Les actionneurs électriques déplacent d'autres options de mouvement, y compris les conceptions manuelles : un rapport sur les tendances du mouvement

Oct 04, 2023

Par Lisa Eitel | 1 mars 2019

Aujourd'hui, les actionneurs électriques sont plus faciles que jamais à spécifier et à installer. Les services à valeur ajoutée des fournisseurs de composants ainsi que les gammes de produits d'actionneurs spécifiques à l'application (en particulier pour les conceptions alimentées par batterie dans les équipements mobiles et l'utilisation par les consommateurs) éliminent de nombreuses tâches d'intégration pour les OEM et les utilisateurs finaux. Ce sont des tendances soutenues en partie par un mouvement que Design World a suivi au cours des dernières années - celui des constructions de mouvement de plus en plus pré-intégrées.La croissance la plus rapide concerne les conceptions de mouvement compactes visant à remplacer les fonctions à commande manuelle.

Les actionneurs linéaires LINAK alimentent les escabeaux rétractables de la cabine de l'opérateur des équipements tout-terrain et facilitent la montée (et la descente) des travailleurs dans la zone de cabine surélevée. Lisez l'histoire complète de l'application ici.

Jonas Proeger • Contrôle de mouvement Trinamic : La grande tendance sous-jacente que nous observons est ce que certains appellent la quatrième révolution industrielle. Deux choses importantes en découlent :

• De plus en plus d'aspects de la vie humaine sont automatisés… y compris les fonctions desservies par de grosses machines ainsi que les petites tâches quotidiennes.

• Les machines définies par logiciel connaissent une augmentation exponentielle de leur utilisation. L'imprimante 3D en est un parfait exemple : ces machines peuvent fabriquer n'importe quoi à condition d'avoir un logiciel approprié. Mais il n'y a pas que les imprimantes 3D... en fait, les machines définies par logiciel permettent également de nouvelles usines de fabrication qui, de nos jours, ne sont pas construites pour un seul produit... mais acceptent plutôt la reprogrammation ou même la modification de chaque pièce fabriquée en fonction de la demande du client - pour ce que l'industrie appelle la personnalisation de masse.

Comme les produits et les machines sont de plus en plus définis par logiciel (sans aucune modification de la physique de la machine), nous pensons que les fonctions de niveau inférieur (telles que le contrôle du moteur et la rampe) doivent être effectuées dans des blocs de construction éprouvés qui continuent de fonctionner de manière fiable, même lorsque le logiciel d'application change. Ce qui est unique dans les offres de Trinamic, c'est le partitionnement entre le matériel (où nos conceptions exécutent les tâches de contrôle moteur et logicielles) que nos clients exploitent pour les piles de communication et le code d'application.

Dans le passé, la plupart des actionneurs étaient construits par des équipementiers qui achetaient des moteurs, des dispositifs rotatifs à linéaires et des accouplements, puis exécutaient l'assemblage en interne. Aujourd'hui, la spécification d'actionneurs électriques clés en main est la norme pour les projets impliquant seulement quelques ou des milliers d'axes.

Nous couvrons ci-dessous l'augmentation de la programmabilité des actionneurs électriques (et la manière dont les fournisseurs de composants et leurs distributeurs soutiennent une partie de ce travail). Mais outre les tendances liées à I4.0, Proeger de Trinamic Motion Control (cité ci-dessus) note que d'autres aspects de la vie humaine sont automatisés. Lisez la fonctionnalité d'application LINAK accompagnant cet article pour un exemple lié à l'augmentation de l'ergonomie des machines tout-terrain.

D'autres voient la même tendance, en particulier pour les actionneurs électriques.

David Humblet | Ingénieur d'application senior chez PBC Linear : Certaines applications récentes illustrent la tendance vers plus d'équipementiers intégrant des fonctionnalités d'accessibilité et de facilité d'entretien dans leurs conceptions avec des actionneurs et d'autres conceptions à mouvement linéaire. Dans un cas, des actionneurs linéaires assurent le mouvement de la cabine sur une trancheuse pour la visibilité de l'opérateur. Plus précisément, cette conception utilise un arbre linéaire PBC Linear CCR16 et un roulement linéaire standard FLN16 dans un boîtier client. Les avantages ici incluent la disponibilité; bonnes capacités de charge; et conception robuste.

Les servo-actionneurs linéaires Tolomatic IMA, dans les modèles standard et de qualité alimentaire, présentent une conception de rotor à noyau creux, permettant à l'écrou de la vis de passer à l'intérieur du rotor. Ce boîtier compact peut réduire la longueur globale de l'actionneur par rapport aux actionneurs standard en raison de l'élimination d'un moteur, d'un support de moteur et d'une boîte de vitesses séparés. Photo avec l'aimable autorisation de Tolomatic Inc.

Une autre grande tendance dans les actionneurs électriques est leur utilisation en remplacement de la pneumatique.

Peter Zafiro • LinMot États-Unis : La plupart des actionneurs dans l'industrie sont pneumatiques. Quiconque dit le contraire ne passe pas assez de temps dans des usines de production automatisées typiques. Même dans les usines non automatisées, beaucoup d'air est utilisé. Cela signifie qu'il y a encore beaucoup de place pour les actionneurs électriques… ces composants de mouvement sont de plus en plus faciles à utiliser. Cela signifie que nous devons intensifier et éduquer les utilisateurs finaux sur le coût de l'air comprimé - même aux tarifs électriques ultra-bon marché que nous avons aux États-Unis. De plus, vous devez prendre en compte le bruit… et la maintenance… et les tracas des réparations fréquentes.

Un directeur d'usine a utilisé notre produit pendant 18 mois dans une réplique exacte d'une application pneumatique. L'actionneur électrique du moteur de chemise que nous avons fourni fonctionnait mieux que le vérin pneumatique et a entraîné une plus grande productivité. Ce n'est que lorsque nous avons introduit un compresseur à haut rendement, créé un système de distribution d'air parfaitement étanche pour faire fonctionner sa machine à cylindre pneumatique, mesuré les kilowattheures utilisés et comparé cela à la machine à actionneur électrique à moteur linéaire, qu'il a accepté notre solution d'actionneur électrique. La solution LinMot a utilisé 3% de l'électricité que le cylindre à air a fait. Cela lui coûtait bien plus de 5 000 $ par an pour faire fonctionner le cylindre pneumatique en électricité… le retour sur investissement du remplacement électrique était inférieur à un an.

De nombreuses usines fabriquant des pièces de production ont des marges bénéficiaires inférieures à un centime par pièce. Fournir 5 000 $ de profit supplémentaire par an, c'est énorme.

Les autres avantages des technologies d'actionneurs électriques par rapport aux offres d'alimentation hydraulique sont leur maintenance et leur programmabilité réduites - pour une exploitation complète des données des capteurs et la surveillance de la charge... parfois en temps réel.Même ainsi, de nombreux ingénieurs supposent à tort que les moteurs pneumatiques et linéaires ont très peu de chevauchement dans l'applicabilité.

Saphir • LinMot : Dans certains cas, les moteurs linéaires remplacent directement les pneumatiques. La pénalité de prix initiale est rapidement compensée par un coût total de possession inférieur. Bien sûr, toutes les applications pneumatiques n'utilisent pas des kilowattheures importants… mais de nombreuses applications de mouvement linéaire le font. C'est parce que le déplacement de A à B avec une charge attachée provoque un grand déplacement d'air dans le cylindre.

Même ainsi, la plupart des utilisateurs finaux ne changeront toujours pas. Le stigmate est que les moteurs linéaires sont une technologie d'entraînement haut de gamme et que les vérins pneumatiques sont simples. Même si le remplacement de la technologie la plus basique par la technologie la plus sophistiquée semble exagéré pour certains ingénieurs, en pratique ce n'est pas le cas. Les systèmes à entraînement direct ne présentent aucune perte de chaleur associée aux vis à billes, engrenages, courroies, accouplements et autres transmissions intermédiaires. Nos moteurs linéaires sont également scellés contre la contamination… même avec une protection soudée au laser IP69K.

La réalité est que les moteurs linéaires n'ont pas de sens pour toutes les applications… mais ont du sens pour beaucoup. Déplacer une distance supérieure à 100 mm avec une fréquence supérieure à toutes les 2 secondes, et tout type de charge attachée — vous pouvez parier que vous utilisez beaucoup d'air. Alors pourquoi ne pas opter pour le système le plus efficace pour le positionnement, le prélèvement et le placement point à point ?

Les moteurs linéaires excellent également dans les applications de filetage et de capsulage avec des mouvements répétés de rotation vers le haut et vers le bas - où un moteur rotatif est fixé au moteur linéaire.

Encore d'autres progrès dans les dispositifs mécaniques pour les actionneurs linéaires abondent. Certains d'entre eux visent également les offres conventionnelles d'énergie hydraulique.

Aaron Dietrich • Tolomatique : La forte croissance du déploiement des vis à rouleaux provient des exigences de plus de capacités de force dans des tailles d'emballage plus petites lors du déplacement de la technologie des vérins hydrauliques. Non seulement les forces doivent être atteintes, mais la technologie des vis doit offrir une très longue durée de vie dans les applications exigeantes et également être capable de résister aux vibrations de la machine et à d'autres environnements difficiles.

Dave Beckstoffer | Chef de produit • Portescap : La tendance continue des actionneurs linéaires est la réduction de la taille tout en maintenant une force de sortie élevée. Portescap continue de développer de nouveaux actionneurs linéaires capables d'augmenter la force linéaire tout en conservant le même diamètre extérieur.

De plus, les conceptions d'actionneurs linéaires externes peuvent fournir des options supplémentaires utilisant différentes technologies, y compris les moteurs à courant continu à balais et les boîtes de vitesses. Les technologies alternatives aident à réduire le diamètre de la solution moteur tout en offrant une flexibilité dans le pas de la vis mère.

Stefan Vorndran • Physique Instruments (PI) : Nous voyons plus d'intérêt pour les actionneurs miniatures à moteur piézoélectrique pour les applications où l'espace et la puissance sont limités et les exigences de précision sont élevées. Les piézomoteurs sont plus petits et plus efficaces que les moteurs miniatures traditionnels et les actionneurs piézomoteurs peuvent maintenir leur position de manière très stable sans avoir besoin d'une alimentation continue ou d'un frein mécanique. La petite taille de l'actionneur permet également la construction de très petites platines de positionnement.

Quel que soit le type de moteur ou d'actionnement mécanique, les sous-ensembles d'actionneurs préconçus sont répandus de nos jours. La personnalisation pour les OEM est parfois utile lorsqu'un axe peut avoir besoin de se déplacer plus rapidement que le produit standard n'est capable… ou un logiciel peut avoir besoin de répondre à des exigences de communications spécialisées.

Le choix entre assembler des composants ou les intégrer à l'avance permet aux OEM et aux utilisateurs finaux de contrôler le temps et les efforts qu'ils consacrent aux tâches de conception de mouvement... y compris celles liées à l'appariement et à la personnalisation des moteurs et des variateurs pour des applications spécifiques. De telles conceptions produisent souvent des actionneurs intelligents qui incluent le câblage et les connecteurs, les potentiomètres, les encodeurs, les contrôleurs, les relais et l'électronique embarquée pour la mise en réseau.Là où les fournisseurs de composants ou leurs distributeurs assument une partie de la programmation des actionneurs, les équipementiers et les utilisateurs finaux peuvent s'attendre à encore plus d'assistance.

Dietrich • Tolomatique : L'intégration de plusieurs technologies dans une seule solution de contrôle de mouvement modulaire aide les concepteurs de machines à créer des conceptions de machines plus compactes. Par exemple, la gamme de produits IMA de Tolomatic est une solution optimisée avec des composants adaptés. Il intègre l'actionneur mécanique et le servomoteur dans un seul module d'actionneur.

Avec des solutions d'actionneurs intégrés, le concepteur de la machine n'a qu'une seule conception mécanique indépendante d'un fournisseur d'asservissement. Cela réduit le nombre de composants et élimine le besoin de monter le moteur sur l'actionneur. De plus, les composants de l'actionneur intégré sont optimisés en termes de performances, de coût, de taille et de poids.

Patrick Wheeler | Chef de produit • Aerotech : La technologie des contrôles évolue vers des solutions embarquées. Cela signifie de plus en plus que le PC doit faire ses preuves dans l'application… et le PC n'est plus le point de départ. Nous constatons également une tendance vers des langages de programmation plus avancés par rapport aux langages IEC traditionnels tels que le langage à contacts et le texte structuré. Cela ne veut pas dire qu'il y a une certaine tendance mondiale à s'éloigner de l'IEC… mais l'utilisation accrue de la programmation avancée est une tendance émergente. En fait, de plus en plus souvent, nous entendons parler de clients qui sont prêts à adopter de nouvelles langues pour terminer des travaux… bien qu'ils souhaitent que la langue soit familière et adhère aux constructions linguistiques modernes.

Comment l'intégration accrue des actionneurs linéaires aide-t-elle les équipementiers ?

Dan Schmit | Chef de produit • Tolomatic : Les actionneurs intégrés permettent aux OEM de mieux assister les clients grâce au remplacement facile des modules de mouvement par rapport aux composants de dépannage d'un système traditionnel actionneur-boîte de vitesses-courroie. Cela permet également de réduire le nombre de composants achetés dans la conception de la machine (conformément aux tendances d'achat et aux meilleures pratiques). Dans l'industrie agroalimentaire, les tendances vers des solutions plus compactes et des conceptions de machines ouvertes nécessitent des actionneurs intégrés capables de lavage pour améliorer la facilité de nettoyage, la fiabilité de la machine et obtenir une conception de machine ouverte à nettoyage en place.

Les tendances générales de l'industrie voient l'activité OEM pour améliorer le temps de cycle et la fiabilité des processus, nécessitant une longue durée de vie et des performances élevées des actionneurs. Ceci est réalisé grâce à des choix de conception de diverses technologies de vis (considérations de vis à billes et à rouleaux) ainsi que des enroulements de stator spécialement conçus pour la répétabilité de la force et la réponse dynamique - y compris les enroulements asymétriques et ceux avec de faibles constantes de temps électriques. L'intégration facile et les multiples options de montage permettent également aux équipementiers de se mondialiser et d'utiliser la même conception de machine mécanique (forme, ajustement et fonction) pour soutenir les clients à l'échelle internationale avec différents systèmes de contrôle.

Le logiciel de dimensionnement MOTIONEERING de Thomson Industries permet aux ingénieurs de conception (entre autres) d'utiliser un sélecteur de numérotation des pièces pour trouver rapidement des solutions de mouvement linéaire. De cette manière, un accès immédiat aux modèles 3D et aux informations techniques est disponible.

Les logiciels de dimensionnement et les outils d'achat en ligne continuent de changer la façon dont les actionneurs linéaires sont intégrés aux conceptions, tout comme ils ont changé les habitudes d'achat des consommateurs.

Exemple concret : les outils électroniques de mouvement linéaire de Bosch Rexroth (Linear Motion Designer, LinSelect et eConfigurators) aident les utilisateurs à obtenir des informations, puis à sélectionner, acheter, fournir, mettre en service, démarrer, exploiter et entretenir des conceptions. Pour ces derniers, l'outil de data-visualisation ActiveCockpit du constructeur permet de suivre en temps réel les données de l'usine.

La façon dont les jeunes ingénieurs préfèrent la recherche autonome (par rapport aux modèles de vente à forte interaction) contribue à stimuler ces achats et ces spécifications en ligne. L'ingénierie de conception dans les marchés émergents tels que l'Europe de l'Est et l'Asie sino est également largement soutenue par des outils en ligne. Bien sûr, la masse critique sur les marchés régionaux soutient toujours les approches de vente traditionnelles, en particulier lorsque les ingénieurs souhaitent collaborer avec des représentants de fournisseurs compétents qui peuvent se rendre en personne.

Travis Gilmer | Spécialiste de la ligne de produits pour les actionneurs linéaires industriels • Thomson Industries : Nous avons récemment étendu nos outils de dimensionnement et de sélection en ligne Linear MOTIONEERING avec une plate-forme pour les actionneurs linéaires. Ces produits ont généralement été difficiles à dimensionner dans de nouvelles applications en raison des divers groupes de familles de produits qui se chevauchent. Cela peut entraîner des erreurs d'application coûteuses et chronophages. Nous avons donc décidé de simplifier ce processus en établissant une liste d'une vingtaine de questions qui identifient le plus précisément le bon produit pour une application spécifique. Le résultat est un aperçu plus axé sur les applications d'un large éventail d'options de fonctionnalités que ce que les ingénieurs concepteurs pourraient autrement trouver en effectuant une recherche par eux-mêmes.

Un ingénieur de conception peut se connecter à notre outil de dimensionnement en libre-service depuis son PC, son téléphone portable ou sa tablette, effectuer des ajustements en temps réel, recalculer selon ses paramètres définis et télécharger des modèles 3D prêts pour la CAO et des projections 2D du projet pour aider à assimiler le produit sur mesure à leurs applications et conceptions globales. De plus, non seulement ils peuvent économiser du travail sur le projet et des efforts de dimensionnement, mais ils peuvent également passer une commande pour l'actionneur linéaire directement dans la plate-forme.