Olio per commutatori: quando è utile, quando è dannoso e cosa intendono realmente le persone

Il più delle volte il miglior olio per commutatori è l'assenza totale di olio sul rame, solo un film stabile e cuscinetti puliti che non spargono lubrificante dove non dovrebbe essere.

La regola tacita che nessuno enuncia chiaramente

Se si leggono abbastanza manuali di manutenzione per motori a corrente continua, generatori, motorini di avviamento e compressori, emerge uno schema ricorrente. Le pagine parlano di lubrificazione dei cuscinetti, ingrassaggio degli ingranaggi e controllo delle guarnizioni. Poi, solitamente in grassetto o in maiuscolo, c'è un semplice avvertimento: non lubrificare mai il commutatore e mantenerlo pulito e asciutto. L'olio sulle barre riduce la coppia di avviamento, aumenta l'usura delle spazzole e diminuisce la potenza, mentre l'olio in eccesso nei cuscinetti è sconsigliato perché può fuoriuscire e contaminare la cavità del commutatore.

Allo stesso tempo, le note di progettazione e gli standard descrivono il film superficiale del commutatore come il vero lubrificante per il contatto scorrevole. Lo strato di ossido di rame e grafite formato dalle spazzole, con l'aiuto dell'umidità e della temperatura, è ciò che trasporta la corrente in modo fluido e mantiene l'usura ragionevole, e molte guide sottolineano che questa “patina” marrone non dovrebbe essere rimossa durante il normale funzionamento. È sottile, leggermente fragile e molto sensibile alla contaminazione, in particolare da idrocarburi e vapori di silicone. Quando questo film è corretto, le macchine funzionano con scintille ridotte anche quando il rame non è visivamente perfetto. Quando non è corretto, si tende a dare la colpa all'olio o alle spazzole, ma in realtà la colpa è del film.

Quindi la regola fondamentale è leggermente invertita rispetto a quanto indicato sull'etichetta della bottiglia. Non si lubrifica il commutatore. Si protegge il commutatore dall'olio mentre si lubrificano i cuscinetti e gli ingranaggi circostanti.

Perché esiste comunque l“”olio per commutatori"?

La frase ha diversi significati.

Nei circoli automobilistici d'epoca, in particolare quelli che ruotano attorno al Modello T e ai primi sistemi di accensione simili, il “commutatore” è in realtà un timer immerso in un bagno di grasso o olio denso. La documentazione Ford parlava di riempire il timer con vaselina e poi aggiungere olio leggero a intervalli regolari, e i proprietari moderni parlano ancora di aggiungere alcune gocce di STP o olio simile in un timer riempito di grasso. Tale pratica non ha mai significato che si dovesse versare olio su un commutatore a barra di rame all'interno di un motore di trazione; aveva senso solo per un timer sigillato progettato per agitare un lubrificante semifluido.

Gli appassionati di slot car e modellini di automobili hanno continuato a usare questa espressione. Alcuni utilizzavano olio molto leggero durante il rodaggio dei motori miniaturizzati, oppure commercializzavano “comm drops” come prodotto per pulire e trattare le superfici usurate. Altri hanno scoperto che quasi tutti gli oli applicati sull'area di contatto bruciavano rapidamente, carbonizzavano e attiravano la polvere, e le discussioni online sono piene di avvertimenti sul fatto che gli oli per cuscinetti e i grassi generici incollano il commutatore e compromettono le prestazioni. La comunità ha imparato pubblicamente che una goccia sul cuscinetto poteva essere utile, ma una goccia sul rame spesso si trasformava in fango nero e prestazioni irregolari.

Esiste un terzo significato in cui gli ingegneri parlano dell'olio solo come di una minaccia. Molte guide tecniche e persino brevetti si concentrano sui deflettori dell'olio che impediscono al lubrificante dei cuscinetti di migrare lungo l'albero fino al commutatore, proprio perché l'olio sulla superficie di contatto interrompe la formazione del film e favorisce la formazione di archi elettrici e l'usura. La guarnizione è presente perché si è continuato a osservare cosa succede quando una piccola quantità di olio fuoriesce dal cuscinetto: film screziato, archi elettrici, barre scheggiate e breve durata delle spazzole a causa di quella che sembrava una perdita minore.

Quindi, “olio per commutatori” è spesso un termine abbreviato che indica la gestione dell'olio intorno a un commutatore e solo raramente un film d'olio deliberato sul rame stesso.

È il film che scivola, non l'olio

Quando si impara a conoscere le macchine rotanti, si tende a pensare in modo semplicistico: il metallo che sfrega contro la grafite ha bisogno di un lubrificante, quindi basta prendere una bottiglia. Il contatto reale è più strano.

Una spazzola di carbone inserita in un commutatore di rame forma una pellicola mista di ossidi di rame e polvere di spazzola finemente suddivisa. Con la giusta densità di corrente, temperatura e umidità, tale pellicola si lucida da sola e raggiunge uno spessore tale che la spazzola scivola su di essa invece di sfregare sul metallo nudo. Il film ha una conduttività sufficiente per trasportare la corrente dell'armatura con una piccola caduta di tensione e una lubrificazione sufficiente per evitare un'usura grave. Ecco perché i manuali di qualità consigliano di evitare una pulizia aggressiva che rimuove la superficie marrone o color cioccolato, a meno che non si risolva anche la causa principale che l'ha danneggiata.

Gli oli minerali leggeri e i grassi interferiscono con questo processo. Modificano la composizione chimica della superficie, intrappolano particelle di carbonio e rame e creano uno strato irregolare e appiccicoso. Quando gli archi elettrici attraversano questo strato, l'olio si indurisce formando macchie e striature. Il film assume un colore irregolare, con striature scure e cavità sotto le spazzole, e la macchina tende a produrre scintille e vibrazioni. Le guide sulla manutenzione dei commutatori avvertono che la contaminazione da olio e grasso conferisce al film un aspetto macchiato e accelera l'usura se non viene corretta. Gli operatori puliscono quindi il commutatore in modo aggressivo, rimuovendo sia il film danneggiato che quello integro. Il ciclo si ripete fino a quando qualcuno non individua la fonte della contaminazione invece di lucidarla via.

In questo senso, “senza olio” non significa metallo asciutto. Significa una pellicola solida controllata creata dal contatto elettrico stesso, non da una bottiglia.

Dove si trova effettivamente l'olio nel sistema

L'olio ha ancora un ruolo importante da svolgere in prossimità del commutatore. I cuscinetti sul lato motore e sul lato commutatore utilizzano spesso sistemi di lubrificazione a grasso o a olio circolante. I treni di ingranaggi necessitano di oli di grado appropriato che rimangano all'interno delle scatole ingranaggi. I meccanismi di accoppiamento a slittamento hanno i propri punti di lubrificazione, talvolta con olio motore leggero e talvolta con grassi sintetici. Le apparecchiature che ignorano tutto ciò si guasteranno in modo meccanico molto prima che il commutatore se ne accorga.

L'aspetto da tenere sotto controllo è la migrazione. I manuali dei generatori e dei piccoli gruppi industriali avvertono regolarmente che un eccesso di olio nei cuscinetti finirà per fuoriuscire e essere proiettato nella cavità del commutatore dalla forza centrifuga, e sconsigliano di lubrificare eccessivamente per lo stesso motivo. I progettisti aggiungono protezioni, deflettori e guarnizioni per creare una zona di barriera in modo che l'area di contatto rimanga nel proprio ambiente. Se una macchina presenta un motivo ricorrente di pellicola screziata, macchie miste marroni e nere o striature allineate con la gravità, la causa nascosta è spesso una perdita d'olio piuttosto che “spazzole difettose”.

Regola pratica: lubrificare completamente e correttamente i cuscinetti, quindi verificare con un'ispezione che il percorso dal cuscinetto al commutatore sia asciutto e pulito. Se si deve scegliere, di solito è meglio lubrificare leggermente meno piuttosto che lubrificare eccessivamente i cuscinetti e rischiare di contaminare l'area elettrica, purché si rispettino i limiti indicati dal produttore dei cuscinetti.

Quando un manuale richiede effettivamente olio per commutatori

Ogni tanto capita di imbattersi in una macchina che necessita davvero di olio sul commutatore o nelle sue vicinanze, solitamente appartenente a una delle tre categorie seguenti.

I timer di accensione meccanici e i primi “commutatori” automobilistici possono fare affidamento su un bagno di grasso o olio pesante come parte del loro design. Sono dotati di contatti metallici che ruotano attraverso una sacca di lubrificante, che smorza l'usura e aiuta a spazzare via i detriti. In questo mondo, il lubrificante è parte integrante della progettazione e le istruzioni dell'era Ford relative alle coppe dell'olio sul timer non sono negoziabili.

I motori per hobby di dimensioni molto ridotte talvolta utilizzano additivi speciali per commutatori, più simili ai condizionatori di contatto che agli oli classici. È possibile applicarne una goccia al motore in funzione durante la fase di rodaggio, in modo che si distribuisca in uno strato sottile, rimuovendo i detriti microscopici e lasciando un film leggermente modificato, anche se molti utenti esperti continuano a evitare la lubrificazione diretta del rame a causa dell'imbrattamento a lungo termine. Chi continua a farlo di solito lo fa perché ha trovato un prodotto e una routine che funzionano sui propri motori specifici e non cambia mai nulla.

Infine, un piccolo gruppo di applicazioni industriali utilizza spazzole trattate anziché olio direttamente. I trattamenti sono spesso basati su additivi come alogenuri metallici o agenti lubrificanti incorporati nel materiale delle spazzole. Durante il funzionamento, questi additivi influenzano la formazione del film senza che nessuno spruzzi mai olio nell'intercapedine d'aria, e gli articoli di tribologia sottolineano che il meccanismo esatto non è ancora stato completamente mappato, specialmente in ambienti aggressivi. Se qualcuno chiama casualmente questo processo “lubrificazione del commutatore”, di solito sta parlando in modo approssimativo.

Il filo conduttore che accomuna tutti e tre i casi è che il tipo, la posizione e la quantità di lubrificante sono rigorosamente definiti in fase di progettazione. Utilizzare un olio generico, pensando che “meglio di niente”, è il modo in cui si finisce con pellicole bruciate e barre scheggiate.

Scegliere un olio quando è davvero necessario

Se si lavora su un sistema in cui il produttore richiede esplicitamente l'uso di olio sul commutatore o in prossimità di esso, i vincoli tendono ad essere rigidi anche se l'etichetta sulla confezione è semplice.

L'olio base è normalmente minerale, non vegetale, e non è un prodotto pesante e appiccicoso. Deve resistere all'incollaggio durante lunghi periodi di inattività, in modo che i timer e i piccoli meccanismi non si congelino. Gli additivi devono evitare silicone, particelle solide e qualsiasi sostanza conduttiva. Molti manuali della metà del secolo scorso indicano semplicemente “alcune gocce di olio motore leggero, SAE 20”, perché era quello comunemente disponibile e soddisfaceva tali esigenze. In caso di dubbio, seguire quella semplice indicazione è solitamente più sicuro che improvvisare con moderni grassi adesivi o additivi automobilistici progettati per condizioni di taglio e temperatura completamente diverse.

La viscosità è importante in modi non ovvi. Se troppo leggero, l'olio fuoriesce dall'alloggiamento e finisce in luoghi indesiderati. Se troppo pesante, il meccanismo lo agita, genera calore e proietta goccioline più lontano del previsto. Nei timer e negli alloggiamenti di piccole dimensioni, un olio a viscosità media supportato da un pacchetto di grasso spesso funziona meglio: il grasso trattiene l'olio, l'olio fuoriesce lentamente per rinnovare lo strato limite e tutto il disordine rimane all'interno della custodia.

Se il manuale non fornisce indicazioni o è vago e la macchina è rara o costosa, la soluzione più prudente è considerare il commutatore stesso come asciutto e concentrare la lubrificazione sui cuscinetti con gradi che si sa essere compatibili con l'isolamento e la plastica circostanti.

Modelli di guasto comuni legati all'olio e alla pellicola

Di solito le persone notano i sintomi prima di notare l'olio.

Un commutatore che presenta striature scure e untuose sotto ciascuna spazzola, con un aspetto verniciato, è stato probabilmente esposto a vapori d'olio o schizzi diretti. Le spazzole di quella macchina hanno spesso una superficie smaltata e possono presentare scheggiature sui bordi o segni di trascinamento del rame. La pulizia senza arrestare la perdita porta a un breve periodo di miglioramento seguito dal ritorno dello stesso problema, esattamente il tipo di problema ricorrente descritto in molte note di manutenzione sui commutatori contaminati dall'olio.

Quando l'olio o il grasso penetrano nei portaspazzole o nell'isolamento tra le barre, è possibile osservare una bassa resistenza di isolamento, tracce superficiali e talvolta tracce di carbonio visibili. Nelle apparecchiature più vecchie, la soluzione può essere il riavvolgimento parziale o la sostituzione del commutatore piuttosto che la semplice pulizia. I semplici solventi applicati sulla superficie non raggiungono la contaminazione assorbita dai materiali porosi.

Al contrario, una macchina che ha semplicemente funzionato a secco in condizioni atmosferiche difficili, con bassa umidità e polvere fine, presenta spesso una superficie ramata pallida con pellicola irregolare e rapida usura delle spazzole, ma non lo stesso aspetto gommoso, e sia gli standard che le guide sul campo sottolineano che gli ambienti secchi spesso richiedono trattamenti diversi per le spazzole piuttosto che la lubrificazione liquida. In questi casi la soluzione è solitamente un tipo diverso di spazzola o il controllo dell'ambiente piuttosto che l'oliatura.

Comprendere questi schemi aiuta a decidere se l“”olio per commutatori" è parte del problema o qualcosa che le persone vorrebbero poter applicare come cura.

Una breve tabella di riferimento che puoi effettivamente utilizzare

La tabella sottostante è solo indicativa, ma illustra come diverse comunità utilizzano o evitano l'olio per commutatori. Si presume che tu abbia già a disposizione la documentazione relativa alla macchina.

Se la tua situazione non corrisponde chiaramente a nessuna delle righe, ipotizza il caso più conservativo: nessun olio liquido sulle barre, controllo rigoroso delle perdite e attenzione particolare al film del commutatore.

Pratiche che prolungano silenziosamente la durata del commutatore

Una volta che si considera l'olio come una condizione al contorno piuttosto che come un additivo magico, le routine relative ai commutatori diventano più semplici e prevedibili.

Durante gli arresti programmati, ispezionare prima il colore e la consistenza della superficie del commutatore, prima di pulire qualsiasi cosa. Se il film è liscio e uniforme, con colori nella gamma normale dal rame al marrone, resistere alla tentazione di lucidarlo per motivi estetici. Quindi verificare la presenza di eventuali tracce di olio, in particolare nella direzione di rotazione dell'albero e della gravità. Se si riscontrano segni di migrazione, risalire al cuscinetto o alla guarnizione del riduttore più vicini, riparare la perdita e solo allora pulire e riposizionare le spazzole.

Quando è necessario pulire, utilizzare metodi e abrasivi che evitino l'incorporazione di granuli conduttivi. Molte note di settore raccomandano l'uso di carte non conduttive molto fini o pietre speciali invece della tela smeriglio. Dopo la pulizia meccanica, far funzionare la macchina a carico leggero per ricostruire il film piuttosto che passare direttamente al carico completo da una superficie di rame spellata.

Infine, mantieni separato il programma di lubrificazione dei cuscinetti dalla routine di ispezione elettrica. Questa separazione mentale impedisce alle persone di “aiutare” il commutatore con una dose extra di olio solo perché l'ingrassatore era già fuori.

Conclusione

L'olio per commutatori è principalmente una questione di dove non applicare l'olio. Sulla superficie in rame di una moderna macchina a corrente continua, la zona di comfort ideale è costituita da una pellicola asciutta e ben formata creata dalle spazzole, protetta da qualsiasi lubrificante casuale. L'olio va applicato sui cuscinetti e sui riduttori, scelti con cura in modo che rimangano lì. Le poche macchine che necessitano davvero di olio a contatto diretto con le loro parti di commutazione lo indicano chiaramente nei loro manuali e richiedono un tipo molto specifico di olio utilizzato in un modo molto specifico. Tutto il resto è una supposizione, e i commutatori raramente sono gentili con le supposizioni.