La molla idraulica è un componente meccanico progettato per immagazzinare energia tramite la compressione di un gas, tipicamente azoto, all'interno di un cilindro. Questo principio di funzionamento la rende ideale per applicazioni che richiedono una forza di spinta controllata e costante.

Principio di Funzionamento

La molla a gas, nella sua versione più semplice, è composta da un corpo cilindrico (C) e da un’asta in acciaio rettificata (S) denominata stelo, alla cui estremità è ancorato un pistone (P), che compie cicli di compressione ed estensione dal corpo (C) attraverso una guida a tenuta. Il corpo contiene gas azoto in pressione (indicato dalle frecce) e olio (O). Il gas, comprimendosi per l’entrata dello stelo, restituisce una spinta comportandosi come una molla. Poiché la variazione avviene a volume costante, l’espansione o la contrazione fanno aumentare o diminuire la pressione interna.

Rispetto alle tradizionali molle meccaniche (siano esse elicoidali, a tazza, in gomma), le molle a gas hanno una curva di forza quasi piatta anche per corse molto lunghe.

Altre componenti interagiscono con questo dato di base e si rilevano soprattutto nella fase “dinamica” della molla. Ci riferiamo in particolare agli attriti prodotti dalle guarnizioni di tenuta e dalle guide di supporto stelo.

Nel grafico è espressa la forza in chiusura F3 e la forza in apertura F1. Si noti come F3 e F1 siano rispettivamente maggiore e minore alla linea media che identifica la forza di spinta statica FM. Questa differenza è l’attrito che viene indicato con FR.

Componenti e Materiali

La superficie dello stelo è importante per la tenuta della pressione del gas, per tale motivo non deve essere intaccato da corpi contundenti od abrasivi o da eventuali sostanze chimiche corrosive. La lunga durata è funzione di una corretta lubrificazione delle guarnizioni di tenuta. La temperatura di esercizio è -30° +80° C.

  • Acciaio Austenitico AISI-316: È un acciaio inossidabile della famiglia austenitica composto da un basso tenore di carbonio e tenori rilevanti di cromo, nichel e molibdeno. In particolare, questi tre elementi garantiscono un miglioramento della resistenza a corrosione: infatti, nichel e cromo sono elementi centrali negli acciai inossidabili mentre il molibdeno è un’aggiunta particolare di questa tipologia che tende a migliorarne ulteriormente le caratteristiche. Come tutti gli acciai, le caratteristiche meccaniche sono buone e la lavorabilità è discreta, consentendo di ottenere le forme desiderate.
  • PTFE: Il politetrafluoroetilene è un materiale polimerico comunemente conosciuto come “Teflon”.

Applicazioni

La molla a gas è concepita e costruita per alleggerire o controbilanciare un peso diversamente oneroso per l’utente o per la struttura in cui viene inserita.

Ecco alcune applicazioni tipiche delle molle idrauliche:

  • Automotive: Apertura del baule posteriore delle automobili. In queste applicazioni, è consigliabile posizionare la molla a gas con lo stelo rivolto verso il basso quando è nella posizione di tutto chiuso con lo stelo compresso nel cilindro.
  • Arredamento: Sollevamento di ante e sportelli. In questo caso, si consiglia di fissare il punto S arretrandolo di 30/40 mm.
  • Industria: Elementi di sostegno durante la lavorazione del pezzo per evitare vibrazioni e flessioni. Gli elementi di sostegno a vite possono essere montati in orizzontale o in verticale.
  • Sistemi Tendicavo: Per i cavi portanti di una funivia, dove la tensione in una fune dipende dai carichi verticali che deve sopportare e dalle pendenze che essa assume.

Esempi di Applicazione e Montaggio

La molla a gas deve essere applicata allineando l’attacco superiore ed inferiore per non porre sotto stress la guarnizione.

Applicazioni a molla orizzontale, applicazioni nelle quali la molla venga applicata con lo stelo più in alto rispetto al corpo (sconsigliate), applicazioni in cui la molla si ribalta per effetto dei punti di fissaggio.

In alcune applicazioni (per es. apertura baule automobili) il movimento di apertura della molla a gas potrebbe far ruotare la molla sotto sopra tra la posizione di tutto aperto e tutto chiuso (es. pag. 10). Anche in queste applicazioni si deve considerare di posizionare la molla a gas con lo stelo rivolto verso il basso quando è nella posizione di tutto chiuso con lo stelo compresso nel cilindro.

Smorzatori Idraulici

Negli smorzatori idraulici si sfrutta l’effetto frenante dell’olio per rallentare per es. un’anta in caduta. Gli ammortizzatori Titus rallentano il movimento lineare o rotatorio prima di raggiungere una posizione di riposo. Convertendo l'energia cinetica in energia termica, gli ammortizzatori idraulici riducono gli urti e riducono le ampiezze di oscillazione. In un ammortizzatore lineare, l'energia cinetica dell'oggetto in movimento viene trasferita attraverso l'asta di acciaio alla valvola nel cilindro di ammortizzamento. Il fluido idraulico viene spinto attraverso la valvola e il calore viene generato.

L'elevato coefficiente dell'ammortizzatore Titus assicura un ammortizzamento efficiente a qualsiasi velocità di chiusura, anche molto lente. Possiamo facilmente adattare la forza di ammortizzamento alle vostre esigenze.

Accumulatori Idraulici

Il compito principale di un accumulatore idraulico è quello di accumulare liquido sotto pressione per restituirlo in caso di necessità.

Nella maggior parte degli impianti oleodinamici vengono quindi impiegati accumulatori a gas muniti di elemento di separazione tra gas e liquido. Nelle fasi del ciclo di lavoro in cui il fabbisogno di portata del sistema è inferiore alla portata della pompa, questa riempie l'accumulatore.

Per gli impianti con fortissimi assorbimenti istantanei o di breve durata oppure con cicli d’esercizio brevi l'unica soluzione economica è rappresentata dagli accumulatori idropneumatici.

In altre applicazioni l’accumulatore idraulico funge da riserva di energia, in caso di mancanza di energia elettrica e, quindi, in assenza di energia idraulica proveniente dalla pompa, in un caso per l’azionamento delle ganasce del freno di emergenza di una funivia, e nell’altro caso per far fuoriuscire il pistone (per es.

Infine è possibile trovare applicazioni in cui l’accumulatore idraulico è utilizzato come riserva di olio, per es. Cos'è e come funziona un motore idraulico?

Valvole di Ritegno

Valvole di ritegno o di non ritorno, sono dispositivi che attraverso un organo di chiusura che può essere un piattello, un clapet, una sfera, bloccano a volte anche aiutati da una molla di richiamo il reflusso di fluidi nelle tubazioni e negli impianti.

Solitamente, le valvole di non ritorno vengono utilizzate in impianti idraulici per evitare che vi siano problemi di flusso in direzione opposta qualora si verifichino malfunzionamenti, spegnimenti o rotture delle pompe.

Ecco alcune tipologie di valvole di ritegno:

  • valvola di ritegno doppio battente di tipo wafer: realizzata in acciaio CF8M, può essere installata con flusso verticale, orizzontale o inclinato.
  • valvola di ritegno a clapet di tipo wafer: realizzata in acciaio AISI 316, può essere installata con flusso verticale o orizzontale.
  • valvole di ritegno a molla: realizzate in acciaio AISI 316, presenta un meccanismo di chiusura dipendente dall’azione di una molla che va ad imporre la chiusura prevendo il flusso di ritorno.

La scelta di una tipologia di valvola rispetto ad un’altra dipende dalle singole applicazioni e dalle decisioni prese in fase di progettazione.

Le valvole di ritegno rappresentano, come visto nei paragrafi precedenti, una variante costitutiva di fondamentale importanza. La loro centralità ed efficienza viene garantita anche mediante l’utilizzo di materiali alto-performanti e che consentano di sfruttare tali componenti in vari impianti ed in condizioni differenti.

Elementi di Sostegno Idraulici

Gli elementi di sostegno vengono utilizzati durante la lavorazione del pezzo per evitare vibrazioni e flessioni sul pezzo. Gli elementi di sostegno a vite possono essere montati in orizzontale o in verticale. Le due opzioni di montaggio consentono un posizionamento salvaspazio nei dispositivi di serraggio.

Caratteristiche tipiche degli elementi di sostegno:

  • Alloggiamento brunito.
  • Pressione massima di esercizio: 500 bar.
  • Carico ammissibile a 500 bar: 9 kN
  • Pressione minima dell'olio: 100 bar.
  • Raschiatore metallico integrato.
  • Applicazione sempre tramite la forza della molla.
  • Dimensioni di montaggio ridotte.
  • Possibilità di montaggio in orizzontale o in verticale.
  • Bloccaggio separato/combinato durante ciclo di serraggio.

Manutenzione e Smaltimento

Nel caso in cui la molla a gas rimanga inutilizzata per molto tempo possono verificarsi fenomeni di incollaggio dei particolari.

Prendere la molla a gas da rottamare ed assicurarsi che lo stelo sia tutto fuori quindi, dopo averla fissata in modo sicuro su una morsa di un trapano, procedere a forare il cilindro facendo uso di una punta di diametro compreso tra 1 e 2 mm. Il cilindro va forato ad una distanza di circa 5 mm. Procedere nella foratura lentamente al fine di evacuare i trucioli e, non appena la parete del cilindro viene forata, il gas contenuto nel cilindro uscirà velocemente.

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