INFORMAZIONI TECNICHE

Le ventole del PC 
Cuscinetti , bronzine & C


Cuscinetti, bronzine & C

Un importante elemento costruttivo è quello del sistema di supporto dell' asse della parte rotante : la qualità di questo elemento è determinante per il funzionamento della ventola molto più che qualsiasi altro.
Sostanzialmente, per le comuni ventole usate nelle apparecchiature elettroniche esistono diversi sistemi :

  • bronzine metalliche
  • cuscinetti a sfere
  • sistemi ibridi cuscinetto + bronzina
  • bronzine ceramiche
  • asse ceramico
  • sospensione magnetica
  • cuscinetti idraulici

Bronzine metalliche

Il sistema più semplice è quello di inserire l' albero in un cilindro di materiale anti attrito, ad esempio una lega di rame del genere del bronzo, da cui il nome bronzina, in inglese sleeve bearing. 
Essendo il sistema più semplice, risulta anche quello più diffuso, ma è evidente che la qualità della lavorazione e dei materiali è della massima importanza : un produttore che cura solo il lato economico (a suo favore...) utilizzerà materiali di basso costo e mal lavorati e la conseguenza saranno vibrazioni, riscaldamento della bronzina, rumore ed alla fine l' arresto. Ne risulta che le ventole su bronzina hanno acquistato ingiustamente la cattiva fama di prodotti da poco. Ingiustamente perchè, se certamente esistono i soli prodotti cinesi da poco, esistono anche prodotti sleeve bearing di ottima qualità e durata.

L'albero del motore, in acciaio, ruota al centro della bronzina, che è fissata stabilmente a pressione nello statore. L' albero è sostenuto dalla bronzina per per una buona percentuale della sua lunghezza.   Il peso del rotore è interamente supportato dalla bronzina e così pure le spinte che derivano da una irregolare equilibratura della parte rotante. L' accoppiamento delle parti deve avere tolleranze minime per evitare oscillazioni durante la rotazione e necessita di un lubrificante.

Un lubrificante impregna il metallo poroso della bronzina e mantiene un sottilissimo strato fluido tra il metallo della bronzina stessa e quello dell' albero, riducendo l' attrito. 

L' estremità dell' albero è trattenuta da un anello Seeger. Alle estremità della bronzina, alcune semplici guarnizioni evitano la fuoriuscita del lubrificante dalla sede dell' albero.

In un sistema ideale, questo strato fluido di lubrificante, impedendo ogni contatto e attrito, elimina il rumore. All' atto pratico, nonostante la buona finitura delle superfici metalliche, esistono comunque delle disuniformità a livello microscopico, che, col tempo, possono dare origine a punti di attrito e quindi a rumore. Anche perchè si sommano altri due fattori : il primo è dovuto alle forze che si creano in seguito al non perfetto bilanciamento delle parti rotanti, che tendono a deformare la sede in cui l' albero gira; in secondo luogo, il lubrificante viene inserito dal costruttore al momento dell' assemblaggio del motore e, durante la vita della ventola, è soggetto a consumo, senza poter essere ripristinato.
Un' altra sorgente di rumore può essere dovuta alle guarnizioni alle estremità dell' asse, che possono ruotare rispetto alla bronzina.

Nella foto a lato, alcune bronzine.

Sono realizzate in leghe metalliche

La più grande è tratta da una ventola da 90mm, le più piccole da ventola da 40 mm.

Un righello millimetrato da l' idea delle dimensioni.

I valori di MTBF mediamente forniti dai costruttori per ventole su bronzina si attestano attorno a 30 - 40 mila ore.


Uno dei problemi che limitano la durata può essere quello del consumo irregolare della sede dell' albero in seguito ad una rotazione afflitta da vibrazioni dovute ad una non perfetta equilibratura delle masse; una volta che la sede si è ovalizzata, l' asimmetria nella rotazione continua a crescere fino a che l' attrito provoca il blocco. Però il  problema principale del sistema su bronzina è la necessità di un mezzo lubrificante tra questa e l' albero; solitamente si tratta di un olio. Ora, essendo la ventola, come abbiamo visto, un oggetto semplificato al massimo, certamente non contiene raffinati sistemi para olio oppure o-ring, ma solo un tappo di plastica e forse qualche guarnizione semplice. Se la lavorazione è carente, questo fluido lubrificante può andarsene in breve tempo, con la conseguenza di un aumento dell' attrito che produce altresì calore, con le conseguenze dette prima; anche se la costruzione è buona, in ogni caso la durata della lubrificazione è limitata. 

 

Cuscinetti a sfere 

Per evitare le bronzine, riducendo attrito e calore, si possono realizzare piccolissimi cuscinetti a sfere per sostenere l' albero. 
Nelle versioni correnti si tratta di un solo cuscinetto, ma esistono modelli in cui il peso è suddiviso su due cuscinetti; il doppio cuscinetto garantisce una minore possibilità di effetti nocivi dovuti ad eventuali componenti irregolari della rotazione dell' albero, come esemplificato nella sezione qui sotto .

I cuscinetti sono forzati a pressione nello statore e l' albero del rotore passa al loro interno. Date le dimensioni minime delle ventole, anche i cuscinetti devo essere miniaturizzati e questo non è semplice, almeno se si vuole far concordare costo e qualità. Quindi, se, a specifiche dei costruttori, i sistemi a cuscinetti hanno una vita dichiarata maggiore di quella delle bronzine metalliche, questo deve dipendere da una buona qualità costruttiva, quindi ad un costo elevato. 

Qui sopra vediamo la sezione di una ventola a doppio cuscinetto e come si presentano nella realtà questi oggetti. Essi sono stati tratti da una ventola da 90 mm; il solito righello da una idea delle dimensioni. 
In alto a sinistra, il cuscinetto sigillato, a destra lo stesso aperto : si vedono all' interno sei minuscole sfere. Sul fondo si nota la presenza del lubrificante. Sotto a sinistra il coperchio del cuscinetto, leggermente danneggiato dall' operazione di apertura.  Il particolare a destra, invece, è la gabbia, in materiale siliconico, che serve a tenere equidistanti le sfere.

Per contro i cuscinetti hanno alcuni difetti : il maggiore di questi è la rumorosità più elevata, dovuta al rotolamento delle sferette. Inoltre anche i cuscinetti abbisognano di lubrificazione, anche se si tratta non più di liquido, ma di grasso semi fluido sigillato nel cuscinetto stesso, con meno possibilità di sfuggire dalla sua sede. In ultimo, sono più sensibili ai maltrattamenti : disassare una ventola a bronzina è praticamente impossibile se non distruggendola, mentre un colpo violento o un bloccaggio della parte rotante può far saltare il cuscinetto, rendendo inservibile la ventola. Alcuni fogli dati riportano una resistenza agli schock di 80 G per i sistemi su bronzina e di 40 G per quelli su cuscinetto.
Anche in questo caso, è poco più che leggenda il fatto che le ventole a cuscinetto siano in assoluto meglio di quelle su bronzina : dipenderà non dal metodo usato, bensì da come il prodotto è progettato e realizzato. Se, in linea di massima, le ventole su cuscinetti dichiarano una vita maggiore di quelle su bronzine, una buona bronzina sarà meglio di un cuscinetto mal realizzato per economia o difetto di progetto o bassa qualità del materiale usato. Comunque, i valori di MTBF mediamente forniti dai costruttori per ventole su cuscinetti si attestano attorno a 60 - 80 mila ore.

 


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Aggiornato il 14/03/07.