Sottili moduli orientabili rotanti per pezzi di grandi dimensioni

Una movimentazione dinamica grazie ai microazionamenti DC.

Presenti praticamente in tutti i settori della tecnologia di automazione, gli azionamenti miniaturizzati e i microazionamenti sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni. Queste ultime vanno dalla tecnologia medica e dall'automazione di laboratorio fino all'ingegneria meccanica e all'intralogistica passando per le applicazioni aerospaziali. In tutti questi campi, i piccoli sistemi di azionamento svolgono un ruolo importante nel garantire che le soluzioni di automazione associate funzionino con la massima sicurezza, affidabilità ed efficienza. Questo vale anche per le applicazioni legate alla movimentazione. In sottili moduli orientabili rotanti dalla coppia elevata questi azionamenti consentono la movimentazione precisa anche di pezzi di grandi dimensioni, sia nel caso di avvitatori ad alta velocità che di macchine automatizzate rotanti per sistemi di movimentazione, assemblaggio e collaudo.

Per chi è alla ricerca di una soluzione efficiente e salvaspazio per le sequenze di movimento tipiche delle tecnologie di movimentazione e assemblaggio, come le operazioni di rotazione, orientamento, avvitamento, laminazione o avvolgimento, una soluzione interessante potrebbe essere la serie di moduli orientabili rotanti ForTorque offerta dallo specialista di cinematica JA² (Jung Antriebstechnik u. Automation, vedi riquadro aziendale) con sede a Wettenberg, in Germania. Le sottili unità rotanti senza fine (fig. 1) sono l'ideale sia per la rotazione altamente dinamica di pezzi di grandi dimensioni ad elevata inerzia e di pinze eccentriche che per l'impiego in tecnologie di avvitamento e avvolgimento.




Girare, ruotare, avvitare, avvolgere
Un'applicazione tipica dei moduli orientabili rotanti miniaturizzati è, ad esempio, l'avvitamento di tappi su piccoli contenitori per cosmetici e prodotti farmaceutici in spazi ristretti, nelle linee di confezionamento automatizzate. I moduli sono adatti anche nei casi in cui le pinze o i pezzi devono essere ruotati intorno a un asse, ad esempio durante il montaggio o la separazione dei prodotti. Progettato come sistema modulare, è disponibile in sei misure con diametri da 16, 20, 25, 35, 40 e 45 mm. In questo modo riesce a coprire coppie di picco e continue rispettivamente da 0,3 e 0,14 Nm a 4,0 e 2,6 Nm. L'inerzia del carico può variare tra 2,0 e 200 kgcm². Questo la rende la soluzione più adatta a movimenti e posizionamenti con angolazioni precise per un'ampia gamma di operazioni di movimentazione ed assemblaggio.

Per ridurre il carico sull'albero di uscita dei riduttori in caso di elevati momenti di inerzia esterni, la piastra di uscita dei quattro modelli più grandi del modulo presenta una sede estremamente rigida composta da due cuscinetti a sezione sottile. Inoltre, il modulo orientabile rotante dal diametro di 40 mm può essere dotato anche di un giunto rotante per fluidi per un sistema pneumatico o a vuoto (fig. 2), ad esempio per l'erogazione di aria compressa a una pinza pneumatica. Gli specialisti della cinematica portano il concetto di modularità a un livello ancora superiore: una possibilità interessante è quella di combinare le unità rotanti ad alta velocità con assi lineari, come quelli della serie QuickLab (fig. 3). Le piastre di adattamento abbinate sono disponibili come accessori. Il risultato sono compatti sistemi di sollevamento e rotazione o di sollevamento e orientamento fino a sistemi di movimentazione a cinque assi.

Elevata dinamica e precisione
«Gli azionamenti sono il 'cuore' del nostro sistema di automazione modulare, e i requisiti a cui sono sottoposti sono molto elevati», spiega Wilhelm Jung (fig. 4), amministratore delegato di JA². «I motori devono funzionare in modo altamente dinamico, essere controllabili in modo preciso e avere delle dimensioni adeguate». Nel caso dei moduli ForTorque, ad esempio, i motori brushless CC delle serie B e BX4 di FAULHABER (vedi riquadro aziendale) si sono dimostrati convincenti (fig. 5). Questi motori con tecnologia a due poli e a quattro poli sono estremamente compatti. Le varianti usate della serie B con diametri di 16, 20 e 35 mm sono lunghe rispettivamente appena 28, 36 e 68 mm, ma erogano coppie continue fino a 168 mN nel caso della variante più grande. Lo stesso vale per la serie BX4. «In questo caso impieghiamo motori con diametri di 22 mm o 32 mm dotati rispettivamente di coppie continue di 18 e 53 mNm», spiega Wilhelm Jung.

I motori sono impiegati nei ForTorque raggiungendo velocità fino a 8.000 giri/min. A fornire la riduzione sono diversi riduttori, tra cui i riduttori planetari senza gioco di FAULHABER. Infine, la tecnologia del riduttore associata alla rispettiva velocità massima di ingresso determina i limiti di velocità massima del motore. «Poi selezioniamo il rapporto di riduzione in funzione dell'applicazione», continua Wilhelm Jung. «In questo modo riusciamo ad influenzare la misura in cui il momento d'inerzia esterno si riduce con la riduzione al quadrato. Il motore può quindi essere regolato con precisione senza essere influenzato dalla leva. In fase di selezione dei riduttori abbiamo prestato particolare attenzione alla loro efficienza. Infatti, maggiore è l'efficienza maggiore è la precisione con cui si può dedurre la coppia applicata all'uscita del riduttore attraverso la corrente del motore. Si tratta di una caratteristica cruciale, soprattutto nel caso di applicazioni di avvitamento in cui è necessario avvitare componenti delicati (in plastica) con una coppia prestabilita».




Tecnologia a cavo singolo: per un controllo senza intoppi
Tutti i moduli orientabili rotanti sono collegati e controllati tramite un connettore standard a baionetta, una tecnologia a cavo singolo e un controllo di posizione. Nei sistemi di automazione, tuttavia, l’armadio elettrico si trova di solito a una certa distanza dall’azionamento vero e proprio. «Tra il motore e il controllo nell’armadio elettrico separato ci possono essere 10, 20 o più metri», dice Wilhelm Jung. Per questo è dotato di un cavo speciale multi-schermato che trasferisce la potenza del motore e il segnale del sensore di posizione tra il motore e il controllo senza interferenze fino a una lunghezza di 30 m. Il cavo è fissato con scarico della trazione, può essere innestato ed è anche progettato per l’uso mobile con catene portacavi. Inoltre, grazie alla disponibilità di set di cavi preassemblati, la tecnologia a cavo singolo semplifica l'installazione.

Per quanto riguarda i controlli di posizione, l'utente ha la possibilità di scegliere tra varie opzioni poiché i motori impiegati sono compatibili con diversi controlli. «Proponiamo anche controlli di posizione di FAULHABER», aggiunge Wilhelm Jung. Dopotutto, le due aziende collaborano con successo da molti anni. Ad esempio, gli azionamenti DC lineari LM2070 e LM1247 sono impiegati negli assi lineari QuickLab sopra menzionati (fig. 6). Questi azionamenti non sono progettati come «rotori di superficie» dotati di carrelli e guide. Invece, lo stelo di precisione è guidato all’interno di una bobina trifase autoportante. «Questo design produce un rapporto eccezionalmente efficace tra la forza lineare e la corrente e un’elevata dinamica. Inoltre non si ha cogging, il che rende i motori lineari ideali per l’uso nel nostro sistema modulare QuickLab», conclude Wilhelm Jung.

www.faulhaber.com

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