Cosa sono le catene? E come si producono? Definizione, storia e applicazioni

Definizione

Una catena è un insieme flessibile di pezzi collegati chiamati maglie o anelli, per lo più in acciaio o altri metalli; questa tipologia di prodotto è generalmente utilizzata per gestire carichi o forze meccaniche. Esistono due tipi di classificazione di base: le catene ad anelli (come le catene per le ancore delle navi) e le catene a rulli (ad esempio, le catene per biciclette). Oggi, le catene trovano impiego praticamente ovunque: nell’industria, in agricoltura, nelle miniere e per numerose altre applicazioni.

Storia

Già nel 2500 a.C. le catene in oro o argento vengono indossate come gioielli od ornamenti. Più tardi, le catene di rame, bronzo e ferro iniziano a essere impiegate per estrarre l’acqua dai pozzi, appendere i bollitori, legare i prigionieri e gli schiavi o fissare le ancore delle navi. Nel I secolo a.C. l'architetto e ingegnere romano Marco Vitruvio Pollione progetta un elevatore a tazze basato su una catena. I soldati dell'epoca romana, e più tardi i cavalieri del Medioevo, invece usano maglie di catene come protezione in combattimento. Col passare degli anni, la fabbricazione di catene assume sempre più rilevanza, divenendo un importante settore artigianale. Proprio la produzione di catene è il fattore trainante che trasforma la Norimberga medievale in uno dei principali centri dell'industria della lavorazione del filo e del metallo in Germania. Fino alla tarda epoca moderna, l’unico processo conosciuto per la fabbricazione delle catene di bronzo o di ferro era la forgiatura. Con la progressiva industrializzazione del 19° secolo, le possibilità di produzione diventano sempre più convenienti e il numero di applicazioni crebbe a dismisura. Lo sviluppo dell'estrazione mineraria, dell’industria siderurgica, la comparsa delle prime macchine e la crescente domanda di nuovi componenti contribuiscono a sviluppare ulteriormente il settore. La tecnologia e la vita moderna sarebbero impensabili senza le catene!

Applicazioni tecniche

Le catene ad anelli sono generalmente costituite da anelli di filo metallico rotondi od ovali. Sono utilizzate principalmente per sollevare, spostare e fissare i carichi. Le catene a rulli sono invece per lo più impiegate come catene di trasmissione o nei sistemi di trasporto. Le catene a maglie – che consistono in anelli di filo metallico collegati tra loro in modo da formare una maglia – vengono utilizzate tipicamente per proteggere gli pneumatici dei veicoli utilizzati nelle cave, nelle miniere, nei lavori di demolizione e nei cumuli di rifiuti o scorie. Anche le catene da neve appartengono a questa categoria di prodotti. Le catene ad anelli trovano spazio persino in architettura: per esempio, all'ingresso degli edifici guidano l'acqua piovana verso il terreno. In edilizia, invece, non rappresentano un elemento strutturale molto gettonato. Tuttavia, grazie alla loro versatilità, rappresentano una valida alternativa alle soluzioni più comuni: ne è un esempio spettacolare il ponte sospeso della capitale ungherese Budapest. Gli elementi centrali dell'infrastruttura sono i due piloni di sostegno attraverso cui passa una coppia di grandi catene che sostengono le carreggiate. Il nome del ponte è quanto mai appropriato: "Széchenyi Lánchíd" (Ponte delle Catene, appunto).

Altre applicazioni

In molti paesi, durante le occasioni cerimoniali, i funzionari indossano la cosiddetta catena d’ufficio (chiamata anche “collare in livrea”) – di solito fatta d'oro – come insegna della loro carica. Questa tradizione sembra avere le sue radici nell'Europa Medioevale.

Fabbricazione

La maggior parte delle catene a maglie sono costruite in acciaio. A seconda delle dimensioni, il materiale di partenza può essere una vergella o una bobina di filo. 

Catena ad anelli: dopo la pulizia, la vergella o il filo vengono raddrizzati, trafilati fino a raggiungere il diametro richiesto e inseriti in una linea di deformazione a freddo. Prima di tagliare il filo nella lunghezza desiderata, sulla superficie vengono impressi il grado di qualità e un codice di tracciamento. Ogni pezzo viene poi formato in un anello e interconnesso con l’anello formato in precedenza. Così facendo, gli anelli creano la catena vera e propria. Una saldatrice unisce i bordi di ogni anello e rimuove il materiale in eccesso. La catena viene poi testata e calibrata per assicurare una lunghezza uniforme delle maglie. Vengono tagliati dei campioni per monitorare la qualità della saldatura e le proprietà meccaniche del prodotto. Per ottenere determinate proprietà fisiche, alcune catene possono essere sottoposte a trattamenti termici e/o superficiali come sabbiatura, galvanizzazione a caldo, zincatura o rivestimenti speciali. Solitamente, le estremità della catena sono combinate con ganci o altri oggetti. La catena finita viene così imballata ed è pronta per essere assemblata con altri prodotti o per essere spedita. 

Catena a rulli: nella maggior parte dei casi, queste catene sono progettate per essere utilizzate in combinazione a ruote dentate e sono per lo più impiegate per trasmettere la potenza o come catene di trasporto per movimentare i prodotti attraverso gli impianti di produzione. La catena di una bicicletta, per esempio, trasmette l'energia cinetica dai pedali alla ruota motrice, facendola muovere. Le motoseghe, invece, sono dotate di una catena da taglio che viene utilizzata per segare il legno. In particolare, questo tipo di catena a rulli ha entrambe le funzioni di cui sopra: trasmettere la potenza meccanica e trasportare i prodotti, in questo caso particolare i trucioli. Rispetto a una catena ad anelli, la controparte a rulli necessita di un numero maggiore di componenti ed è pertanto più complessa da produrre. Inoltre, una catena a rulli ha un layout specifico per ogni singola applicazione: a seconda dell'uso finale, le possibilità di design sono praticamente illimitate. Il processo di produzione delle catene a rulli comporta diverse fasi, poiché i diversi elementi devono soddisfare precisi requisiti dimensionali ed essere dritti, lisci e senza bave. Per esempio, i perni – un prodotto tipico dell'industria del filo metallico – sono sottoposti a processi di rettifica di precisione per garantire concentricità e superfici lisce. I rulli e le boccole sono composti da tubi con spessore della parete e concentricità uniformi per una corsa regolare. Per ottenere determinate proprietà fisiche come maggiore forza, durata e resistenza all'usura, le catene a rulli sono sottoposte a trattamenti termici specifici come la cementazione. La resistenza alla fatica può essere ulteriormente aumentata tramite processi di pallinatura. La fase finale del processo di assemblaggio di una catena a rulli è il processo di precarico.