La brunitura dei cuscinetti volventi – Vantaggi ed esempi pratici

La brunitura dei componenti in ferro o acciaio ai fini della protezione anticorrosiva, e come elemento decorativo, ha una lunga tradizione. Con lo scopo di facilitare l’applicazione di questa tecnologica per migliorare le proprietà superficiali e dei componenti, questa è stata normalizzata per uniformarne le procedure, i requisiti e i metodi d’analisi nel quadro della norma DIN 50938 ovvero ISO 11408, ed ulteriormente perfezionata per l’applicazione nel campo dei cuscinetti volventi.

La brunitura consiste nell’applicazione di uno strato protettivo sui componenti in ferro e acciaio. La superficie dei componenti trattati tramite un processo chimico a più fasi viene trasformata in uno strato sottile di ossidi misti dello spessore di 1-2 micrometri, composta da FeO, Fe2O3 e Fe3O4. La brunitura non costituisce uno strato vero e proprio e non si presentano nemmeno variazioni dimensionali di rilievo. La tipica coloritura bruna di tale processo deriva dagli ossidi misti di questo strato di conversione.

In genere, la brunitura viene associata ad una protezione anticorrosiva e l’effetto viene ottenuto in virtù dello strato di conversione sottile e poroso, principalmente mediante lubrificazione o ingrassaggio delle superfici brunite. In tal modo, l’effetto della protezione anticorrosiva è limitato e dipende a lungo termine da un intervento di manutenzione. Per ottenere una protezione anticorrosiva efficace esistono oggi procedimenti decisamente più adatti.

I vantaggi della brunitura nei cuscinetti volventi
I componenti dei cuscinetti volventi sono dotati di particolari proprietà tecniche, soprattutto se questi presentano un movimento relativo contrapposto. Un effetto protettivo multiplo si manifesta già nei singoli elementi bruniti (in genere nei cuscinetti). Tuttavia, il migliore risultato si ottiene quando tutte le superfici funzionali di un cuscinetto, vale a dire l’anello interno e quello esterno, così come gli elementi volventi del cuscinetto, sono bruniti. Di seguito ne vengono spiegati i vantaggi essenziali:

Vantaggio 1: Migliore comportamento a livello di rodaggio e usura
Poiché lo strato di conversione è uno strato relativamente resistente all’usura, il comportamento al rodaggio dei cuscinetti bruniti viene influenzato positivamente, costituendo così la base per un funzionamento senza anomalie. L’usura legata al rodaggio, ovvero la durata dell’usura legata al rodaggio, è decisamente inferiore nei cuscinetti bruniti rispetto ai cuscinetti non trattati. Inoltre, la caratteristica porosa degli strati favorisce una migliore aderenza di molti lubrificanti sulla superficie dei cuscinetti. Ciò si ripercuote positivamente sul processo di lubrificazione, in particolare nelle fasi di rodaggio ed avviamento critiche.

Esempi pratici: cuscinetti per impianti eolici
NKE fornisce da anni cuscinetti a rulli cilindrici bruniti, a pieno riempimento o con gabbia, per i riduttori principali e di grandi dimensioni degli impianti eolici di vari produttori. Oltre all’efficacia empiricamente comprovata per la riduzione dei WEC (White Etching Cracks), la brunitura ha dimostrato la sua efficacia come protezione dei cuscinetti in particolare nella fase di rodaggio e di collaudo dei riduttori.

Vantaggio 2: comportamento di usura ottimizzato in caso di usura adesiva
I cuscinetti a bassa sollecitazione, e quelli che sono sottoposti a rapide variazioni di velocità durante il funzionamento, tendono all’usura adesiva, quindi a danni da scorrimento che ne compromettono la lubrificazione, danni dovuti allo strisciamento reciproco delle parti metalliche. In tale situazione si verifica uno scorrimento o strisciamento tra i corpi volventi e, generalmente, le piste degli anelli interni se la differenza di velocità rotazionale tra la pista del cuscinetto interno ed il gruppo rulli è molto grande. Lo scorrimento provoca fenomeni di smearing nella zona d’ingresso dei corpi volventi e nella zona sottoposta a carico, che possono danneggiare il materiale ovvero la struttura in corrispondenza della superficie dei corpi volventi e delle piste. Di conseguenza,si verifica rapidamente un peggioramento delle caratteristiche operative, provocando, in genere, un’anomalia precoce nei cuscinetti. Tali danni dovuti a strisciamento si verificano spesso in combinazione con una lubrificazione insufficiente ovvero da un lubrificante non sufficiente per il caso applicativo.

Un tipo particolare di danno dovuto a strisciamento si ritrova nei cuscinetti a rulli cilindrici a pieno riempimento nei quali le velocità delle superfici dei rulli a contatto rendono difficoltosa la formazione di uno strato di lubrificante che separi i rulli. Non sempre è possibile impedire il contatto metallico tra i rulli adiacenti. Di conseguenza, all’aumentare dell’attrito si verificano fenomeni di smearing e quindi danni alle superfici degli stessi corpi volventi.

In entrambe le situazioni la brunitura costituisce uno strato protettivo che può ritardare notevolmente il verificarsi di situazioni di usura e di fenomeni di smearing. E nel caso di contatto acciaio-acciaio, con una breve rottura dello strato lubrificante, questa riduce il rischio di una saldatura a freddo e di diversi altri gravi danni alle superfici.

A seconda della pesantezza delle condizioni operative nei singoli casi applicativi, quando si utilizzano cuscinetti bruniti occorre prestare attenzione al fatto che lo strato di conversione presenta anche tracce di usura a causa dello spessore ridotto.

Esempio pratico
I cuscinetti a rulli cilindrici con diametri del foro di 560 mm o di dimensioni inferiori dovrebbero essere utilizzati con un carico operativo pari a circa l’1% della capacità di carico radiale e con una velocità fino a 1200 giri al minuto. Nonostante le misure progettuali per ridurre il numero dei corpi volventi, durante il funzionamento si sono verificati caratteristici casi di smearing a forma di freccia e rombo nelle piste (foto 2) e dei conseguenti danni superficiali sui cuscinetti (foto1). NKE ha risolto questo caso in maniera permanente mediante l’impiego di cuscinetti bruniti ed un lubrificante adatto per questo tipo di applicazione.

Vantaggio 3: protezione contro gli influssi ambientali
La brunitura offre, in combinazione con gli altri vantaggi, una protezione contro gli influssi ambientali. Oltre all’aumento della protezione anticorrosiva in combinazione con un olio (di conservazione) adatto, la brunitura serve a prevenire la ruggine da contatto formando uno strato protettivo per l’acciaio dei cuscinetti contro la diffusione dannosa dell’idrogeno nonché contro gli effetti chimici dei componenti aggressivi dell’olio quali gli additivi antiusura e anticorrosivi che sono spesso contenuti negli oli lubrificanti che sono stati ottimizzati per l’impiego nei riduttori.

Cuscinetti di NKE sottoposti a brunitura
Per la brunitura NKE utilizza un procedimento già affermato in altri settori per migliorare in modo mirato le caratteristiche tecniche dei cuscinetti. Questa tecnologia ha dimostrato la sua efficacia soprattutto nei cuscinetti a rulli cilindrici a pieno riempimento (foto 3). Tuttavia, a seconda dell’applicazione, vengono bruniti anche altri tipi di cuscinetti. NKE offre un’ampia gamma di cuscinetti nelle versioni brunite. La brunitura viene contrassegnata con il suffisso SQ94, mentre le versioni usate più frequentemente hanno rispettivamente i suffissi SQ94-B (corpi volventi bruniti) e SQ94-D (brunitura dell’intero cuscinetto, esclusa la gabbia).

Conclusioni
In sintesi, la brunitura costituisce un procedimento interessante per prolungare il ciclo di vita e migliorare le prestazioni, in particolare in condizioni d’impiego critiche. Tuttavia, occorre sempre verificare l’impiego in merito a ciascuna applicazione desiderata.



Autore:
David Schaljo è responsabile tecnologie applicative presso NKE Austria GmbH a Steyr



Informazioni sull’azienda
NKE Austria GmbH, con sede a Steyr, produce cuscinetti volventi di elevata qualità. L’azienda è stata fondata nel 1996 da collaboratori in posizioni apicali della ex Steyr Wälzlager. Nel 2016, Fersa Bearings, il produttore spagnolo di cuscinetti specializzato nel settore automotive, ha rilevato il 49% delle quote di NKE e ha concluso l’acquisizione alla fine del 2018 con il 100% delle quote. NKE produce cuscinetti standard e speciali per tutte le applicazioni industriali. Tecnica, sviluppo di prodotti, produzione, finalizzazione dei componenti, montaggio, assicurazione qualità, logistica, vendita e marketing sono concentrati nella sede di Steyr. Lo stabilimento di Steyr è certificato ISO 9001:2008, ISO 14001:2004 e OHSAS 18001. In magazzino è disponibile un’ampia gamma di cuscinetti standard che vengono comunque prodotti in tempi brevi. In caso di richieste speciali vengono sviluppate e realizzate soluzioni personalizzate. Oltre allo sviluppo di prodotti e alle tecnologie applicative, NKE offre un servizio di assistenza tecnica completo, consulenza, documentazione e corsi di formazione. I cuscinetti volventi di NKE vengono distribuiti da 12 uffici di rappresentanza e da 240 partner commerciali in 60 paesi.



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