Cilindri elettrici e assi elettriciDimensionamento e confronto con cilindri pneumatici e oleodinamici

Cilindri elettrici e assi elettrici: quando sceglierli

Un movimento lineare su una macchina si può realizzare con tre tecnologie: pneumatica, elettrica e oleodinamica. Interfluid le distribuisce tutte e tre (Pneumax per la pneumatica, Pneumax e AutomationWare per l'elettrico, Atos per l'oleodinamica). Per questo possiamo consigliarvi senza preferenze di principio: valutiamo asse per asse quale tecnologia conviene, in base a forza, precisione, consumi e costo complessivo.

Il nostro ufficio tecnico vi supporta nel dimensionamento e nella scelta tra cilindro elettrico e asse elettrico, e nel valutare quando un cilindro pneumatico o oleodinamico può essere sostituito da una soluzione elettrica.

Cilindro elettrico o asse elettrico: la differenza

• Cilindro elettrico (attuatore lineare a stelo): uno stelo spinge e tira il carico, come in un cilindro pneumatico o oleodinamico. Il motore trasmette il moto tramite una vite a ricircolo di sfere. I cilindri Pneumax serie 1800 hanno interfaccia di fissaggio ISO 15552, quindi possono prendere il posto di un cilindro pneumatico con modifiche meccaniche contenute.
• Asse elettrico (sistema lineare): un carrello scorre lungo un profilo guidato, trascinato da una cinghia o da una vite. È la soluzione per corse lunghe, velocità elevate e sistemi cartesiani multi-asse (XYZ), come portali di pick & place.

Pneumatico, elettrico o oleodinamico: il confronto

La regola pratica: pneumatica per movimenti semplici tra due posizioni, elettrico quando servono posizioni intermedie, controllo e dati, oleodinamica quando servono forze molto elevate in poco spazio o resistenza agli urti. In molte macchine la soluzione migliore è ibrida.

Come scegliere: le domande da fare per ogni asse della macchina

Quando un cilindro elettrico sostituisce un cilindro oleodinamico

Fino a pochi anni fa l'elettrico era limitato alle forze medio-basse. Oggi i cilindri elettrici AutomationWare Mech superano i 200 kN di spinta e la versione Mech Extreme, con struttura rinforzata in acciaio e vite rettificata ISO 5, arriva a 700 kN di carico dinamico. In questo campo il cilindro elettrico diventa un'alternativa concreta all'oleodinamico:

• elimina centralina, tubazioni e filtrazione dell'olio;
• toglie il rischio di trafilamenti, importante negli ambienti puliti;
• consuma energia solo quando lavora;
• offre posizionamento preciso e controllo di forza senza valvole proporzionali.

L'oleodinamica resta la scelta giusta per forze molto elevate in ingombri ridotti, carichi d'urto e applicazioni gravose. In questi casi vi proponiamo i cilindri e servocilindri oleodinamici Atos, fino a 320 bar, anche con trasduttore di posizione per il controllo in anello chiuso.

Come si dimensiona un asse elettrico

Per proporre la soluzione corretta ci servono questi dati:

1. Carico e forza: massa da movimentare o spinta richiesta, e come varia lungo la corsa.
2. Corsa: lunghezza utile del movimento.
3. Velocità e accelerazione, e il tempo ciclo da rispettare.
4. Precisione: ripetibilità di posizionamento richiesta.
5. Ciclo di lavoro: numero di cicli, turni, tempi di sosta con carico.
6. Orientamento: orizzontale, verticale (con eventuale freno motore) o inclinato.
7. Ambiente: polvere, lavaggi, temperatura, grado di protezione.
8. Controllo: PLC e protocollo di comunicazione, motore già previsto o da fornire.

Con questi dati scegliamo la trasmissione: la cinghia per corse lunghe e alte velocità (fino a 3 m/s, ripetibilità tipica ±0,05 mm), la vite a ricircolo di sfere per spinte e precisione maggiori (ripetibilità tipica ±0,01 mm). Poi definiamo taglia, riduttore e motorizzazione.

La gamma: cilindri elettrici e assi elettrici Pneumax e AutomationWare

Le caratteristiche complete di ogni serie sono riportate più in alto in questa pagina e nei cataloghi da scaricare.

Approfondimenti

• Assi elettrici o pneumatica: quando conviene il cambio
• Assi elettrici e cilindri pneumatici: guida alla scelta per costruttori di macchine
• Cilindri pneumatici e cilindri oleodinamici

Esempi applicativi

Due situazioni tipiche in cui proponiamo ai costruttori di macchine di passare all'elettrico, e cosa cambia in concreto.

Da pneumatico a elettrico: pick & place su una blisteratrice farmaceutica

La situazione. Il modulo di pick & place di una blisteratrice usa cilindri pneumatici per prelevare e depositare il prodotto. A ogni cambio formato l'operatore sposta i finecorsa e regola i flussi: la macchina resta ferma per decine di minuti e i primi cicli producono scarti. In più, gli scarichi d'aria sono un problema in un reparto a contaminazione controllata.

La soluzione. Assi elettrici AutomationWare in configurazione cartesiana, con azionamenti AW Drives collegati al PLC. Le quote di ogni formato sono salvate come ricette. I movimenti semplici di espulsione restano pneumatici: soluzione ibrida.

Cosa cambia.

• il cambio formato passa da decine di minuti a pochi minuti, richiamando la ricetta dal pannello;
• niente scarichi d'aria nella zona prodotto, e meno rumore;
• consumo di aria compressa sensibilmente ridotto: nei casi documentati nel settore del packaging, la sostituzione degli attuatori più energivori ha tagliato i consumi d'aria di oltre il 30%;
• posizione e sforzo di ogni asse disponibili per la manutenzione predittiva.

Da oleodinamico a elettrico: punzonatura e formatura di componenti in lamiera

La situazione. Una stazione di punzonatura e formatura di componenti in lamiera (per esempio parti per freni) lavora con un cilindro oleodinamico e una centralina dedicata. La centralina resta accesa per tutto il turno, l'olio trafila sulla linea e la forza cambia con la temperatura dell'olio: alcuni pezzi vanno ricontrollati o scartati.

La soluzione. Un cilindro elettrico AutomationWare della serie Mech, dimensionato sulla forza realmente necessaria lungo la corsa, con controllo di forza e posizione e registrazione della curva forza-corsa a ogni ciclo. Centralina, tubazioni e gestione dell'olio vengono eliminate.

Cosa cambia.

• forza ripetibile e indipendente dalla temperatura, con meno pezzi da ricontrollare;
• tracciabilità di ogni pezzo grazie alla curva forza-corsa salvata;
• consumi più bassi: un servoazionamento elettrico lavora con rendimenti intorno all'80%, contro il 40-50% tipico di un circuito oleodinamico, e assorbe energia solo durante la corsa;
• zero trafilamenti, niente cambi d'olio e filtri, spazio liberato a bordo linea.

Il punto critico è il dimensionamento: la forza necessaria non si ricava semplicemente da pressione per area del vecchio cilindro, ma dal profilo di forza reale lungo la corsa. È qui che interviene il nostro ufficio tecnico.

Domande frequenti su cilindri e assi elettrici

Che differenza c'è tra cilindro elettrico e asse elettrico?

Il cilindro elettrico ha uno stelo che spinge e tira come un cilindro pneumatico e può montarsi con le stesse interfacce ISO 15552. L'asse elettrico muove un carrello lungo un profilo, a cinghia o a vite, ed è indicato per corse lunghe e sistemi cartesiani multi-asse.

Quando conviene sostituire un cilindro pneumatico con un asse elettrico?

Quando servono posizioni intermedie, cambio formato da software, controllo di velocità e accelerazione, dati di processo per l'Industria 4.0 o riduzione dei consumi di aria compressa. Per semplici movimenti tra due posizioni fisse il cilindro pneumatico resta spesso la scelta più economica.

Un cilindro elettrico può sostituire un cilindro oleodinamico?

Sì, quando forza e ciclo di lavoro rientrano nelle sue prestazioni: i cilindri elettrici AutomationWare Mech superano i 200 kN e la versione Extreme arriva a 700 kN di carico dinamico. Si eliminano centralina, tubazioni e rischio di perdite d'olio. Per forze molto elevate in spazi ridotti o carichi d'urto l'oleodinamica resta in genere la soluzione più adatta.

Cosa serve per dimensionare un asse elettrico?

Carico o forza richiesta, corsa, velocità e accelerazione, precisione di posizionamento, ciclo di lavoro, orientamento (orizzontale o verticale), ambiente di lavoro e sistema di controllo. Con questi dati i nostri tecnici scelgono trasmissione, taglia e motorizzazione.

Meglio un asse elettrico a cinghia o a vite?

La cinghia è indicata per corse lunghe e velocità elevate (fino a 3 m/s sugli assi Pneumax 18T, ripetibilità tipica ±0,05 mm). La vite a ricircolo di sfere offre spinte e precisione maggiori (ripetibilità tipica ±0,01 mm) su corse più contenute.

Gli assi elettrici sono compatibili con il mio PLC?

Gli azionamenti AutomationWare AW Drives supportano ModBus RTU, CANopen CiA 402, EtherCAT, PROFINET RT e IRT, e dispongono della funzione di sicurezza STO.

Perché Interfluid

• Tre tecnologie, un solo interlocutore: pneumatica, elettrico e oleodinamica, per una scelta neutrale asse per asse.
• Distributori ufficiali Pneumax, con la gamma meccatronica AutomationWare.
• Consulenza di dimensionamento dal nostro ufficio tecnico, dalla prima analisi alla scelta di motore e azionamento.
• Esperienza sulle macchine dei costruttori: progettiamo e realizziamo anche quadri pneumatici, utili nelle soluzioni ibride.

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