Cuscinetti ibridi NKE a sfere, scanalati, con in diverse gabbie: in ottone (in alto a sinistra), in lamiera d’acciaio (in alto a destra), in poliammide (in basso a destra e in basso a sinistra). Nella foto di anteprima: cuscinetto ibrido NKE a sfere, scanalato, con corpi volventi in ceramica e gabbia in poliammide.
Le applicazioni industriali in condizioni ambientali difficili richiedono soluzioni speciali per i cuscinetti. NKE Austria GmbH, con sede a Steyr, ha sviluppato dei cuscinetti ibridi composti da anelli in acciaio di elevata purezza e da elementi volventi in ceramica in nitruro di silicio, Si3N4.
“Questo abbinamento di materiali, a prima vista sembra molto insolito, comporta numerosi vantaggi in una vasta gamma di applicazioni, aumentando, significativamente, l’affidabilità dell’intero sistema”, afferma Michael Rößl, Ingegnere applicativo di NKE a Steyr.
Gli elementi di laminazione in nitruro di silicio, il 60% più leggeri di quelli da laminazione in acciaio, sono indicati per velocità molto elevate. “Conseguentemente, i cuscinetti ibridi NKE possono raggiungere velocità limite, superiori di oltre il 20% rispetto a quelli usuali”, dice Rößl, “e, anche a queste velocità elevate e impegnative, offrono le migliori caratteristiche di funzionamento e la massima scorrevolezza, rivelandosi particolarmente adatti ai motori elettrici ad alta velocità”.
I corpi volventi in ceramica sono resistenti all’usura e garantiscono risultati migliori, aumentando significativamente la durata dei cuscinetti in condizioni difficili, come nel caso di lubrificazione insufficiente. “Le ottime proprietà di funzionamento in emergenza di un cuscinetto ibrido svolgono un ruolo importante nell’aumentare l’affidabilità di un’applicazione”, spiega l’Ingegnere di NKE Austria.
Le proprietà tribologiche di un cuscinetto volvente ibrido sono molto buone, grazie alla speciale combinazione dei materiali – ceramica e acciaio –. Anche a velocità elevate viene generato un calore d’attrito basso. “Ciò si traduce in una minore perdita di potenza del cuscinetto o dell’intera applicazione”, sottolinea Rößl. “Non solo, un cuscinetto ibrido offre una bassa coppia di distacco”.
L’acciaio di questi cuscinetti, più puro, ne aumenta la durata. I corpi volventi resistono alla corrosione e hanno una rigidità alta. La geometria delle piste e dei rulli è appositamente ottimizzata per garantire una perfetta geometria di contatto e un’elevata capacità di carico. “I cuscinetti ibridi offrono anche una buona protezione contro le cosiddette marcature d’arresto o False Brinelling”, aggiunge Rößl.
Tra le applicazioni tipiche dei cuscinetti ibridi figurano i motori elettrici (in c.a. e in c.c.), i generatori di turbine eoliche, le applicazioni ad alta velocità e gli azionamenti di trazione per veicoli ferroviari. “I cuscinetti ibridi con corpi volventi in ceramica sono infatti progettati per applicazioni in cui è richiesto il massimo isolamento elettrico e/o dove si richiede alte velocità”, dichiara Rößl.
“Questi componenti garantiscono massima protezione d’isolamento, perché i corpi volventi in ceramica sono elettricamente isolanti e impediscono il passaggio di corrente. L’uso di convertitori di frequenza causa spesso danni al cuscinetto volvente. Per correnti basse, un cuscinetto con rivestimento elettricamente isolante può rappresentare un rimedio, ma solo un cuscinetto ibrido assicura una protezione ottimale a correnti elevate”, continua Rößl.
Infine, l’uso di corpi volventi in nitruro di silicio può anche estendere la vita operativa del cuscinetto in altre applicazioni. A seconda dei requisiti richiesti e delle dimensioni del cuscinetto, le gabbie dei cuscinetti ibridi sono disponibili in lamiera d’acciaio, ottone o poliammide; su richiesta sono possibili anche gabbie speciali.
Le tipologie di cuscinetti ibridi frequentemente utilizzati sono quelli radiali a sfere, disponibili a magazzino o con brevi tempi di consegna. Altre tipologie o versioni speciali possono essere prodotte su richiesta del cliente. La sostituzione dei cuscinetti esistenti è semplice: “Gli ‘ibridi’ di NKE possono sostituire i cuscinetti convenzionali senza alcuna modifica”, conclude Rößl. “Non sono necessari strumenti o conoscenze aggiuntive nel processo di sostituzione”.
Michael Rößl, Ingegnere applicativo presso NKE a Steyr, in Austria.