Ecco alcune domande che ingegneri e progettisti dovrebbero porsi prima di scegliere gli attuatori lineari.

I progettisti che si preparano a scegliere un attuatore lineare per un dispositivo o una macchina specifica dovrebbero avere a disposizione un elenco di domande da porre a fornitori e produttori di tali dispositivi. Questi elenchi di solito contengono FAQ (domande frequenti) e la maggior parte delle aziende che vendono attuatori è preparata a rispondervi. Tuttavia, in molti casi, questi fornitori si aspettano che i potenziali acquirenti pongano altre domande, forse più approfondite e rivelatrici: le cosiddette domande non frequenti (iFAQ).

Ecco un paio di domande che gli ingegneri dovrebbero porsi quando valutano la specifica degli attuatori lineari.

D. Ho bisogno di velocità e precisione su lunghe distanze. Che tipo di attuatore dovrei usare?

R. Questa è una domanda intelligente. Molti progettisti sopravvalutano la precisione dei motori e degli attuatori tradizionali sulle lunghe corse. Credono erroneamente che se l'attuatore funziona bene sulle brevi corse, funzionerà altrettanto bene su quelle lunghe. Sebbene molti tipi di sistemi lineari soddisfino due dei tre requisiti che gli ingegneri in genere desiderano (lunghe corse, alta velocità ed elevata precisione di posizionamento), gli attuatori con motore lineare sono gli unici a fornire tutti e tre senza compromessi. Sono spesso utilizzati nella produzione di semiconduttori, nell'ispezione di elettronica di consumo, in applicazioni mediche e di scienze biologiche, nelle macchine utensili, nella stampa e nel packaging.

Per fornire un po' di contesto, definiamo i motori lineari. In sostanza, un motore lineare è un motore rotativo che è stato svolto e disposto orizzontalmente. Permette al motore di accoppiarsi direttamente al carico lineare. Al contrario, altri progetti utilizzano un motore rotativo e lo accoppiano tramite meccanismi, il che può introdurre giochi, perdite di efficienza e altre imprecisioni. I motori lineari tendono anche ad avere velocità massime più elevate rispetto alle viti a sfere della stessa lunghezza di corsa.

Oggi si utilizzano tre tipi principali di motori lineari. Il primo è quello con nucleo in ferro, che presenta bobine avvolte attorno a denti realizzati in materiali ferrosi e avvolti in laminato. Questi motori offrono la forza più elevata per dimensione e un buon trasferimento di calore, e sono generalmente i meno costosi. Tuttavia, la presenza di ferro nel motore comporta un aumento del cogging (coppia dovuta alle interazioni tra i magneti del motore), quindi sono spesso leggermente meno precisi del secondo tipo, i motori lineari senza ferro.

Come suggerisce il nome, i motori lineari ironless non contengono ferro al loro interno. Il forcer è essenzialmente una piastra epossidica in cui sono inserite bobine di rame strettamente avvolte. Scorre tra due file di magneti uno di fronte all'altro (questo è anche noto come canale magnetico a U). Una barra distanziatrice lungo un lato dei magneti li collega tra loro. I principali vantaggi dei motori ironless sono le minori forze attrattive e l'assenza di cogging. Questo li rende più precisi dei motori ironcore. Tuttavia, le due file di magneti rendono le unità ironless più costose rispetto alle versioni ironcore. Anche la gestione del trasferimento di calore può essere difficile, quindi è importante capire in anticipo se una particolare applicazione correrà il rischio di surriscaldamento. I motori ironless più recenti presentano bobine sovrapposte che forniscono una maggiore superficie di contatto per la dissipazione del calore. Questo design consente inoltre al motore di avere una maggiore densità di forza.

Il terzo e ultimo tipo sono i motori lineari slotless, che sono fondamentalmente ibridi dei primi due. Un motore slotless ha una singola fila di magneti come il nucleo in ferro, il che contribuisce a mantenerne il prezzo più basso. Un backiron laminato garantisce un buon trasferimento di calore, oltre a forze di attrazione e cogging inferiori rispetto ai motori con nucleo in ferro. I motori slotless offrono anche il vantaggio di un profilo in altezza inferiore rispetto ai motori ironless, oltre al loro prezzo più basso. Per i progettisti che danno priorità a componenti delle loro macchine il più piccoli possibile, ogni millimetro di spazio risparmiato può essere fondamentale.

D. Come posso sapere se un determinato attuatore è adatto all'uso in un ambiente specifico?

R. Troppo spesso, i progettisti scelgono gli attuatori singolarmente, senza considerare dove verranno utilizzati. Gli attuatori lineari presentano parti mobili critiche che funzionano correttamente solo negli ambienti per i quali sono stati progettati e realizzati. L'utilizzo di un attuatore lineare inappropriato può causare problemi che vanno dal funzionamento improprio a danni irreparabili all'attuatore stesso. Per applicazioni "sporche", come un utensile da taglio che emette particelle e scarti, l'attuatore richiederà sigillatura e schermatura per proteggerlo dai contaminanti.

D'altra parte, un attuatore privo di un'adeguata protezione può introdurre contaminanti in un ambiente pulito, compromettendo l'applicazione. La normale usura causa la generazione di particolato negli stadi lineari nel tempo. Le camere bianche o gli ambienti sotto vuoto sono spesso limitati all'utilizzo di apparecchiature che non rilasciano particolato, quindi è fondamentale che gli attuatori utilizzati in questi ambienti siano dotati di guarnizioni e schermi per impedire l'ingresso di particolato nell'ambiente. Alcuni dispositivi meccanici che forniscono movimento lineare, come quelli impiegati nella lavorazione dei semiconduttori, si muovono solo di micron alla volta, quindi anche la minima quantità di contaminazione può compromettere e rovinare un'applicazione.

Guarnizioni e schermi proteggono i componenti critici dall'esposizione ad ambienti difficili, consentendo agli attuatori lineari di funzionare come previsto dalla progettazione. Per ambienti puliti, guarnizioni e schermi proteggono l'ambiente dell'applicazione da possibili contaminanti creati dall'attuatore, non l'attuatore stesso. Oltre a guarnizioni e schermi, gli attuatori lineari personalizzati possono essere progettati con porte a pressione positiva che espellono i contaminanti all'interno dell'unità, massimizzando le prestazioni e il ciclo di vita.

Nella scelta degli attuatori lineari, è necessario considerare diversi fattori ambientali. Tra questi, la temperatura ambiente, la presenza di umidità, l'esposizione a sostanze chimiche e gas (diversi dall'aria ambiente), le radiazioni, il livello di pressione dell'aria (per applicazioni eseguite sotto vuoto), la pulizia e le apparecchiature nelle vicinanze. Ad esempio, è presente un'apparecchiatura nelle vicinanze che potrebbe trasmettere vibrazioni che potrebbero influire sulle prestazioni dello stadio lineare?

Il grado di protezione IP (Ingress Protection) di un cabinet lineare, solitamente specificato nelle specifiche, indica se offre la protezione adeguata da ambienti specifici. I gradi IP indicano i livelli di efficacia delle guarnizioni di un cabinet contro l'intrusione di corpi estranei (polvere e sporco) e vari livelli di umidità.

La classificazione degli involucri è indicata con la sigla "IP-" seguita da due cifre. La prima cifra indica il grado di protezione da parti mobili e corpi estranei. La seconda cifra identifica il livello di protezione contro l'esposizione a diversi livelli di umidità (dalle gocce agli spruzzi fino all'immersione totale).

Prendersi il tempo di verificare il grado di protezione IP di un attuatore all'inizio del processo di selezione offre un modo rapido e semplice per eliminare le unità inadatte all'ambiente. Ad esempio, un attuatore con grado di protezione IP30 non offre protezione dall'umidità, ma protegge da oggetti delle dimensioni di un dito. Se la protezione dall'umidità è essenziale, è consigliabile cercare un attuatore con un grado di protezione più elevato, come IP54, che protegga da polvere e schizzi d'acqua. Gli attuatori senza protezione da intrusione o umidità, tuttavia, possono offrire alternative economiche per ambienti in cui la presenza di contaminanti non rappresenta un problema.