Marginal Column

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Nello sviluppo di una nuova valvola pneumatica, la soluzione che segue la diagonale si è dimostrata la migliore. Gli sviluppatori Christophe Champouillon e Wolf Gerecke ci spiegano perché l’unità valvole AV03 sia ottimale per l‘ attuatore, così come per il cliente.

 

I prodotti sul mercato sono ormai molto simili fra loro: il nostro obiettivo, quindi, era differenziare la nuova valvola rispetto alla concorrenza, per compattezza e integrabilità, e ci è subito risultato chiaro che il compito non sarebbe stato semplice.

Sfruttare al meglio gli spazi d’installazione

Fin dalla fase di specifica dei requisiti, abbiamo ritenuto molto importante rendere più compatta la nuova valvola pneumatica. Alcuni requisiti erano chiari sin dall’inizio: citiamo l’esempio di un cliente che, ci aveva richiesto nel capitolato un’altezza massima di 53 mm. L’unità valvole, infatti, doveva essere integrabile nella testa di foratura mobile della sua macchina. La geometria dell’intera unità valvole era già pressoché quasi totalmente definita e fu altrettanto chiaro che, per collocare a dovere il nuovo prodotto nel nostro portfolio di prodotti, ci occorresse una portata di almeno 200 litri al minuto. La sfida principale, quindi, consisteva nel perseguire due obiettivi in contrasto: maggiore portata e minori dimensioni.

La struttura diagonale della AV03 riduce il volume d'ingombro.

 

Due squadre di sviluppatori – una francese, presso la sede di Bonneville, l’altra tedesca, a Schwieberdingen – lavorarono quindi a nuove idee per la struttura della valvola. I colleghi francesi posero la domanda decisiva: “Non potremmo sfruttare meglio gli spazi d’installazione disponibili semplicemente sistemando in diagonale la valvola principale?” Sulle prime prevalse lo scetticismo: supponevamo, infatti, che la disposizione in diagonale potesse creare difficoltà, ad esempio nella produzione o nel far combaciare le parti.

Tuttavia, dopo un accurato esame, tali dubbi si rivelarono infondati. Avevamo quindi trovato il nostro approccio fondamentale. Risparmiammo ulteriori spazi d’installazione impiegando le nostre valvole di pilotaggio, sviluppate per la prima volta proprio qui a Schwieberdingen, talmente compatte da potersi integrare direttamente nelle valvole.

Tecnopolimero ad alta resistenza

La disposizione diagonale della valvola principale è stata possibile soltanto grazie ad un’accortezza fondamentale: per le nostre valvole, già da trent’anni impieghiamo materiali plastici dalle prestazioni elevate. Ciò ci consente grande libertà nello stabilire le forme, rispetto al metallo e alle tecnologie ad asportazione di truciolo. L’evoluzione dei materiali sintetici, che ne ha consentito una maggiore resistenza, permette ora di realizzare componenti complessi e leggeri: sono così possibili componenti più compatti a parità di funzionalità rispetto a quanto si poteva ottenere solo pochi anni fa.

Stress test sul corpo valvola (colore rosso = sollecitazioni forti; colore blu = sollecitazioni lievi).

 

Un valido esempio è la piastra di base: finora, nelle tipologie paragonabili, le piastre terminali erano fissate tramite due o tre tiranti, al fine di ripartire le forze. Per ridurre il peso e gli spazi d’installazione dell’unità valvole, abbiamo invece pensato di utilizzare un tirante solo. Dovevamo quindi trovare un materiale che, ripartendo le forze con un solo tirante, restasse comunque stabile e mantenesse la tenuta ed essere facilmente lavorabile, data la complessità delle forme previste.

Dopo varie analisi e simulazioni, optammo per un poliammide ad alta resistenza rinforzato con fibre di vetro, pressoché indeformabile anche sotto pressioni elevate. Così, già per il solo uso di materiale sintetico leggero, abbiamo potuto ridurre il peso e contenere l’impiego di materiale: la AV03, infatti, è praticamente priva di volumi non sfruttati. Rispetto allo standard di mercato, tale soluzione fa risparmiare il 45% di spazio e il 55% di peso.

La struttura compatta e leggera e la realizzazione in classe di protezione IP65 consentono di installare la AV03 più vicino all’attuatore. In questo modo, evitiamo perdite di potenza fino al 20%. Inoltre, la nostra unità valvole richiede meno spazio nel quadro elettrico eventuale e consente una concezione più compatta.

Portata massimizzata

Già durante il processo di sviluppo dei componenti abbiamo condotto analisi di portata CAD, che ci hanno consentito, ad esempio, di ottimizzare il diametro dei condotti e le geometrie degli spigoli. Si trattava, ora, di individuare il migliore compromesso fra portata e spazi fruibili. Anche in questo caso la disposizione in diagonale della valvola principale ci è venuta in aiuto: siamo infatti riusciti a minimizzare l’angolo verso la tubazione di lavoro, in modo da ridurre al minimo il calo di pressione. Dopo aver effettuato specifici test abbiamo verificato una portata di 300 litri al minuto, ossia il 40% in più rispetto ai prodotti paragonabili.

Un’elevata integrabilità

Oggi il cliente si attende di poter agevolmente integrare i manifold di valvole nei propri impianti e, soprattutto, in configurazioni Fieldbus. L’utente può collegare la AV03 in base alle sue esigenze, non solo tramite collegamenti multipolari, ma anche mediante collegamenti Fieldbus con moduli I/O integrabili. Inoltre, la possibilità di collegare i sensori direttamente all’elettronica della valvola consente agli addetti alla messa in servizio, di ridurre nettamente i cablaggi nell’armadio elettrico.

I nostri progettisti hanno adattato le dimensioni costruttive dei moduli Fieldbus alle valvole. E, nell’ottica della desiderata modularità della parte pneumatica, hanno reso l’equipaggiamento semplice da integrare e modificare a posteriori. A partire dalla configurazione scelta, l’utente può infatti aumentare, in step singoli, il numero di valvole fino a 40 posizioni (multipolare), oppure fino a 64 fieldbus.

Un sistema portavalvole composto da AV03, accoppiatore bus e modulo I/O.

 

Un’ulteriore evoluzione della AV03 riguarda i LED di controllo sui moduli I/O, che indicano quali ingressi e quali uscite sono generalmente collegati. Per evitare che i LED venissero coperti dai cavi, data l’estrema compattezza dei moduli, abbiamo disposto fibre ottiche in forma di anello, ben visibili grazie all’ampia superficie riflettente, attorno alle porte di collegamento.

Con la AV03 abbiamo sviluppato una valvola che offre ai clienti una soluzione compatta, ad alta efficienza energetica, flessibile e agevolmente integrabile.

 
 

Autori


 

Wolf Gerecke

Product Management e Sviluppo Valvole,

Schwieberdingen, Germania

Christophe Champouillon

Sviluppo Valvole,

Bonneville, Francia