I cuscinetti ibridi sono in grado di prolungare la durata di esercizio di motori elettrici, macchine utensili, macchine a fluido, ecc., risolvendo i problemi di passaggi di corrente, alte velocità, contaminazione o lubrificazione scarsa.Nei motori elettrici gli inverter ad alta frequenza consentono di semplificare i progetti, permettono la variazione di velocità, riducono il consumo di energia e consentono di realizzare macchine molto veloci, ma sono responsabili dell’aumento dei danneggiamenti sui cuscinetti, quali impronte ad asse da lavare e pitting sulle piste, colorazione grigia dei corpi volventi e annerimento del grasso. Si tratta di danneggiamenti provocati dalle scariche elettriche che si creano nel contatto tra corpi e piste e che insorgono in quanto la tensione di modo comune è diversa da zero e si formano picchi transitori, dovuti a tempi di commutazione brevissimi.
   I cuscinetti ibridi hanno corpi volventi isolanti di ceramica (nitruro di silicio). In presenza di corrente continua, i tipi senza protezioni laterali presentano una resistenza dell’ordine di diverse GΩ e costituiscono un eccellente strumento per interrompere il passaggio attraverso i contatti corpi-piste. In presenza di correnti ad alta frequenza, cosa molto importante, i corpi di ceramica agiscono da dielettrico tra l’anello interno e quello esterno. La capacitanza dei cuscinetti ibridi è molto bassa (dell’ordine dei picoFarad). Per effetto del relativamente grande diametro dei corpi volventi, della piccola dimensione dei contatti sulle piste e della bassa costante dielettrica ε_r del nitruro di silicio, si hanno impedenze superiori a 1 kΩ, anche a frequenze di 1 MHz. Quindi, questi cuscinetti sono estremamente efficaci contro i danneggiamenti di origine elettrica, specie per quanto riguarda le correnti ad alta frequenza.

Esecuzioni per alte velocità
Il crescente impiego di converter a frequenza consente di progettare in modo semplice motori più potenti e veloci. Ai relativi cuscinetti viene richiesto – oltre che di girare ad alta velocità – di consentire una lubrificazione di lunga durata e di avere buone proprietà isolanti. I cuscinetti ibridi con protezioni incorporate e lubrificati a vita hanno tutte queste proprietà. Grazie alle sfere di ceramica, il grasso in essi contenuto può avere maggiori durate, l’attrito interno è minore – le forze centrifughe sviluppate dalle sfere sono infatti di minore entità – e i danni conseguenti agli slittamenti in presenza di bassi carichi sono ridotti al minimo. Tali cuscinetti hanno buone potenzialità di durata anche nelle applicazioni ad albero verticale.
   In presenza di alte velocità e forti accelerazioni, per i cuscinetti radiali a sfere lubrificati a vita si consiglia l’impiego di gabbie di polimero, quali quelle di poliammide rinforzate con fibre di vetro. Un ottima alternativa sono le gabbie di PEEK (poli-eter-eter-chetone) rinforzate con fibre di vetro. Il PEEK ha il vantaggio di essere più rigido alle alte temperature, il che evita il rischio di rigonfiamenti e deformazioni. Inoltre la sua resistenza chimica e al calore lo rende meno sensibile alle alte temperature presenti nei contatti sfere-gabbia.
   Quando i cuscinetti radiali a sfere ruotano ad alta velocità può essere necessario ridurre al minimo la rumorosità provocata dalla vibrazione della gabbia, ecc. La cosa si può ottenere in modo accettabile ad esempio applicando un precarico assiale mediante molle e utilizzando un gioco maggiore del normale. Il precarico necessario dipende dal carico radiale, dalla velocità, dalla lubrificazione e dal tipo di cuscinetto e di applicazione. Il carico assiale appropriato può essere determinato, a seconda delle condizioni di funzionamento, utilizzando un programma, come l’SKF BEAST, che simuli il comportamento dinamico dei cuscinetti in varie condizioni di carico e velocità. Con tale programma è per esempio, possibile vedere come aumentando lo strisciamento fra l’anello interno e le sfere al disotto di una data forza assiale la gabbia tenda a diventare instabile.

Durata del grasso
La durata del grasso è più lunga nei cuscinetti ibridi che in quelli interamente di acciaio, specialmente quando in questi ultimi passa la corrente elettrica. Generalmente a velocità molto alte, la durata del grasso nei cuscinetti ibridi è più che quadrupla, mentre, in alcuni casi, ad esempio ad altissima velocità, è ancora maggiore. Prima di calcolare la durata di un grasso nelle specifiche condizioni di lavoro bisogna però definirne la durata di base, che per i cuscinetti ibridi si può determinare mediante la prova SKF ROF.
   Per i motori elettrici il grasso più idoneo è quello SKF tipo WT (Wide Temperature), impiegabile in un ampio campo di temperature e caratterizzato da lunghe durate particolarmente nei valori alti, e con velocità molto elevate. In un motore elettrico concorrono a creare elevate temperature di lavoro, la temperatura ambiente, le perdite di corrente nello statore e nel rotore, le perdite nel traferro, le correnti parassite e l’attrito nei cuscinetti. Nei cuscinetti lubrificati a vita il grasso WT presenta una lunga durata in un campo di temperature tra i 70 e i 120°C.
   Le vibrazioni creano problemi ai cuscinetti quando sono fermi, a causa della insufficiente lubrificazione. Questo fenomeno si verifica nelle macchine elettriche, quando queste subiscono forti vibrazioni, ad esempio negli impianti di riserva o nel trasporto, oppure dei motori passo passo. A questi problemi si può spesso ovviare con una progettazione oculata e una appropriata lubrificazione. Per i casi più critici, i cuscinetti ibridi sono un’ottima alternativa, data la loro capacità di far fronte alla scarsa lubrificazione, tipica in presenza di vibrazioni a macchina ferma.

Assortimento per la manutenzione
Per la manutenzione delle macchine elettriche, la SKF Ceramic Bearings possiede un ampio assortimento di cuscinetti ibridi. Normalmente si tratta di cuscinetti radiali a sfere delle serie 60-, 62- e 63- per diametri foro da 5 a 50 mm. Questi cuscinetti, appositamente studiati per assicurare alte prestazioni, hanno guarnizioni di tenuta a basso attrito (2RZ), gabbia di poliammide rinforzata con fibre di vetro (TN9), sfere di ceramica (HC5), gioco maggiore del normale (C3) e grasso lubrificante per un ampio campo di temperature (WT). Un appellativo tipico: 6205-2RZTN9/HC5C3WT.
   I cuscinetti di questa esecuzione assicurano l’isolamento dei contatti sulle piste, alte velocità ammissibili e lunga durata del grasso alle alte temperature e alle velocità elevate.
   L’assortimento è idoneo per motori elettrici standard da 0,15 a 15 kW, oltre che per altre macchine quali generatori, elettroutensili, ecc. Nei motori standard, i cuscinetti ibridi normalmente si applicano per isolare il lato opposto al lato comando. Occorre comunque notare che una buona messa a terra e un cablaggio simmetrico e schermato possono contribuire a ridurre l’entità dei problemi. In certi casi può anche essere necessario isolare entrambi i cuscinetti. È tuttavia sempre consigliabile consultare il costruttore del motore prima di effettuare modifiche.
   Per risolvere i problemi dei passaggi di corrente sui motori per alberi da 55 mm e oltre, sono disponibili i cuscinetti SKF INSOCOAT^TM. Si tratta di cuscinetti con un rivestimento ceramico protettivo dell’anello esterno, molto efficace contro i passaggi di corrente. Per soddisfare esigenze molto particolari sono comunque disponibili a stock anche cuscinetti radiali a sfere per diametri fino a 110 mm, in versione ibrida (HC5), per esempio per applicazioni che lavorano in presenza di frequenze estremamente elevate, vibrazioni severe, contaminazione, ecc.

Unità con cuscinetti ibridi
La business unit SKF, Machinery Specials (MSP), possiede una vasta esperienza nelle applicazioni elettriche più esigenti e nella realizzazione di cuscinetti e unità costruite ad hoc. Recentemente ha realizzato unità cuscinetto per motori di trazione (TMBU), lubrificate a vita, dotate di cuscinetti ibridi e capaci di soddisfare le esigenze più severe in termini di lubrificazione, isolamento e semplicità di manipolazione e applicazione, per non parlare della possibilità offerta di ridurre le dimensioni d’ingombro dei motori e di raggiungere alte velocità. Recentemente, grazie alle unità SKF TMBU munite di cuscinetti ibridi, un cliente è riuscito ad aggiudicarsi una grossa fornitura di motori di trazione.
   Come si vede, la SKF possiede tutti gli strumenti atti ad assistere i clienti nel loro lavoro di miglioramento del macchinario elettrico esistente e di progettazione di quello nuovo. Essa supporta questo lavoro con suggerimenti e con la disponibilità dei prodotti, in particolare dei cuscinetti ibridi lubrificati a vita e delle unità ibride, che sono componenti in grado di offrire protezione contro i passaggi di corrente, sono lubrificati a vita e consentono di operare con velocità più elevate e maggiori potenze. Si prevede che la richiesta di tali prodotti aumenti, grazie anche alla facilità di manutenzione e di applicazione.

Lars Kahlman  
e Karin A. Nilsson  
SKF Ceramic Bearings, Göteborg, Svezia  
e Gerwin Preisinger  
SKF Industrial Division, Development Centre Steyr, Austria