Ecco un paio di 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 un elenco di domande pronte da porre ai fornitori e ai produttori di tali dispositivi. Questi elenchi di solito contengono FAQ (domande frequenti) e la maggior parte delle aziende che vendono attuatori sono preparate per queste. Ma questi fornitori, in molti casi, si aspettano che i potenziali acquirenti facciano altre domande, forse più approfondite e rivelatrici: le cosiddette domande poco frequenti (iFAQ).

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

D. Ho bisogno di velocità e precisione su un lungo periodo. Che tipo di attuatore dovrei usare?

R. Questa è una domanda intelligente da porre. Molti ingegneri progettisti sopravvalutano la precisione dei motori e degli attuatori tradizionali su lunghe corse. Essi credono erroneamente che se l'attuatore funziona bene per le corse brevi, funzionerà altrettanto bene per quelle lunghe. Sebbene molti tipi di sistemi lineari soddisfino due dei tre requisiti tipicamente desiderati dagli ingegneri (lunghezze di corsa lunghe, alta velocità ed elevata precisione di posizionamento), gli attuatori per motori lineari sono gli unici a fornirli tutti e tre senza compromessi. Sono spesso utilizzati nella produzione di semiconduttori, nell'ispezione dell'elettronica di consumo, nelle applicazioni mediche e delle scienze della vita, nelle macchine utensili, nella stampa e nelle applicazioni di imballaggio.

Per fornire un po' di informazioni di base, definiamo i motori lineari. Essenzialmente, un motore lineare è un motore rotativo che è stato svolto e steso in piano. Permette al motore di accoppiarsi direttamente al carico lineare. Al contrario, altri progetti utilizzano un motore rotativo e lo accoppiano tramite meccanica, il che può introdurre giochi, perdite di efficienza e altre imprecisioni. I motori lineari tendono inoltre ad avere velocità massime più elevate rispetto alle viti a ricircolo di sfere con la stessa lunghezza di corsa.

Oggi vengono utilizzati tre tipi principali di motori lineari. Il primo è l'ironcore, che ha bobine avvolte attorno a denti realizzati in materiali ferrosi e avvolte in laminato. Questi motori hanno la forza più elevata per dimensione e un buon trasferimento di calore e sono generalmente i meno costosi. Tuttavia, il ferro nel motore porta ad un aumento del cogging (coppia dovuta alle interazioni tra i magneti del motore), quindi spesso sono un po' meno precisi rispetto al secondo tipo, i motori lineari senza ferro.

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

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

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

R. Troppo spesso i progettisti scelgono gli attuatori isolatamente e non considerano dove verranno utilizzati. Gli attuatori lineari sono dotati di 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 le applicazioni "sporche", come un utensile da taglio che espelle particelle e rottami, l'attuatore richiederà sigillatura e schermatura per proteggerlo dai contaminanti.

Dal punto di vista opposto, un attuatore senza la protezione adeguata può introdurre contaminazione in un ambiente pulito, compromettendone l'applicazione. La normale usura farà sì che gli stadi lineari generino particolato nel tempo. Le camere bianche o gli ambienti sottovuoto sono spesso limitati all'uso 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 nella lavorazione dei semiconduttori, si muovono solo micron alla volta, quindi anche la minima quantità di contaminazione può compromettere e rovinare un'applicazione.

Le guarnizioni e gli schermi proteggono i componenti critici dall'esposizione ad ambienti difficili, consentendo agli attuatori lineari di funzionare come sono stati progettati per funzionare. Per gli ambienti puliti, le guarnizioni e le protezioni proteggono l'ambiente dell'applicazione da possibili contaminanti creati dall'attuatore, non dall'attuatore stesso. Oltre a guarnizioni e schermi, gli attuatori lineari personalizzati possono essere progettati con porte a pressione positiva che eliminano i contaminanti all'interno dell'unità, mantenendo le prestazioni e il ciclo di vita al massimo.

Quando si scelgono gli attuatori lineari è necessario considerare una varietà di fattori ambientali. Questi includono 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 nel vuoto), la pulizia e le apparecchiature vicine. Ad esempio, nelle vicinanze è presente un'apparecchiatura che potrebbe trasferire vibrazioni che potrebbero influire sulle prestazioni dello stadio lineare?

La classificazione IP (Ingress Protection) di uno stadio lineare, generalmente fornita nelle specifiche, indica se dispone della protezione adeguata da ambienti specifici. I gradi IP sono livelli definiti dell'efficacia delle guarnizioni di un involucro contro l'intrusione di corpi estranei (polvere e sporco) e vari livelli di umidità.

I valori nominali della custodia assumono la forma di "IP-" seguito da due cifre. La prima cifra indica il grado di protezione da parti in movimento e corpi estranei. La seconda cifra identifica il livello di protezione contro l'esposizione a diversi livelli di umidità (da gocce a spruzzi fino all'immersione totale).

Prendersi il tempo necessario per verificare il grado di protezione IP di un attuatore nelle prime fasi del processo di selezione offre un modo semplice e veloce per eliminare le unità non adatte all'ambiente. Ad esempio, un attuatore con grado di protezione IP30 non offre protezione contro l'umidità, ma tiene lontani gli oggetti delle dimensioni di un dito. Se la protezione dall'umidità è essenziale, cerca un attuatore con un grado di protezione più elevato, come IP54, che protegga la polvere e gli spruzzi d'acqua. Gli attuatori senza intrusione o protezione dall'umidità, tuttavia, possono offrire alternative economiche per ambienti in cui i contaminanti non costituiscono un problema.