I COLLETTORI AD ANELLI – NEL CUORE DELLE MODERNE APPLICAZIONI DI PACKAGING

Il settore del packaging presenta una varietà di sfide per i singoli componenti delle macchine in base all’applicazione. Non solo la produzione deve proseguire senza interruzioni impreviste, mettendo l’affidabilità al primo posto, ma devono essere mantenute le velocità di funzionamento corrette per ogni singolo aspetto del processo, per assicurare cicli di produzione uniformi e corretti.

Nelle applicazioni di packaging, dalla produzione del cartone al riempimento sfuso di sacchi di cemento, i collettori ad anelli – noti anche come anelli collettori, contatti elettrici rotanti e anelli collettori elettrici - sono presenti quasi ovunque grazie alla loro versatilità. Introdotto nel settore oltre 30 anni fa, un collettore ad anelli è un dispositivo elettromeccanico che permette la trasmissione della potenza e dei segnali elettrici da un dispositivo statico a un dispositivo rotante. Il suo vantaggio è che mentre un collettore ad anelli permette rotazioni illimitate del dispositivo connesso, un cavo flessibile può essere piegato solo poche volte prima di rompersi.

Tipicamente, il collettore ad anelli comprende un contatto statico o spazzola di grafite o metallo che striscia contro il diametro esterno di un anello metallico rotante. Mentre l’anello ruota, la corrente elettrica o il segnale sono condotti attraverso la spazzola sull’anello metallico stabilendo il collegamento. Gruppi anello/spazzola addizionali possono essere disposti lungo l’asse di rotazione se sono richiesti più circuiti elettrici.

Non solo i collettori ad anelli migliorano le prestazioni meccaniche e semplificano il funzionamento del sistema, ma possono anche potenzialmente eliminare i problemi associati ai fili soggetti a danneggiamenti che pendono dai giunti mobili.

I loro benefici sono ora sfruttati dagli operatori di macchine in un ampio spettro di applicazioni. Nelle avvolgitrici e riavvolgitrici utilizzate nella laminazione del cartone, essi trasmettono la potenza e i segnali degli encoder. Sono presenti anche nei sistemi di taglio e nelle avvolgitrici utilizzati nella produzione di film. Anche il processo di termoretrazione nei pacchetti di caramelle può essere gestito da un collettore ad anelli, che è presente anche nel trattamento dei prodotti a base di tabacco.

Questa versatilità è naturalmente un vantaggio ma rende assolutamente critiche le corrette specifiche e manutenzione. La decisione sul tipo di collettore ad anelli utilizzato viene inevitabilmente governata da una serie di fattori. Essi includono la velocità di funzionamento; la corrente e tensione del sistema; lo spazio dimensionale disponibile; l’IP, i dati e il sistema bus utilizzati; e la presenza di mezzi come acqua, olio o aria compressa. I collettori ad anelli sono tipicamente prodotti in rame od ottone e rivestiti in oro, argento o rodio in base ai requisiti dell’applicazione.

Sono disponibili varie versioni modificate del collettore ad anelli in base ai requisiti della specifica applicazione.

I collettori ad anelli bagnati in mercurio presentano una bassa resistenza e un collegamento stabile, ma invece di un contatto a spazzola strisciante essi utilizzano un pozzetto di metallo liquido legato molecularmente ai contatti. Durante la rotazione, il metallo liquido mantiene il contatto elettrico fra i contatti statico e rotante. Tuttavia, l’uso del mercurio pone problemi di sicurezza e non è possibile in settori come quelli alimentare e farmaceutico o dove comunque l’inquinamento può rappresentare una minaccia seria. In questi settori, si devono sempre specificare contatti in metallo prezioso.

Nello stesso tempo, i collettori ad anelli rame-rame sono più adatti alle applicazioni con velocità di rotazione più elevata, fino a 3.000 giri/min, per esempio nelle apparecchiature con cavi flessibili.

Sono disponibili anche sistemi modulari, che sono ideali per la trasmissione di informazioni via Ethernet o quando si lavora con segnali analogici sensibili. Le tipiche velocità di rotazione arrivano a 20 giri/min.

Nelle applicazioni dove lo spazio è limitato o la velocità di rotazione è molto bassa (non più di 5 giri/min), si può specificare un sistema a piastra anulare strisciante o ‘pancake’.

In un collettore ad anelli pancake, i conduttori sono disposti su un disco piatto in anelli concentrici centrati intorno all’albero rotante. Questa configurazione ha un peso e un volume maggiori per gli stessi circuiti, una maggiore capacità e coppia trasversale, una maggiore usura delle spezzole e raccoglie più facilmente i detriti di usura sul suo asse verticale. Tuttavia, offre una lunghezza assiale ridotta per il numero di circuiti e, con una vita di servizio fino a 4 milioni di cicli – che possono renderlo esente da manutenzione in base all’applicazione – rappresenta un’opzione interessante in molte applicazioni, nonostante si debba notare che la corrente massima è solitamente di 16A.

I sistemi pancake sono dei sistemi interessanti, sui quali si sta attualmente concentrando una considerevole attività di ricerca e sviluppo che probabilmente permetterà nel prossimo futuro di offrire una rotazione più veloce e una corrente maggiore.

Analogamente a qualsiasi componente critico per la produzione, è cruciale lavorare con un fornitore come Morgan, che può sviluppare una conoscenza dettagliata dell’applicazione e raccomandare quindi la progettazione migliore e fornire una soluzione appropriata.

Per ulteriori informazioni visitare www.morganadvancedmaterials.com.

Ingo Carnott, Morgan Advanced Materials

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