ITMI20082212A1 - SEALING ELEMENT FOR A SLIDING MECHANICAL ORGAN AXIALLY IN A SEAT - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:
“ELEMENTO DI TENUTA PER UN ORGANO MECCANICO SCORREVOLE ASSIALMENTE IN UNA SEDE†⠀ œ SEALING ELEMENT FOR AN AXIAL SLIDING MECHANICAL ORGAN IN A SEATâ €
La presente invenzione à ̈ relativa a un elemento di tenuta per un organo meccanico scorrevole assialmente in una sede, e a un complesso di tenuta di un organo meccanico scorrevole assialmente in una sede e comprendente tale elemento di tenuta. The present invention relates to a sealing element for a mechanical member axially sliding in a seat, and to a sealing assembly of a mechanical member axially sliding in a seat and comprising said sealing element.
L’invenzione trova applicazione, in particolare, sulle testate di cilindri in olio, per esempio cilindri di meccanismi servosterzo, cilindri di sollevamento, cilindri di ascensori, eccetera e, più in generale, nelle applicazioni oleodinamiche. The invention finds application, in particular, on the heads of cylinders in oil, for example cylinders of power steering mechanisms, lifting cylinders, lift cylinders, etc. and, more generally, in hydraulic applications.
Sono note diverse tipologie di elementi di tenuta atti a cooperare con un organo meccanico scorrevole assialmente in una sede, per esempio uno stelo di un pistone scorrevole in un cilindro. Various types of sealing elements are known which are adapted to cooperate with a mechanical member axially sliding in a seat, for example a piston rod sliding in a cylinder.
Un elemento di tenuta comune per queste applicazioni à ̈ costituito da un anello in idoneo materiale elastomerico calzato attorno allo stelo e provvisto di una coppia di labbri di tenuta radialmente opposti, cooperanti rispettivamente con lo stelo e con una parete laterale della testata del cilindro. A common sealing element for these applications is constituted by a ring made of suitable elastomeric material fitted around the rod and provided with a pair of radially opposite sealing lips, cooperating respectively with the rod and with a side wall of the cylinder head.
Gli elementi di tenuta noti sembrano comunque presentare margini di miglioramento, sia in termini di semplicità di fabbricazione e montaggio, sia di efficacia, affidabilità e durata. However, the known sealing elements seem to have room for improvement, both in terms of simplicity of manufacture and assembly, and of effectiveness, reliability and duration.
È uno scopo della presente invenzione quello di fornire un elemento di tenuta per un organo meccanico scorrevole assialmente in una sede che sia semplice ed economico da realizzare e installare, pienamente efficiente e affidabile, e di lunga durata. It is an object of the present invention to provide a sealing element for an axially sliding mechanical member in a seat which is simple and economical to manufacture and install, fully efficient and reliable, and long lasting.
La presente invenzione à ̈ dunque relativa a un elemento di tenuta per un organo meccanico scorrevole assialmente in una sede come essenzialmente definito nell’annessa rivendicazione 1 e, per i suoi aspetti preferiti, nelle rivendicazioni dipendenti. The present invention therefore relates to a sealing element for a mechanical member sliding axially in a seat as essentially defined in the attached claim 1 and, for its preferred aspects, in the dependent claims.
L’invenzione à ̈ inoltre relativa a un complesso di tenuta di un organo meccanico scorrevole assialmente in una sede, comprendente tale elemento di tenuta. The invention also relates to a sealing assembly of a mechanical member axially sliding in a seat, comprising this sealing element.
L’invenzione à ̈ descritta in dettaglio nel seguente esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure annesse in cui: The invention is described in detail in the following non-limiting example of implementation, with reference to the attached figures in which:
– la figura 1 à ̈ una vista schematica semplificata e in sezione longitudinale di un complesso di tenuta di un organo meccanico scorrevole assialmente in una sede in accordo al trovato; - figure 1 is a simplified schematic view in longitudinal section of a sealing assembly of a mechanical member sliding axially in a seat according to the invention;
– la figura 2 à ̈ vista laterale, per metà sezionata, di un elemento di tenuta in accordo al trovato facente parte del complesso di tenuta di figura 1 e mostrato in condizioni indeformate; - figure 2 is a side view, half sectioned, of a sealing element according to the invention forming part of the sealing assembly of figure 1 and shown in undeformed conditions;
- la figura 3 à ̈ una vista prospettica dell’elemento di tenuta di figura 2, con una porzione rimossa per chiarezza; - figure 3 is a perspective view of the sealing element of figure 2, with a portion removed for clarity;
- la figura 4 à ̈ una vista in sezione di un dettaglio in scala ingrandita dell’elemento di tenuta di figura 2. - figure 4 is a section view of a detail on an enlarged scale of the sealing element of figure 2.
In figura 1 à ̈ indicato con 1 un complesso di tenuta per un organo 2 meccanico che si estende lungo un asse A ed à ̈ alloggiato scorrevole assialmente in una sede 3. In figure 1, 1 indicates a sealing assembly for a mechanical member 2 which extends along an axis A and is housed axially sliding in a seat 3.
L’organo 2 à ̈, per esempio, uno stelo di un pistone alloggiato in un cilindro contenente olio in pressione e definente internamente una sede di scorrimento del pistone (tutti elementi noti e non descritti né illustrati per semplicità ). The organ 2 is, for example, a piston rod housed in a cylinder containing oil under pressure and internally defining a piston sliding seat (all known elements and not described or illustrated for simplicity).
Resta comunque inteso che il complesso di tenuta 1 del trovato può essere impiegato in altre applicazioni. However, it is understood that the sealing assembly 1 of the invention can be used in other applications.
Il complesso di tenuta 1 comprende un elemento di tenuta 5 anulare, alloggiato in una camera 6 sostanzialmente cilindrica definita all’interno della sede 3 e delimitata da una parete 7 laterale cilindrica e da una parete 8 di fondo; l’organo 2 à ̈ inserito all’interno dell’elemento di tenuta 5 anulare ed à ̈ disposto passante attraverso una apertura 9 posta ad una estremità della camera 6 e attraverso la parete 8. The sealing assembly 1 comprises an annular sealing element 5, housed in a substantially cylindrical chamber 6 defined inside the seat 3 and delimited by a cylindrical side wall 7 and by a bottom wall 8; the organ 2 is inserted inside the annular sealing element 5 and is arranged passing through an opening 9 located at one end of the chamber 6 and through the wall 8.
Con riferimento anche alle figure 2-4, l’elemento di tenuta 5 comprende un corpo ad anello 10 che si estende attorno a un asse centrale definito in uso dall’asse A; il corpo ad anello 10 à ̈ in particolare un corpo monolitico realizzato in materiale elastomerico. With reference also to Figures 2-4, the sealing element 5 comprises a ring-shaped body 10 which extends around a central axis defined in use by the axis A; the ring body 10 is in particular a monolithic body made of elastomeric material.
Il corpo ad anello 10 presenta una porzione di base 11 e due bracci 12, 13 radialmente opposti che si protendono divergenti da una stessa parte della porzione di base 11 e sono provvisti di rispettivi labbri 14, 15 di tenuta radiale opposti. The ring-shaped body 10 has a base portion 11 and two radially opposite arms 12, 13 which extend diverging from the same part of the base portion 11 and are provided with respective opposite radial sealing lips 14, 15.
La porzione di base 11 presenta una faccia 16 di estremità piatta, sostanzialmente piana e ortogonale all’asse A, opposta ai bracci 12, 13 e collegata ai bracci 12, 13 tramite un bordo 18 laterale anulare radialmente esterno e, rispettivamente, un bordo 18 laterale anulare radialmente interno. The base portion 11 has a flat end face 16, substantially flat and perpendicular to the axis A, opposite to the arms 12, 13 and connected to the arms 12, 13 by means of a radially external annular lateral edge 18 and, respectively, an edge 18 lateral annular radially internal.
Qui e nel seguito, si assume come direzione assiale quella lungo l’asse A e come direzione radiale quella lungo un generico raggio che si diparte ortogonalmente dall’asse A (e quindi dal centro dell’elemento di tenuta 5 anulare); i termini “radialmente esterno†e “radialmente interno†riferiti a una coppia di elementi indicano pertanto che tali elementi sono disposti, in direzione radiale ovvero lungo un raggio dell’elemento di tenuta 5 anulare, più verso l’esterno e, rispettivamente, più verso il centro dell’elemento di tenuta 5. Here and in the following, the axial direction is assumed along the axis A and the radial direction along a generic radius that starts orthogonally from the axis A (and therefore from the center of the annular sealing element 5); the terms â € œradially externalâ € and â € œradially internalâ € referring to a pair of elements therefore indicate that these elements are arranged, in a radial direction or along a radius of the annular sealing element 5, more towards the outside and , respectively, more towards the center of the sealing element 5.
I bordi 18, 19 sono arrotondati e definiti da rispettive porzioni di superficie 20 convesse contrapposte. The edges 18, 19 are rounded and defined by respective opposite convex surface portions 20.
I bordi 18, 19 hanno raggio di curvatura elevato; si intende che un bordo arrotondato ha raggio di curvatura elevato quando il raggio di curvatura à ̈ almeno due volte, preferibilmente almeno tre volte e più preferibilmente intorno a quattro volte o più la sezione del bordo (dove per “sezione†si intende la metà della differenza tra diametro esterno e diametro interno del bordo). The edges 18, 19 have a large radius of curvature; a rounded edge is meant to have a large radius of curvature when the radius of curvature is at least twice, preferably at least three times and more preferably around four times or more the section of the edge (where `` section '' means half the difference between the outer diameter and the inner diameter of the edge).
Ad esempio, i bordi 18, 19 hanno: For example, edges 18, 19 have:
- per sezione di 4 mm: raggio 1 - for 4 mm section: radius 1
- per sezione 5 mm: raggio 1,3 - for 5 mm section: radius 1.3
- per sezione 7,5 mm: raggio 1,8 - for 7.5 mm section: radius 1.8
- per sezione 10 mm: raggio 2,5 - for 10 mm section: radius 2.5
La faccia 16 à ̈ posta a contatto, in uso, con la parete 8 di fondo; la faccia 16 à ̈ rugosa; preferibilmente, anche le porzioni di superficie 20 definenti i bordi 18, 19 sono rugose come la faccia 16; la rugosità della faccia 16 ed eventualmente delle porzioni di superficie 20 à ̈ ottenuta, per esempio, tramite processo di elettroerosione. Face 16 is placed in contact, in use, with the back wall 8; the face 16 is wrinkled; preferably, the surface portions 20 defining the edges 18, 19 are also rough like the face 16; the roughness of the face 16 and possibly of the surface portions 20 is obtained, for example, by means of an electro-erosion process.
La porzione di base 11 presenta inoltre una pluralità di intagli 22 radiali formati sulla faccia 16 tra il bordo 18 e il bordo 19. Gli intagli 22 sono spaziati circonferenzialmente uno dall’altro sulla faccia 16. The base portion 11 also has a plurality of radial notches 22 formed on the face 16 between the edge 18 and the edge 19. The notches 22 are spaced circumferentially from each other on the face 16.
I bracci 12, 13 si protendono a forcella dalla porzione di base 11 in direzione opposta alla faccia 16 e sono, in condizioni indeformate, inclinati rispetto all’asse A e divergenti dalla porzione di base 11 e sporgenti radialmente oltre i bordi 18, 19. The arms 12, 13 fork out from the base portion 11 in the opposite direction to the face 16 and are, in undeformed conditions, inclined with respect to the axis A and diverging from the base portion 11 and protruding radially beyond the edges 18, 19 .
In particolare, i bracci 12, 13 portano rispettivi labbri 14, 15 di tenuta radiale opposti che sporgono radialmente, in condizioni indeformate, oltre il bordo 18 e, rispettivamente, oltre il bordo 19. In particular, the arms 12, 13 carry respective opposite radial sealing lips 14, 15 which protrude radially, in undeformed conditions, beyond the edge 18 and, respectively, beyond the edge 19.
I bracci 12, 13 sono collegati elasticamente alla porzione di base 11, essendo in particolare realizzati di pezzo con essa in materiale elastomerico, in modo tale da generare un effetto molla sull’organo 2 in movimento all’interno del corpo ad anello 10. The arms 12, 13 are elastically connected to the base portion 11, being in particular made of one piece with it in elastomeric material, in such a way as to generate a spring effect on the member 2 moving inside the ring body 10 .
Il braccio 12 à ̈ delimitato da un fianco 24 anulare radialmente esterno, raccordato al bordo 18, e da un fianco 25 anulare radialmente interno, opposto al fianco 24; il fianco 24 presenta una superficie 26 laterale radialmente esterna concava e allargata verso l’esterno, definente il labbro 14 che costituisce un labbro di tenuta statica cooperante in uso con la parete 7. The arm 12 is delimited by a radially external annular side 24, connected to the edge 18, and by a radially internal annular side 25, opposite the side 24; the side 24 has a radially external lateral surface 26 concave and widened towards the outside, defining the lip 14 which constitutes a static sealing lip cooperating in use with the wall 7.
Il braccio 13 à ̈ delimitato da un fianco 28 anulare radialmente interno, rivolto verso l’asse A (e quindi verso l’organo 2) e raccordato al bordo 19, e da un fianco 29 anulare radialmente esterno, opposto al fianco 28 e affacciato al fianco 25 del braccio 12; il fianco 28 presenta una superficie 30 laterale radialmente interna concava verso l’asse A e quindi verso l’interno del corpo ad anello 10, definente il labbro 15 che costituisce un labbro di tenuta dinamica cooperante in uso con l’organo o stelo 2 alloggiato scorrevole nel corpo ad anello 10. The arm 13 is delimited by a radially internal annular side 28, facing the axis A (and therefore towards the organ 2) and connected to the edge 19, and by a radially external annular side 29, opposite the side 28 and facing the side 25 of the arm 12; the side 28 has a radially internal lateral surface 30 concave towards the axis A and therefore towards the interior of the ring body 10, defining the lip 15 which constitutes a dynamic sealing lip cooperating in use with the organ or rod 2 slidably housed in the ring body 10.
I bracci 12, 13 portano pertanto rispettivamente un labbro 14 di tenuta statica radialmente esterno cooperante con la parete 7 della sede 3, e un labbro 15 di tenuta dinamica radialmente interno cooperante con l’organo 2. The arms 12, 13 therefore carry respectively a radially external static sealing lip 14 cooperating with the wall 7 of the seat 3, and a radially internal dynamic sealing lip 15 cooperating with the member 2.
I fianchi 25, 29 dei bracci 12, 13 sono affacciati uno all’altro e sono sostanzialmente piani e inclinati rispetto all’asse A e convergenti verso la porzione di base 11; i fianchi 25, 29 sono uniti uno all’altro da una superficie 31 anulare curva a sella, concava e sostanzialmente priva di spigoli vivi; in altri termini, i due bracci 12, 13 sono separati uno dall’altro da una scanalatura 32 circolare a fondo curvo, delimitata lateralmente dai fianchi 25, 29 dei bracci 12, 13 e sul fondo dalla superficie 31. The sides 25, 29 of the arms 12, 13 face each other and are substantially flat and inclined with respect to the axis A and converging towards the base portion 11; the sides 25, 29 are joined to each other by an annular surface 31 that is curved like a saddle, concave and substantially devoid of sharp edges; in other words, the two arms 12, 13 are separated from each other by a circular groove 32 with a curved bottom, laterally delimited by the sides 25, 29 of the arms 12, 13 and on the bottom by the surface 31.
I due bracci 12, 13 hanno lunghezze diverse lungo l’asse A e, in particolare, il braccio 12 radialmente esterno à ̈ più lungo del braccio 13 radialmente interno. The two arms 12, 13 have different lengths along the axis A and, in particular, the radially external arm 12 is longer than the radially internal arm 13.
In particolare, il braccio 12 radialmente esterno à ̈ significativamente più lungo del braccio 13 radialmente interno; il termine “significativamente più lungo†significa che la differenza di lunghezza (misurata lungo l’asse A) tra i due bracci 12, 13 à ̈ dell’ordine di grandezza della lunghezza del braccio più corto. In particular, the radially external arm 12 is significantly longer than the radially internal arm 13; the term â € œsignificantly longerâ € means that the difference in length (measured along axis A) between the two arms 12, 13 is of the order of magnitude of the length of the shorter arm.
Vantaggiosamente, il braccio 12 radialmente esterno à ̈ lungo almeno il doppio del braccio 13 radialmente interno. Advantageously, the radially outer arm 12 is at least twice as long as the radially inner arm 13.
Da quanto descritto emergono evidenti i vantaggi dell’invenzione. From what has been described, the advantages of the invention emerge.
In generale, l’elemento di tenuta 5 in accordo all’invenzione à ̈ semplice ed economico da realizzare e installare, pienamente efficiente e affidabile e di lunga durata. In general, the sealing element 5 according to the invention is simple and economical to manufacture and install, fully efficient and reliable and long lasting.
In particolare, la particolare struttura e conformazione dell’elemento di tenuta 5 consentono un montaggio più facile, rispetto a soluzioni note, soprattutto nel caso l’elemento di tenuta 5 sia alloggiato in sede chiusa; l’assenza di spigoli vivi e i profili arrotondati facilitano ulteriormente il montaggio e anche la lavorazione meccanica della sede in cui à ̈ alloggiato l’elemento di tenuta 5. In particular, the particular structure and conformation of the sealing element 5 allow easier assembly, with respect to known solutions, especially if the sealing element 5 is housed in a closed seat; the absence of sharp edges and the rounded profiles further facilitate assembly and also the mechanical machining of the seat in which the sealing element 5 is housed.
La specifica conformazione dell’elemento di tenuta 5 (in particolare, la struttura con due labbri 14, 15 flessibili radialmente opposti di diversa lunghezza) determina anche un effetto molla che garantisce un ottimo auto-allineamento rispetto all’organo o stelo 2 in movimento. The specific conformation of the sealing element 5 (in particular, the structure with two radially opposite flexible lips 14, 15 of different lengths) also determines a spring effect which guarantees excellent self-alignment with respect to the organ or stem 2 in movement.
Il braccio 13 più corto, provvisto del labbro 15 di tenuta dinamico cooperante con l’organo 2 scorrevole, riduce l’attrito con l’organo 2 in movimento evitando il surriscaldamento dell’elemento di tenuta 5, dell’organo 2 e dell’olio eventualmente presente. The shorter arm 13, provided with the dynamic sealing lip 15 cooperating with the sliding member 2, reduces friction with the moving member 2 avoiding overheating of the sealing member 5, of the member 2 and any oil present.
Gli intagli 22 consentono di non intrappolare pressione idrodinamica sul fondo della camera 6 e in caso di microperdite d’olio consentono il rientro dell’olio fuoriuscito. The notches 22 make it possible not to trap hydrodynamic pressure on the bottom of the chamber 6 and in the event of micro-oil leaks they allow the re-entry of the leaked oil.
La rugosità superficiale della faccia 16 evita l’incollaggio o l’adesione della faccia 16 alla parete di fondo della camera 6 ed evita anche che, a pressioni elevate, si possa verificare un effetto di estrusione. The surface roughness of the face 16 avoids the gluing or adhesion of the face 16 to the bottom wall of the chamber 6 and also prevents an extrusion effect from occurring at high pressures.
Resta poi inteso che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall’ambito dell’invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni. It is then understood that modifications and variations may be made to what is described and illustrated herein which do not depart from the scope of the invention as defined in the attached claims.
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