Per un dato profilo di movimento, quando le altre opzioni per l’arresto sono insufficienti e sono necessari una frizione o un freno?

Jul 23, 2023

Di Lisa Eitel | 19 agosto 2018

Al centro della maggior parte degli assi di movimento ci sono i motori elettrici. L’arresto dei carichi sui loro assi può essere effettuato con il motore elettrico stesso – chiamato frenatura interna in certi contesti – o con una frizione o un freno esterno. Nel primo caso, un approccio semplice consiste nel tagliare semplicemente la tensione in ingresso al motore e consentire all'asse di spostarsi per inerzia fino all'arresto. Ciò è accettabile laddove gli arresti non sono frequenti: da poche volte al minuto (per progetti che utilizzano motori di piccole dimensioni) a poche volte all'ora (per installazioni di motori più grandi). Un'altra opzione consiste nell'utilizzare i controlli per generare la coppia di arresto nel motore tramite la frenatura rigenerativa per convertire l'energia cinetica in energia elettrica; frenatura dinamica: iniezione di corrente continua nello statore; o inversione elettrica come collegamento.

Ma laddove tali approcci sono troppo lenti – compresi tutti i moderni progetti di movimento per un rendimento elevato – sono necessari freni e frizioni esterni per ottenere arresti o disimpegni sufficientemente rapidi. Ciò vale per i nastri trasportatori, gli addetti ai bagagli negli aeroporti, le scale mobili e gli ascensori... nonché per altri assi che effettuano fermate e partenze frequenti, in alcuni casi anche solo 10 cicli al minuto. Laddove gli arresti e gli avviamenti avvengono a velocità di ciclo molto più elevate, l'inerzia del motore può ridurre la rapidità con cui sono possibili avviamenti e arresti. Quindi in questo caso i freni a frizione sono spesso più adatti, poiché disimpegnano il carico condotto dal motore per consentire al primo di funzionare anche mentre il freno si innesta e arresta il carico. Naturalmente, anche se qui ci concentriamo sulla reattività, le caratteristiche di progettazione failsafe sono un altro fattore principale che spinge all’inclusione di freni e frizioni.

Frizioni e freni meccanici, elettrici, fluidici e autoazionati sono adatti per diverse applicazioni. Ad esempio, i freni a molla sono vantaggiosi per i progetti di movimento che rallentano i carichi con il motore prima che il freno si attivi... e sono adatti come meccanismi di trattenimento. Il controllo dei freni elettrici è semplice e possono tenere il passo fino a mille cicli al minuto. La maggior parte dei freni e delle frizioni azionati ad aria funzionano a freddo e si mantengono con un input minimo. I freni ad attrito con geometrie a tamburo, disco e cono offrono la funzionalità del freno elettrico con tenuta a prova di guasto.

Le dimensioni e il tipo di freno o frizione dipendono dal fatto che l'asse in questione effettui arresti di emergenza o arresti più morbidi che sacrifichino la frizione o il freno per proteggere i sistemi e i carichi dagli urti. Oppure a volte è più essenziale che il freno fornisca arresti morbidi per evitare lo spostamento dei carichi e il disallineamento. Successivamente, altri criteri – velocità di ciclo, capacità termica, ingombro della macchina e programmi di MRO – determinano la selezione finale.

I freni elettrici a molla BXR-LE di Miki Pulley sono adatti per progetti di servomotori piccoli e precisi. Il design leggero ottimizza le prestazioni e l'efficienza del servoazionamento. Il suo controller di tensione fa sì che il consumo energetico del freno venga ridotto a 7 V CC dopo una frazione di secondo di 24 V CC per l'attivazione. Rispetto alla maggior parte degli altri freni elettrici, il freno BXR-LE consuma solo un terzo della potenza (e genera solo un terzo del calore), sebbene abbia uno spessore pari alla metà. La velocità è di 6.000 giri al minuto; la coppia di attrito statico è 0,044 ft.lb. a 2,36 piedi-libbre e la temperatura operativa ambientale è compresa tra 14° e 104°F. Le applicazioni dei freni BXR-LE includono quelle su effettori finali, attuatori con viti a ricircolo di sfere, tavole di posizionamento XYZ e stampanti 3D.

Alcuni consigli: dimensionare frizioni e freni in base alla coppia motore dell'asse della macchina. Laddove un freno deve arrestare i carichi verticali, tenere conto di come i motori possano assorbire brevemente corrente in uscita in eccesso rispetto alla coppia nominale. Consultare le curve delle prestazioni nei PDF del produttore per i valori di coppia dinamica a velocità impostate per abbinare il freno o la frizione alla coppia di picco in uscita dal motore. Caso in questione: considera un trasportatore inclinato con cicli on-off regolarmente distanziati. In questo caso può essere sufficiente un freno a molla per evitare la caduta del carico durante le interruzioni di corrente. Ma installazioni di nastri trasportatori più complesse per posizionare prodotti discreti di varie dimensioni - senza strappi - potrebbero richiedere velocità di decelerazione multiple, potrebbero richiedere un freno a molla più sofisticato più un comando sul motore per l'arresto... o anche un freno a magnete permanente per avviamenti rapidi ma morbidi e fermate.