Un cambio ofrece numerosas ventajas

I sistemi fluidodinamici perdono energia in diversi punti. Un attuatore elettromeccanico, invece, trasmette generalmente l'80 percento della sua potenza in ingresso. (Immagine: Gruppo Ewellix)

Il passaggio a soluzioni elettromeccaniche offre all'utente vantaggi chiari in termini di prestazioni, … (Immagine: Gruppo Ewellix)

...semplicità... (Immagine: Gruppo Ewellix)

… e la compatibilità ambientale degli impianti. (Immagine: Gruppo Ewellix)

Gli attuatori CASM sono progettati per prestazioni molto elevate e lunga durata. Cuscinetti di alta qualità e viti a sfera e a ricircolo di sfere garantiscono efficienza energetica grazie alla loro bassa frizione e grande precisione grazie al loro ridotto gioco assiale. (Immagine: Gruppo Ewellix)

I nuovi attuatori della serie LEMC di Ewellix, progettati per applicazioni con carichi più elevati, utilizzano una vite a rulli planetaria invece di una vite a rulli a sfera. Ciò conferisce all'attuatore una densità di potenza superiore rispetto alle versioni tradizionali ed è meno sensibile alle vibrazioni intense dell'ambiente di utilizzo. (Immagine: Gruppo Ewellix)

Se finora gli ingegneri hanno prodotto grandi forze o spostato carichi pesanti, gli attuatori idraulici erano la prima scelta. Tuttavia, i sistemi fluidodinamici stanno ricevendo una seria concorrenza nel mondo dei movimenti lineari: attuatori elettromeccanici, costituiti da viti a sfera o a rulli, mossi da un motore elettrico e da un cambio. I sistemi elettromeccanici offrono numerosi vantaggi in termini di prestazioni, compatibilità ambientale, complessità e costi.

Una nuova generazione di attuatori elettromeccanici consente agli utenti di sostituire cilindri idraulici e pneumatici in una vasta gamma di applicazioni complesse – sia nell’automazione di fabbrica che nelle macchine mobili. Non solo le prestazioni, ma anche i vantaggi economici giocano un ruolo nel passaggio.

Vale la pena ripensare

I sistemi elettromeccanici sono più piccoli e leggeri rispetto ai loro omologhi fluidodinamici. Pompe ingombranti, accumuli, serbatoi d’olio e tubazioni vengono eliminati, poiché il motore è collegato direttamente all’attuatore. I sistemi funzionano senza olio pressurizzato – ciò riduce il rischio di incendi, inquinamento ambientale e incidenti sul lavoro. Inoltre, sono più silenziosi rispetto agli impianti fluidodinamici.

Inoltre, i sistemi elettromeccanici offrono notevoli vantaggi in termini di prestazioni. Possono operare con un intervallo di velocità e potenza più ampio rispetto agli impianti idraulici e offrono una maggiore precisione di posizionamento mantenendo le stesse prestazioni. La viscosità degli oli idraulici può variare a seconda del tempo di funzionamento e della temperatura, influendo negativamente sulle prestazioni della macchina. Al contrario, i sistemi elettromeccanici operano costantemente con tolleranze precise. Le parti mobili si basano su una tecnologia di cuscinetti a rotolamento collaudata. Ciò consente di prevedere la durata di vita sotto determinate condizioni operative.

Poiché non sono necessari valvole di controllo aggiuntive e altri accessori, gli attuatori elettromeccanici possono essere facilmente integrati nel sistema di controllo elettronico di una macchina. Inoltre, grazie alla loro risposta rapida, alla precisione di posizionamento e alla ripetibilità, i sistemi elettromeccanici facilitano la programmazione di movimenti complessi e la costruzione di macchine che possono adattarsi rapidamente alle diverse esigenze di processo.

Qual è il problema?

Il costo di acquisto di un impianto elettromeccanico è superiore rispetto a quello di macchine idrauliche. Tuttavia, considerando i costi totali nel ciclo di vita completo, si presenta un quadro diverso: gli attuatori elettromeccanici offrono potenzialità di risparmio che compensano ampiamente i costi di acquisto più elevati. Sei sono i principali fattori responsabili:

1. Efficienza energetica. I sistemi idraulici perdono energia in più punti, prima di tutto nella conversione dell’energia elettrica in movimento per azionare la pompa idraulica. A ciò si aggiungono perdite nella pompa stessa, a causa dell’attrito del fluido nelle tubazioni e nell’attuatore. In totale, un sistema idraulico trasmette circa il 44 percento della sua potenza motrice. Gli impianti elettromeccanici, invece, perdono energia solo a causa dei limiti dell’efficienza del motore e dell’attrito nelle componenti del cambio e dell’azionamento. Un attuatore elettromeccanico trasmette generalmente l’80 percento della sua potenza in ingresso. Inoltre, le pompe idrauliche devono funzionare continuamente in molte applicazioni per garantire tempi di risposta adeguati. L’assorbimento energetico degli attuatori elettromeccanici, quando non sono in uso, è nullo, e anche durante il funzionamento richiedono energia solo per brevi momenti. Di conseguenza, i costi di acquisto più elevati dei sistemi elettrici si ammortizzano in pochi mesi grazie al risparmio energetico.

2. Minore produzione di calore. L’energia persa nei sistemi idraulici viene convertita in calore. In applicazioni di precisione, come la produzione di prodotti plastici, questo calore deve essere dissipato con sistemi di raffreddamento, aumentando così il consumo energetico complessivo. Le macchine elettriche, grazie al loro maggiore rendimento, richiedono circa il 35 percento dell’energia di raffreddamento rispetto a una soluzione idraulica.

3. Tempi di ciclo più brevi. Grazie alla maggiore velocità e alla migliore controllabilità degli attuatori elettromeccanici, le macchine possono lavorare più velocemente e con maggiore potenza, come nel caso della saldatura a punti robotizzata nell’industria automobilistica. Tra i punti di saldatura, il braccio robotico deve aprire la pinza per spostarsi alla posizione successiva. I sistemi fluidodinamici aprono completamente la pinza dopo ogni saldatura. Gli impianti elettromeccanici, invece, possono essere programmati per aprire la pinza solo quanto basta per riposizionarla. Quando un produttore automobilistico giapponese ha sostituito la pinza di saldatura con un sistema elettromeccanico in una linea di produzione di carrozzerie, ha aumentato il throughput del 10% – cioè 100 carrozzerie in più al giorno.

4. Migliore utilizzo dei materiali. La maggiore precisione e ripetibilità significa che le macchine elettriche hanno generalmente una precisione di ripetizione doppia rispetto alle alternative idrauliche. Ciò aumenta la qualità e riduce gli scarti. Anche se i prodotti vengono realizzati con minore precisione, i risparmi ottenuti possono superare i costi più elevati degli impianti elettromeccanici in due anni o meno.

5. Maggiore tempo di funzionamento. Gli impianti elettromeccanici hanno meno parti soggette a usura rispetto alle macchine fluidodinamiche, tutte concentrate nel filetto a ricircolo di sfere e nel cambio. Le apparecchiature idrauliche, invece, dipendono da una rete complessa di valvole, tubi, filtri e guarnizioni. Un guasto in una parte del sistema può mettere l’intera macchina fuori servizio fino alla diagnosi e alla riparazione. Un problema con un attuatore, invece, può essere risolto di solito con una rapida sostituzione del componente interessato. Di conseguenza, il tempo di funzionamento e la disponibilità delle macchine sono generalmente superiori del 2% rispetto alle macchine idrauliche. Ciò aumenta le prestazioni e riduce i costi di produzione per pezzo.

6. Manutenzione più semplice. Le macchine elettromeccaniche comportano costi di esercizio contenuti. Gli utenti non devono acquistare olio, filtri o guarnizioni. Non devono fermare le macchine per sostituire queste parti, né spendere soldi per prevenire o riparare perdite di liquido. Inoltre, i sistemi elettromeccanici possono essere dotati di sensori integrati per il monitoraggio dello stato, che segnalano eventuali problemi prima che si verifichino fermi imprevisti.

Complessivamente, questi fattori consentono risparmi di diverse decine di migliaia di euro all’anno per una tipica macchina di produzione. Circa la metà di questo risparmio deriva dal minor consumo energetico. L’altra metà riguarda altri ambiti.

Nuove generazioni di attuatori elettromeccanici

Anche con l’ultima generazione di attuatori elettromeccanici, Ewellix si basa su tutti i vantaggi costruttivi di questi componenti e li amplia per rendere i propri prodotti ancora più potenti, durevoli e facilmente integrabili.

Ad esempio, la serie CASM è stata sviluppata da Ewellix per applicazioni impegnative nell’automazione ad alta velocità e produzione in serie. Gli attuatori CASM possono sostituire i cilindri pneumatici nelle linee di produzione esistenti. Sono modulari e disponibili in tutte le dimensioni standard. Possono essere alimentati con diversi tipi di motori. Ciò consente all’utente di equipaggiare tutti gli attuatori con motori di un unico produttore, semplificando così la gestione dei ricambi. Una vasta gamma di opzioni e accessori permette una facile integrazione in molte applicazioni.

Gli attuatori CASM sono progettati per alte prestazioni e lunga durata. Elevate qualità dei cuscinetti e delle viti a sfera e a ricircolo garantiscono efficienza energetica grazie alla bassa frizione e grande precisione grazie al ridotto gioco assiale. I dispositivi sono lubrificati a vita e richiedono poca manutenzione. Sono dotati di filtri integrati e di un anello di strisciamento per prevenire danni da polvere e sporco. Un anello magnetico e un involucro in alluminio con scanalature facilitano l’installazione di sensori esterni.

Per semplificare ulteriormente il controllo delle macchine e l’integrazione di sistema, la serie CASM è equipaggiata con un motore DC brushless con Motion Controller, freno e interfaccia fieldbus opzionale. Ciò elimina la necessità di un controllo motore esterno. Riduce i costi di installazione e semplifica il cablaggio, poiché i motori possono essere alimentati e controllati tramite un solo cavo. Tramite l’interfaccia grafica del set di programmazione Ewellix, gli utenti possono configurare facilmente le macchine e impostare tutti i parametri del motore. Fino a 14 posizioni dell’attuatore con velocità, accelerazioni e ritardi associati possono essere caricate nel motore. La gestione delle macchine avviene successivamente tramite PLC o semplici interruttori. In questo modo si ottiene un sistema di Motion Control molto economico e autonomo per macchine di piccole dimensioni.

Gli attuatori della nuova serie LEMC di Ewellix, progettati per applicazioni con carichi più elevati, utilizzano una vite planetaria al posto di una vite a rulli a sfera. Ciò conferisce all’attuatore una maggiore densità di potenza rispetto alle versioni convenzionali ed è meno sensibile a vibrazioni intense provenienti dall’ambiente di utilizzo. Come la serie CASM, anche la serie LEMC è modulare e può essere configurata per molte applicazioni diverse e per vari tipi di motori. Oltre ai motori servo convenzionali, può essere alimentata anche da un motore asincrono intelligente con trasmissione integrata. In questo modo, l’utente ottiene funzionalità di sicurezza e protezione della macchina aggiuntive con avvio dolce integrato. Il controllo è predisposto per NFC (Near Field Communication), consentendo al personale di manutenzione di effettuare regolazioni comodamente tramite smartphone.