Gli sviluppi della SKF nel settore dei dispositivi per la verifica della rumorosità dei grassi si basano sulle necessità dell’industria di avere cuscinetti silenziosi e con maggiori durate di esercizio. Per verificare il raggiungimento del livello di pulizia e delle condizioni di lubrificazione desiderati, occorrono sistemi impostati con rigore: il misuratore di rumorosità SKF BeQuiet+ consente di valutare la qualità del lubrificante in termini di pulizia e smorzamento.

Nel corso degli anni, al fine di approfondire le proprie conoscenze sulla teoria della lubrificazione, la SKF ha realizzato una serie di banchi prova per i grassi. Questo le ha consentito di consolidare la propria posizione sul mercato, non solo come produttore leader di cuscinetti, ma anche come fornitore di grassi lubrificanti. L’SKF Quality Technology Centre a Steyr in Austria è responsabile per lo sviluppo, la fabbricazione e la vendita di banchi per la prova dei grassi, attività svolte in collaborazione stretta con l’SKF Engineering & Research Centre (SKF ERC), situato in Olanda.

La SKF è leader di mercato nelle prove sui grassi, in quanto possiede una tecnologia supportata da ricerche tribologiche e da una attività di industrializzazione pluriennali. Il suo misuratore di rumorosità BeQuiet ha avuto un tale successo da diventare il dispositivo standard dell’industria dei lubrificanti per questi tipi di prove.

Il misuratore è consigliato ai produttori di lubrificanti per i loro programmi di sviluppo e di controllo della produzione, mentre le fabbriche di cuscinetti lo possono utilizzare per scegliere il migliore lubrificante disponibile sul mercato e controllare i materiali in ingresso; gli utenti finali possono verificare la qualità della lubrificazione in esercizio.

Importanza di avere un lubrificante pulito
La teoria SKF della durata sottolinea la necessità di impiegare lubrificanti puliti, al fine di consentire ai cuscinetti volventi lunghe durate di esercizio. Anche se, nelle applicazioni pratiche, molti fattori possono influenzare il grado di pulizia di un grasso, occorre comunque sempre che questo sia pulito sia per la lubrificazione iniziale sia per la rilubrificazione. Inoltre, nelle applicazioni in cui la durata a fatica dei cuscinetti non è un grosso problema (ad es. quando i carichi sono molto leggeri), può essere importantissimo avere un grasso esente da particelle estranee, al fine di non compromettere la silenziosità dei cuscinetti stessi, come nel caso dei motori elettrici, dei ventilatori, ecc.

I cuscinetti dei ventilatori, infatti, devono essere estremamente silenziosi e così pure quelli dei motori elettrici, per i quali i costruttori esigono un livello di vibrazione il più basso possibile. Il grasso dal canto suo deve dunque essere assolutamente privo di sostanze estranee.

I cuscinetti del cambio di velocità di un autoveicolo devono avere una durata pari a quella del veicolo stesso, ma sono esposti ai detriti spesso provenienti dagli ingranaggi e quindi presenti nell’olio. Quando tali detriti sono sottoposti al rotolamento dei corpi volventi, si creano dannose impronte sulle piste; il maggior livello di sollecitazione presente ai bordi di queste ultime favorisce un processo di invecchiamento dell’olio, che porta ad un affaticamento delle superfici del cuscinetto. Di conseguenza aumenta la rumorosità e alla fine il cuscinetto stesso si danneggia per fatica.

Come nasce il rumore
Poiché nei contatti volventi lo spessore del film che separa le superfici è molto piccolo (generalmente meno di un micron), è evidente che, se si hanno particelle con dimensioni superiori, la scorrevolezza viene meno. La fig. 2 mostra i picchi di vibrazione di un lubrificante non pulito, i quali vengono registrati estraendo dal segnale globale l’effetto di breve durata del rotolamento sulle particelle. Se queste sono di grandi dimensioni, sulle piste possono verificarsi impronte permanenti (fig. 3); nel qual caso il segnale globale aumenta nel tempo, indicando che si sta perdendo l’alta qualità originaria del cuscinetto. In fig. 4 sono evidenziati i piccoli danneggiamenti della superficie di un cuscinetto provocati dal rotolamento su particelle fragili.

A seconda della tipologia di particelle in esso presenti, un grasso può essere classificato secondo quattro classi di qualità distinte:

Sporco
Quando la durezza e la grandezza delle particelle sottoposte al rotolamento dei corpi volventi è tale da portare alla formazione di danneggiamenti permanenti sulle superfici in contatto, con conseguente incremento della rumorosità globale e riduzione della durata di esercizio del cuscinetto.

Rumoroso
Quando la durezza e la grandezza delle particelle sottoposte al rotolamento può danneggiare le superfici in contatto, portando a un notevole aumento della rumorosità del cuscinetto, senza però che la durata di esercizio di questo ne venga compromessa.

Pulito
Quando la durezza e la grandezza delle particelle sottoposte al rotolamento produce livelli di vibrazione apprezzabili, senza però che ci siano danneggiamenti permanenti delle superfici in contatto.

Silenzioso
Quando è massimo il grado di pulizia, grazie a un quantitativo minimo di particelle responsabili dei picchi di vibrazione.

Nella pratica è raro che venga fornito un lubrificante classificabile come “sporco”, ma può diventarlo in funzionamento.

Sul mercato ci sono alcuni grassi che entrano nella definizione di “rumorosi” a causa del tipo di addensante o dell’inclusione di additivi solidi. Ne sono esempi tipici alcuni grassi al calcio complesso che contengono grosse particelle di sali di calcio, che provocano piccole impronte permanenti (fig. 3).

Per la maggior parte, i grassi odierni possono essere definiti “puliti”. Ne sono esempi tipici i grassi alla poliurea, dove possono essere presenti grossi agglomerati di addensante. Tali grassi possono produrre picchi di vibrazione elevati, ma, dato che la durezza delle particelle è bassa, il rotolamento non dà luogo a impronte apprezzabili (fig. 5).

Solo alcuni grassi possono essere definiti “silenziosi”. Ne sono esempi tipici i grassi al sapone di litio, che vengono prodotti in ambienti puliti e con processi che separano le eventuali particelle estranee e danno luogo a una struttura fine del sapone.

Lo scopo del nuovo misuratore SKF BeQuiet+ è quello di valutare un grasso per identificarne o migliorarne la silenziosità. Per una scelta corretta dei lubrificanti, i confronti delle loro caratteristiche di smorzamento devono essere eseguiti su uno stesso cuscinetto, montato allo stesso modo.

Sulle caratteristiche di smorzamento di un lubrificante incidono molti fattori. Nel caso degli oli, sono fattori importanti il tipo, la viscosità e gli additivi e la tipologia degli oli base. Spesso si rileva una chiara tendenza ad avere un maggior smorzamento con l’aumentare della viscosità (fig. 6). Per quanto riguarda i grassi, le caratteristiche di smorzamento possono essere assai variabili, forse anche a causa del ruolo che giocano il tipo e la microstruttura dell’addensante. Inoltre possono diventare predominanti gli additivi che mantengono umide le superfici che sono in grado di interferire sensibilmente su queste ultime.

Il misuratore di grassi SKF BeQuiet+ consente ai produttori di lubrificanti di realizzare prodotti con le migliori caratteristiche di smorzamento. Per i costruttori di cuscinetti è altrettanto valido nella scelta di un grasso con tali caratteristiche.

Procedure di misurazione
Le procedure di misurazione per il dispositivo SKF BeQuiet+ (fig. 1) sono state stabilite da norme internazionali, quali l’ISO 15242 e l’ANSI/ABMA 13-1987.

Per la valutazione della rumorosità dei grassi, tali norme definiscono le bande di frequenza idonee e altre condizioni limite. L’anello interno del cuscinetto ruota a 1.800 giri/min; un sensore di velocità sull’anello esterno fermo misura il movimento radiale di quest’ultimo.

Il software filtra tre campi di frequenza (inferiore, medio, superiore) del segnale di vibrazione rilevato. L’esperienza ha dimostrato che il campo inferiore contiene essenzialmente solo il rumore del cuscinetto stesso e, per tale motivo, si valutano solo i campi medio e superiore. Il segnale ottenuto viene filtrato matematicamente e poi analizzato secondo il metodo SKF Bequiet+ e/o quello MGG 11.

Il metodo di misurazione SKF BeQuiet+
I vantaggi del metodo di misurazione SKF Bequiet+ stanno nell’esclusiva procedura di prova e nel grado di automazione. La procedura completamente automatica consiste nel dosaggio ripetuto del lubrificante sul cuscinetto di prova e nella registrazione del livello e dei picchi di vibrazione; essa evita l’ingresso di particelle di sporco dell’ambiente che altrimenti comprometterebbero i risultati e rende possibile l’uso dello stesso cuscinetto per diverse prove senza doverlo smontare. Questo è vantaggioso nel determinare la “pericolosità” dei lubrificanti non puliti, in quanto esegue in successione prima un test su un lubrificante di riferimento, poi sul lubrificante da esaminare e infine di nuovo sul lubrificante di riferimento.

Il componente chiave del dispositivo è l’esclusivo SKF Peak Detection Algorithm, che consente di isolare i picchi di vibrazione dal segnale di vibrazione globale del cuscinetto. L’intensità dei picchi viene utilizzata per eseguire le valutazioni della rumorosità in modo quantitativo. L’operatore può quindi confrontare i risultati con un target predefinito.

Il metodo di misurazione MGG 11
Cuscinetti radiali a sfere tipo 608 selezionati vengono puliti e conservati in olio di calibrazione. La loro rumorosità viene accertata e tenuta come valore di riferimento. Ciò corrisponde alla situazione reale: al termine del loro processo produttivo in fabbrica i cuscinetti vengono infatti prima conservati e poi lubrificati.

Una volta determinato lo stato di riferimento, i cuscinetti vengono lubrificati e se ne rileva la rumorosità.

Le misurazioni vengono elaborate e si determina la classe di rumorosità tramite l’algoritmo MGG 11 che opera con l’SKF BeQuiet+.
I risultati descrivono la classe di rumorosità e il comportamento all’avviamento. In tal modo si ha una classificazione fine del grasso in esame. Il metodo MGG 11 offre a costruttori e utilizzatori indicazioni valide sulla qualità e l’omogeneità del grasso, sia nelle loro operazioni di routine sia nello sviluppo di grassi nuovi. Inoltre, nelle prove di esposizione all’ambiente, si può indagare sia sul comportamento a lungo termine dei grassi lubrificanti e degli oli di protezione sia sulla loro compatibilità.

Con il nuovo software SKF BeQuiet+, si può valutare in un unico sistema la rumorosità del grasso secondo le specifiche SKF e MGG 11 e quindi abbinare i vantaggi di entrambi. Il sistema misura i seguenti parametri, molto importanti per le applicazioni di cuscinetti:

• classificazione della rumorosità dei lubrificanti in termini di rotolamento sulle particelle
• determinazione dei danneggiamenti permanenti dei cuscinetti dovuti al lubrificante
• caratteristiche di smorzamento dei lubrificanti
• comportamento dei grassi all’avviamento
• rumorosità continua dei grassi in funzionamento
• picchi di rumorosità nelle bande di frequenza medio-alte
• confronto fra i lubrificanti per quanto riguarda le capacità di smorzamento.

Vista la necessità di assicurare ai sistemi di cuscinetti silenziosità e lunga durata di esercizio, oltre al misuratore di grassi SKF BeQuiet+ la SKF offre all’industria dei lubrificanti una serie completa di banchi prova.

Banchi SKF per prove sui grassi, una serie completa di prodotti per l’industria dei lubrificanti

• SKF BeQuiet+: misuratore di rumorosità dei grassi
• SKF ROF+: banco per prove di durata
• SKF RHF1: banco per prove di durata ad alta velcoità
• SKF EMCOR: banco per prove di resistenza alla corrosione (standardizzato)
• SKF V2F: banco prova per cuscinetti di assili ferroviari (standardizzato)
• SKF R2F: banco prova del comportamento dinamico-meccanico
• SKF RST: banco prova della resistenza al taglio dei grassi (standardizzato)