di Niklas Sjöström
Product Line Manager, Systems
Thomson Industries, Inc.
I sistemi di movimentazione lineare sono esposti a una varietà di ambienti industriali estremi. Tuttavia, con la definizione di specifiche rigorose e un'attenta selezione dei componenti del sistema di movimentazione, nonché con un'accorta verifica del progetto tecnico, si possono mitigare i rischi connessi alle condizioni industriali più difficili.
Un aspetto critico nella progettazione di qualsiasi sistema di movimentazione lineare meccanico è quello di comprendere le condizioni ambientali in cui si andrà ad operare. Tra i principali fattori da tenere presente durante la progettazione vi sono le temperature, i livelli di polvere e sporco, l'esposizione chimica, i processi di lavaggio, i carichi oscillanti e quelli d'urto, l'irraggiamento, nonché qualsiasi altro fattore ambientale in cui potrebbe imbattersi il sistema di movimentazione. Accertatevi di documentare scrupolosamente tali fattori chiave prima di procedere alla scelta dei materiali. Raccogliete i dati reali e studiate i codici di errore dei prodotti precedentemente utilizzati per essere certi di basare il lavoro sui fatti e non sulle opinioni.
Sfruttate l'esperienza applicativa della vostra catena logistica per selezionare componenti di movimentazione lineare adatti, scegliendo i materiali, i rivestimenti e i lubrificanti adeguati ai dati raccolti. Su questa base, sviluppate un rigoroso piano di test di convalida che includa test sia di durata sia ambientali, per essere certi che i materiali scelti garantiscano la durata e le funzionalità attese. Considerate inoltre la possibilità di utilizzare il test HALT (prova di invecchiamento accelerato), che sottopone l'apparecchiatura a stress ambientali progressivamente più intensi, arrivando a livelli ben oltre quelli che verranno raggiunti in servizio. Il test HALT viene condotto, in genere, in fase di sviluppo, per eliminare i problemi di progettazione e i componenti marginali.
Scegliere i componenti in base a considerazioni di tipo ambientale
Grazie alla nuova generazione di strumenti di dimensionamento e selezione online, scegliere i materiali adatti per i componenti in modo da tenere conto degli aspetti ambientali del sistema di movimentazione lineare progettato, è semplice. Si inseriscono i parametri applicativi chiave che lo strumento elaborerà per calcolare, ad esempio, il carico/la durata dei cuscinetti lineari, il carico/la durata delle viti a sfere e la velocità critica delle viti a sfere. Si inseriscono inoltre le condizioni ambientali critiche per la scelta del materiale adatto, la strategia di copertura e lo schema di lubrificazione. È possibile, ad esempio, selezionare:
- Acqua/sostanze chimiche nebulizzate/vaporizzate
- Applicazioni a pressione/impatto/vibrazioni
- Particolato da moderato a intense
- Lavaggio ad alta temperatura/pressione
- Schizzi di sostanze chimiche/acqua
- Camera bianca.
In questo caso, l'applicazione consiglierà elementi a scorrimento lineare come componenti cromati in acciaio inossidabile o cuscinetti a strisciamento in polimero per affrontare le particolari condizioni ambientali.
Caratteristiche dei componenti
Il cuscinetto è sostenuto dalla guida a sfere (o binario dei cuscinetti), dall'albero o dalla superficie in alluminio, generalmente disponibili in acciaio standard, acciaio inossidabile, placcati in Armoloy o cromati. I cuscinetti lineari forniscono la capacità di carico e momento del sistema. Tra gli esempi, citiamo cuscinetti lineari a sfere radiali su binari tondi, guide profilate, guide ruota o guide in polimero. La maggior parte è disponibile come cuscinetti lineari anti corrosione ("CR") standard o cuscinetti a strisciamento in polimero. Le opzioni di minuteria come viti, bulloni e dadi per tenere insieme le unità lineari sono in genere disponibili nella versione standard o in acciaio inossidabile. Le opzioni relative alla copertura sigillante o protettiva delle unità lineari spaziano dall'assenza totale di protezione al soffietto, la carenatura o l'incapsulamento (copertura sigillante ideale). Per la lubrificazione all'interno delle unità lineari, infine, sono disponibili opzioni con grasso standard o camera bianca.
I cuscinetti a sfere radiali su binari tondi, le guide profilate, le guide ruota o le guide in polimero sono inoltre disponibili come cuscinetti lineari anti corrosione ("CR") o cuscinetti a strisciamento in polimero. Si adattano ad applicazioni in camera bianca, ad alte temperature o con lavaggi, nebulizzazione e vaporizzazione di sostanze chimiche o lavaggio chimico.
1 • Soluzioni in base all'ambiente: Pulito— Questo ambiente si caratterizza come officina meccanica. Ci si può attendere la presenza di piccole quantità di particolato aereo e un certo grado di umidità; tuttavia il personale opererà in questo ambiente, generalmente, senza alcun dispositivo di protezione (maschere, respiratori, aspiratori locali per polveri e sostanze chimiche).
Soluzione:
- Guida a sfere: Standard
- Cuscinetto lineare: Standard
- Minuteria: Standard
- Copertura: Nessuna copertura
- Lubrificazione: Grasso standard
Motivi della scelta: Per un ambiente di questo tipo è possibile utilizzare parti in alluminio e acciaio standard in quanto non vi sono particolari problemi di corrosione né presenza di particolati.
2 • Particolato da moderato a intenso— Questo ambiente è caratterizzato da una quantità di particolato aereo tale da richiedere l'uso di protezioni delle vie respiratorie da parte dell'operatore. Esempi di questo tipo di ambiente con quantità elevate di particolato sono le cartiere e gli impianti con macchinari di lucidatura industriale di grandi dimensioni.
Soluzione:
- Guida a sfere: Standard
- Cuscinetto lineare: Standard
- Minuteria: Standard
- Copertura: Incapsulamento (ideale), soffietto o carenatura ammessi
- Lubrificazione: Standard
Motivi della scelta: È possibile utilizzare componenti in acciaio standard in quanto non vi sono problemi di corrosione. Il problema è piuttosto quello di evitare l'ingresso del particolato nel cuscinetto, nei binari delle guide a sfera e nel meccanismo di trasmissione (che può essere a vite o cinghia). Per il particolato di dimensioni maggiori, può essere idonea una copertura a soffietto o una carenatura. Per quello fine, invece, il sistema di movimentazione lineare dovrebbe essere dotato di un robusto sistema di copertura sigillante che protegga i componenti interni sopra citati. Esistono due opzioni per una copertura sigillante del genere. La prima consiste in una copertura formata da bande magnetiche in acciaio inossidabile che si estendono da un'estremità all'altra del canale all'interno del sistema di supporto strutturale. Le bande sono fissate ai tappi terminali e caricate a molla per mantenere la tensione. Corrono attraverso una cavità nel pattino in modo che la banda rimanga sollevata dal magnete proprio davanti e dietro il pattino mentre attraversa il sistema. La seconda tecnologia di copertura sigillante possibile, le bande di copertura in plastica, utilizza delle strisce in gomma flessibili che si incastrano nell'estrusione della base, come avviene con la chiusura dei sacchetti per frigo in plastica. I profili accoppiati maschio-femmina creano una tenuta a labirinto che impedisce l'ingresso di particolato.
Le opzioni relative alla copertura sigillante o protettiva delle unità lineari vanno dall'assenza totale di protezione al soffietto, alla carenatura o all'incapsulamento (copertura sigillante ideale). Per la lubrificazione all'interno delle unità lineari sono disponibili le opzioni con grasso standard o camera bianca.
3 • Schizzi di sostanze chimiche/acqua — Questo ambiente è caratterizzato da una condizione in cui il prodotto può essere esposto a schizzi intermittenti di liquidi. Ciò avviene, ad esempio, in applicazioni di stampa di grandi dimensioni, dove i contenitori dell'inchiostro vengono sostituiti periodicamente con possibile versamento occasionale/accidentale. Il contatto di liquido con le guide lineari, in un ambiente di questo tipo, potrebbe essere il risultato di una manipolazione impropria del prodotto o di componenti non posizionati correttamente, ma in genere non fa parte del normale processo applicativo.
Soluzione:
- Guida a sfere: Cromata
- Cuscinetto lineare: Anti corrosion
- Minuteria: Acciaio inossidabile
- Copertura: Incapsulamento (ideale), carenatura ammessa
- Lubrificazione: Standard
Motivi della scelta: Per queste applicazioni, le guide a sfere e i cuscinetti lineari devono resistere alla corrosione. Per i cuscinetti a binario tondo ciò può significare l'utilizzo di un asse o cromato o in acciaio inossidabile 440C. I cuscinetti lineari dovrebbero avere piastre di appoggio cromate e sfere in acciaio inossidabile. L'uso di acciaio più morbido per cuscinetti a sfera e asse si traduce in genere in una riduzione del carico del 30%, aspetto che deve essere considerato nell'ambito della progettazione. Per i cuscinetti con guide profilate si raccomanda la cromatura densa sottile, come la Duralloy. I cuscinetti a strisciamento, anche conosciuti come guide prismatiche, rappresentano un'alternativa ai cuscinetti con elemento rotante. Le guide prismatiche sono in polimero modificato con alta resistenza alla corrosione chimica. Per la copertura sigillante, potrebbero essere sufficienti dei soffietti, a seconda dell'intensità degli schizzi di sostanze chimiche, sebbene un'unità totalmente sigillata sarebbe l'ideale.
4 • Acqua/sostanze chimiche nebulizzate/vaporizzate — Questa condizione, in termini di gravità, si trova un gradino più in alto rispetto a quella appena descritta. In questo caso, la nebulizzazione o vaporizzazione è parte integrante del processo e le guide lineari sono esposte direttamente a questo elemento. L'ambiente potrebbe inoltre essere soggetto a condensa, come avviene, ad esempio, nelle applicazioni di refrigerazione. Appartiene a questa categoria anche il caso della condensazione del refrigerante sulle parti della macchina durante la lavorazione. In questo contesto, il cuscinetto e le guide saranno a contatto con il liquido se non si provvede a una soluzione meccanica.
Soluzione:
- Guida a sfere: Cromata
- Cuscinetto lineare: Anti corrosion
- Minuteria: Acciaio inossidabile
- Copertura: Incapsulamento
- Lubrificazione: Standard
Motivi della scelta: Per queste applicazioni, è indispensabile un'unità completamente sigillata. A causa della severità della vaporizzazione con sostanze chimiche, si raccomanda vivamente di evitare cuscinetti con elemento rotante e utilizzare cuscinetti con guide prismatiche, come evidenziato in precedenza. Per la stessa ragione, in questi ambienti sono da evitare, ove possibile, sistemi di trasmissione con vite a sfere. Al contrario, un sistema di trasmissione a cinghia in poliuretano sarà più idoneo per l'ambiente chimico corrosivo.
Guida a sfere o albero e binario dei cuscinetti sono spesso disponibili in acciaio standard, acciaio inossidabile, placcati in Armoloy o cromati. Questi componenti dei cuscinetti lineari forniscono la capacità di carico e momento del sistema. Si adattano ad applicazioni come officine meccaniche standard, ambienti con particolato da moderato a intenso e applicazioni a pressione/impatto con vibrazioni.
5 • Lavaggio ad alta temperatura/pressione — Questo ambiente caratterizza tipicamente le applicazioni di lavorazione alimentare, nelle quali un attrezzo può essere sottoposto a lavaggi a pressione piuttosto di frequente. I pattini non solo saranno a contatto con i liquidi ma saranno soggetti anche a notevole pressione a causa del processo di lavaggio.
Soluzione:
- Guida a sfere: Cromata
- Cuscinetto lineare: Anti corrosion
- Minuteria: Acciaio inossidabile
- Copertura: Nessuna copertura
- Lubrificazione: Standard o, potenzialmente, grasso alimentare o per alte temperature
Motivi della scelta: L'ambiente di lavaggio provoca l'ossidazione delle parti in acciaio standard. Oltre alla minuteria in acciaio inossidabile, si dovrebbero utilizzare cuscinetti e guide a sfere cromati e anti corrosione. È anche possibile utilizzare guide prismatiche, da evitare però in applicazioni ad alte temperature a causa del materiale polimerico di cui sono fatte, che non resiste alle alte temperature come gli elementi rotanti in metallo. L'unità lineare dovrebbe essere aperta (senza copertura sigillante) ed essere dotata di raccordi di spurgo o fori di drenaggio per scaricare il liquido di lavaggio. Per le applicazioni ad alte temperature, è possibile utilizzare grasso speciale per alte temperature. In situazioni di alte temperature come questa, tutte le guarnizioni e gli altri elementi di gomma dovrebbero essere rimossi dal sistema.
6 • Camera bianca — Qui ci riferiamo in genere a camere bianche di classe ISO 3 (indicata a volte come Classe 1000), sebbene alcune famiglie di prodotti di unità lineari possano essere configurate per camere bianche di Classe 100.
Soluzione:
- Guida a sfere: Cromata
- Cuscinetto lineare: Anti corrosione più rimozione di guarnizioni/eccentrici
- Minuteria: Acciaio inossidabile
- Copertura: Nessuna copertura
- Lubrificazione: Grasso per camera Bianca
Motivi della scelta: Per le camere bianche il pattino lineare, muovendosi, deve produrre la minore quantità possibile di particolato. Le placcature in metallo consentono di prevenire qualsiasi tipo di ruggine. Occorre inoltre rimuovere qualsiasi elemento scorrevole dal sistema lineare. Ciò significa nessuna guarnizione/nessun eccentrico nelle guide dei cuscinetti e nessuna copertura sull'unità lineare. Si dovrebbe utilizzare grasso speciale per camere bianche.
7 • Applicazioni a pressione/impatto/vibrazioni— Questa applicazione è spesso caratterizzata da numerosi processi diversi. Rientrano in questa categoria agitatori e tavoli vibranti tipicamente associati agli impianti di cernita. Anche le applicazioni a pressione che trasmettono carichi superiori al normale su pattini o carrelli rientrano in questa classe di applicazioni, a causa delle dinamiche di impatto iniziale.
Soluzione:
- Guida a sfere: Standard
- Cuscinetto lineare: Cuscinetto liscio in polimero
- Minuteria: Standard
- Copertura: Facoltativa
- Lubrificazione: Standard
Motivi della scelta: L'uso di boccole in polimero, anche dette guide prismatiche come evidenziato in precedenza, consente di gestire applicazioni con carico da urto elevato meglio degli elementi rotanti che, in simili condizioni, potrebbero rompersi in due o intasare i binari di scorrimento dei cuscinetti per via dei contatti punto-punto con la superficie del cuscinetto. Le guide prismatiche, comunque, consentono di disporre della stessa distribuzione del carico lungo la superficie liscia, un elemento ideale nel caso delle vibrazioni. L'uso di guide prismatiche può essere combinato a una copertura, se necessario, a seconda della quantità di particolato.