaggio ? cos? agevolato in quanto si riduce il materiale in elastomero e si aumenta la sua flessibilit?. Inoltre, a montaggio avvenuto, si ottiene una maggiore forza di contatto e si riducono le deformazioni dell'elastomero.
Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, il labbro radialmente esterno ? provvisto di una protrusione radialmente interna in direzione della battuta sulla gola di alloggiamento dell'anello radialmente esterno a montaggio avvenuto. Questa protrusione ha un effetto stabilizzante della posizione finale del labbro radialmente esterno nella gola di alloggiamento dell'anello radialmente esterno.
Infine, secondo un altro aspetto, il labbro radialmente esterno, in una zona di contatto radialmente esterna con la superficie della gola di alloggiamento dell'anello radialmente esterno, presenta un doppio angolo di inclinazione. Ci? consente di mantenere un'area di contatto regolare al variare dell'interferenza nella tra il labbro del dispositivo di tenuta e la gola dell'anello radialmente esterno.
Pertanto, secondo la presente invenzione viene fornito un dispositivo di tenuta per unit? cuscinetto avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione indipendente, allegata alla presente descrizione.
La presente invenzione attiene anche ad un'unit? cuscinetto provvista di un dispositivo di tenuta secondo una delle forme di attuazione della presente invenzione.
Ulteriori forme di realizzazione dell'invenzione, preferite e/o particolarmente vantaggiose, sono descritte secondo le caratteristiche enunciate nelle rivendicazioni dipendenti allegate.
Breve Descrizione dei Disegni
L'invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 ? una rappresentazione schematica di un'unit? cuscinetto provvisto di un dispositivo di tenuta, rappresentato nello stato non deformato, secondo una forma di attuazione della presente invenzione, - la figura 2 ? la medesima rappresentazione schematica di figura 1, in cui il dispositivo di tenuta ? rappresentato nella condizione deformata, a montaggio avvenuto tra gli anelli dell'unit? cuscinetto,
- la figura 3 ? un dettaglio del dispositivo di tenuta di figura 1 che illustra i principali parametri geometrici del dispositivo di tenuta medesimo.
- la figura 4 ? un dettaglio di figura 1 che illustra alcune relazioni geometriche tra la gola di alloggiamento dell'anello radialmente esterno e il labbro radialmente esterno dell'elastomero del dispositivo di tenuta, in condizione non deformata,
- la figura 5 ? un dettaglio di figura 2 che illustra alcune relazioni geometriche tra la gola di alloggiamento dell'anello radialmente esterno e il labbro radialmente esterno dell'elastomero del dispositivo di tenuta, in condizione deformata, ovvero a montaggio avvenuto, e
- la figura 6 ? un dettaglio del dispositivo di tenuta di figura 1 che illustra ulteriori parametri geometrici del dispositivo di tenuta medesimo.
Descrizione Dettagliata
A titolo puramente esemplificativo e non limitativo, la presente invenzione verr? ora descritta facendo riferimento ad una unit? cuscinetto 30 avente un dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione.
Nella forma di attuazione del dispositivo di tenuta di seguito descritta, si far? riferimento ad una unit? cuscinetto provvista di un anello radialmente esterno stazionario con gola di alloggiamento per il dispositivo di tenuta e anello radialmente interno girevole. L'invenzione ricomprende, per?, anche il caso in cui l'anello radialmente interno sia stazionario e provvisto di gola di alloggiamento per il dispositivo di tenuta e l'anello radialmente esterno sia girevole.
Con riferimento alla figura 1, una unit? cuscinetto ? indicata nel suo insieme con 30.
L'unit? presenta un asse X di rotazione centrale, e comprende: un anello 31 radialmente esterno, stazionario, provvisto di una gola 31a radialmente interna,
un anello radialmente interno 34, girevole,
una pluralit? di corpi di rotolamento 32, in questo esempio rullini, interposti tra l'anello radialmente esterno 31 e l'anello radialmente esterno 34.
In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, i termini e le espressioni indicanti posizioni ed orientamenti quali "radiale" e "assiale" si intendono riferiti all'asse X di rotazione centrale dell'unit? cuscinetto 30. Espressioni quali "assialmente esterno" e "assialmente interno" sono, invece, riferite alla condizione montata del dispositivo di tenuta nell'unit? cuscinetto, e nel caso di specie, preferibilmente, sono riferite ad un lato di inserimento del dispositivo di tenuta nella gola di alloggiamento dell'anello radialmente esterno e, rispettivamente, ad un lato opposto al lato di inserimento.
L'anello radialmente esterno 31 e l'anello radialmente interno 34 definiscono, tra loro un'intercapedine 35 che, se non schermata, permetterebbe l'ingresso all'interno dell'unit? cuscinetto 30 di contaminanti e impurit?.
Pertanto, al fine di schermare l'unit? cuscinetto 30, almeno un dispositivo di tenuta 50, realizzato secondo i dettami della presente invenzione, ? montato all'interno dell'intercapedine 35. Il dispositivo di tenuta 50 ? illustrato in figura 1 nella sua condizione non deformata e in figura 2 (i riferimenti sono i medesimi della figura 1) nella condizione deformata, ovvero a montaggio avvenuto nella gola di alloggiamento 31a dell'anello radialmente esterno 31.
Il dispositivo di tenuta 50, stazionario, comprende
- uno schermo 1 metallico,
- un rivestimento in elastomero 2, costampato sullo schermo 1, - un primo labbro 3, radialmente esterno, appartenente al rivestimento in elastomero 2 che si monta per interferenza nella gola 3 la radialmente interna dell'anello radialmente esterno 31,
- almeno un secondo labbro 9, radialmente interno, preferibilmente contattante e appartenente al rivestimento in elastomero 2, che effettua un contatto strisciante sull'anello radialmente interno 34, girevole. La medesima invenzione potr? comunque essere applicata anche qualora il secondo labbro 9 sia non contattante e definisca una tenta a labirinto con la parete corrispondente dell'anello girevole dell'unit? cuscinetto.
Le figure da 3 a 6 illustrano i principali dettagli della geometria del labbro radialmente esterno 3 del dispositivo di tenuta 50 nella sua forma ottimizzata. In particolare nelle figure 4 e 5 ? visibile anche la condizione di montaggio del labbro radialmente esterno 3 nella gola di alloggiamento 31a dell'anello radialmente esterno 31, rispettivamente in condizione non deformata e in condizione deformata, ovvero a montaggio avvenuto.
Secondo una forma attuazione dell'invenzione, una prima superficie 3a assialmente interna del labbro radialmente esterno 3, quella che, durante il montaggio, scorre sul bordo esterno 3 lb dell'anello radialmente esterno 31 dell'unit? cuscinetto 30, ? provvista di una concavit? definita da un raggio R di predeterminata curvatura. Il montaggio ? cos? agevolato in quanto l'effetto della superficie concava riduce il materiale in elastomero del labbro 3 nella sua zona radialmente esterna e assialmente interna (in figura 3 ? abbozzata la corrispondente superficie C di un labbro standard per cui ? visibile la riduzione di materiale) aumentando la flessibilit? del labbro 3 medesimo. Inoltre, a montaggio avvenuto, si ottiene una maggiore forza di contatto e si riducono le tensioni indotte dalle deformazioni sul labbro 3 in una prima zona di contatto A con la gola di alloggiamento 31a. Infatti, la geometria concava del labbro riduce le deformazioni e crea un precarico interno garantendo un miglior bilanciamento delle sollecitazioni interne e maggiori pressioni di contatto. Vantaggiosamente il raggio R potr? assumere valori compresi tra 1 mm e 7,2 mm.
Il labbro radialmente esterno 3 ? inoltre provvisto di una protrusione 3b radialmente interna e assialmente interna, ovvero quella porzione del labbro radialmente esterno 3 che, montaggio avvenuto, ? in battuta su una superficie 31a' della gola 31a dell'anello radialmente esterno 31 in una seconda zona di contatto B. Questa protrusione 3b ha un effetto stabilizzante della posizione finale del labbro radialmente esterno 3 nella gola di alloggiamento 31a dell'anello radialmente esterno 31. Infatti la protrusione 3b stabilizza la posizione finale del labbro radialmente esterno 3 nella gola di alloggiamento 31a, creando equilibrio tra le due zone di contatto A, B, e di conseguenza dell'intero dispositivo di tenuta 50. La protrusione 3b, ? definita da dimensioni caratteristiche, visibili in figura 6: un'ampiezza assiale Ha tra un piano passante per una superficie assialmente interna 3c del labbro 3 e la zona di contatto B, preferibilmente compresa tra 0,1 mm e 0,6 mm; un'altezza radiale Hr tra una superficie radialmente esterna la dello schermo metallico 1 e la zona di contatto B, preferibilmente compresa tra 0,05 mm e 0,7 mm; un angolo ? tra la direzione radiale e una superficie di raccordo tra la zona di contatto B e la superficie assialmente interna 3c del labbro 3, angolo compreso tra 15? e 50?.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione, il labbro radialmente esterno 3 nelle adiacenze della prima zona di contatto A radialmente esterna con la superficie della gola di alloggiamento 31a dell'anello radialmente esterno 31, presenta un doppio angolo di inclinazione ?, ?. In particolare, l'angolo a ? definito tra un piano parallelo alla direzione assiale e passante per la prima zona di contatto A e una prima superficie inclinata 3d e pu? assumere valori compresi tra 20? e 60?, mentre l'angolo ? ? definito tra un piano con giacitura parallela alla direzione radiale e una seconda superficie inclinata 3e e pu? assumere valori compresi tra 25? e 60?. La presenza di questa doppia angolazione nei pressi della zona di contatto A consente di mantenere un'area di contatto regolare al variare dell'interferenza tra il labbro radialmente esterno 3 e la gola di alloggiamento 3 la dell'anello radialmente esterno 31.
Con riferimento alla figura 4, l'interferenza I tra il labbro radialmente esterno 3 e la gola di alloggiamento 31a si pu? definire in relazione alla distanza G tra una superficie radialmente interna 31b' del bordo 31b dell'anello radialmente esterno 31 e la superficie radialmente esterna la dello schermo metallico. Preferibilmente il valore minimo dell'interferenza I ? 0,1 mm mentre il suo valore massimo sar? pari al 55% della distanza G, di sopra definita.
Infine, con riferimento alla figura 5, ? opportuno che in condizione montata il labbro radialmente esterno 3 presenti una lunghezza assiale HLODW minore della lunghezza assiale HOR della gola di alloggiamento 31a in modo da aversi solo due zone di contatto A, B, come definite precedentemente, e non una terza zona di contatto. Preferibilmente, la lunghezza assiale HLODW del labbro 3 dovr? risultare:
4/5 x HOR < HLODW < HOR
In definitiva, la presente invenzione ottimizza la geometria del labbro radialmente esterno nella gola di alloggiamento dell'anello radialmente esterno per migliorare l'ancoraggio del dispositivo di tenuta. In particolare la superficie concava 3a riduce la quantit? di materiale in elastomero, quindi evita che del materiale si incastri (e molto probabilmente si stacchi nel seguito) tra il bordo dell'anello radialmente esterno e l'utensile metallico di montaggio. Inoltre la geometria arrotondata del labbro, che cos? ne deriva, si accoppia meglio con il profilo del bordo dell'anello esterno per lo scorrimento del dispositivo di tenuta nella gola di alloggiamento 3 la, semplificando la procedura di montaggio sia che venga effettuata automaticamente, sia che venga effettuata manualmente.
Inoltre la protrusione 3b sul labbro radialmente esterno crea un secondo punto di contatto nella gola di alloggiamento 31a che permette, a tutto il dispositivo di tenuta, di raggiungere un equilibrio dopo l'applicazione della forza di montaggio e la rimozione dell'utensile. Ci? migliora la posizione finale del dispositivo di tenuta riducendo il rischio che il dispositivo di tenuta esca dalla gola di alloggiamento o addirittura si sposti dopo l'installazione.
Oltre alla forma di realizzazione dell'invenzione, come sopra descritto, si deve comprendere che esistono numerose altre varianti. Si deve anche comprendere che tali forme di realizzazione sono solo esemplificative e non limitano n? l'ambito dell'invenzione, n? le sue applicazioni, n? le sue possibili configurazioni. Al contrario, sebbene la descrizione di cui sopra consenta al tecnico specializzato di attuare la presente invenzione almeno secondo una sua forma di realizzazione esemplificativa, si deve comprendere che sono possibili molte varianti dei componenti descritti, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione, come definita nelle rivendicazioni allegate, che sono interpretate letteralmente e/o secondo i loro equivalenti legali.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI
    1 . Dispositivo di tenuta (50) per una unit? cuscinetto (30) , il dispositivo (50) comprendendo
    uno schermo (1 ) metallico,
    - un rivestimento in elastomero (2) , costampato sullo schermo (1 ) , un primo labbro (3) radialmente esterno, appartenente al rivestimento in elastomero (2) accoppiato per interferenza in una gola ( 31 a) radialmente interna di un anello stazionario (31 ) dell?unit? cuscinetto (30) , definendo una prima zona di contatto (A) ,
    - almeno un secondo labbro (9) radialmente interno, appartenente al rivestimento in elastomero (2), che effettua un contatto strisciante su un anello girevole (34) dell?unit? cuscinetto (30) o definisce una tenuta a labirinto con il medesimo anello girevole (34) ,
    il dispositivo di tenuta (50) essendo caratterizzato dal fatto che
    - una prima superficie (3a) assialmente interna del labbro radialmente esterno (3) ? provvista di una concavit? definita da un raggio (R) ;
    il labbro radialmente esterno (3) ? provvisto di una protrusione (3b) radialmente interna e assialmente interna che ? in battuta su una superficie (31 a?) della gola ( 31 a) radialmente interna dell?anello stazionario (31 ) definendo una seconda zona di contatto (B) .
  2. 2. Dispositivo di tenuta (50) secondo la rivendicazione 1 , laddove il labbro radialmente esterno (3) in prossimit? della prima zona di contatto (A) con la superficie della gola ( 31 a) dell?anello stazionario (31 ) presenta un primo angolo (a) e un secondo angolo (?) di inclinazione.
  3. 3. Dispositivo di tenuta (50) secondo la rivendicazione 2, laddove il primo angolo (a) ? definito tra un piano parallelo alla direzione assiale e passante per la prima zona di contatto (A) e una prima superficie inclinata (3d) ed assume valori compresi tra 20? e 60? , e il secondo angolo (?) ? definito tra un piano con giacitura parallela alla direzione radiale e una seconda superficie inclinata (3e) ed assume valori compresi tra 25? e 60? .
  4. 4. Dispositivo di tenuta (50) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove il raggio (R) assume valori compresi tra 1 ,0 m m e 7,2 m m .
  5. 5. Dispositivo di tenuta (50) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove la protrusione (3b) ha un?ampiezza assiale (Ha) tra un piano passante per una superficie assialmente interna (3c) del labbro radialmente esterno (3) e la seconda zona di contatto (B) , un?altezza radiale (Hr) tra una superficie radialmente esterna (1 a) dello schermo metallico (1 ) e la seconda zona di contatto (B) e un angolo (5) tra la direzione radiale e una superficie di raccordo tra la seconda zona di contatto (B) e la superficie assialmente interna (3c) del labbro radialmente esterno (3) che assume valori compresi 15? e 50? .
  6. 6. Dispositivo di tenuta (50) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove l?interferenza (I ) tra il labbro radialmente esterno (3) e la gola (31 a) ? definita in relazione alla distanza (G) tra una superficie radialmente interna (31 b?) di un bordo ( 31 b) dell?anello stazionario (31 ) e la superficie radialmente esterna (1 a) dello schermo metallico (1 ) .
  7. 7. Dispositivo di tenuta (50) secondo la rivendicazione 6, laddove il valore minimo dell?interferenza (I) ? pari a 0,1 mm mentre il suo valore massimo ? pari al 55% della distanza (G) .
  8. 8. Dispositivo di tenuta (50) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove, in condizione montata, il labbro radialmente esterno (3) ha una lunghezza assiale (HLODW) m inore della lunghezza assiale (HOR) della gola (31 a).
  9. 9. Dispositivo di tenuta (50) secondo la rivendicazione 8, laddove la lunghezza assiale (HLODW) del labbro radialmente esterno (3) ? maggiore dell?80% della lunghezza assiale (HOR) della gola (31 a).
  10. 10. Unit? cuscinetto (30) provvista di un dispositivo di tenuta (50) secondo una delle rivendicazioni precedenti alloggiato in una intercapedine (35) , l?unit? cuscinetto comprendente inoltre:
    un anello (31 ) radialmente esterno,
    un anello radialmente interno (34) ,
    una pluralit? di corpi di rotolamento (32) interposti tra l'anello radialmente esterno (31 ) e l?anello radialmente interno (34) .
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