Cylindres électriques et axes électriquesDimensionnement et comparaison avec les vérins pneumatiques et hydrauliques

Cylindres électriques et axes électriques : quand les choisir

Un mouvement linéaire sur une machine peut être réalisé avec trois technologies : pneumatique, électrique et hydraulique. Interfluid distribue les trois (Pneumax pour la pneumatique, Pneumax et AutomationWare pour l'électrique, Atos pour l'hydraulique). Nous pouvons donc vous conseiller sans parti pris : nous évaluons axe par axe la technologie la plus adaptée, selon la force, la précision, la consommation et le coût global.

Notre bureau technique vous accompagne dans le dimensionnement et le choix entre cylindre électrique et axe électrique, et pour évaluer quand un vérin pneumatique ou hydraulique peut être remplacé par une solution électrique.

Cylindre électrique ou axe électrique : la différence

• Cylindre électrique (actionneur linéaire à tige) : une tige pousse et tire la charge, comme un vérin pneumatique ou hydraulique. Le moteur transmet le mouvement par une vis à billes. Les cylindres Pneumax série 1800 ont une interface de fixation ISO 15552 et peuvent donc remplacer un vérin pneumatique avec des modifications mécaniques limitées.
• Axe électrique (système linéaire) : un chariot coulisse le long d'un profilé guidé, entraîné par une courroie ou une vis. C'est la solution pour les grandes courses, les vitesses élevées et les systèmes cartésiens multi-axes (XYZ), comme les portiques de pick & place.

Pneumatique, électrique ou hydraulique : la comparaison

La règle pratique : pneumatique pour des mouvements simples entre deux positions, électrique quand il faut des positions intermédiaires, du contrôle et des données, hydraulique quand il faut des forces très élevées dans peu d'espace ou une résistance aux chocs. Sur de nombreuses machines, la meilleure solution est hybride.

Comment choisir : les questions à se poser pour chaque axe de la machine

Quand un cylindre électrique remplace un vérin hydraulique

Il y a encore quelques années, l'électrique était limité aux forces moyennes et faibles. Aujourd'hui, les cylindres électriques AutomationWare Mech dépassent 200 kN de poussée et la version Mech Extreme, avec structure renforcée en acier et vis rectifiée ISO 5, atteint 700 kN de charge dynamique. Dans ce domaine, le cylindre électrique devient une alternative concrète à l'hydraulique :

• il supprime la centrale, les tuyauteries et la filtration de l'huile ;
• il élimine le risque de fuites, important dans les environnements propres ;
• il ne consomme de l'énergie que lorsqu'il travaille ;
• il offre un positionnement précis et un contrôle de force sans valves proportionnelles.

L'hydraulique reste le bon choix pour des forces très élevées dans des encombrements réduits, des charges de choc et des applications sévères. Dans ces cas, nous vous proposons les vérins et servo-vérins hydrauliques Atos, jusqu'à 320 bar, aussi avec capteur de position pour le contrôle en boucle fermée.

Comment dimensionner un axe électrique

Pour proposer la bonne solution, nous avons besoin de ces données :

1. Charge et force : masse à déplacer ou poussée requise, et son évolution le long de la course.
2. Course : longueur utile du mouvement.
3. Vitesse et accélération, et le temps de cycle à respecter.
4. Précision : répétabilité de positionnement requise.
5. Cycle de travail : nombre de cycles, équipes, temps d'arrêt sous charge.
6. Orientation : horizontale, verticale (avec éventuel frein moteur) ou inclinée.
7. Environnement : poussière, lavages, température, indice de protection.
8. Commande : automate et protocole de communication, moteur déjà prévu ou à fournir.

Avec ces données, nous choisissons la transmission : la courroie pour les grandes courses et les vitesses élevées (jusqu'à 3 m/s, répétabilité typique ±0,05 mm), la vis à billes pour des poussées et une précision supérieures (répétabilité typique ±0,01 mm). Nous définissons ensuite taille, réducteur et motorisation.

La gamme : cylindres et axes électriques Pneumax et AutomationWare

Les caractéristiques complètes de chaque série figurent plus haut sur cette page et dans les catalogues à télécharger.

Pour aller plus loin

• Vérins pneumatiques et vérins hydrauliques

Exemples d'application

Deux situations typiques où nous proposons aux constructeurs de machines de passer à l'électrique, et ce qui change concrètement.

Du pneumatique à l'électrique : pick & place sur une blistéreuse pharmaceutique

La situation. Le module de pick & place d'une blistéreuse utilise des vérins pneumatiques pour prélever et déposer le produit. À chaque changement de format, l'opérateur déplace les fins de course et règle les débits : la machine reste arrêtée des dizaines de minutes et les premiers cycles produisent des rebuts. De plus, les échappements d'air posent problème dans un atelier à contamination contrôlée.

La solution. Des axes électriques AutomationWare en configuration cartésienne, avec variateurs AW Drives reliés à l'automate. Les positions de chaque format sont enregistrées comme recettes. Les mouvements simples d'éjection restent pneumatiques : solution hybride.

Ce qui change.

• le changement de format passe de dizaines de minutes à quelques minutes, en rappelant la recette depuis le pupitre ;
• plus d'échappements d'air dans la zone produit, et moins de bruit ;
• consommation d'air comprimé nettement réduite : dans les cas documentés du secteur de l'emballage, le remplacement des actionneurs les plus énergivores a réduit la consommation d'air de plus de 30 % ;
• position et effort de chaque axe disponibles pour la maintenance prédictive.

De l'hydraulique à l'électrique : poinçonnage et formage de pièces en tôle

La situation. Un poste de poinçonnage et de formage de pièces en tôle (par exemple des pièces de freins) fonctionne avec un vérin hydraulique et une centrale dédiée. La centrale reste allumée toute l'équipe, l'huile fuit sur la ligne et la force varie avec la température de l'huile : certaines pièces doivent être recontrôlées ou rebutées.

La solution. Un cylindre électrique AutomationWare de la série Mech, dimensionné sur la force réellement nécessaire le long de la course, avec contrôle de force et de position et enregistrement de la courbe force-course à chaque cycle. Centrale, tuyauteries et gestion de l'huile sont supprimées.

Ce qui change.

• force répétable et indépendante de la température, avec moins de pièces à recontrôler ;
• traçabilité de chaque pièce grâce à la courbe force-course enregistrée ;
• consommation plus faible : un servo-entraînement électrique travaille avec des rendements d'environ 80 %, contre 40-50 % typiques pour un circuit hydraulique, et n'absorbe de l'énergie que pendant la course ;
• zéro fuite, plus de vidanges ni de filtres, de l'espace libéré en bord de ligne.

Le point critique est le dimensionnement : la force nécessaire ne se déduit pas simplement de la pression multipliée par la surface de l'ancien vérin, mais du profil de force réel le long de la course. C'est là qu'intervient notre bureau technique.

Questions fréquentes sur les cylindres et axes électriques

Quelle différence entre cylindre électrique et axe électrique ?

Le cylindre électrique a une tige qui pousse et tire comme un vérin pneumatique et peut se monter avec les mêmes interfaces ISO 15552. L'axe électrique déplace un chariot le long d'un profilé, à courroie ou à vis, et convient aux grandes courses et aux systèmes cartésiens multi-axes.

Quand remplacer un vérin pneumatique par un axe électrique ?

Quand il faut des positions intermédiaires, un changement de format par logiciel, le contrôle de la vitesse et de l'accélération, des données de process pour l'Industrie 4.0 ou une réduction de la consommation d'air comprimé. Pour des mouvements simples entre deux positions fixes, le vérin pneumatique reste souvent le choix le plus économique.

Un cylindre électrique peut-il remplacer un vérin hydraulique ?

Oui, quand la force et le cycle de travail restent dans ses performances : les cylindres électriques AutomationWare Mech dépassent 200 kN et la version Extreme atteint 700 kN de charge dynamique. On supprime centrale, tuyauteries et risque de fuites d'huile. Pour des forces très élevées dans des espaces réduits ou des charges de choc, l'hydraulique reste en général la solution la plus adaptée.

Que faut-il pour dimensionner un axe électrique ?

La charge ou la force requise, la course, la vitesse et l'accélération, la précision de positionnement, le cycle de travail, l'orientation (horizontale ou verticale), l'environnement de travail et le système de commande. Avec ces données, nos techniciens choisissent transmission, taille et motorisation.

Mieux vaut un axe électrique à courroie ou à vis ?

La courroie convient aux grandes courses et aux vitesses élevées (jusqu'à 3 m/s sur les axes Pneumax 18T, répétabilité typique ±0,05 mm). La vis à billes offre des poussées et une précision supérieures (répétabilité typique ±0,01 mm) sur des courses plus courtes.

Les axes électriques sont-ils compatibles avec mon automate ?

Les variateurs AutomationWare AW Drives prennent en charge ModBus RTU, CANopen CiA 402, EtherCAT, PROFINET RT et IRT, et disposent de la fonction de sécurité STO.

Pourquoi Interfluid

• Trois technologies, un seul interlocuteur : pneumatique, électrique et hydraulique, pour un choix neutre axe par axe.
• Distributeurs officiels Pneumax, avec la gamme mécatronique AutomationWare.
• Conseil en dimensionnement par notre bureau technique, de la première analyse au choix du moteur et du variateur.
• Expérience sur les machines des constructeurs : nous concevons et réalisons aussi des panneaux pneumatiques, utiles dans les solutions hybrides.

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