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Article: intérêt croissant pour les actionneurs électriques

Les mouvements linéaires peuvent être réalisés de nombreuses manières différentes : Avec des vérins pneumatiques et hydrauliques, des systèmes à crémaillère, des chariots entraînés par courroie ou par vis et avec la tendance actuelle par les innombrables possibilités d’usage d’actionneurs électriques. Alors que les solutions pneumatiques étaient dominantes il y a encore une décennie, les variantes électromécaniques occupent désormais +- 30% des applications à mouvement linéaire. Les actionneurs électriques aussi ont également remplacé une partie de l'hydraulique et cette électrification prend de plus en plus d’importance.

Le plus grand changement se fait sans aucun doute pour les entraînements électriques et pneumatiques. L'hydraulique est une autre histoire car elle implique souvent des forces très importantes qui ne peuvent être égalées par le pneumatique dans tous les cas et non plus pour certains vérins électriques. Toutefois, cette limite se réduit en faveur des modèles électriques. Il existe aujourd'hui des actionneurs compacts entraînés par vis qui permettent d'atteindre des forces allant jusqu'à 60 000 N et des vitesses allant jusqu'à 2 000 mm/s, tandis que les vérins à vis permettent d'atteindre des forces de levage allant jusqu'à 2 000 kN. Si nous vérifions de plus près les applications linéaires, jusqu'à 3 kW, les mouvements en matière de force et de vitesse peuvent souvent être réalisés aussi bien par électrique que le pneumatique. Le fait que le choix de l’actionneur électrique l’emporte est logique pour plusieurs raisons.

Choix de base

Lors du choix des composants de l'entraînement linéaire, la force, la vitesse et la longueur de course sont les principaux critères de sélection. En outre, selon l'application, il existe d'autres facteurs plus ou moins importants tels que la durée de fonctionnement, les coûts d'achat, de montage et d'entretien, les dimensions, les propriétés dynamiques, etc. Des propriétés telles que ATEX, la protection à l'humidité et poussières (IP65 ou plus) et l'hygiène (FDA, EHEDG) peuvent également être importantes. Les actionneurs pneumatiques et électromécaniques sont disponibles en version antidéflagrante et/ou hygiénique. Les entraînements électriques ont généralement une puissance plus élevée que les entraînements pneumatiques et sont souvent plus compacts par rapport aux forces maximales qui peuvent être appliquées. Cependant, pour effectuer une comparaison correcte, il faut additionner tous les coûts et caractéristiques de l'ensemble du système d'entraînement, c'est-à-dire ceux de la mécanique, des modules de contrôle et de régulation, des guides, des capteurs, de la consommation d'énergie, ainsi que les coûts de montage et de maintenance.

Air comprimé couteux

De nombreuses machines et lignes de production impliquent souvent des mouvements linéaires simples, pour lesquels le pneumatique est bien adapté. C'est une technique bien connue et fiable. Les mouvements sont relativement rapides, mais il existe également des limites qui apparaissent lorsque des exigences plus élevées sont imposées, par exemple, à la puissance de poussée ou de traction et à la précision du positionnement. L'inconvénient, après tout, est que le pneumatique fonctionne avec le fluide air et que l'air est compressible, ce qui rend difficile un positionnement précis. Il existe des servomécanismes pneumatiques avec des systèmes de mesures de la position interne, mais ils sont assez coûteux et leur fonctionnement est moins précis que celui des servomécanismes électriques.

Un autre aspect est la consommation d'énergie. L'air comprimé est coûteux. Environ 75% de l'énergie consommée par les compresseurs d'air comprimé est convertie en chaleur. Les sécheurs consomment également de l'énergie et les pertes d'air sont courantes, ce qui signifie que l'efficacité énergétique globale d'un système d'air comprimé dépasse à peine 10 %. Il est donc logique de comparer la consommation d'énergie des solutions pneumatiques et électriques, en particulier dans les situations où plusieurs vérins pneumatiques sont utilisés.

Un autre point est que, pour être plus compétitives, les machines de production doivent devenir plus rapides, plus flexibles et plus précises. Cela signifie que les mouvements linéaires doivent répondre à des exigences toujours plus élevées de traçabilité, de vitesse et de possibilités de positionnement. Dans certains cas, cela peut être résolu avec des systèmes pneumatiques ou hydrauliques, mais la dernière génération d'actionneurs linéaires électromécaniques constitue souvent une solution plus économique et plus efficace.

Electric actuators - linear motion

Se concentrer sur la réduction du « Total Cost of Ownership » (TCO)

Les producteurs accordent de plus en plus d'attention au TCO lors de l'achat de nouvelles ressources de production. Les coûts d'investissement, de montage, d'entretien et d'énergie jouent un rôle important à cet égard. La solution linéaire la plus intéressante dans le contexte du TCO le plus bas possible (pneumatique, hydraulique ou électrique) dépend d'un certain nombre de facteurs. Si l'air comprimé est déjà disponible, une solution pneumatique entraînera souvent des coûts d'investissement moins élevés au départ. Cependant, les coûts d'exploitation (énergie, maintenance, durée de vie) des systèmes pneumatiques sont souvent plus élevés que ceux des systèmes d'entraînement électrique à commande numérique.

Lorsque l'air comprimé n'est pas disponible, une solution entièrement électrique est généralement le choix évident. Un compresseur d'air comprimé peut également être fourni avec la machine, mais l'investissement total sera considérable et pour cette raison, il est rarement utilisé. En outre, un tel compresseur, y compris les filtres et tout équipement de conditionnement, nécessite un entretien supplémentaire. Ces coûts doivent également être inclus dans l'équation du TCO. Il en va de même pour les solutions hydrauliques, qui nécessitent un groupe moteur, des blocs de soupapes, etc. Les actionneurs électriques sont prêts à être installés et ne nécessitent pratiquement aucune maintenance. Il suffit de connecter un câble d'alimentation et un câble de communication pour contrôler les mouvements pour créer un actionneur linéaire opérationnel. Avec les vérins pneumatiques, outre le raccordement mécanique de l'actionneur lui-même, les composants à monter sont des vannes de commande auxquelles il faut raccorder des tuyaux d'air, des interrupteurs de fin de course qu'il faut câbler et régler, etc.

integrated linear actuator

Les actionneurs linéaires électromécaniques ont un rendement énergétique de plus de 80 %, de sorte que lorsque plusieurs actionneurs sont utilisés, et en cas d'utilisation intensive, la différence de coûts énergétiques par rapport à l'alternative pneumatique peut être significative en faveur des actionneurs électriques. Ce n'est pas pour rien que les fournisseurs de pneumatiques traditionnels ont un complément d’actionneurs linéaires électriques dans leur gamme.

Nombreuses possibilités

Haydon Kerk Z-theta

La gamme des actionneurs linéaires électriques est beaucoup plus variée que pour les vérins pneumatiques. Il y a les versions électriques classiques avec entraînement par vis, mais aussi des unités linéaires entraînées par courroie crantée et des systèmes multi-axes tels que l'unité innovante Z-Theta de HaydonKerk qui peut contrôler la rotation ainsi que le mouvement linéaire.

Ces larges possibilités signifient que non seulement la nature du mouvement (précision, vitesse, longueur de course), mais aussi la résistance et la durabilité de l'actionneur peuvent être précisément adaptées à l'application. Les actionneurs équipés de vis à billes précises, par exemple, peuvent être entraînés par des moteurs triphasés, des servomoteurs ou des moteurs pas à pas. Vous avez le choix entre AC/DC, 12V, 24V ou 220V. En combinaison avec des encodeurs et des capteurs, les actionneurs électromécaniques peuvent être utilisés pour réaliser non seulement des courses rapides sur des longueurs spécifiques, mais aussi des mouvements proportionnels précis. En effet, le moteur peut être arrêté à n'importe quelle position souhaitée, ce qui permet d'atteindre des précisions allant jusqu'à ± 0,001 mm. En outre, contrairement aux compresseurs d'air comprimé et aux groupes hydrauliques qui fonctionnent en continu, les actionneurs électriques ne consomment de l'énergie que lorsqu'ils sont allumés et ils sont très efficaces lorsqu'ils fonctionnent. Comme les solutions d'actionneurs électriques comportent moins de composants individuels, elles permettent également au constructeur de gagner de l'espace et de réduire la complexité de leur construction.

Connections

En connectant un actionneur électrique à un automate via le connecteur d'interface et un système de bus, le programme du cycle de mouvement peut facilement être modifié à distance.

Il s'agit d'un énorme gain de temps et d'efficacité dans les situations où une machine est utilisée pour fabriquer différents produits, chaque produit nécessitant un réglage différent. Bien sûr, les servo pneumatiques peuvent également le faire, mais cela nécessite une configuration plus complexe et une précision moindre. En ce qui concerne la communication par bus, on s'attend à ce que les systèmes tels que Profibus DP soient éclipsés par l'Ethernet industriel. Elle est déjà disponible pour plusieurs variants qui gagnent rapidement en popularité, notamment PROFINET et EtherNet/IP. Les solutions tout électrique sont particulièrement économiques comme pour des applications autonomes et commencent également à remplacer les actionneurs linéaires hydrauliques. Après tout, avec les actionneurs électriques, le risque de fuite de fluide et de dommages environnementaux est nul. Les actionneurs linéaires à vis sont disponibles avec des forces de levage/poussées allant de quelques newtons à 80 000 N pour des vitesses allant jusqu'à 10 000 mm/sec et des longueurs de course allant jusqu'à 12 mètres. Avec les éléments de levage à vis, des forces de levage allant jusqu'à 2 000 kN sont même possibles. Pour les courses jusqu'à 2 000 mm, les alternatives électriques sont devenues des concurrents sérieux aux vérins hydrauliques. Les versions électriques sont compactes, ont un indice de protection IP65, sont faciles à nettoyer grâce à leur boîtier lisse et peuvent s’utiliser dans l’industrie alimentaire et pharmaceutique. En outre, il existe des solutions électromécaniques qui, comme pour l'hydraulique et le pneumatique, conviennent pour des cycles de service de 100 %.

Outils de conception en ligne

Les concepteurs ont de plus en plus de facilité à l'heure actuelle. Il peut sembler idéal d'avoir accès à une panoplie de fournisseurs en un clic de souris, mais cette multiplication des sources ne signifie pas qu'il est plus aisé de faire la bonne sélection de composants, au contraire. C'est pourquoi il est et reste important de garder le contact avec les meilleurs fournisseurs et leur expertise, sachant qu'il est également important que ces fournisseurs disposent d’un panel de produits et marques le plus large possible permettant conseils et propositions concrets. Une expertise technique et personnelle peut également être complétée par un support plus actuel de conception et de calcul en ligne. Act in Time propose aussi un outil de calcul en ligne pour ces actionneurs linéaires. On renseigne les paramètres de base tels que la masse à déplacer, la longueur de la course, la vitesse et l'accélération souhaitée, le nombre de courses/minute, les heures/jour, les jours/année, etc. Le programme présente un aperçu des actionneurs possibles, à partir duquel le type de moteur peut ensuite être sélectionné. Pour des mouvements de machine très précis, on peut utiliser un moteur pas à pas ou un servomoteur. Une comparaison avec l'alternative pneumatique peut également être effectuée en ligne. En outre, le programme tient compte de l'espace requis pour l'entraînement et la commande, les solutions électriques étant généralement plus compactes que les solutions pneumatiques. En ce qui concerne la vitesse, le pneumatique pourrait être un avantage, mais pas nécessairement au détriment de la solution électrique, cela dépend de l'accélération maximale autorisée. Et si l'on considère le TCO, il est souvent possible de réaliser des économies en raison de la consommation d'énergie nettement inférieure des actionneurs électromécaniques par rapport aux solutions pneumatiques. En bref, les bons choix ne se limitent pas à une rapide recherche sur internet.

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