Durante la progettazione di un assieme di cuscinetti, il tema della tenuta stagna sarà sempre presente. Nel capitolo attuale tratteremo i concetti di tenuta stagna sia integrata che esterna. Entrambi servono a impedire la fuoriuscita del lubrificante e l’ingresso di contaminanti (come polvere e acqua) nel cuscinetto volvente.
Varianti di tenuta stagna per cuscinetti volventi
Le guarnizioni integrate sono integrate nel cuscinetto volvente e pressate nell’anello interno o esterno. Le guarnizioni integrate sono utilizzate principalmente nei cuscinetti radiali rigidi a sfere. Le guarnizioni esterne, invece, dovranno essere previste in fase di progettazione. Vengono utilizzate nei tipi di cuscinetti in cui non è prevista alcuna guarnizione integrata (principalmente nei cuscinetti a rulli) o se una guarnizione integrata non è sufficiente e il cuscinetto necessita comunque di protezione aggiuntiva. Le funzioni delle guarnizioni integrate ed esterne sono identiche.
Nella scelta di una guarnizione occorre considerare alcuni fattori, che includono il tipo di lubrificante, la velocità periferica sul labbro della guarnizione, il disallineamento dell’albero, le limitazioni spaziali, l’attrito della guarnizione e il relativo aumento di temperatura. Anche il materiale della guarnizione svolge un ruolo importante nella scelta della guarnizione. Naturalmente bisogna considerare anche i costi sostenuti.
Guarnizioni integrate
Le guarnizioni integrate possono essere suddivise in diverse tipologie, alcune delle quali definite più dettagliatamente in questa sezione. Tutte le guarnizioni elencate di seguito sono utilizzate per la protezione dalla polvere e la tenuta stagna su entrambi i lati. Le principali guarnizioni integrate del produttore di cuscinetti volventi NTN sono i modelli ZZ, LLB, LLU e LLH (con bassa coppia di attrito).
| Tipo, designazione | Versione con deflettore metallico | Versione con guarnizione in elastomero | ||||||||||||
| Deflettore senza contatto ZZ | Tenuta stagna senza contatto LLB | Tenuta stagna a contatto LLU | Tenuta stagna a contatto LLH con bassa coppia di attrito | |||||||||||
| Design |  |  |  |  | ||||||||||
| Nella scanalatura dell’anello esterno è posizionato un deflettore metallico; nell’anello interno corre una scanalatura a V con una geometria a labirinto | Sull’anello esterno è agganciata una guarnizione in gomma con anima in acciaio; il labbro di tenuta scorre vicino al labbro interno nella scanalatura a V, ma senza contatto | Sull’anello esterno è agganciata una guarnizione in gomma con anima in acciaio; il labbro di tenuta interno tocca la scanalatura a V sul labbro interno | La struttura di base è la stessa di LLU, ma il contatto del labbro di tenuta interno è ridotto. Ciò si traduce in una coppia di attrito inferiore | |||||||||||
| Confronto delle prestazioni | Coppia d’attrito | Bassa | Bassa | Relativamente alta | Relativamente bassa | |||||||||
| Tenuta alla polvere | Ottima | Migliore di ZZ | Eccellente | Molto migliore di LLB | ||||||||||
| Imperme-abilità | Scarsa | Scarsa | Ottima | Ottima | ||||||||||
| Ammissibi-lità delle alte velocità | Come il tipo aperto | Come il tipo aperto | Limitata dalla velocità periferica | Superiore a LLU | ||||||||||
| Range di temperatura consentita | A seconda del lubrificante | -25°C ~ 120°C | -25°C ~ 110°C | -25°C ~ 120°C | ||||||||||
Alcuni esempi di guarnizioni integrate per cuscinetti a sfere, i loro design e le loro proprietà.
Guarnizioni esterne
A differenza delle guarnizioni integrate, le guarnizioni esterne non sono integrate nel cuscinetto volvente e devono essere aggiunte separatamente. Possono essere suddivise in due tipologie: tenute stagne senza contatto e tenute stagne a contatto.
Tenute stagne senza contatto
La caratteristica più importante delle tenute stagne senza contatto è che in questa variante è presente un piccolo spazio, o labirinto, tra la guarnizione e la parte rotante. Le guarnizioni di questo tipo sono adatte per applicazioni ad alta velocità poiché non presentano un elevato attrito della guarnizione. Inoltre, per fornire una migliore capacità di tenuta, olio o grasso vengono solitamente applicati negli spazi residui.
Esempi di tenute stagne senza contatto
In generale è indispensabile la lubrificazione (olio o grasso) tra il punto di contatto del labbro di tenuta e l’anello interno o esterno del cuscinetto. In caso di lubrificazione ad olio, sono necessari sistemi di tenuta adeguati che impediscano perdite di olio durante il funzionamento. Nelle tabelle seguenti sono riportati i principali design delle guarnizioni, le loro proprietà e altri criteri utili alla selezione.
| Tenute stagne senza contatto | ||
| Struttura della guarnizione | Designazione | Proprietà di tenuta, criteri di progettazione |
 | Tenuta non a contatto |
|
 | Tenute con scanalature per l’olio sull’apertura dell’alloggiamento |
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 | Tenuta a labirinto (esempio assiale) |
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Esempi rilevanti di tenute stagne senza contatto sono la tenuta non a contatto e la tenuta a labirinto.
Tenuta stagna a labirinto
Mentre la tenuta non a contatto è considerata la tipologia di guarnizione più semplice, la tenuta a labirinto può essere considerata il tipo di tenuta stagna senza contatto più importante. Offre la massima flessibilità nella produzione nonché ottime prestazioni di tenuta ed è anche una soluzione economica nella scelta di una guarnizione. Come è tipico per queste tenute stagne senza contatto, le tenute a labirinto, a seconda della versione, possono funzionare quasi alla velocità limite del cuscinetto volvente. Esistono tre tipi principali di tenute a labirinto, tra cui una versione assiale, una radiale e una autoregolante. Le tenute a labirinto autoregolanti vengono utilizzate, ad esempio, negli alloggiamenti dei cuscinetti.
Tenute stagne a contatto
Le tenute stagne a contatto sono guarnizioni con labbro di tenuta stampato in gomma sintetica che sigilla contro l’albero, l’alloggiamento, l’anello interno o l’anello esterno. La gomma è vulcanizzata su una piastra in lamiera. Il grande vantaggio delle tenute stagne a contatto rispetto alle tenute stagne senza contatto è la loro capacità di tenuta, che è significativamente maggiore. Tuttavia, anche aspetti come la coppia di attrito e l’aumento della temperatura sono notevolmente più elevati nelle tenute stagne a contatto. Poiché il labbro di tenuta delle tenute stagne a contatto sfrega contro l’albero, la velocità periferica consentita dipende dal tipo di tenuta. Inoltre, il labbro di tenuta deve essere leggermente ingrassato prima del montaggio, in modo che non si secchi o si usuri durante i primi minuti di utilizzo.
Ci sono produttori che si sono specializzati nella produzione di diversi sistemi di tenuta. Ciò significa che esistono guarnizioni realizzate in vari materiali (tra cui metallo e plastica) e in un’ampia gamma di varianti, che presentano proprietà individuali in termini di variabilità termica e prestazioni di tenuta.
Esempi di tenute stagne a contatto
Tutte le guarnizioni elencate nella tabella sono esempi di tenute stagne a contatto, ma sono anche guarnizioni esterne. Nel caso delle guarnizioni esterne, l’albero deve essere rettificato senza torsioni nella zona di contatto della guarnizione per evitare che il lubrificante venga espulso dal cuscinetto.
| Tenute stagne a contatto | ||
| Struttura della guarnizione | Designazione | Proprietà di tenuta, criteri di progettazione |
 | Guarnizione per grasso con sezione a Z |
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 | Tenuta V-ring |
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 | Tenuta radiale dell’albero |
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 | Tenuta ad anello in feltro |
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La guarnizione per grasso con sezione a Z, la tenuta V-ring, la tenuta dell’albero rotante e la tenuta ad anello in feltro sono tutte tenute stagne a contatto.
Fori di drenaggio per le tenute stagne a contatto
Tutte le tenute stagne a contatto devono essere dotate di un foro di drenaggio per garantire in ogni momento l’equalizzazione della pressione tra il cuscinetto e l’ambiente del cuscinetto. Tale foro deve essere posizionato in modo da evitare che non vi sia alcuna pressione eccessiva nell’alloggiamento che possa causare perdite di lubrificante. La scelta del foro di scarico deve tenere conto della posizione di montaggio dell’unità di azionamento per evitare perdite di lubrificante. Durante il processo di verniciatura è necessario assicurarsi che il foro di scarico non venga chiuso involontariamente. Per quanto riguarda la guarnizione radiale dell’albero è necessario rispettare la velocità periferica ammessa per il labbro di tenuta. Inoltre, la direzione di installazione della tenuta dell’albero rotante determina la sua funzione. La tenuta dell’albero rotante può impedire l’ingresso di contaminanti o la fuoriuscita di lubrificante.
| Guarnizione / materiale | Velocità periferica ammissibile m/s V(m/s)= (π×d(mm)×n(r/min))/(60 000) | Temperatura consentita | |
| Tenuta radiale dell’albero | NBR | 16 o meno | -25 ~+120°C |
| ACM | 26 o meno | -15 ~+150°C | |
| FKM/ FPM | 32 o meno | -30 ~+200°C | |
| Guarnizione per grasso Z | NBR | 6 o meno | -25 ~+120°C |
| Anello a V | NBR | 40 o meno | -25 ~+120°C |
Tabella con definizione della velocità consentita in base al materiale della guarnizione e alla temperatura.
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