Nei cilindri pneumatici, nelle valvole ed elettrovalvole pneumatiche, l’attrito trova nelle guarnizioni le zone di maggior sviluppo. Inoltre, i cilindri pneumatici che lavorano con carico laterale oltre il limite consentito, o vicino a tale limite, presentano fenomeni d’attrito preoccupanti.
Premesse
I cilindri pneumatici sono organi meccanici che compiono un lavoro usando come vettore di energia l’aria compressa con notevoli vantaggi in termini di pulizia, anti-deflagrazione, innocuità e scarsa sensibilità alle variazioni di temperatura. Differentemente dai sistemi oleodinamici non si possono raggiungere pressioni elevate, al massimo 10 bar; inoltre con essi non si possono sviluppare grandi forze. Nel cilindro pneumatico la forza teorica è direttamente proporzionale alla pressione di alimentazione e alla superficie sulla quale essa agisce, cioè la superficie del pistone. La forza reale del cilindro va calcolata tenendo conto che ci sono delle perdite per attrito delle guarnizioni di tenuta durante il movimento e che alla partenza il cilindro deve vincere l’attrito statico di primo distacco, superato il quale il cilindro comincia a muoversi. Per questi motivi la forza reale del cilindro è pari alla forza teorica ridotta del 10 -15% [Catalogo Pneumax cap.08 – Cilindri, pp. XLV, XLVIII]. Le prestazioni sono fortemente influenzate dalla comprimibilità dell’aria. In particolare si ha una scarsa rigidità nel controllo di posizione. Tuttavia, quando l’obiettivo principale è la regolazione della forza, questi sistemi trovano largo impiego. Vengono generalmente usati in applicazioni a due posizioni tra gli arresti di fine corsa. Al loro interno di solito incorporano un dispositivo d’ammortizzamento per evitare carichi d’urto. Il loro uso porta vari vantaggi tra i quali: l’economicità, la disponibilità di un’ampia gamma di configurazioni disponibili per il montaggio, la semplicità, la sicurezza del sistema protetto da limitazione interna delle forze, la resistenza, la rapidità. Gli svantaggi sono invece: la lunghezza di corsa limitata con conseguenti problemi di stabilità, la mancanza di rigidità nel conservare le posizioni di fine corsa se il pistone non è bloccato, il controllo di velocità poco preciso.
Si possono distinguere due grandi famiglie di cilindri pneumatici: i cilindri a semplice effetto e i cilindri a doppio effetto. I primi dispongono di una sola camera e la forza viene sviluppata in una sola direzione. I secondi dispongono di due camere in cui fare agire alternativamente l’aria in pressione, in modo da sfruttarne la spinta sia durante la corsa di lavoro che durante quella di riposizionamento. Nei cilindri sono quasi sempre presenti degli ammortizzatori interni. Durante la parte terminale della corsa del pistone una bussola d’ammortizzo si impegna in una corrispondente cavità della testata, in modo da delimitare un volume chiuso in cui avviene la compressione dell’aria intrappolata a spese dell’energia cinetica delle masse mobili. I cilindri sono dotati di un dispositivo di fine-corsa, che segnala al sistema di controllo l’avvenuta effettuazione di un’intera corsa del pistone. Si distinguono dispositivi di fine corsa a interruttore elettrico o pneumatico connesso allo stelo del cilindro, di fine corsa con un magnete, connesso allo stelo, che aziona un sensore induttivo o un contatto Reed o un sensore ad effetto Hall e di fine corsa virtuale con segnale di fine corsa ottenuto elaborando misure della pressione all’interno di una delle due camere del cilindro.
Nella Figura 1 è possibile notare il design costruttivo pulito raggiunto dai cilindri a tubo e profilo in alluminio (Serie 63). Ne vengono costruiti semplici e a doppio effetto, magnetici, ammortizzati nelle versioni standard, a basso attrito, alte e basse temperature (ø 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 mm).
Le valvole pneumatiche sono utilizzate per ripartire l’aria compressa tra i vari utilizzi. Le valvole sono suddivise in: valvole ad azionamento manuale, nelle quali tramite una leva l’operatore decide su quale linea indirizzare l’aria; valvole ad azionamento pneumatico, nelle quali il comando è determinato da una linea pneumatica separata o collegata a quella che si vuole comandare; valvole ad azionamento elettrico, nelle quali esiste un comando elettrico a bobina. Inoltre le valvole possono essere di tipo: valvola 3/2, cioè con 2 posizioni e 3 vie, valvola 5/2, cioè con 2 posizioni e 5 vie, valvola 5/3, cioè con 3 posizioni e 5 vie.