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Prodotti e componenti SKF in polimero

SKF è conosciuta globalmente come produttore leader nel settore dei cuscinetti, con grandi competenze sui componenti in acciaio e sui dispositivi di tenuta in polimero. Tuttavia, nel corso degli anni, SKF ha anche realizzato molti prodotti e componenti a base di polimeri che sono descritti nel presente articolo.

Autori
Thomas Krause, Knowledge area manager polymers, SKF Schweinfurt, Germania

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Sintesi

Per decenni e sviluppando una grande esperienza, SKF ha impiegato un vasto assortimento di prodotti in polimero e materiale composito per progettare e produrre soluzioni economiche per cuscinetti volventi e radenti, oltre che per unità cuscinetto e supporti, destinati a varie applicazioni nei settori industriale, automobilistico e aeronautico.

Contatto vendite

Walter Verhaert, Walter.Verhaert@skf.com

Componenti in polimero per cuscinetti volventi
Le gabbie SKF in polimero si distinguono su molti fronti, quali leggerezza, silenziosità e grande scorrevolezza, in combinazione con vantaggi quali basso attrito, usura minima, elevata resistenza alla corrosione ed eccellenti capacità di funzionare in condizioni di emergenza, tutti fattori che determinano un incremento della durata di esercizio. Ulteriori vantaggi sono la possibilità di progettarle con geometrie complesse e di fabbricarle con procedimenti di stampaggio a iniezione veloci in una sola passata e con alti volumi.

Per la produzione di gabbie destinate alle applicazioni ad alta temperatura e/o in presenza di ambienti aggressivi, SKF prevede l’impiego di un polimero resistente agli agenti chimici denominato PEEK o polietereterchetone (fig. 1). Le gabbie costruite con questo materiale si impiegano spesso in applicazioni come i compressori a vite, nei quali si usa l’ammoniaca come refrigerante, o in applicazioni in presenza di acido solfidrico; altri esempi sono mandrini ad alta velocità per macchine utensili, motovibratori per cemento, pompe di processo lubrificate con idrocarburi, gas liquefatti o fluidi idraulici antincendio, alternatori per auto raffreddati a liquido e riduttori silenziosi per ascensori, oltre a molte applicazioni in Formula 1, tra cui motore, cambio, trasmissione, e sospensioni. Grazie alle loro prestazioni in ambienti difficili, si usano gabbie a segmenti in PEEK per i grandi cuscinetti SKF Nautilus destinati all’industria eolica (fig. 2).

Le gabbie SKF in polimero per le applicazioni più tradizionali sono costruite con una matrice di poliammide (PA) semicristallina, rinforzata con fibre di vetro che ne accrescono resistenza meccanica e rigidezza. Questa gabbie si impiegano in molti tipi di cuscinetti, da quelli radiali e obliqui a sfere a quelli a rullini e a rulli conici, fino ai cuscinetti a rulli toroidali CARB.

Per le applicazioni ferroviarie, le gabbie delle unità a rulli conici SKF TBU sono costruite con una poliammide super-tenace che ne migliora la resistenza agli urti. Inoltre, per evitare la ruggine di contatto che, per effetto dell’inflessione dell’assile, tende a formarsi tra la facciata dell’anello interno della TBU e l’anello di appoggio dell’assile stesso, s’impiega un anello distanziatore prodotto in una speciale poliammide rigida, rinforzata con fibre che ne accrescono la resistenza alla compressione e allo sfregamento (fig. 3).

Per definizione, i cuscinetti a rulli cilindrici a pieno riempimento non hanno la gabbia; la capacità di carico è elevata, ma il contatto reciproco tra i rulli dà luogo a strisciamenti e può provocare grippature e usura. Una soluzione economica è quella di interporre tra i rulli speciali distanziatori SKF in polimero (fig. 4). I vantaggi sono: minori strisciamenti, limiti di velocità più elevati e durate di esercizio più lunghe.

I nuovi manicotti a sfere SKF LBC serie D sono stati studiati per facilitare il montaggio e ottenere capacità di carico e durata maggiori. La gabbia ottimizzata in polimero contiene un minor numero di componenti, ha piste più grandi per le sfere, una zona di ­ricircolo ottimizzata e un serbatoio più grande per il grasso (fig. 5). Tali caratteristiche, combinate tra di loro, consentono di ottenere scorre­volezza eccezionale, basso attrito e maggiore silenziosità. La nuova serie è adatta per applicazioni particolarmente sensibili, ad esempio nelle apparecchiature medicali.

I cuscinetti a sfere SKF in polimero resistono alla corrosione e agli agenti chimici, sono leggeri, silenziosi e hanno buone proprietà smorzanti (fig. 6a e fig. 6b). Per gli anelli si usano normalmente il polipropilene (PP) o il poliossimetilene (POM), anche se, a richiesta, si possono impiegare polimeri diversi. Le sfere possono essere in polimero, acciaio inossidabile, vetro o altro materiale. Le gabbie sono in poliammide o polipropilene; autolubrificanti, hanno un basso coefficiente d’attrito e possono funzionare a secco, soprattutto nelle applicazioni in cui non può essere usato alcun lubrificante, ad esempio per motivi igienici. Anche l’elevata resistenza specifica (il rapporto resistenza-peso) è una proprietà interessante dei cuscinetti in polimero, specialmente nelle applicazioni in cui ha importanza proprio il peso. I cuscinetti a sfere in polimero sono normalmente usati nelle applicazioni in cui è essenziale la resistenza all’umidità o agli agenti chimici e quindi non si può usare l’acciaio se non con specifiche restrizioni.

In numerose applicazioni particolari si impiegano speciali unità cuscinetto SKF. I cuscinetti SKF si possono sovrastampare con polimeri e combinare con ingranaggi sinterizzati con polveri SKF metalliche ad alta densità e proprietà antiusura, utilizzando un processo di stampaggio a iniezione in una sola passata per creare unità dentate, ad es. per i tenditori di spago delle presse-raccoglitrici (fig. 7). Altri cuscinetti SKF sono sovrastampati con supporti in polipropilene rinforzato con fibre di vetro (PP-GF) per realizzare mozzi per le lavatrici con carica dall’alto (fig. 8). Per realizzare unità cuscinetto resistenti alla corrosione si impiegano presso-fusioni in poliammide (fig. 9).

Parti in polimero per cuscinetti radenti
In molti cuscinetti radenti SKF hanno un ruolo importante le mescole di polimeri e i materiali compositi. Tutti contengono come additivo autolubrificante il politetrafluoroetilene (PTFE), in concentrazione e distribuzione ben definite, per conferire al materiale basso attrito e azione antiusura.

I pannelli di strisciamento contenuti in alcuni tipi di snodi sferici SKF sono costituiti da un polimero rinforzato con fibre, costituito da fibre, poliammide e PTFE; essi vengono stampati direttamente o incollati sulla superficie interna dell’anello esterno e strisciano contro l’anello interno in acciaio (fig. 10). Essi esercitano un’eccellente azione di smorzamento, specialmente in presenza di vibrazioni o di carichi d’urto di media entità. Nelle applicazioni in cui è inevitabile la presenza di sporcizia o umidità, la capacità della matrice in polimero di inglobare piccole particelle fornisce ulteriori argomenti per l’impiego del materiale SKF in polimero rinforzato con fibre.

Il materiale di strisciamento degli snodi sferici SKF TX è costituito da un tessuto in PTFE, e da fibre di rinforzo annegate in una matrice di resina tridimensionale termoindurente legata chimicamente (fig. 11). Lo strato di tessuto TX possiede elevata rigidezza e offre attrito minimo costante per l’intera durata di esercizio. Inoltre ha un’eccellente resistenza all’usura e una capacità di carico ai massimi livelli. Gli snodi sferici SKF TX non vanno lubrificati e sono esenti da manutenzione.

Il materiale di strisciamento delle boccole SKF con fibre incrociate è costituito da PTFE e fibre di rinforzo, mentre il relativo supporto è costituito da fibre di vetro inglobate in una matrice di resina termoindurente (fig. 12). Le boccole di questo tipo hanno un eccellente comportamento tribologico, anche in condizioni di lavoro gravose. Sono insensibili alle sollecitazioni al bordo e ai disallineamenti e hanno buona resistenza agli urti e proprietà antiattrito, il che amplia considerevolmente il campo delle applicazioni esenti da manutenzione.

La boccole SKF in poliammide e PTFE (fig. 13) hanno buone proprietà di conduzione del calore, grazie al piccolo spessore, il che consente di raggiungere alte velocità di strisciamento con pressioni di media entità. Hanno un’adeguata capacità di carico, buone proprietà anti-usura e sono molto economiche.

Le boccole, le rondelle e le strisce in materiale composito hanno un’armatura di supporto in acciaio con uno strato intermedio in bronzo poroso e uno strato superiore in poliossimetilene (POM) o costituito da una mescola di PTFE+MoS2 (fig. 14).

Parti in polimero per il mercato automobilistico
Le parti SKF in polimero per il mercato automobilistico mettono insieme alcune proprietà eccezionali dei polimeri, quali leggerezza, buone proprietà di smorzamento e resistenza alla corrosione con l’elevata resistenza e la rigidezza dell’acciaio.

Un esempio tipico sono le boccole montate e sovrastampate con polimeri resistenti alle alte temperature. La produzione prevede un processo in una sola passata di stampa a iniezione su un alloggiamento in metallo per produrre unità rigide e leggere, destinate ad es. alle centrifughe per espellere dal basamento i trafilamenti di gas caldi e vapori di olio (blow-by) (fig. 15).

I prodotti SKF in polimero per gli organi di trasmissione, quali le cinghie per alte prestazioni in poliuretano rinforzato con fibre, si possono installare in varie posizioni; i cuscinetti SKF sono abbinati a polimeri sovrastampati per ottenere pulegge leggere e resistenti all’usura, ad es. per il motore (fig. 16).

Le ralle reggispinta in poliammide, munite di piccoli alveoli per il grasso per ridurre attrito e usura, si impiegano nei cuscinetti dei giunti cardanici degli alberi di trasmissione degli autocarri (fig. 17).

SKF offre anche le robuste MacPherson Suspension Bearing Units (MSBU) dotate di un alloggiamento in polimero, una sede metallica elastica integrata e un sistema di tenuta ottimizzato per alte prestazioni. Le SKF MSBU resistono a condizioni di lavoro gravose e contribuiscono a estendere la durata di esercizio della sospensione (fig. 18).

Le applicazioni per lo sterzo come gli anelli smorzatori in elastomero soffice, da montare sugli anelli esterni del cuscinetto (fig. 19) o gli alloggiamenti in poliammide per le unità di sterzo (fig. 20) sono ulteriori esempi di parti in polimero utilizzate nel settore delle applicazioni automobilistiche SKF.

Parti in polimero per l’aeronautica
Alla SKF Aerospace, nella produzione di aste in composito leggere e ad alta resistenza per box alari, puntoni da pavimento e aste per controlli di volo, si usano speciali materiali in polimero composito, basati su resine termoindurenti rinforzate con fibre (fig. 21).

Gli snodi sferici, esenti da manutenzione e autolubrificanti con rivestimenti in polimero composito, si usano nei gruppi rotore degli elicotteri, nei carrelli di atterraggio, negli attacchi pilone-ala e motore-ala, negli attuatori dei controlli di volo e negli attacchi degli accessori del motore (fig. 22).

I cosiddetti dispositivi elastomerici di precisione (Precision Elastomeric Device, PED) come cuscinetti in elastomero, supporti isolanti, tenute a diaframma, boccole e smorzatori (fig. 23) sono altri esempi del vasto assortimento di parti in polimero offerto da SKF.

Fig. 1: Gabbie in PEEK per alte temperature e/o ambienti difficili. Fig. 2: I cuscinetti SKF Nautilus, di dimensioni molto grandi per applicazioni eoliche (diametro esterno fino a 4.000 mm), sono muniti di gabbia in PEEK a segmenti.  Fig. 3: Unità TBU a rulli conici munita di uno speciale anello distanziatore in polimero inserito tra la facciata laterale dell’anello interno e l’anello di appoggio sull’assile per evitare la ruggine di contatto. Fig. 4: Cuscinetto a rulli cilindrici a pieno riempimento munito di speciali distanziatori in polimero. Fig 5: Nuovo manicotto a sfere SKF LBC, serie D. Fig. 6a: Cuscinetti a sfere in polimero. Fig. 6b: I cuscinetti a sfere in polimero possono essere fabbricati con materiali diversi. Fig. 7: Unità ruota dentata-cuscinetto radiale a sfere con poliammide sovrastampata (in grigio scuro). Fig. 8: Mozzo per lavatrici con carica dall’alto con alloggiamento in PP-GF. Fig. 9: Unità cuscinetto con alloggiamento in poliammide pressofusa. Fig. 10: Snodo sferico radiale con pannelli di strisciamento in poliammide-PTFE. Fig. 11: Snodo sferico radiale con strato in tessuto TX esente da manutenzione (come le tenute). Fig. 12: Boccole con fibre incrociate in resina termoindurente, rinforzata con fibre in vetro/PTFE. Fig. 13: Boccole in PTFE poliammide. Fig. 14: Boccole e rondelle reggispinta in PTFE e POM composito.Fig. 15: Unità cuscinetto in lamiera con materiale in polimero sovrastampato.

Fig. 16: Cinghie e pulegge.Fig. 17: Cuscinetto per giunto cardanico, rondella reggispinta in poliammide.Fig. 18: MacPherson Suspension Bearing Unit (MSBU).Fig. 19: Smorzatore per lo sterzo, in elastomero termoplastico soffice.Fig. 20: Unità di sterzo, alloggiamento in poliammide.Fig. 21: Aste e flange in materiale composito per applicazioni aeronautiche.Fig. 22: Snodi sferici per applicazioni aeronautiche.Fig. 23: Precision Elastomeric Device (PED) per applicazioni aeronautiche.

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