Cuscinetti ceramici 100%: la novità senza lubrificazione

In  questo articolo parleremo di cuscinetti ceramici 100%: che siano cuscinetti ceramici alta velocità, cuscinetti ceramici alta temperatura non importa, la caratteristica  principale è che sono senza lubrificazione.

In questo articolo abbiamo già analizzato l’importanza non solo della scelta del lubrificante da utilizzare in un cuscinetto ma anche delle operazioni di manutenzione.

A volte, però, la scelta corretta del lubrificante o l’esecuzione delle adeguate operazioni di manutenzione sono molto difficili o impossibili; ad esempio:

• cuscinetti con guarnizioni: ripristinare la giusta quantità di lubrificante richiede di smontare il cuscinetto dalla macchina o dall’impianto, rimuovere le guarnizioni, lavare accuratamente il cuscinetto, lubrificare nuovamente, montare nuove guarnizioni e rimontare il cuscinetto nella macchina o nell’impianto
• cuscinetti utilizzati in ambienti aggressivi per il lubrificante come ad esempio le macchine o gli impianti per il settore alimentare. I cicli di sanificazione che periodicamente devono essere realizzati comportano anche l’uso di lance ad alta pressione. Per effetto di questa pressione il lubrificante presente all’interno dei cuscinetti potrebbe essere asportato durante l’operazione o contaminato con i prodotti usati per la sanificazione
• cuscinetti posti in ambienti umidi o in presenza di vapore: il lubrificante può essere contaminato e perdere la sua efficacia in tempi molto brevi
• cuscinetti per ambienti ad alta o altissima temperatura: per queste condizioni di utilizzo l’offerta di lubrificanti può essere molto ridotta e con costi estremamente elevati

Il risultato di situazioni come queste è che i cuscinetti non operano in condizioni ottimali causandone una sostituzione precoce. Operazioni di manutenzione frequenti comportano fermi macchina che possono non essere economicamente accettabili.

Le 5 caratteristiche dei cuscinetti totalmente ceramici

Una soluzione a tutte queste problematiche è rappresentata dai cuscinetti totalmente ceramici ossia da cuscinetti realizzati con:

• Anelli in Ossido di Zirconio (ZrO₂) o Nitruro di Silicio (Si₃N₄)
• Corpi volventi in Ossido di Zirconio (ZrO₂) o Nitruro di Silicio (Si₃N₄)
• Gabbia in materiale plastico PEEK, PTFE (teflon) o PA66 (nylon) ottenuta per stampaggio o per lavorazione (la scelta del materiale dipende dalle condizioni operative del cuscinetto)
• Guarnizioni non striscianti in PEEK o PTFE (la scelta del materiale dipende dalle condizioni operative del cuscinetto).

Vediamo in dettaglio quali sono le caratteristiche dei cuscinetti totalmente ceramici che, nei confronti del problema della lubrificazione, li rendono una soluzione molto interessante, a volte l’unica:

1. Durezza

La durezza dei materiali ceramici è, per caratteristiche intrinseche a questa tipologia di materiali, molto più elevata della durezza che gli acciai per cuscinetti raggiungono dopo tempra.

2. Rugosità

Gli elementi volventi e gli anelli in materiale ceramico hanno una rugosità più bassa rispetto a quello ottenibile con gli acciai per cuscinetti

3. Coefficiente di attrito

Il coefficiente di attrito dei materiali ceramici è più basso del coefficiente di attrito degli acciai per cuscinetti.

4. Resistenza alla temperatura

I materiali ceramici presentano una resistenza alla temperatura estremamente elevata. Infatti, l’Ossido di Zirconio può essere utilizzato fino a 500°C ed il Nitruro di Silicio fino a 800°C mentre gli acciai per cuscinetti, a meno di trattamenti particolari, possono essere usati fino a 150°C.

5. Resistenza chimica

L’Ossido di Zirconio ed il Nitruro di Silicio sono chimicamente inerti nei confronti di moltissime sostanze chimiche che sono fatali per i cuscinetti in acciaio (acidi, basi, composti organici, acqua, nebbia salina, ecc.).

Queste 5 caratteristiche producono un effetto molto importante nei cuscinetti totalmente ceramici: la resistenza all’usura è migliore di quella degli acciai.

Vediamo perché.

Consideriamo due cuscinetti, uno in acciaio e l’altro in materiale ceramico, di pari dimensioni e sottoposti allo stesso carico.

Come visto in questo articolo sugli attriti, l’usura è causata, principalmente, da due effetti: abrasione meccanica ed innalzamento di temperatura.

Poiché l’abrasione meccanica è legata alla rugosità delle superfici in contatto, nei materiali ceramici questo fenomeno avrà rilevanza minore perché la rugosità è più bassa di quella ottenibile nei cuscinetti in acciaio.

L’innalzamento di temperatura nel cuscinetto ceramico sarà inferiore a quella del cuscinetto in acciaio.  Infatti, poiché i materiali ceramici sono dotati di una durezza più elevata degli acciai per cuscinetti, la superficie di contatto tra elemento volvente e pista nel cuscinetto totalmente ceramico sarà più piccola di quella presente nel cuscinetto in acciaio.  Una superficie di strisciamento più piccola associata ad un coefficiente di attrito più basso danno luogo ad una minore produzione di calore.

In definitiva, il cuscinetto ceramico mostra una resistenza all’usura più elevata rispetto al cuscinetto in acciaio.

Tutto questo porta ad un risultato estremamente importante:

I cuscinetti totalmente ceramici possono operare in condizioni di lubrificazione impossibili per i cuscinetti in acciaio.

Esempi di utilizzo dei cuscinetti ceramici

Alcuni esempi di utilizzo possono essere i seguenti:

• Presenza di alte o altissime temperature: è una situazione molto difficile per un cuscinetto in acciaio, non solo per l’influenza che la temperatura ha sull’acciaio stesso, ma anche perché potrebbero non esistere lubrificanti adatti. Un cuscinetto totalmente ceramico a pieno riempimento può operare anch senza lubrificazione.
• Macchine o impianti per il settore alimentare: le normative richiedono l’utilizzo di lubrificanti certificati per uso alimentare. La tendenza generale, però, è quella di eliminare ogni fonte di contaminazione e, quindi, di utilizzare lubrificanti “naturali” o di eliminare completamente la lubrificazione. In queste condizioni diventa molto difficile l’utilizzo di cuscinetti in acciaio. Al contrario, i cuscinetti totalmente ceramici possono essere lubrificati con acqua o essere utilizzati senza lubrificazione
• Applicazioni per vuoto spinto: i cuscinetti in acciaio per questo settore devono adottare soluzioni di lubrificazione molto speciali per evitare che il lubrificante gassifichi. Il cuscinetto totalmente ceramico può operare senza lubrificazione rappresentando, quindi, una valida soluzione a questo problema.

Ti abbiamo spiegato solo uno dei tanti aspetti che fanno, di questo prodotto, il migliore alleato delle tue macchine. Abbiamo approfondito ulteriormente i vantaggi e il funzionamento dei cuscinetti in una guida dedicata che contiene anche le applicazioni possibili.

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