Una guida tecnica Vega per progettisti di stampi
Gli interruttori meccanici di fine corsa vengono utilizzati per rilevare la posizione dei cilindri idraulici in numerose applicazioni industriali, tra cui stampi a iniezione plastica e stampi per pressofusione.
Quando viene utilizzato un interruttore meccanico, tuttavia, non è sufficiente conoscere soltanto la corsa del cilindro.
Il progettista deve anche conoscere la posizione del perno di contatto, quanto il perno può essere compresso e all’interno di quale campo il microinterruttore deve essere attivato.
Un caso tecnico Vega del giugno 2015 costituisce un riferimento molto utile. Il cliente aveva richiesto informazioni sul campo di funzionamento di un sensore meccanico e il Technical Department Vega aveva fornito un disegno revisionato che mostrava specificamente il campo di lavoro del sensore. Il Technical Team aveva inoltre previsto ulteriori test sui campioni inviati dal cliente.
Il disegno allegato identifica le quote rilevanti per il sensore meccanico e specifica il campo nel quale il perno compresso deve attivare il microinterruttore.
Questo caso permette di comprendere un principio importante:
Quando si progetta l’interfaccia meccanica tra uno stampo e l’interruttore di un cilindro idraulico, la posizione del perno dell’interruttore deve essere controllata con la stessa attenzione riservata alla corsa del cilindro.
1. Che cos’è un interruttore meccanico di fine corsa?
Un interruttore meccanico di fine corsa rileva la posizione del cilindro idraulico attraverso il movimento fisico di un perno di contatto.
A differenza di un sensore magnetico o di un sistema di rilevamento elettronico, l’interruttore meccanico viene azionato quando un elemento meccanico raggiunge la posizione prevista.
Vega dispone di soluzioni con interruttori meccanici per diverse configurazioni di cilindri idraulici. La gamma comprende differenti famiglie di interruttori meccanici per applicazioni con cilindri idraulici.
Gli interruttori meccanici possono essere particolarmente utili quando:
- il corpo del cilindro è in acciaio;
- il rilevamento magnetico non è adatto;
- la temperatura di esercizio è elevata;
- è richiesto un rilevamento meccanico diretto della posizione;
- l’interruttore deve essere integrato in uno spazio ristretto dello stampo.
2. Perché è importante il campo di funzionamento dell’interruttore?
Un errore comune nella progettazione di uno stampo consiste nel considerare soltanto la corsa nominale del cilindro.
Per esempio, un progettista potrebbe specificare:
Corsa cilindro = 50 mm
e presumere che l’interruttore rilevi automaticamente la posizione finale esattamente a 50 mm.
Non è corretto ragionare in questo modo.
L’interruttore possiede proprie caratteristiche meccaniche di funzionamento.
È necessario considerare:
- la posizione del perno quando non è compresso;
- la quantità di compressione del perno;
- la posizione nella quale il microinterruttore viene attivato;
- la corsa meccanica disponibile;
- la posizione del componente dello stampo che entra in contatto con il perno.
Il Case 153 è stato sviluppato proprio per definire questo campo di funzionamento del sensore meccanico.
3. Il caso Vega: il campo di funzionamento del sensore meccanico
La corrispondenza tecnica originale è datata 5 giugno 2015.
Il Technical Department ha inviato al cliente un disegno revisionato che mostrava il campo di lavoro del sensore meccanico e ha comunicato che sarebbero stati effettuati ulteriori test sui campioni forniti dal cliente.
Questo è importante perché dimostra che il campo di funzionamento era stato trattato come uno specifico parametro tecnico, anziché presumere semplicemente che il microinterruttore potesse funzionare in una posizione qualsiasi.
Il disegno identifica il perno del sensore e fornisce i riferimenti dimensionali relativi alla sua posizione aperta e alla sua condizione compressa.
4. La posizione aperta del perno di contatto
Il disegno specifica la posizione del perno di contatto in condizioni aperte come:
3,4 +0,1 / −0,1 mm
Questo significa che la quota nominale è di 3,4 mm, con la tolleranza indicata.
Il campo dimensionale risultante è quindi:
- minimo: 3,3 mm
- nominale: 3,4 mm
- massimo: 3,5 mm
Questa quota è riportata direttamente nel disegno del Case 153.
Per il progettista dello stampo, questo rappresenta un riferimento fondamentale per comprendere la posizione meccanica del sensore.
5. Il disegno identifica anche il campo di attivazione
L’annotazione più importante del disegno indica:
“campo nel quale il perno compresso deve attivare il micro”
Il disegno identifica quindi il campo operativo nel quale il perno, una volta compresso, deve provocare l’attivazione del microinterruttore.
Nel disegno sono inoltre presenti due ulteriori riferimenti dimensionali:
0,5 mm
e
0,8 mm.
Queste quote definiscono la geometria operativa del contatto meccanico rappresentata nel disegno e devono essere interpretate insieme alla geometria completa del disegno, non come semplici valori indipendenti della corsa del cilindro.
È importante quindi non interpretarli automaticamente come:
- corsa del cilindro;
- isteresi del microinterruttore;
- ritardo elettrico di commutazione;
- corsa totale del contatto.
Il Case 153 non fornisce queste interpretazioni.
6. Come leggere correttamente il disegno
Il disegno deve essere considerato come una specifica dell’interfaccia meccanica.
Indica al progettista dello stampo dove deve trovarsi il componente esterno che aziona il perno dell’interruttore.
La sequenza può essere rappresentata così:
Cilindro idraulico
→ interruttore meccanico
→ perno di contatto
→ componente dello stampo
→ compressione definita del perno
→ attivazione del microinterruttore
L’obiettivo è fare in modo che il componente dello stampo raggiunga il perno nella posizione corretta.
7. Il componente dello stampo non deve semplicemente “spingere il perno”
Un errore comune consiste nel pensare:
“Finché il componente dello stampo tocca il perno, l’interruttore funzionerà.”
Non è sufficiente.
Il perno deve essere compresso all’interno del campo operativo specificato.
Una compressione insufficiente può non attivare il microinterruttore.
Una compressione eccessiva può invece portare il perno oltre la condizione meccanica prevista e generare sollecitazioni inutili.
Il progettista deve quindi realizzare un contatto meccanico controllato e non affidarsi a un contatto approssimativo.
8. Perché le tolleranze sono importanti
Il disegno specifica la posizione aperta del perno con una tolleranza:
3,4 +0,1 / −0,1 mm.
Questo è importante perché anche i componenti dello stampo possiedono proprie tolleranze di lavorazione.
Se l’interruttore presenta una determinata variazione dimensionale e il componente dello stampo possiede a sua volta una tolleranza, la posizione finale del perno può variare.
Il progettista dovrebbe quindi considerare:
- tolleranza del fissaggio del cilindro;
- tolleranza del sensore;
- tolleranza di lavorazione dello stampo;
- posizione del componente mobile;
- tolleranze di assemblaggio;
- eventuali variazioni dimensionali dovute alle condizioni operative, quando rilevanti.
L’obiettivo non è ottenere semplicemente la quota nominale.
L’obiettivo è fare in modo che la posizione reale dell’assieme rimanga all’interno del campo operativo previsto.
9. Posizione nominale e campo di funzionamento
Questa distinzione è fondamentale.
Il disegno può indicare una quota nominale come:
3,4 mm
ma il microinterruttore non deve necessariamente funzionare esclusivamente in quel singolo punto teorico.
Il disegno definisce invece un campo nel quale il perno compresso deve attivare il microinterruttore.
È quindi necessario distinguere:
Quota nominale
Posizione di riferimento utilizzata per la progettazione meccanica.
Tolleranza
Variazione dimensionale ammessa intorno alla quota nominale.
Campo di funzionamento
Intervallo nel quale il perno compresso deve attivare il microinterruttore.
Questi tre concetti non devono essere confusi.
10. Perché questo è importante nella progettazione degli stampi a iniezione
I cilindri idraulici utilizzati negli stampi possono comandare:
- carrelli;
- anime;
- perni;
- estrattori;
- componenti di chiusura;
- sistemi di estrazione;
- altri elementi mobili dello stampo.
Il cilindro può quindi essere responsabile dello spostamento di un componente fino a una posizione molto precisa.
Il sistema di controllo della macchina può poi utilizzare il segnale dell’interruttore meccanico per determinare se il cilindro ha raggiunto la posizione richiesta.
La gamma Vega comprende diverse tecnologie di rilevamento della posizione, tra cui interruttori meccanici, induttivi e magnetici, a seconda del modello di cilindro.
Per questo motivo, il corretto posizionamento meccanico dell’interruttore è parte integrante della progettazione dello stampo.
11. L’interruttore non è la stessa cosa della corsa del cilindro
Questo punto merita particolare attenzione.
Supponiamo che un cilindro abbia:
100 mm di corsa.
Questo non significa che il perno dell’interruttore debba essere compresso di 100 mm.
La corsa del cilindro definisce il movimento del pistone e dello stelo.
L’interruttore meccanico possiede invece un proprio meccanismo e un proprio campo di funzionamento.
Il rapporto tra i due deve essere determinato attraverso l’installazione meccanica.
In forma semplificata:
Il cilindro raggiunge la posizione finale
↓
Il componente dello stampo raggiunge il perno dell’interruttore
↓
Il perno viene compresso
↓
Il perno entra nel campo di attivazione previsto
↓
Il microinterruttore cambia stato
L’interruttore meccanico rappresenta quindi una interfaccia di rilevamento della posizione tra il cilindro idraulico e il sistema di controllo della macchina.
12. Cosa succede se il perno non viene compresso abbastanza?
Se il componente dello stampo si arresta prima di raggiungere la posizione necessaria, il microinterruttore potrebbe non essere attivato.
Il risultato può essere che la macchina non riceva la conferma che il cilindro abbia raggiunto la posizione prevista.
A seconda della logica di controllo della macchina, questo può provocare:
- mancato segnale di posizione;
- sequenza errata;
- allarme macchina;
- interruzione del ciclo;
- movimento non corretto dello stampo.
Il disegno del Case 153 identifica proprio il campo nel quale il perno compresso deve attivare il microinterruttore.
Per questo motivo non bisogna affidarsi a una semplice valutazione visiva della posizione.
13. Cosa succede se il perno viene compresso troppo?
Anche la situazione opposta deve essere evitata.
L’interruttore meccanico è progettato per funzionare all’interno di un determinato campo meccanico.
Se il componente dello stampo continua a spingere il perno oltre la posizione prevista, si possono generare sollecitazioni meccaniche non necessarie.
Un buon progetto dovrebbe quindi garantire:
- contatto controllato;
- attivazione corretta;
- posizione finale definita;
- assenza di compressione eccessiva.
Per la configurazione specifica, il disegno del Case 153 deve essere utilizzato come riferimento dimensionale.
Non bisogna presumere che una quantità illimitata di ulteriore compressione sia accettabile.
14. L’importanza di un arresto meccanico
Un arresto meccanico può essere particolarmente utile nelle applicazioni in cui il componente dello stampo aziona ripetutamente l’interruttore.
L’obiettivo dell’arresto è fare in modo che il componente mobile raggiunga sempre una posizione ripetibile.
La sequenza diventa:
- il cilindro si muove;
- il componente dello stampo si avvicina all’interruttore;
- il perno viene compresso;
- il microinterruttore viene attivato;
- l’arresto meccanico determina la posizione finale.
Questo può migliorare la ripetibilità e impedire che il componente continui a spingere inutilmente il perno dopo l’attivazione.
La quota esatta dell’arresto deve comunque essere determinata in funzione del disegno del cilindro e dell’interruttore specifici.
15. I quattro riferimenti dei sensori mostrati nel disegno
Il Case 153 identifica:
MSA – MSB – MSC – MSD
e specifica:
“I valori espressi sono identici per i sensori: MSA – MSB – MSC – MSD.”
Questo significa che le quote riportate nel disegno sono applicabili ai quattro riferimenti di sensore indicati.
È un’informazione utile quando uno stampo utilizza diverse configurazioni di questi sensori, perché il progettista può fare riferimento alla stessa interfaccia dimensionale indicata nel disegno.
16. Perché Vega ha effettuato ulteriori test
La corrispondenza originale contiene un altro dettaglio importante.
Il Technical Department comunicava:
“La prossima settimana intensificherò i test sui campioni che ci avete inviato.”
Questo dimostra che le informazioni dimensionali erano supportate anche da prove pratiche.
Questo è particolarmente importante per gli interruttori meccanici.
Un sensore meccanico non è soltanto una quota su un disegno.
Il suo comportamento reale dipende da:
- geometria del contatto;
- meccanismo dell’interruttore;
- tolleranze meccaniche;
- ripetizione delle attivazioni;
- installazione;
- campione reale.
Nel caso analizzato, il processo tecnico combinava quindi:
disegno + definizione dimensionale + test pratici.
17. Perché è utile effettuare test sul prototipo
Quando un cliente sviluppa un nuovo stampo, può essere utile verificare l’interfaccia meccanica prima di realizzare definitivamente lo stampo.
Il prototipo può essere utilizzato per controllare:
- posizione del perno;
- punto di contatto;
- posizione di attivazione;
- movimento meccanico;
- ripetibilità;
- percorso del cavo;
- distanze circostanti.
La corrispondenza del Case 153 dimostra che Vega stava effettuando test proprio sui campioni inviati dal cliente in relazione al campo di funzionamento del sensore meccanico.
È un approccio particolarmente utile quando l’applicazione presenta tolleranze ristrette.
18. Procedura pratica di progettazione
Per un nuovo stampo che utilizza un interruttore meccanico Vega, si può seguire questa procedura.
Passo 1 — Identificare il cilindro
Verificare:
- modello;
- alesaggio;
- corsa;
- versione;
- riferimento dell’interruttore meccanico.
Non bisogna presumere che le dimensioni di una configurazione di sensore siano automaticamente valide per un altro prodotto.
Passo 2 — Recuperare il disegno corretto del sensore
Utilizzare il disegno corrispondente alla configurazione effettivamente utilizzata.
Nel Case 153, il disegno definisce il campo di funzionamento e le dimensioni relative al perno di contatto.
Passo 3 — Determinare la posizione aperta del perno
Nel Case 153 il disegno indica:
3,4 +0,1 / −0,1 mm
per la posizione aperta del perno di contatto.
Questa quota rappresenta il riferimento per la progettazione meccanica.
Passo 4 — Identificare il campo di attivazione
Il disegno identifica esplicitamente il campo nel quale il perno compresso deve attivare il microinterruttore.
È questa la zona critica che il componente dello stampo deve rispettare.
Passo 5 — Progettare il componente di azionamento
Il componente dello stampo che aziona l’interruttore deve essere progettato in modo che il suo movimento porti il perno all’interno del campo di attivazione previsto.
Passo 6 — Considerare le tolleranze
Devono essere considerate le tolleranze combinate di:
- cilindro;
- interruttore;
- stampo;
- componente mobile;
- fissaggio;
- assemblaggio.
La posizione nel caso peggiore deve comunque rimanere all’interno del campo operativo richiesto.
Passo 7 — Controllare l’arresto meccanico
Assicurarsi che il componente mobile non sottoponga il perno a una compressione eccessiva dopo l’attivazione del microinterruttore.
Passo 8 — Testare l’assieme reale
Per applicazioni critiche è opportuno verificare il comportamento effettivo dell’interruttore sull’assieme reale prima di completare definitivamente lo stampo.
19. Cosa dovrebbe essere indicato nel disegno dello stampo
Quando l’interruttore viene azionato meccanicamente da un componente dello stampo, le quote rilevanti dovrebbero essere chiaramente definite.
Il disegno dovrebbe indicare, quando applicabile:
- riferimento dell’interruttore;
- posizione del perno;
- posizione di attivazione;
- arresto meccanico;
- tolleranze;
- direzione del movimento;
- spazio disponibile intorno all’interruttore.
In questo modo l’interfaccia tra il fornitore del cilindro e il costruttore dello stampo diventa molto più chiara.
20. Perché una generica “corsa del sensore” può essere fuorviante
Un cliente potrebbe chiedere:
“Qual è la corsa dell’interruttore meccanico?”
Questa domanda potrebbe essere troppo generica.
Nel caso di un interruttore meccanico installato su un cilindro idraulico, ciò che conta nell’applicazione non è necessariamente un singolo valore chiamato “corsa”.
Il progettista deve sapere:
- dove si trova il perno inizialmente;
- quanto viene compresso;
- dove il microinterruttore cambia stato;
- qual è il campo operativo;
- come il componente dello stampo interagisce con il perno.
Il disegno del Case 153 è quindi più utile di un singolo valore generico perché mostra la geometria effettiva dell’interfaccia meccanica.
21. Interruttori meccanici e altre tecnologie di rilevamento
La gamma Vega comprende diverse tecnologie di rilevamento della posizione a seconda del cilindro e dell’applicazione.
Tra queste:
- interruttori magnetici;
- interruttori induttivi;
- interruttori meccanici.
La scelta dipende dalla costruzione del cilindro e dalle condizioni dell’applicazione.
Per esempio, per alcuni cilindri con corpo completamente in acciaio il rilevamento magnetico può non essere la soluzione appropriata, rendendo gli interruttori meccanici una possibile alternativa.
Questo porta a un importante principio di progettazione:
La tecnologia del sensore deve essere scelta in funzione della costruzione fisica del cilindro e delle condizioni operative dell’applicazione.
22. Interruttori meccanici per applicazioni ad alta temperatura
Gli interruttori meccanici possono essere vantaggiosi anche nelle applicazioni in cui la temperatura rappresenta un fattore importante.
Nella gamma Vega sono disponibili diverse configurazioni di interruttori meccanici, con differenti temperature operative in funzione del modello.
La scelta deve sempre essere verificata sulla documentazione tecnica relativa alla specifica configurazione di cilindro e interruttore.
Non è quindi corretto applicare automaticamente una temperatura massima di un determinato interruttore a tutti i cilindri o a tutte le configurazioni.
23. Non applicare automaticamente le quote del Case 153 a tutti gli interruttori Vega
Questa è una limitazione molto importante.
Le quote riportate nel Case 153 appartengono allo specifico disegno tecnico del caso.
Il disegno identifica i riferimenti MSA, MSB, MSC e MSD e specifica che i valori indicati sono identici per questi sensori.
Non dobbiamo quindi presumere automaticamente che:
- 3,4 mm;
- 0,5 mm;
- 0,8 mm;
siano validi per ogni interruttore meccanico Vega attuale.
Per una nuova applicazione, la procedura corretta è:
verificare il disegno tecnico relativo alla specifica configurazione di cilindro e interruttore.
Questo è particolarmente importante perché la gamma Vega comprende differenti famiglie e configurazioni di interruttori meccanici.
24. Una regola utile per le future richieste dei clienti
Se un cliente chiede:
“Quanto dobbiamo comprimere il perno dell’interruttore meccanico?”
non dovremmo rispondere con un valore generico senza prima identificare la configurazione esatta.
La procedura corretta è:
- identificare il cilindro;
- identificare l’interruttore;
- verificare il disegno;
- identificare la posizione del perno aperto;
- identificare il campo di attivazione;
- verificare le tolleranze meccaniche del cliente;
- confermare l’installazione finale.
Per il Case 153, il disegno fornisce le informazioni dimensionali necessarie per questo processo.
25. Risposta consigliata al cliente
Per un cliente che chiede informazioni sul campo di funzionamento dell’interruttore meccanico, una risposta tecnica appropriata, basata su questo caso, può essere:
La posizione di funzionamento dell’interruttore meccanico deve essere definita in base al disegno del sensore e non semplicemente in funzione della corsa del cilindro idraulico. Per la configurazione del sensore mostrata nel disegno Vega allegato, il perno di contatto ha una posizione aperta di 3,4 mm con tolleranza +0,1 / −0,1 mm. Il disegno identifica inoltre il campo specifico nel quale il perno compresso deve attivare il microinterruttore.
È quindi necessario assicurarsi che il componente dello stampo che aziona l’interruttore porti il perno all’interno di questo campo operativo, considerando anche le tolleranze meccaniche dell’intero assieme. Se ci fornite il riferimento del cilindro/sensore e il disegno dello stampo, il nostro Technical Team può verificare l’installazione.
Questa risposta è preferibile rispetto all’indicazione di una generica “corsa del sensore”.
26. La lezione principale del Case 153
La lezione più importante è:
Un interruttore meccanico di fine corsa deve essere progettato come una precisa interfaccia meccanica e non semplicemente come un accessorio elettrico applicato a un cilindro idraulico.
Il disegno del Case 153 fornisce:
- la posizione di riferimento del perno;
- la relativa tolleranza;
- il campo di attivazione;
- i riferimenti dei sensori ai quali si applicano i valori.
La relativa email del Technical Department conferma che il disegno era stato preparato specificamente per definire il campo di lavoro del sensore meccanico e che sarebbero stati effettuati ulteriori test sui campioni forniti dal cliente.
Per il progettista dello stampo, il messaggio pratico è quindi semplice:
Non progettare soltanto in funzione della corsa del cilindro.
Progettare in funzione dell’intera interfaccia meccanica di rilevamento della posizione.
27. Conclusione
Gli interruttori meccanici rappresentano una soluzione pratica per rilevare la posizione di un cilindro idraulico, soprattutto nelle applicazioni in cui il rilevamento magnetico non è adatto o dove è richiesta una soluzione meccanica compatta.
Tuttavia, il corretto funzionamento dipende dal rapporto meccanico tra il perno dell’interruttore e il componente che lo aziona.
Il Case 153 ne è un esempio concreto.
Il disegno Vega specifica una posizione aperta del perno di:
3,4 +0,1 / −0,1 mm
e identifica il campo nel quale il perno compresso deve attivare il microinterruttore. Inoltre, specifica che i valori indicati sono identici per i sensori MSA, MSB, MSC e MSD.
La relativa comunicazione del Technical Department conferma che il disegno era stato fornito proprio per definire il campo di funzionamento del sensore meccanico e che Vega avrebbe intensificato i test sui campioni ricevuti dal cliente.
Il principio di progettazione più importante è quindi:
Il progettista dello stampo deve controllare la posizione e la compressione del perno dell’interruttore meccanico in modo che il microinterruttore venga attivato all’interno del campo operativo specificato, tenendo conto delle tolleranze dell’intero assieme meccanico.
Per ogni nuova applicazione è necessario verificare il riferimento esatto del cilindro e dell’interruttore prima di applicare quote provenienti da un precedente caso tecnico.
Riferimenti Vega utili
- Vega – Interruttori meccanici per cilindri idraulici — informazioni sulla gamma di interruttori meccanici.
- Vega – Interruttori di fine corsa per cilindri idraulici — panoramica delle diverse tecnologie di rilevamento.
- Vega – Cilindri idraulici V450CM — informazioni sui cilindri compatti e sulle relative configurazioni di sensori.
- Vega – Cilindri V215CD — esempio di cilindri disponibili con differenti sistemi di rilevamento.
