Sistemi di dosaggio per l’ingrassaggio ottimale

I quattro fattori chiave per un concetto di impianto vincente

I procedimenti di ingrassaggio nella produzione di veicoli sono complessi e richiedono un risultato ottimale con la massima precisione. Chi preventivamente valuta e considera correttamente i principali fattori fondamentali è in grado di selezionare senza problemi un sistema di dosaggio adatto. 

Circa 1.000 componenti diversi vengono montati durante il processo di produzione di un veicolo. A questi si aggiungono oltre 150 applicazioni di grasso e olio tipiche, che possono essere molte di più a seconda del tipo di veicolo. Grazie a queste ultime, gli alzacristalli e i tettucci apribili si muovono, le manopole si comandano facilmente, il motore e la trasmissione funzionano in modo affidabile. L’applicazione per un ingrassaggio è dunque sempre direttamente collegata al prodotto finale e al relativo scopo di utilizzazione. È questo che definisce i requisiti funzionali dei diversi lubrificanti, quali grassi e oli:

  • Scorrevolezza, riduzione degli attriti
  • Prevenzione dei guasti
  • Funzionamento continuo e durevolezza
  • Riduzione e prevenzione dei rumori (anti-cigolio)
  • Compensazione delle tolleranze (anti-tintinnio) 

I requisiti rispetto al tipo di ingrassaggio sono diversi e dipendono sempre dall’applicazione da realizzare. In questo contesto sono coinvolti molti fattori: L’applicazione dovrebbe avvenire in modo puntuale, a guida o a spray? Entro quale tempo dovrebbe avvenire l’applicazione? Quanto può essere grande lo scostamento in termini di quantità applicata? Come è integrato il sistema di dosaggio nella linea di produzione? Le condizioni quadro per questi requisiti determinano di norma il processo di produzione specifico nell’industria automobilistica. I casi d’uso per la tecnica di dosaggio sono caratterizzati da:

  • Cicli brevi, alta frequenza di ripetizione
  • Gamme di tolleranza definite
  • Documentazione dell’adeguatezza al processo
  • Conferma della ripetibilità
  • Utilizzo di fluidi complessi (separazione: vedere di seguito per la spiegazione)
  • Da 0,003 ml al riempimento temporizzato (dal riempimento puntuale a quello volumetrico)
  • Controllo diretto o indiretto (movimento dei cilindri, misurazione di flusso, barriera fotoelettrica a seconda del prodotto scelto)

Chiarire i requisiti del dosaggio

Queste caratteristiche rappresentano la base per la configurazione di un impianto di dosaggio adeguato e stabiliscono i requisiti del dosaggio. Per garantire un risultato ottimale con la massima precisione e la massima riproducibilità è possibile identificare quattro fattori chiave:

  1. Di che fluido si tratta?
  2. Come si può descrivere il processo di dosaggio?
  3. Quali temperature ambienti dovrebbero essere considerate?
  4. Quali sono i requisiti in fatto di controllo e documentazione?

Dato che questi fattori chiave non sono sempre univoci a prima vista, per uno svolgimento vincente del progetto è sempre utile considerarli ed esaminarli con attenzione.

Il materiale: definire le caratteristiche

In primo luogo dovrebbero essere determinate dettagliatamente le caratteristiche fondamentali del materiale, in quanto la conoscenza delle sue caratteristiche fisiche e chimiche specifiche è imprescindibile per valutare correttamente il caso d’uso e giungere al dimensionamento corretto dell’impianto. Queste comprendono le informazioni sulla viscosità, sul comportamento specifico – il lubrificante è abrasivo o contiene dei riempitivi – e sulla separazione.

Fondamentalmente, la maggior parte dei lubrificante è lavorabile senza problemi dal punto di vista della tecnica di dosaggio. In particolare, deve essere prestata attenzione alla tollerabilità chimica rispetto ai materiali delle guarnizioni. A seconda del materiale di base e dell’aggiunta di additivi, nel trasporto e nel dosaggio di grassi e oli è necessario verificare la resistenza delle guarnizioni delle pompe e del fluido dosato. In particolare, gli oli a base minerale con alto contenuto di aromatici presentano spesso un’alta intollerabilità rispetto alle guarnizioni. Alcuni tipi di grassi tendono ad esempio al una leggera essudazione quando sono sottoposti a una forte pressione. Può verificarsi la cosiddetta separazione, nella quale le componenti saponose e liquide e le componenti solide del fluido si separano, ad esempio a causa di una forte pressione nel recipiente o nella pompa. Questo fenomeno può causare problemi di funzionamento, in quanto nelle parti non stagne dell’impianto l’olio può fuoriuscire sotto forma di perdite e l’addensante può rimanere all’interno in forma compressa. In questo caso, l’efficacia per l’ingrassaggio non sarebbe più garantita e sarebbero necessarie delle regolazioni della pressione.

Viscosità e classi di consistenza

Anche la viscosità, ovvero il comportamento di scorrimento di un materiale, ha un ruolo. La varietà, nel campo degli oli, è enorme. La viscosità va da “acquosa” ad “appena fluida”. Gli oli di silicone per l’impingo negli smorzatori di vibrazioni, ad esempio, hanno una viscosità talmente alta che colano a malapena da un bicchiere rovesciato. Rispetto agli oli, questi grassi presentano un notevole vantaggio alla luce della loro consistenza: sono in grado di rimanere nei punti di attrito. I grassi sono composti principalmente da due materiali di base: dagli oli e dai cosiddetti addensanti. Per la loro differenziazione sono importanti fondamentalmente tre caratteristiche: il tipo di olio di base, il tipo di addensante e la consistenza.

La consistenza di un grasso ha un significato importante per il caso d’uso e dovrebbe variare il meno possibile in presenza di temperature diverse. La consistenza complessiva di un grasso deriva dalla viscosità dell’olio di base, dall’impiego del rispettivo tipo di addensante e dalle sue caratteristiche fisiche, che derivano a loro volta dai requisiti del caso d’uso.

Solo un determinazione precisa della colabilità ovvero della viscosità può indicare se un lubrificante è adatto al caso d’uso concreto, in che misura può essere convogliato senza problemi e quale tecnica di dosaggio è in grado di realizzare in modo affidabile l’applicazione di grasso o olio desiderata.

Rappresentare la descrizione del processo

Nel caso più semplice, un’applicazione è composta da una pompa, da una valvola e da una regolazione della pressione. In realtà, tuttavia, i dispositivi di ingrassaggio sono integrati in linee di produzione complesse e completamente automatizzate. Una descrizione dettagliata dello schema di processo e produzione è pertanto imprescindibile per la progettazione di un impianto di dosaggio. Una descrizione concreta del caso d’uso risponde alle domande seguenti: 

  • Di che applicazione si tratta?
  • Come avviene l’applicazione?
  • Quanto è grande la quantità da produrre?
  • Quale è il tempo di ciclo, vale a dire il tempo entro il quale il lubrificante deve essere dosato e applicato?
  • Come avviene l’alimentazione del materiale?
  • Qual è la distanza tra alimentazione di grasso e applicazione di grasso?
  • Quale pressione è necessaria per la lavorazione?

Per il posizionamento di un sistema di dosaggio ci sono di norma solo due possibilità: il componente da ingrassare viene portato in posizione o la valvola di dosaggio deve spostarsi sul componente. A essere decisivo per la progettazione dell’impianto è anche il tempo di ciclo previsto, vale a dire il tempo previsto per il procedimento di dosaggio. La durata dell’applicazione di grasso deve essere sempre considerata in rapporto al ciclo dell’impianto. A tale fine, in via preliminare dovrebbe essere svolto un calcolo e il tempo di ciclo dovrebbe essere indicato precisamente, per configurare l’impianto in modo efficiente rispetto a questa assegnazione preliminare. 

Tenere conto della temperatura

Come già evidenziato trattando le classi di consistenza dei grassi, questi ultimi dovrebbero rimanere possibilmente costanti a temperature diverse, per ottenere un risultato di dosaggio ottimale. La temperatura di lavorazione si contrappone sempre alla temperatura ambiente. Un esempio: se la temperatura ambiente è sostanzialmente costante, ad esempio a 40 gradi Celsius, il materiale dovrà essere permanentemente riscaldato a una temperatura superiore, in questo caso a 42 gradi Celsius. In questo caso si dovrebbe tuttavia anche accertare che il materiale non muti in caso di aumento della temperatura e che, qualora muti, non peggiori dal punto di vista qualitativo. Solo tenendo conto della temperatura ambiente e di quella di lavorazione, oltre che di eventuali compensazioni della temperatura e di un controllo della qualità del materiale, è possibile garantire la riproducibilità.

Controllo e documentazione

I cicli brevi e le alte frequenze di ripetizione nel processo di produzione pongono inoltre grandi requisiti al controllo del processo e della riproducibilità. La dimostrazione dell’avvenuto dosaggio, in questo contesto, può essere diversa. È possibile dover registrare in modo dimostrabile che l’olio o il grasso è stato dosato. Questo controllo indiretto avviene di norma tramite una documentazione sì/no o 1/0. In questo modo, attraverso la sensoristica e il comando dell’unità di dosaggio, è possibile documentare che è avvenuto il dosaggio. In questo modo è possibile rappresentare coerentemente anche le quantità più ridotte. Un controllo indiretto può avvenire ad esempio con l’impiego di una telecamera o di una barriera fotoelettrica. I requisiti in termini di controllo e documentazione sono di norma definiti e dovrebbero essere comunicati al momento del processo di progettazione dell’impianto di dosaggio. La dimostrazione desiderata dovrà essere considerata adeguatamente nella progettazione.

Riepilogo

Caratteristiche del materiale, descrizione del processo, temperatura e requisiti di controllo e documentazione – se questi quattro fattori chiave vengono analizzati e tenuti in considerazione nel concetto di impianto, i requisiti principali del sistema di dosaggio possono essere soddisfatti: il dosaggio preciso e riproducibile di grasso e olio. Solo in questo modo gli ingrassaggi ausiliari e antiusura nei veicoli possono svolgere le loro funzioni principali: scorrevolezza e riduzione degli attriti, prevenzione dei guasti, funzionamento continuo e durevolezza, riduzione e prevenzione dei rumori (anti-cigolio), compensazione delle tolleranze (anti-tintinnio).