CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um conjunto de mancai de rolamento para máquinas elétricas girantes e, mais especificamente a um conjunto de rolamento com um sistema de lubrificação de elementos rolantes aperfeiçoado.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Máquinas elétricas girantes são largamente conhecidas da técnica e podem compreender tanto motores elétricos quanto geradores elétricos. Também é de pleno conhecimento dos técnicos no assunto que essas máquinas utilizam apoios fixos sobre eixos rotativos: os chamados mancais.

[0003] Assim, de modo simplificado, os mancais são dispositivos mecânicos de apoio que fazem a transição de um elemento girante para um elemento fixo de apoio. Mancais de rolamento verticais são aplicados a máquinas verticais, cuja posição de funcionamento do rotor é vertical.

[0004] De modo simplificado, um mancai de rolamento compreende duas pistas ou anéis concêntricos com elementos rolantes dispostos entre os anéis. Os elementos rolantes podem compreender esferas, rolos cilíndricos, rolos cónicos, agulhas ou quaisquer outros formatos que permitam a rolagem dos elementos entre as pistas.

[0005] Para diminuir o atrito entre os elementos do mancai é comum o uso de lubrificantes, como graxas ou óleos.

[0006] Nas máquinas elétricas girantes, é comum o uso de mancais lubrificados a graxa, já que esse material possui baixo custo e permite uma manutenção mais fácil. Naturalmente, óleos e outros materiais mais ou menos lubrificantes são também utilizados.

[0007] Como sabido por aqueles versados na técnica, esse lubrificante utilizado nos mancais de máquinas girantes deteriora ao longo do tempo e, portanto, há necessidade de troca e/ou reposição periódica.

[0008] Além disso, os sistemas de lubrificação utilizados nos mancais conhecidos da técnica possuem inconvenientes relacionados ao acúmulo excessivo de lubrificante no alojamento, à possibilidade de retorno do lubrificante utilizado ao rolamento, e à dificuldade na substituição do lubrificante utilizado. Esses inconvenientes podem resultar na redução da vida útil do rolamento e até mesmo na quebra do mancai.

[0009] A figura 1 mostra um conjunto de mancai vertical 1 para máquinas girantes que compreende um sistema de extração de graxa conhecido do estado da técnica, onde a remoção da graxa é efetuada por meio de uma gaveta 2 com mola (a mola 2a é mostrada através de um corte parcial). Assim, nesse sistema conhecido, todo o lubrificante consumido desce por gravidade até à gaveta, a qual é removida pela mola. Essa solução exige remoção da gaveta para descarte do lubrificante a cada relubrificação do mancai.

[0010] Além disso, nesse tipo de solução, é imprescindível a ação da gravidade para que o lubrificante descartado seja direcionado até o sistema de extração. Assim, pode ocorrer de alterações nas propriedades de viscosidade do lubrificante e do tempo de funcionamento levarem a um processo de endurecimento que ocasiona a criação de barreiras, impedindo que o lubrificante chegue ao local de descarte e ocasionando danos ao rolamento e diminuição da sua vida útil.

[0011] A figura 2 mostra, em linhas tracejadas, o caminho percorrido pelo lubrificante no interior do mancai, desde a sua entrada no conjunto, até sua chegada à gaveta e posterior remoção para descarte.

[0012] Como mostrado na figura, o conjunto compreende uma pista interna de rolamento 3 disposta sobre o eixo girante, uma pista externa de rolamento 4 suportada em um anel de fixação 5, com esferas de rolamento 6 dispostas entre as pistas, um centrifugador de lubrificante 7 disposto sobre o eixo em configuração adjacente à pista interna de rolamento 3, um reservatório de lubrificante 8 e um anel intermediário 9 disposto entre o anel de fixação 5 e o reservatório 8.

[0013] Assim, o centrifugador de lubrificante 7 do conjunto mancai de rolamento está montado de modo que o lubrificante passa através de uma fenda vertical disposta ao redor de todo o diâmetro externo do centrifugador. Isto é, existe uma folga com relação ao diâmetro interno do anel de fixação 5 (componente estático), que acaba por possibilitar que lubrificante novo seja inadvertidamente descartado, uma vez que o caminho preferencial, devido à ação da gravidade, é passar pelo rolamento e descer para o reservatório para posterior descarte.

[0014] Esse inconveniente da solução conhecida do estado da técnica acaba ocasionando desperdício de lubrificante, visto que o lubrificante novo dispõe de caminho livre no sentido vertical até o reservatório de lubrificante descartado. Quando o lubrificante é graxa, esse inconveniente é ainda mais grave, já que a graxa nova apresenta viscosidade reduzida quando comparada à graxa já utilizada e, portanto, teria maior tendência a fluir direto para o reservatório.

[0015] Outro inconveniente dessa solução conhecida do estado da técnica está relacionado ao problema de injeção em excesso de lubrificante novo. Quando isso ocorre, principalmente devido à falta de cuidado da equipe de manutenção, o sistema fica completamente cheio de lubrificante. Assim, é necessário que o processo de limpeza do reservatório seja realizado diversas vezes, até que o excesso de lubrificante desça e seja eliminado, para então poder ser preenchido pela graxa nova. Como a fenda entre o anel de fixação e o centrifugador de lubrificante é estreita, esse processo pode ser bastante demorado, prejudicando a produtividade da máquina.

[0016] Assim, permanece na técnica a necessidade por um sistema de lubrificação de mancais de rolamento que diminua ou elimine os inconvenientes mencionados acima, de modo a prolongar a vida útil do rolamento e seu correto funcionamento.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO [0017] Assim, é um dos objetivos da presente invenção proporcionar um conjunto de mancai de rolamento com um sistema de lubrificação que apresente um conceito eficiente para a substituição do lubrificante consumido, garantindo também que esse lubrificante não retorne ao sistema, entrando em contato com o rolamento novamente.

[0018] É outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um conjunto de mancai de rolamento com um sistema de lubrificação que evite o desperdício do lubrificante injetado no sistema no momento dos intervalos de lubrificação.

[0019] É mais um dos objetivos da presente invenção proporcionar um conjunto de mancai de rolamento com um sistema de lubrificação que possibilita que o lubrificante seja descartado apenas quando o mancai está em funcionamento, por meio do movimento de rotação do rolamento.

[0020] É ainda outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um conjunto de mancai de rolamento com um sistema de lubrificação que dispensa a remoção do lubrificante consumido até o fim da vida útil do rolamento.

[0021] É outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um conjunto de mancai de rolamento com um sistema de lubrificação que possua construção simplificada, diminuindo o custo do sistema e facilitando a montagem dos componentes.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0022] A presente invenção atinge os objetivos acima por meio de um conjunto de mancai para uma máquina elétrica girante do tipo que compreende um eixo girante, sendo que o conjunto compreende uma pista interna de rolamento e uma pista externa de rolamento, entre as quais são montados elementos rolantes e com a pista interna de rolamento sendo disposta sobre o eixo; um centrifugador de lubrificante disposto sobre o eixo em configuração adjacente à pista interna de rolamento; e um anel de fixação onde a pista externa de rolamento é axialmente fixada. No conjunto de mancai da presente invenção, o anel de fixação é fechado por uma tampa, é disposto próximo do centrifugador de lubrificante e é conformado de modo a criar um canal estreito de passagem de lubrificante com o centrifugador de lubrificante. O canal estreito de lubrificante direciona um lubrificante de rolamento para uma superfície do anel de fixação; e a superfície do anel de fixação possui aberturas espaçadas ao longo de seu perímetro circular, as quais são configuradas para direcionar o lubrificante para um espaço de reservatório formado entre o anel de fixação e a tampa.

[0023] Preferencialmente, cada uma das aberturas é conformada com uma parede em rampa que vai do canal estreito para o espaço de reservatório.

[0024] Em uma concretização da presente invenção, o centrifugador de lubrificante é formado com um recesso em forma de degrau em sua parte superior e uma reentrância em sua parte inferior, o recesso em forma de degrau definido uma superfície de piso e o centrifugador possuindo uma superfície externa. Nessa concretização, o anel de fixação compreende uma parede interna, uma parede externa e uma parede de ligação conectando a parede interna e a parede externa; a parede interna sendo conformada de modo que possui, em sua parte superior, um primeiro recesso em forma de degrau, um segundo recesso em forma de degrau e uma porção perimétrica ressaltada. O primeiro recesso em forma de degrau forma uma superfície de piso que coincide a superfície de piso do recesso em forma de degrau do centrifugador, formando um espaço de admissão de lubrificante. O segundo recesso em forma de degrau inicia-se da borda do primeiro recesso em forma de degrau e forma uma superfície em L que define uma segunda superfície de piso, em que essa superfície em L forma com a superfície externa do centrifugador o canal de passagem de lubrificante. A porção perimétrica ressaltada é recebida na reentrância do centrifugador.

[0025] As aberturas são preferencialmente formadas entre a segunda superfície de piso do segundo recesso em forma de degrau e o canal de passagem de lubrificante, e a pista externa do rolamento é fixada à parede de ligação do anel de fixação.

[0026] A presente invenção também contempla um sistema de lubrificação para o conjunto de mancai de uma máquina elétrica girante do tipo que compreende um eixo e pelo menos um conjunto de mancai disposto no eixo, o conjunto de mancai compreendendo uma pista interna de rolamento e uma pista externa de rolamento, entre as quais são montados elementos rolantes; um centrifugador de lubrificante disposto sobre o eixo em configuração adjacente à pista interna de rolamento; e um anel de fixação onde a pista externa de rolamento é axialmente fixada. No sistema de lubrificação da presente invenção, o anel de fixação é fechado por uma tampa, de modo que um espaço de reservatório formado entre o anel de fixação e a tampa; e o anel de fixação é disposto próximo do centrifugador de lubrificante e é conformado de modo a criar um canal estreito de passagem de lubrificante com o centrifugador de lubrificante; de modo que o movimento giratório do centrifugador de lubrificante força o lubrificante pelo canal estreito e direciona o lubrificante para uma superfície do anel de fixação. A superfície do anel de fixação possui aberturas espaçadas ao longo de seu perímetro circular, o movimento giratório do centrifugador de lubrificante empurrando o lubrificante para as aberturas e direcionando o lubrificante para o espaço de reservatório.

[0027] Preferencialmente, cada uma das aberturas é conformada com uma parede em rampa que vai do canal estreito para o espaço de reservatório.

[0028] Em uma concretização da presente invenção, o centrifugador de lubrificante é formado com um recesso em forma de degrau em sua parte superior e uma reentrância em sua parte inferior, o recesso em forma de degrau definido uma superfície de piso e o centrifugador possuindo uma superfície externa. Nessa concretização, o anel de fixação compreende uma parede interna, uma parede externa e uma parede de ligação conectando a parede interna e a parede externa; a parede interna sendo conformada de modo que possui, em sua parte superior, um primeiro recesso em forma de degrau, um segundo recesso em forma de degrau e uma porção perimétrica ressaltada. O primeiro recesso em forma de degrau forma uma superfície de piso que coincide a superfície de piso do recesso em forma de degrau do centrifugador, formando um espaço de admissão de lubrificante. O segundo recesso em forma de degrau inicia-se da borda do primeiro recesso em forma de degrau e forma uma superfície em L que define uma segunda superfície de piso, em que essa superfície em L forma com a superfície externa do centrifugador o canal de passagem de lubrificante. A porção perimétrica ressaltada é recebida na reentrância do centrifugador.

[0029] As aberturas são preferencialmente formadas entre a segunda superfície de piso do segundo recesso em forma de degrau e o canal de passagem de lubrificante, e a pista externa do rolamento é fixada à parede de ligação do anel de fixação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0030] A presente invenção será descrita a seguir com mais detalhes, com referências aos desenhos anexos, nos quais:

[0031] Figura 1 - é uma vista em perspectiva de um conjunto de mancai do estado da técnica, onde é ilustrado um sistema de extração de lubrificante conhecido do estado da técnica;

[0032] Figura 2 - é uma vista em corte transversal de um conjunto de mancai do estado da técnica;

[0033] Figura 3 - é uma vista em corte transversal de um motor vertical que incorpora pelo menos um conjunto de mancai de acordo com a presente invenção;

[0034] Figura 4 - é uma vista em corte transversal de um conjunto de mancai de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0035] Figura 4a - é uma vista ampliada do detalhe destacado na figura 4;

[0036] Figura 5 -é uma vista em perspectiva do conjunto de mancai de acordo com uma concretização da presente invenção, sendo que o conjunto é mostrado com uma porção cortada, de modo a permitir a visualização das características do conjunto;

[0037] Figura 6 - é uma vista em perspectiva superior do anel de fixação do conjunto de mancai de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0038] Figura 7 - é uma vista em perspectiva inferior do anel de fixação do conjunto de mancai de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0039] Figura 8 - é uma vista da seção transversal do anel de fixação do conjunto de mancai de acordo com uma concretização da presente invenção; e

[0040] Figura 8a - é uma vista ampliada do detalhe destacado na figura 8.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0041] A presente invenção será descrita a seguir com base em uma concretização preferida mostrada nas figuras 3 a 8.

[0042] Embora a presente descrição detalhada seja feita com base em uma concretização exemplificativa da invenção onde a máquina elétrica girante é um motor elétrico vertical, deve ser entendido que o conjunto de mancai da presente invenção poderia ser aplicado a qualquer tipo de máquina elétrica girante.

[0043] A figura 3 mostra uma vista em corte transversal de um motor elétrico de montagem vertical 10.

[0044] Conforme pode ser visto nessa figura, o motor compreende uma parte estática (estator) 1 1 e uma parte girante (rotor) 12 em um eixo 13, o conjunto móvel é fechado por uma tampa superior 14 e uma tampa inferior 15, sendo que conjuntos de mancai de rolamento superior 16 e inferior 17 são utilizados como apoio entre as tampas e o eixo. Naturalmente, um técnico no assunto entenderá que os conjuntos de mancai poderiam ser fixados a outros componentes fixos de máquinas elétricas, sem prejuízo do conceito inventivo aqui descrito. [0045] As características construtivas e operacionais desse tipo de máquina elétrica girante são plenamente conhecidas pelos técnicos no assunto, de modo que a presente descrição focará nos conjuntos de mancai e sistemas de lubrificação objetos da presente invenção.

[0046] As figuras ilustram 4 e 5 ilustram uma concretização de mancai vertical superior de acordo com a presente invenção, no entanto, o sistema de lubrificação ora descrito poderia ser igualmente aplicado a um mancai inferior, como é facilmente compreendido por um técnico no assunto.

[0047] Como mostram as figuras, o conjunto de mancai 16 compreende uma pista interna do rolamento 18 e uma pista externa do rolamento 19, entre as quais são montados elementos rolantes 20. Embora nas figuras os elementos rolantes sejam esferas 20, deve ser notado que elementos rolantes de outros formatos poderiam ser utilizados. Um cubo de rolamento 21 é utilizado para fixar o conjunto de rolamento à máquina (por exemplo, às tampas).

[0048] Na concretização da invenção mostrada nas figuras, a pista interna do rolamento 18 é travada com o uso de uma bucha 24 e porca de travamento 25.

[0049] Um centrifugador de lubrificante 22 é disposto sobre o eixo 13 em configuração adjacente à pista interna de rolamento 18. A parte superior do centrifugador 22 possui um recesso em forma de degrau 22a e a parte inferior do centrifugador possui uma reentrância 22b.

[0050] O conjunto de mancai da presente invenção compreende um anel de fixação 23 em peça única, que é ilustrado de forma isolada nas figuras 6, 7, 8 e 8a. Nesse sentido, destaca-se que a seção transversal mostrada na figura 8 é tal que corta apenas uma abertura 30, similarmente à direção do corte da seção transversal mostrada no mancai da figura 4.

[0051 ] Conforme ilustrado nas figuras, o anel de fixação 23 compreende uma parede interna 26, uma parede externa 27 e uma parede de ligação 28 conectando a parede interna e a parede externa.

[0052] A parede interna 26 é conformada de modo que sua porção superior possui um primeiro recesso em forma de degrau 26a em sua porção superior, um segundo recesso em forma de degrau 26b e uma porção perimétrica ressaltada 26c.

[0053] O primeiro recesso em forma de degrau 26a forma uma superfície de piso 26a’ que coincide com uma superfície de piso 22a’ formada pelo recesso em forma de degrau 22a do centrifugador 22. Assim, é formado um espaço de admissão com a base sendo a superfície de piso 26a’ do primeiro recesso em forma de degrau 26a da parede interna 26 e a superfície de piso 22a’ do recesso em forma de degrau 22a do centrifugador 22.

[0054] O segundo recesso em forma de degrau 26b inicia-se da borda do primeiro recesso em forma de degrau 26a e forma uma superfície em L 26b’. Essa superfície 26b’ forma com a superfície lateral do centrifugador 22 um canal de passagem de lubrificante.

[0055] A porção ressaltada 26c é recebida na reentrância 22b do centrifugador 22. Assim, é formado um canal em labirinto entre a superfície do anel de fixação 23 e o centrifugador 22.

[0056] A pista externa do rolamento 19 é fixada à parede de ligação 28 do anel de fixação 23, de modo que o rolamento é axialmente fixado.

[0057] Assim, o lubrificante injetado, por exemplo, por meio de um bico de entrada 29, cai por ação da gravidade sobre o rolamento, e, também por ação da gravidade no espaço de admissão formado pelas superfícies de piso da parede interna do anel de fixação 23 e do centrifugador 22.

[0058] Conforme melhor ilustrado na figura 4a, entre a superfície de piso do segundo recesso em forma de degrau 26b e o canal formado entre a parede interna do anel de fixação e o centrifugador são formadas aberturas espaçadas ao longo do perímetro circular da parede interna do anel. As dimensões (largura e comprimento L) dessas aberturas 30 dependem do projeto da máquina elétrica, incluindo tamanho de rolamento, viscosidade da lubrificação e rotação da máquina.

[0059] Preferencialmente, as aberturas 30 são conformadas com paredes em rampa, de modo a direcionar o lubrificante. Assim, o lubrificante que fica acumulado nas laterais das aberturas somente será descartado com o movimento de rotação dos componentes girantes do mancai, quando estão em funcionamento. Isso faz com que um lubrificante novo não seja descartado antes de sua utilização para lubrificação do rolamento.

[0060] O anel de fixação 23 é fechado com uma tampa 31 , de modo que um espaço de reservatório 32 de lubrificante é formado entre o corpo do anel de fixação 23 e a tampa 31 (vide figuras 4 e 5).

[0061] Uma vez que espaço de reservatório 32 é formado por todo o espaço entre o anel 23 e a tampa 32, ele é grande o suficiente para que não exista necessidade de remoção do lubrificante usado durante toda a vida útil do rolamento, o que facilita a manutenção do conjunto de mancai e da máquina girante.

[0062] Assim, o lubrificante que flui pelo canal formado entre a parede interna do anel de fixação 23 e o centrifugador 22 fica acumulada na superfície do anel de fixação 23, por exemplo, na superfície do segundo recesso em forma de degrau 26b, sendo que as aberturas espaçadas 30 permitem que o lubrificante seja direcionado ao espaço de reservatório 32.

[0063] Nesse sentido, o movimento de rotação do centrifugador 22 pressiona o lubrificante contra a superfície do anel de fixação 23, empurrando-o para as aberturas 30 que conduzem o lubrificante ao local de descarte.

[0064] Este sistema impede que o lubrificante que já foi utilizado na máquina retorne ao rolamento, uma vez que o movimento de rotação do centrifugador 22 atua pressionando o lubrificante contra as paredes do anel 23. Assim, o lubrificante, já contaminado e impróprio para a lubrificação do mancai, não volta a ficar em contato com o rolamento, o que poderia danifica-lo.

[0065] De fato, a construção do conjunto de mancai da presente invenção evita que o lubrificante contaminado volte a circular sobre os elementos rolantes do mancai, uma vez que a direção do escoamento é preferencial, sempre no sentido da gravidade. Ou seja, o lubrificante é aplicado por cima do rolamento, pela ação da gravidade é direcionada para passar pelo mancai, lubrificando-o, e então sendo conduzido para reservatório, sem possibilidade de retornar ao mancai.

[0066] Assim, o anel de fixação 23 acumula as funções de reservatório e de suporte para a vedação entre o reservatório e o eixo 13 da máquina. O centrifugador de lubrificante 22 possui a função de movimentar o lubrificante, promovendo a sua condução, quando já utilizado, para o reservatório.

[0067] Além das vantagens mencionadas acima, o conjunto de mancai de acordo com a presente invenção evita que seja aplicado lubrificante em excesso durante o intervalo de relubrificação, momento no qual o rolamento está parado, ou seja, sem movimento de rotação, e, portanto, acumulando lubrificante em excesso no reservatório. Como os canais entre o centrifugador e o anel de fixação são estreitos, é necessário que o centrifugador esteja em movimento para conduzir o lubrificante para o reservatório. Quando o centrifugador está parado (por exemplo, no intervalo de relubrificação), o lubrificante não flui para o reservatório, e, portanto, há um limite da quantidade injetada.

[0068] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferida da presente invenção, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras variações possíveis do conceito inventivo descrito, sendo limitadas tão somente pelo teor das reivindicações, aí incluídos os possíveis equivalentes.