Olio e grasso: Il dibattito tra forma "liquida" e forma "solida" nei riduttori di velocità

Nel cuore dell’industria, i riduttori di velocità azionano in silenzio e con grande affidabilità impianti produttivi di grandi dimensioni. Il personale addetto alla manutenzione, chinato su questi colossi d’acciaio, tiene spesso in mano due diversi lubrificanti: un secchio di olio lubrificante limpido o viscoso, oppure una lattina di grasso dalla consistenza pastosa. Dietro questa scelta apparentemente semplice si nasconde un delicato compromesso tra efficienza, durata e costo. Il destino di un riduttore di velocità dipende spesso proprio da questa scelta tra «liquido e solido».

Vantaggi e svantaggi dell’olio lubrificante

L’olio lubrificante, grazie alla sua caratteristica fondamentale di fluidità, svolge un ruolo di circolazione e nutrimento all’interno del riduttore di velocità.

I suoi vantaggi sono significativi. Innanzitutto, la sua superiore capacità di dissipazione del calore rappresenta il vantaggio più evidente dell’olio lubrificante. Nei riduttori ad alta velocità o a carico elevato, l’ingranamento degli ingranaggi e l’attrito dei cuscinetti generano una notevole quantità di calore. L’olio in circolazione non solo rimuove rapidamente il calore dalla sorgente, ma lo dissipa efficacemente attraverso la superficie del riduttore o tramite un refrigeratore, agendo come un "sistema di raffreddamento a circolazione" per il riduttore. Ciò è fondamentale per prevenire perdite di precisione o danneggiamenti dell’apparecchiatura dovuti al surriscaldamento. In secondo luogo, possiede eccellenti capacità di pulizia e di spurgo. L’olio in movimento lava continuamente le superfici degli ingranaggi e dei cuscinetti, trasportando verso il fondo del serbatoio o verso il filtro le minuscole particelle metalliche, la polvere e altri contaminanti generati dall’usura, mantenendo così una relativa pulizia delle superfici di attrito. Inoltre, nei sistemi di ingranaggi complessi e di elevata precisione (ad esempio alcuni grandi riduttori ad alta velocità), l’olio lubrificante, mediante circolazione sotto pressione, garantisce una lubrificazione affidabile a ogni punto di lubrificazione remoto e critico, assicurando una copertura completa.

Tuttavia, gli svantaggi dell'olio lubrificante non possono essere ignorati. I requisiti di tenuta sono estremamente elevati. Per garantirne la circolazione, il riduttore deve essere progettato e realizzato con sistemi di tenuta complessi e affidabili (ad esempio, tenute d'albero e tenute tra superfici accoppiate) per prevenire perdite d'olio. In caso di guasto delle tenute, non solo si avrà uno spreco di lubrificante e un inquinamento ambientale, ma l'equipaggiamento potrebbe subire danni immediati a causa della mancanza d'olio. Allo stesso tempo, la manutenzione del suo sistema di circolazione (pompa olio, tubazioni, refrigeratore, filtro) richiede un investimento iniziale più elevato e costi di manutenzione giornaliera maggiori. Anche questo sistema presenta potenziali punti di guasto: ad esempio, il guasto della pompa olio o l'ostruzione del filtro possono innescare una reazione a catena di problemi. In condizioni operative estreme, come su apparecchiature installate con angolazioni insolite o soggette a forti vibrazioni, garantire una copertura stabile di olio su tutti i punti di lubrificazione diventa anch'essa una sfida.

I vantaggi e gli svantaggi del grasso

Il grasso è essenzialmente un prodotto semisolido ottenuto disperdendo un addensante nell’olio lubrificante e le sue proprietà sono in netto contrasto con quelle dell’olio lubrificante.

I suoi vantaggi risiedono nell'elevata adesività e nelle proprietà sigillanti. Questo grasso di consistenza pastosa aderisce saldamente alle superfici di ingranaggi e cuscinetti, resistendo al distacco, rendendolo particolarmente adatto a riduttori montati in verticale, aperti o semi-incapsulati. Agisce come una barriera fisica, impedendo efficacemente l'ingresso di polvere e umidità esterne e prevenendo la fuoriuscita del grasso interno, semplificando così la struttura di tenuta del cambio. In secondo luogo, il sistema di manutenzione per i cambi lubrificati a grasso è estremamente semplificato: in genere non sono necessari complessi dispositivi di alimentazione ad olio circolante; è sufficiente il riempimento iniziale o il rabbocco periodico, con conseguente struttura compatta, manutenzione agevole e costo iniziale più contenuto. In condizioni di funzionamento a bassa velocità, carico elevato o intermittente, le caratteristiche di lunga permanenza del grasso garantiscono che le superfici di attrito rimangano protette anche durante i periodi di fermo.

I limiti del grasso derivano anche dal suo stato solido. Il problema principale è la scarsa dissipazione del calore: esso possiede quasi nessuna capacità di raffreddamento attivo e il calore generato dall'attrito tende ad accumularsi localmente, rendendolo inadatto a funzionamenti ad alta velocità o a temperature elevate prolungate. In secondo luogo, la sua capacità di pulizia è debole: non è in grado di rimuovere i prodotti dell'usura e i contaminanti rimangono sulle superfici di attrito, potenzialmente aggravando l'usura stessa. Infine, il rifornimento e la sostituzione del grasso sono relativamente difficili: il grasso vecchio è difficile da rimuovere completamente e l'aggiunta di nuovo grasso può provocare una miscelazione non uniforme e un aumento della contaminazione. Raggiungere una distribuzione omogenea all'interno di riduttori complessi che richiedono una lubrificazione completa rappresenta una sfida significativa.

Il percorso della scelta: oltre a una semplice lista di vantaggi e svantaggi

Nelle applicazioni pratiche, la scelta tra olio lubrificante e grasso lubrificante non è semplicemente una questione di confronto tra tabelle e assegnazione di punteggi, ma piuttosto un approfondito dialogo con le specifiche condizioni operative.

Velocità e temperatura sono i fattori determinanti. In generale, per riduttori a ingranaggi ad alta velocità (velocità periferica della primitiva superiore a 2,5 m/s) che funzionano in continuo e generano notevole calore, il vantaggio raffreddante dell’olio lubrificante è insostituibile. Viceversa, per apparecchiature a bassa velocità, a velocità medio-bassa o a funzionamento intermittente, con bassa pressione di dissipazione termica, può essere pienamente sfruttato il vantaggio semplificativo del grasso lubrificante.

La struttura dell'equipaggiamento e l'ambiente operativo indicano la risposta. I riduttori a vite verticale, le coppie di ruote dentate aperte e i riduttori di medie e piccole dimensioni con cuscinetti a rotolamento sono spesso il "campo d'azione" preferito per i grassi. In ambienti severi (polverosi, umidi) e dove la tenuta è difficile, viene privilegiata la funzione barriera del grasso. Al contrario, i riduttori orizzontali con strutture complesse e alta potenza, in particolare quelli con grandi distanze tra i centri, vengono quasi esclusivamente utilizzati nei sistemi di lubrificazione ad olio in circolazione.

La filosofia di manutenzione e le considerazioni sui costi guidano il processo decisionale. Nei casi in cui si richiede una frequenza di manutenzione estremamente bassa e una semplificazione della complessità del sistema, il grasso risulta preferibile. Tuttavia, nei casi in cui si pone l'accento sulla stabilità operativa a lungo termine, si dispone di un team di manutenzione professionale e di risorse adeguate, e si è in grado di sostenere investimenti iniziali più elevati, i sistemi di lubrificazione a base di olio risultano più idonei.

La tecnologia moderna della lubrificazione sta sfumando i confini tra i due. I grassi ad alte prestazioni hanno notevolmente migliorato la resistenza alle temperature elevate e le proprietà antiusura a pressione estrema, ampliandone così il campo di applicazione. Nel frattempo, gli oli lubrificanti sono stati sviluppati con viscosità più elevata e additivi speciali per migliorarne l’adesione. Inoltre, alcuni design innovativi mirano a ottenere un vantaggio complementare tra oli e grassi in apparecchiature specifiche.

La conclusione è che non esiste una soluzione assolutamente ottimale per la scelta di un lubrificante per il cambio; esiste soltanto il punto di equilibrio che meglio si adatta alla situazione specifica. Si tratta di un’arte dei compromessi, una mappa precisa tracciata dagli ingegneri tra la ricerca dell’efficienza, i vincoli di costo, i requisiti di affidabilità e le realtà della manutenzione. Comprendere le rispettive "personalità" degli oli e dei grassi, e rispettare il "temperamento" del funzionamento dell’equipaggiamento, è fondamentale per trovare la chiave che garantisca il battito continuo e regolare del cuore della macchina in questo dialogo silenzioso tra "liquido" e "solido". Ogni corretta lubrificazione è un impegno solenne nei confronti della vita della macchina.