7 motivi per considerare la sostituzione degli attuatori pneumatici e idraulici con cilindri elettrici

Per contenuto sponsorizzato | 14 agosto 2023

Per decenni, gli attuatori pneumatici e idraulici sono stati le tecnologie di riferimento nel settore dell'automazione industriale, ma presentano tanti svantaggi quanto vantaggi, in particolare gli attuatori pneumatici. Nel frattempo, i cilindri elettrici hanno fatto passi da gigante, al punto che OEM e system integrator li scelgono sempre più spesso quando possibile. Rispetto alle tecnologie pneumatiche e idrauliche, i cilindri elettrici offrono efficienza e prestazioni di posizionamento significativamente più elevate, nonché manutenzione e tempi di fermo ridotti in un pacchetto più piccolo. Il risultato è il costo totale di proprietà (TCO) più basso tra le tre tecnologie.

Con i continui progressi tecnici, i cilindri elettrici possono generare forze competitive con gli attuatori pneumatici e con una percentuale di attuatori idraulici. Per le applicazioni industriali, i cilindri pneumatici e idraulici non dovrebbero più essere considerati una cosa scontata. Diamo un'occhiata a sette motivi per cui dovresti prendere in considerazione i cilindri elettrici per il tuo prossimo progetto.

La terminologia comune è chiamare cilindri attuatori pneumatici e idraulici, ma non è corretto. Queste sono in realtà soluzioni a livello di sistema:

Attuatori pneumatici: gli attuatori pneumatici generano movimento attraverso l'aria compressa. Un tipico attuatore pneumatico è costituito da un cilindro dell'aria, un compressore o un'alimentazione di aria compressa, tubi flessibili e dispositivi ausiliari come guarnizioni, valvole, regolatori, filtri, ecc. I cilindri a semplice effetto utilizzano aria compressa per un'unica direzione e una molla per la ritorno. I cilindri pneumatici a doppia azione utilizzano aria compressa sia per l'estensione che per la retrazione.

Attuatori idraulici: gli attuatori idraulici utilizzano un modello simile agli attuatori pneumatici, tranne per il fatto che invece di trasferire la forza tramite aria compressa, utilizzano un fluido idraulico non comprimibile. L'attuatore è costituito da un cilindro idraulico, una pompa, un serbatoio del fluido, filtri ausiliari, ecc.

Cilindri elettrici: i cilindri elettrici utilizzano un motore elettrico per azionare un attuatore ad asta (vedere Figura 1). Al di fuori dell'azionamento del motore e del dispositivo di feedback (tipicamente un encoder), per funzionare necessitano solo del cablaggio. I cilindri elettrici offrono numerosi vantaggi rispetto agli attuatori pneumatici e idraulici.

Figura 1: Un cilindro elettrico, come ilBeckoff AA3000, è costituito da un motore elettrico che aziona un attuatore a barra filettata.

Uno dei maggiori svantaggi degli attuatori pneumatici e idraulici è che i compressori o le pompe devono funzionare costantemente per mantenere le linee cariche, anche quando i cilindri sono inattivi. L'efficienza degli attuatori pneumatici varia dal 10% al 25%, anche se tale percentuale diminuisce nel tempo man mano che le guarnizioni si degradano e si sviluppano perdite nei tubi di alimentazione. Gli attuatori idraulici sono leggermente migliori con un'efficienza di circa il 40%.

Al contrario, i cilindri elettrici assorbono energia solo quando il motore gira per muovere il cilindro. Di conseguenza, possono raggiungere efficienze fino all’80%, per un consumo energetico sostanzialmente inferiore rispetto alle altre due tecnologie. Questo è un punto importante, soprattutto perché si prevede che la vita degli asset industriali sarà misurata in decenni. Un attuatore pneumatico può avere un costo totale di acquisizione (TCA) inferiore rispetto a un cilindro elettrico, ma un cilindro elettrico avrà un TCO significativo per tutta la vita del prodotto.

In passato si pensava che i cilindri idraulici offrissero la massima forza, seguiti dai cilindri pneumatici e infine dai cilindri elettrici. La situazione è cambiata. I cilindri elettrici avanzati come l'AA3000 possono produrre forze di picco fino a 25 kN (vedi barra laterale). È una corrispondenza per qualsiasi attuatore pneumatico. I cilindri elettrici non vengono posizionati come sostituti generali di tutti gli attuatori idraulici, ma sono opzioni praticabili in una percentuale significativa di casi, soprattutto considerando le altre funzionalità che offrono come...

I cilindri elettrici offrono funzionalità complete di controllo del movimento basate su servo. Offrono elevata precisione e ripetibilità; la risoluzione dipende dal feedback e dalla fedeltà meccanica del sistema. I cilindri elettrici possono dirigere il carico in qualsiasi posizione lungo la lunghezza della corsa e supportare profili di accelerazione complessi. Il gioco dipende dagli elementi meccanici del sistema, in particolare dal riduttore, ma è costantemente migliore rispetto agli attuatori pneumatici.