Cuscinetti: prevenzione dei danneggiamenti da corrente elettrica

L’isolamento dei cuscinetti previene i cedimenti prematuri causati dal passaggio di correnti elettriche parassite. Le proprietà isolanti devono rimanere stabili indipendentemente dalle condizioni ambientali, in particolare quando i cuscinetti vengono stoccati, movimentati o utilizzati in ambienti umidi.

Perché isolare i cuscinetti?

Fig. 1 – Pista dell’anello esterno di un cuscinetto radiale a sfere che mostra un binario di scorrimento smerigliato (microcrateri) a causa del passaggio di una corrente elettrica dannosa.

I danni sui cuscinetti si possono verificare quando le correnti elettriche sfruttano il contatto di rotolamento come tratto conduttore. Attualmente sono disponibili diverse pubblicazioni sull’argomento, che includono discussioni sulla causa principale e sulle contromisure da adottare, ad esempio [1, 2, 3, 4].

Il regime tribologico di un cuscinetto determina il comportamento elettrico del contatto di rotolamento e l’eventuale soluzione.

Fig. 2 – Immagine al microscopio elettronico a scansione (SEM, Scanning Electron Microscope) della superficie della pista di un cuscinetto che mostra microcrateri causati dal passaggio di una corrente dannosa: (1) segni delle operazioni di finitura superficiali, (2) microcrateri.

Nello stato conduttivo il cuscinetto è fermo e mostra una resistenza ohmica bassa. Grazie al contatto elettrico metallo-metallo relativamente buono, soltanto correnti con amperaggio molto alto, come le correnti di saldatura, sono in grado di danneggiare la superficie della pista.

Lo stato resistivo è presente se il cuscinetto è in un regime di lubrificazione mista con una resistenza ohmica aumentata. In questo regime, correnti elettriche basse, nell’intervallo di pochi ampere, sono potenzialmente pericolose.

Fig. 3 – Cuscinetti INSOCOAT: a sinistra (in grigio chiaro) la generazione precedente; a destra (in grigio scuro) la nuova generazione.

Nello stato capacitivo il cuscinetto è in presenza di un film lubrificante completamente formato e agisce come un condensatore elettrico con una tensione di rottura specifica. Se la forza del campo elettrico presente nel film lubrificante dell’area di contatto è sufficientemente alta (oltre il valore di soglia), si verificano delle scariche elettriche, denominate correnti di elettroerosione (EDM, Electric Discharge Machining).

Tutti questi danneggiamenti hanno un elemento in comune: l’area di contatto della pista fonde localmente e le proprietà dell’acciaio in quell’area cambiano.

Fig. 4 – Sezione trasversale del rivestimento INSOCOAT sull’anello esterno di un cuscinetto: (1) acciaio del cuscinetto, (2) rivestimento applicato mediante la tecnica dello spray al plasma, (3) interfaccia del rivestimento.

Inoltre, le proprietà del lubrificante possono essere alterate. Questo ha un effetto negativo sulle prestazioni dei cuscinetti in termini di danni alla pista e alla lubrificazione e provoca l’aumento dell’usura e dei livelli di vibrazione dei cuscinetti. L’effetto delle correnti di elettroerosione, visibile sotto forma di microcrateri, è mostrato nelle figure 1 e 2. I microcrateri sono una conseguenza delle correnti ad alta frequenza dei cuscinetti. Oggi questo tipo di danno si osserva più comunemente in applicazioni che utilizzano convertitori di frequenza. Una soluzione per contrastare i possibili effetti distruttivi delle correnti elettriche dannose è l’impiego di un isolamento elettrico integrato nel cuscinetto.

 

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