Motori lineari Faulhaber in sistemi miniaturizzati di automazione in laboratorio

Piccoli moduli di motori lineari e assi come sistema modulare, alimentati da motori lineari LM2070 DC di Faulhaber, sono il cuore del sistema meccatronico modulare miniaturizzato QuickLab sviluppato da Jung Antriebstechnik u. Automation JA².

La domanda di soluzioni efficienti di automazione di laboratorio, per test e analisi nell’industria farmaceutica, ha avuto un’impennata dalla crisi pandemica. I piccoli moduli di motori lineari QM02 per corse fino a 160 mm e gli assi motori lineari QA02 per corse fino a 220 mm consentono di realizzare applicazioni a corsa breve con dinamica e precisioni elevate. Grazie alla costruzione meccanica e alle guide di precisione, in combinazione con due carrelli a sfere, i moduli e gli assi sono molto rigidi e offrono elevata ripetibilità di posizionamento di +/- 50 μm, malgrado la costruzione leggera e la bassa massa in movimento. A seconda del carico, sono possibili velocità di spostamento fino a 3 m/s e accelerazioni fino a 50 m/s². Assi e moduli possono essere combinati tra loro, per realizzare applicazioni pick-and-place e soluzioni automatiche per separare, raggruppare, testare o placcare campioni e altri prodotti sensibili.

Con una larghezza di soli 22 mm, QuickLab soddisfa perfettamente la necessità di sistemi di manipolazione miniaturizzati a uno o più assi. Vengono inoltre offerti accessori appropriati, come la compensazione della forza peso, i freni di tenuta magnetici, i sensori di posizione esterni e le piastre di adattamento.

“I motori lineari sono il ‘cuore’ del nostro sistema di automazione modulare, e i requisiti a cui sono sottoposti sono molto elevati – spiega Wilhelm Jung, amministratore delegato di JA² -. I motori devono funzionare in modo altamente dinamico, essere controllabili in modo preciso e disporre di dimensioni adeguate. I motori lineari di Faulhaber ci hanno convinto grazie al loro principio funzionale innovativo, che si differenzia dalle soluzioni ‘classiche’”.

I motori lineari possono infatti essere realizzati in diversi modi, perché tutti i principi dei motori elettrici ‘rotanti’ possono essere generalmente implementati nei motori lineari mappando l’intercapedine d’aria circolare su una linea retta. A tale scopo, gli avvolgimenti di eccitazione elettrica originariamente disposti circolarmente sono mappati su un percorso piatto. Il campo magnetico quindi trascina il rotore sul percorso di spostamento. Ci sono tuttavia ancora altre possibilità: gli azionamenti lineari LM2070 DC non sono costruiti come ‘rotori di superficie’ dotati di carrello e guida. Invece, lo stelo di precisione è guidato all’interno di una bobina trifase autoportante.

“Questo design produce un rapporto eccezionalmente efficace tra la forza lineare e la corrente e un’elevata dinamica – aggiunge Jung -. Inoltre non si ha cogging, il che rende i motori lineari ideali per l’uso nel nostro sistema modulare QuickLab”.

I motori lineari LM2070 sono disponibili con lunghezze di corsa da 40 a 220 mm. Nonostante le dimensioni compatte dello statore (20 x 20 x 70 mm, riferite rispettivamenge a lunghezza, altezza e profondità), il piccolo servomotore lineare CC offre prestazioni meccaniche di tutto rilievo. La forza continua è di 9,2 N, e sono disponibili fino a 28 N di forza di picco. Il robusto cuscinetto a strisciamento dello stelo di precisione gestisce facilmente velocità elevate fino a 3 m/s. Allo stesso tempo, questa piccola ma potente unità può essere controllata con molta precisione. Anche con i soli sensori Hall integrati, la precisione di posizionamento assoluto è di +/- 0,1 mm e la ripetibilità è di +/- 50 μm. Con un sensore esterno opzionale, questi valori possono essere migliorati a +/- 0,01 mm, con una ripetibilità di +/- 1 μm.

A questo si aggiunge un funzionamento praticamente esente da manutenzione, visto che il motore non ha parti mobili soggette a usura. Inoltre, l’azionamento lineare funziona quasi senza produrre alcun rumore. Questo è importante soprattutto se il personale lavora nella stessa stanza in cui si trovano i sistemi di manipolazione, come spesso accade nei laboratori.

Un aspetto importante per i sistemi di manipolazione è infine la tecnologia di collegamento. I motori lineari sono normalmente consegnati con un cavo di collegamento di lunghezza max. di 30 cm. Nei sistemi di automazione, tuttavia, l’armadio elettrico si trova di solito a una certa distanza dall’azionamento vero e proprio. “Tra il motore e il controllo nell’armadio elettrico separato ci possono essere 10, 20 o più metri – spiega Jung -. Per questo, il sistema modulare QuickLab è dotato di un cavo speciale multi-schermato che trasferisce la potenza del motore e il segnale del sensore di posizione tra il motore e il controllo senza interferenze fino a una lunghezza di 30 m“.

Il cavo è fissato con un coperchio direttamente al motore con scarico della trazione, può essere innestato ed è anche progettato per l’uso mobile con catene portacavi. La tecnologia a cavo singolo semplifica l’installazione grazie alla prefabbricazione di entrambe le estremità. Il kit meccatronico realizzato su misura per l’automazione di laboratorio ha già dimostrato le sue qualità nell’uso pratico, sempre sfruttando come forza motrice i piccoli e potenti azionamenti lineari LM2070 di Faulhaber, come conferma in conclusione Jung: “Molti produttori e fornitori di accessori per l’analisi si affidano oggi ai nostri sistemi. La domanda è attualmente sostenutissima, anche da altre aree come l’ottica e le tecnologie di test“.

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