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Come funziona un cilindro elettrico e dove viene utilizzato?

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I cilindri elettrici sono uno dei frutti dello sviluppo dell'alta tecnologia e della quarta rivoluzione industriale.

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La logica di base dei cilindri elettrici è quella di fornire un lavoro utile convertendo il moto rotatorio (circolare) di un elemento di azionamento in un moto lineare (rettilineo). I modelli di cilindri elettrici si differenziano in base al tipo di motore che fornirà il movimento rotatorio, al tipo di albero a vite che fornirà il movimento lineare e ai tipi di connessione che consentono di combinare questi due componenti.
I cilindri elettrici vengono spesso confrontati con i cilindri pneumatici per via dei loro campi di applicazione. Questo confronto può essere fatto talvolta anche con i cilindri idraulici. Tutti e tre i sistemi presentano vantaggi e svantaggi in base alle loro caratteristiche. Gli utenti dovrebbero considerare questi aspetti nella scelta dei prodotti per le loro applicazioni. Gli attuatori elettrici sono utilizzati nella produzione di macchine, nell'industria automobilistica e nelle sue sotto-industrie, nelle applicazioni alimentari, tessili, di imballaggio e confezionamento, nei dispositivi sanitari, nei dispositivi di prova, nella robotica e nell'elettronica. I cilindri elettrici sono separati da altri sistemi e hanno una struttura meccanica. Il movimento è assicurato da un albero a vite inserito in un corpo. La vite a ricircolo di sfere consente di trasferire la potenza convertendo il movimento circolare che riceve dal motore in movimento lineare. A seconda dei prodotti meccanici utilizzati nei cilindri elettrici e del tipo di motore, sono disponibili un'elevata precisione di posizione, il controllo della velocità e il controllo della forza.

Struttura del cilindro elettrico
La struttura del cilindro elettrico è composta essenzialmente da 3 elementi principali. Poiché la parte del cilindro può essere valutata separatamente, il motore viene generalmente considerato integrato.

1. Cilindro
Il cilindro è l'elemento che esegue il lavoro convertendo il moto circolare che riceve dal motore in moto lineare. A seconda dei prodotti meccanici utilizzati, la capacità di carico massima, la precisione di posizionamento, la velocità massima e la lunghezza massima della corsa del cilindro variano.

2. Adattatore di collegamento al motore
È il meccanismo che trasmette il moto del motore al cilindro. È collegato tra il cilindro e il motore. A seconda dell'applicazione, il motore può essere montato assialmente o parallelamente al cilindro.

3. Il motore
Il motore è la principale fonte di energia del cilindro. Il motore è la principale fonte di energia del cilindro e gli conferisce il movimento. Cilindri elettrici; possono essere utilizzati con integrazione di servomotore, motore passo-passo, motore CC e motore CA.
La forza applicata da un cilindro elettrico con servomotore integrato può essere controllata senza bisogno di apparecchiature esterne. Con un cilindro elettrico utilizzato con un servomotore, è possibile effettuare un posizionamento di alta precisione in più posizioni. È possibile ricevere un feedback sul posizionamento effettuato. I valori di velocità e accelerazione del cilindro elettrico possono essere modificati durante il processo. Tutte queste operazioni possono essere controllate da un PLC. Per altri tipi di generatori di movimento, queste operazioni sono possibili con l'aggiunta di apparecchiature esterne (sensore, scala lineare, ecc.).

Caratteristiche del cilindro elettrico
1. Controllo della posizione con il cilindro elettrico
Con i cilindri elettrici è possibile effettuare un posizionamento preciso in più posizioni. La precisione di posizionamento del cilindro elettrico dipende dalla precisione della vite a sfera e dell'elemento di lettura della posizione utilizzato. Il cilindro percorre il passo della vite a sfera per ogni giro del motore. Non appena il movimento si arresta, il cilindro è posizionato. Controllando il movimento da imprimere alla vite a sfera, è possibile posizionare il cilindro nella posizione desiderata.
Mentre la precisione di posizionamento di 0,02 mm può essere raggiunta utilizzando l'albero a vite a sfera nei cilindri elettrici, questo valore rimane nell'ordine di 0,1 mm con l'uso dell'albero trapezoidale. La scelta dell'elemento di lettura della posizione (encoder, riga lineare, ecc.) deve essere adeguata ai valori di precisione di posizionamento desiderati.
Con un cilindro elettrico integrato con un servomotore, le informazioni sulla posizione possono essere lette senza bisogno di elementi esterni. Queste informazioni possono essere elaborate e valutate. Il cilindro viene posizionato nella sua seconda posizione dopo aver atteso per un certo tempo nella sua prima posizione. Il numero di posizioni non è limitato a due, ma può essere aumentato.
Se i cilindri elettrici vengono utilizzati con motori che non dispongono di un elemento di lettura della posizione interna, è necessario un dispositivo esterno per eseguire il controllo della posizione. Il posizionamento può essere effettuato controllando il movimento del cilindro con le informazioni di posizione ricevute dall'apparecchiatura esterna.

2. Controllo della velocità con cilindro elettrico
La velocità del cilindro elettrico dipende dal passo della vite a sfera e dalla velocità del motore. La velocità può essere controllata modificando il numero di giri della vite a ricircolo di sfere. La velocità può essere modificata variando la velocità del motore durante il movimento. Le perdite di tempo possono essere eliminate regolando le accelerazioni in base all'applicazione. Mentre il cilindro si muove a una velocità inferiore per raggiungere la prima posizione, dopo un certo periodo di tempo si muove a una velocità superiore per raggiungere la seconda posizione.

3. Controllo dell'accelerazione del cilindro elettrico
Modificando i valori di accelerazione e decelerazione del motore integrato nel cilindro elettrico, è possibile controllare l'accelerazione del cilindro. In questo modo si evitano partenze e arresti azzardati del cilindro in presenza di carichi pesanti. Nelle applicazioni che richiedono tempi di ciclo rapidi, è possibile ottenere i tempi di ciclo desiderati regolando le partenze e gli arresti rapidi. Il cilindro raggiunge una determinata velocità con diversi valori di accelerazione.

4. Controllo della forza con il cilindro elettrico
La forza applicata dal cilindro elettrico dipende dalla potenza del motore utilizzato e dalla struttura meccanica del cilindro. La forza del cilindro può essere controllata controllando la potenza del motore. Oggi con i cilindri elettrici si ottengono forze di 300 kN.
La forza può essere controllata utilizzando la modalità di coppia del motore nel cilindro elettrico con servomotore integrato. Il cilindro può essere vincolato da una certa forza, rimanendo costante sotto una certa forza. È possibile leggere le informazioni sulla forza e sulla posizione. Queste informazioni possono essere elaborate e valutate. A seconda della sensibilità desiderata delle informazioni sulla forza, può essere necessario utilizzare un sensore di forza. Queste informazioni possono essere ottenute utilizzando il sensore di forza quando il motore viene utilizzato senza modalità di coppia nel cilindro elettrico.

I cilindri elettrici sono uno dei frutti dello sviluppo dell'alta tecnologia e della quarta rivoluzione industriale. L'uso diffuso di sistemi intelligenti con un elevato numero di cicli, che consentono la produzione di diversi prodotti sulla stessa macchina, e i bassi costi operativi, aumentano la necessità di cilindri elettrici. Si prevede che questi prodotti prenderanno ampiamente il loro posto nel tempo, in quanto offrono numerosi vantaggi rispetto ai cilindri che sfruttano l'energia fluida. I cilindri elettrici sono separati dagli altri sistemi e hanno una struttura meccanica. Il movimento è assicurato da un albero a vite inserito in un corpo. La vite a ricircolo di sfere consente di trasferire la potenza convertendo il movimento circolare che riceve dal motore in movimento lineare. A seconda dei prodotti meccanici utilizzati nei cilindri elettrici e del tipo di motore, sono disponibili un'elevata precisione di posizione, il controllo della velocità e il controllo della forza. Oltre ai vantaggi che offrono all'utente, i cilindri elettrici sono prodotti ecologici. In termini di efficienza energetica, che oggi è una delle nostre maggiori responsabilità, i cilindri elettrici sono molto sensibili rispetto ad altri sistemi. Dopo 2000 ore di test a parità di condizioni, carico e velocità, il cilindro elettrico è risultato 11 volte più efficiente in termini di consumo energetico rispetto al cilindro pneumatico.