Cosa sono i cilindri pneumatici e gli attuatori?
Cosa sono i cilindri e gli attuatori pneumatici?
I cilindri pneumatici, detti anche attuatori pneumatici, forniscono forza e movimento lineare o rotatorio a sistemi, macchine e processi automatizzati, ad esempio nelle applicazioni industriali.
I cilindri e gli attuatori pneumatici funzionano quando l'aria compressa viene immessa nel cilindro o nell'attuatore per spostare un pistone interno. Il lavoro viene svolto da un meccanismo collegato al pistone, che converte l'energia creata in un'azione materiale, ad esempio un sistema di prelievo e posizionamento nell'automazione di fabbrica.
I cilindri e gli attuatori pneumatici sono un metodo semplice per ottenere forza e generare movimenti lineari e rotativi precisi, con la possibilità di utilizzarli in ambienti difficili, come ad esempio quelli sottoposti a temperature estreme. Sono leggeri, richiedono poca manutenzione e producono una forza e velocità inferiore rispetto ai sistemi idraulici o elettrici, ma restano un'alternativa conveniente.
Gli attuatori e i cilindri vengono prodotti in base a "standard interni" specifici per un determinato produttore o in base a norme internazionali o di larga adozione. Gli standard NFPA per gli attuatori pneumatici vengono utilizzati in Nord America, mentre ISO è lo standard comune in Europa.
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I cilindri o gli attuatori pneumatici vengono spesso definiti "azionamenti pneumatici".
Come funzionano i cilindri pneumatici e gli attuatori pneumatici?
I componenti principali di un attuatore pneumatico comprendono coperchio terminale, pistone, stelo, canna del cilindro, guarnizione a raschietto, manicotto e guarnizione a cuscino. In un circuito semplice, un attuatore pneumatico a semplice effetto può essere azionato da un pulsante. Quando questo pulsante viene premuto, l'aria sposta lo stelo del pistone verso l'esterno.
I sistemi pneumatici utilizzano l'aria compressa per creare un movimento meccanico rotatorio o lineare e alimentare le applicazioni operative. L'attuatore pneumatico utilizza l'aria compressa per agire su un pistone posto all'interno del cilindro, in modo da creare il movimento richiesto, ad esempio il bloccaggio o lo spostamento di un carico lungo un percorso lineare. Sono disponibili diverse applicazioni finali, come ad esempio un dispositivo specifico come una pinza o un morsetto o una ventosa per manipolare il vetro.
Un cilindro pneumatico o attuatore a singolo effetto dispone di un'unica porta in cui l'aria entra e spinge il pistone in una sola direzione. Il pistone viene riportato nella posizione originale da una molla. Questi cilindri pneumatici presentano una lunghezza della corsa limitata e sono adatti alle operazioni più lente. Inoltre, utilizzano una quantità di aria minore, in modo da ottenere un'efficienza ottimale e costi di esercizio inferiori.
Un attuatore o cilindro pneumatico a doppio effetto è dotato di due porte che consentono di applicare una pressione in grado di tirare il pistone nella direzione opposta a quella creata dalla prima porta, detta anche "instroke" e "outstroke".
In generale, l'alesaggio del cilindro è proporzionale al rendimento in termini di forza.
Come scegliere un cilindro pneumatico o un attuatore pneumatico?
Il tipo e le caratteristiche dell'attuatore dipendono dall'applicazione. Sono disponibili cilindri o attuatori in una vasta gamma di dimensioni, da 8 a 320 mm, che svolgono funzioni diverse. Sono a effetto singolo o doppio.
Fattori principali per la scelta di un cilindro o attuatore pneumatico:
Tipo di movimento: l'attuatore o il cilindro pneumatico richiesto dipende dalla necessità di un movimento rotatorio o lineare.
Requisiti di pressione e portata: valutare il risultato prodotto dall'attuatore o dal cilindro pneumatico. Ciò riguarda anche gli altri componenti necessari, che se dimensionati in modo errato potrebbero influire sulle prestazioni.
Ambiente: grazie agli sviluppi in termini di resistenza alla corrosione, è possibile usare i cilindri e gli attuatori pneumatici a temperature estreme. Sono disponibili anche attuatori o cilindri in acciaio inox.
Caratteristiche speciali: per risparmiare energia è possibile prendere in considerazione un cilindro o attuatore pneumatico integrato, come ad eempio l'attuatore integrato per valvole (IVAC) di IMI Norgren. Inoltre, l'attuatore o il cilindro devono essere di dimensioni corrette e adeguate al funzionamento previsto.
A effetto singolo o doppio: gli attuatori o i cilindri pneumatici rientrano in due categorie, a seconda del tipo di applicazione, della forza o del movimento richiesti, delle dimensioni del lavoro e della precisione o del controllo previsti. In genere, un attuatore o cilindro pneumatico ospita al suo interno un pistone e uno stelo.
Tipo dipendente dall'applicazione: sono disponibili diversi tipi di attuatori o cilindri pneumatici, tra cui cilindri senza stelo, in linea circolare e compatti.
Tipi di cilindri o attuatori pneumatici
Sono disponibili diversi tipi di cilindri e attuatori pneumatici, che variano a seconda dell'applicazione. Possono essere a effetto singolo o doppio. Seguono alcuni esempi dei tipi di cilindri e attuatori pneumatici disponibili:
Cilindri a tirante e profilo ISOLin: i cilindri più diffusi nell'automazione industriale offrono ottime prestazioni, lunga durata e funzionamento alle alte temperature.
Cilindri tondi: ideali per gli impieghi più leggeri e le applicazioni a bassa forza, i cilindri tondi sono disponibili a effetto singolo o doppio.
Cilindri compatti: adatta ai macchinari in cui lo spazio è un fattore di primaria importanza, la gamma Norgren comprende un cilindro compatto di lunghezza pari a un terzo di quella di un attuatore standard equivalente a profilo ISO.
Attuatore integrato per valvole (IVAC): unisce un attuatore lineare, una valvola di regolazione senza premistoppa e due interruttori reed o a stato solido e regolatori di velocità in un unico prodotto. Grazie a una maggiore efficienza energetica, è possibile ridurre anche il numero delle parti necessarie, pur rispettando lo standard dimensionale ISO 15552.
Attuatori rotanti: l'attuatore rotante a doppio effetto fornisce un movimento angolare o di rotazione ed è disponibile nelle versioni a palette rotanti o a rack e pignone.
Cilindri senza stelo: cilindro lineare a doppio effetto leggero e resistente con 8 misure di alesaggio.
Attuatori tondi in acciaio inox e lineari a tirante ISO in acciaio inox: per l'impiego in ambienti altamente corrosivi, come ad esempio nel settore alimentare o farmaceutico, gli attuatori tondi ISO in acciaio inox sono conformi alla norma ISO 6432.
Applicazioni tipiche dei cilindri pneumatici o degli attuatori pneumatici
È possibile usare gli attuatori e i cilindri pneumatici in una serie di applicazioni e nei sistemi di automazione industriale, tra cui produzione, movimentazione dei materiali e imballaggio, in cui consentono di posizionare o spostare parti o utensili ed eseguire operazioni di "pick and place". Le altre operazioni includono il bloccaggio, in cui un pezzo viene tenuto in posizione da ganasce azionate dal cilindro, e la punzonatura, in cui la spinta del cilindro pneumatico a singolo effetto consente di contrassegnare un oggetto.
Nel settore alimentare e delle bevande, gli attuatori pneumatici di stiramento e i cilindri di tappatura vengono usati nelle preforme di PET nei processi di riempimento a caldo e freddo.
Cos'altro occorre per far funzionare i cilindri o gli attuatori pneumatici?
Tra gli accessori ricordiamo i sistemi di montaggio e rilevamento aggiuntivi, nel caso in cui occorra un posizionamento più preciso. È possibile montare gli attuatori o i cilindri in diversi modi, tra cui con supporti a piede e collo, a seconda delle dimensioni dell'operazione e del tipo di attuatore o cilindro utilizzato.
Inoltre, occorrono un regolatore per controllare la pressione dell'aria, un tubo rigido o flessibile, raccordi appropriati, manometri e sensori. Per controllare la velocità dell'attuatore, è possibile utilizzare un regolatore di flusso nel punto di utilizzo.
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