Sensori meccanici per cilindri idraulici ad alta temperatura: cosa determina realmente il limite di temperatura?

Quando un cilindro idraulico viene installato all’interno di uno stampo a iniezione, la temperatura diventa un parametro fondamentale non soltanto per il cilindro, ma anche per tutti gli accessori montati su di esso.

Questo è particolarmente importante quando il cilindro è dotato di sensori meccanici di fine corsa.

A prima vista potrebbe sembrare sufficiente verificare la temperatura massima dichiarata per il microinterruttore. In realtà, un sensore meccanico è composto da diversi elementi e ciascuno può avere un limite di temperatura differente.

Un caso tecnico reale analizzato da Vega mostra molto chiaramente questo problema: un cliente chiedeva se i sensori meccanici MSA/MSB potessero essere utilizzati in un’applicazione con temperature intorno ai 100 °C. L’analisi dimostrò che la temperatura massima dell’intero sistema non poteva essere determinata considerando soltanto il microinterruttore interno.

1. La domanda corretta non è semplicemente “quanti gradi può sopportare il sensore?”

Quando un progettista chiede:

“Questo sensore meccanico può funzionare a 100 °C?”

la prima cosa che viene normalmente verificata è la temperatura massima del microinterruttore.

Ma questa verifica, da sola, non è sufficiente.

Un sensore meccanico può comprendere:

  • microinterruttore interno;
  • corpo in materiale plastico;
  • spillo di azionamento;
  • guarnizione;
  • cavo elettrico;
  • rivestimento del cavo;
  • eventuali elementi di protezione.

Ogni componente può avere caratteristiche termiche differenti.

La domanda tecnicamente corretta diventa quindi:

Qual è la temperatura massima alla quale può essere esposto l’intero gruppo sensore, considerando tutti i suoi componenti?

Questo è particolarmente importante negli stampi a iniezione, dove il sensore può essere montato molto vicino a zone calde dello stampo.

2. Il caso tecnico Vega

Nel maggio 2015 Vega ricevette una richiesta relativa alla temperatura di funzionamento dei sensori MSA/MSB. Il cliente chiedeva informazioni sulla possibilità di utilizzarli in un’applicazione con temperature intorno ai 100 °C.

La risposta tecnica evidenziò immediatamente che il problema doveva essere analizzato considerando i diversi componenti del sensore.

Il microinterruttore interno aveva una temperatura massima di funzionamento di:

110 °C

Ma il sistema comprendeva anche una guarnizione in NBR e un cavo con rivestimento in PVC, entrambi caratterizzati da limiti inferiori.

Questo è il punto centrale del caso.

Il limite termico del componente più resistente non coincide necessariamente con il limite termico dell’intero gruppo.

3. Il microinterruttore interno: 110 °C

Il primo elemento analizzato era il piccolo microinterruttore contenuto all’interno del sensore MSA/MSB.

La temperatura massima di funzionamento indicata era:

110 °C.

Se ci si fermasse a questo dato, un’applicazione a 100 °C sembrerebbe perfettamente compatibile.

100 °C è infatti inferiore a 110 °C.

Ma questa conclusione sarebbe incompleta.

Il microinterruttore è soltanto uno degli elementi che compongono il sensore.

Per determinare la reale possibilità di utilizzo è quindi necessario esaminare anche gli altri componenti.

4. La guarnizione dello spillo: NBR

Il secondo elemento preso in considerazione nel caso era la guarnizione dello spillo.

La guarnizione è realizzata in NBR.

La documentazione tecnica indicava:

  • temperatura massima: 90–100 °C;
  • temperatura di picco: 120 °C per brevi periodi.

Questo dato cambia significativamente la valutazione.

Un’applicazione a 100 °C non si trova più ampiamente al di sotto del limite della guarnizione.

Si trova infatti all’estremità superiore del campo indicato.

È quindi fondamentale distinguere tra:

temperatura di esercizio continuativa

e

temperatura di picco per un breve periodo.

Il fatto che un materiale possa sopportare temporaneamente 120 °C non significa che possa lavorare continuamente a 120 °C.

5. Il cavo in PVC: il vero elemento critico

Il punto più interessante del caso riguarda il cavo.

Il rivestimento esterno del cavo era realizzato in PVC e la temperatura massima di contatto dichiarata dal produttore era:

80–85 °C.

A questo punto la situazione diventa molto chiara:

Componente Limite indicato
Microinterruttore interno 110 °C
Guarnizione NBR 90–100 °C
Picco guarnizione NBR 120 °C per breve periodo
Rivestimento cavo PVC 80–85 °C

Il microinterruttore interno può quindi sopportare una temperatura maggiore rispetto al cavo.

Questo significa che non sarebbe corretto definire il sensore semplicemente come “110 °C”.

Il cavo, in determinate condizioni di installazione, può diventare il componente più critico.

6. Perché il cavo è così importante negli stampi?

Quando un sensore viene installato su un cilindro idraulico all’interno di uno stampo, il cavo non si trova necessariamente nella stessa condizione termica del microinterruttore.

Il cavo può essere a contatto o molto vicino a:

  • piastre calde;
  • componenti dello stampo;
  • zone del sistema a canale caldo;
  • parti riscaldate;
  • superfici metalliche che trasferiscono calore;
  • zone con scarsa dissipazione termica.

Di conseguenza, anche se il microinterruttore interno si trova a una temperatura accettabile, una parte del cavo potrebbe essere sottoposta a una temperatura superiore a quella prevista dal suo costruttore.

Questo è uno dei motivi per cui, nelle applicazioni ad alta temperatura, è importante valutare la posizione effettiva del sensore e soprattutto il percorso del cavo.

7. La temperatura dello stampo non è necessariamente la temperatura del sensore

Un altro errore frequente consiste nel considerare la temperatura nominale dello stampo come se fosse automaticamente la temperatura di ogni componente installato sullo stampo.

In realtà possono esistere differenze importanti.

La temperatura effettiva del sensore dipende, tra l’altro, da:

  • posizione;
  • contatto con le parti metalliche;
  • conduzione termica;
  • irraggiamento;
  • ventilazione;
  • distanza dalle zone calde;
  • presenza di sistemi di raffreddamento.

Per questo motivo, quando si deve valutare un’applicazione reale, è preferibile misurare la temperatura nel punto in cui il sensore viene effettivamente installato.

8. Temperatura continua, temperatura di picco e cicli termici

Quando si parla di temperatura massima, è importante specificare anche per quanto tempo il componente rimane a quella temperatura.

Esistono almeno tre condizioni differenti.

Temperatura continua

Il componente rimane per lunghi periodi alla stessa temperatura.

Picco di temperatura

Il componente raggiunge una temperatura più elevata solamente per un periodo breve.

Cicli termici

Il componente viene continuamente riscaldato e raffreddato durante i cicli di produzione.

Queste condizioni non sono equivalenti.

Nel caso Vega, per esempio, la guarnizione NBR aveva un limite indicato di 90–100 °C, mentre il valore di 120 °C era indicato come picco per un breve periodo.

Pertanto:

100 °C continuativi non devono essere automaticamente considerati equivalenti a un breve picco di 100 °C.

9. La soluzione proposta: proteggere il cavo

Dopo avere analizzato i diversi componenti, Vega indicò che, utilizzando una specifica guaina protettiva per cavi ad alta temperatura, il cliente avrebbe potuto utilizzare i sensori fino a circa 100 °C.

Questo è un esempio interessante di come affrontare correttamente un problema termico.

Non è sempre necessario sostituire l’intero sensore.

Prima bisogna individuare quale componente è realmente limitante.

Nel caso specifico:

Microinterruttore → 110 °C

Guarnizione NBR → 90–100 °C

Cavo PVC → 80–85 °C

Protezione specifica del cavo → possibile soluzione per l’applicazione a circa 100 °C

Questa è una soluzione molto più razionale rispetto al semplice confronto tra la temperatura dello stampo e la temperatura massima del microinterruttore.

10. “Utilizzabile a 100 °C” non significa “garantito a 100 °C”

C’è però un’importante precisazione contenuta nella risposta tecnica originale.

Vega indicò che, utilizzando la specifica guaina protettiva per alte temperature, il cliente avrebbe potuto utilizzare i sensori fino a 100 °C, ma in caso di problemi Vega non avrebbe riconosciuto la garanzia.

Questa distinzione è fondamentale nella comunicazione tecnica.

Esiste infatti una differenza tra:

soluzione tecnicamente possibile in determinate condizioni

e:

condizione di funzionamento standard coperta dalla garanzia del prodotto.

Non bisogna trasformare una possibilità tecnica in una specifica standard del prodotto.

11. Come valutare un sensore meccanico in un’applicazione ad alta temperatura

Per un progettista di stampi, una procedura pratica può essere la seguente.

Passo 1 — Misurare la temperatura reale

Non limitarsi alla temperatura nominale dello stampo.

Misurare, quando possibile:

  • temperatura del corpo del sensore;
  • temperatura dello spillo;
  • temperatura nella zona di uscita del cavo;
  • temperatura del cavo nel punto più caldo.

Passo 2 — Identificare tutti i componenti

Considerare:

  • microinterruttore;
  • guarnizione;
  • corpo;
  • cavo;
  • isolamento;
  • connettori;
  • eventuale guaina protettiva.

Passo 3 — Distinguere temperatura continua e picchi

Stabilire se il sensore è esposto:

  • continuamente alla temperatura elevata;
  • occasionalmente a picchi;
  • a continui cicli termici.

Passo 4 — Individuare il componente più sensibile

Non utilizzare automaticamente il valore più alto presente nella documentazione.

Bisogna individuare il componente che presenta il limite più restrittivo nelle reali condizioni di installazione.

Passo 5 — Proteggere il componente critico

Se il problema è il cavo, si può intervenire sulla protezione termica del cavo.

Se invece il problema riguarda la temperatura del cilindro o delle guarnizioni, potrebbe essere necessario intervenire direttamente sulla gestione termica del cilindro.

12. Quando è meglio raffreddare il cilindro?

In alcune applicazioni, la semplice protezione del cavo non è sufficiente.

Se il cilindro è esposto direttamente a temperature elevate, il calore può influenzare:

  • guarnizioni;
  • guide;
  • fluido idraulico;
  • componenti interni;
  • sensori;
  • cavi.

In questi casi può essere più efficace intervenire direttamente sulla temperatura del cilindro.

Vega propone infatti cilindri con raffreddamento integrato, sviluppati proprio per applicazioni in cui le temperature dello stampo possono ridurre la durata delle guarnizioni. Il sistema può raffreddare il corpo del cilindro o la zona della cartuccia, contribuendo a proteggere le guarnizioni.

La gamma V450CP dispone di due sistemi di raffreddamento integrati ed è destinata anche ad applicazioni con temperature elevate negli stampi per iniezione plastica e pressofusione.

13. Non tutti i sensori meccanici hanno lo stesso limite

È importante anche non generalizzare il caso MSA/MSB a tutti i sensori meccanici Vega.

La gamma attuale Vega comprende sensori meccanici con caratteristiche differenti.

In particolare, il sito Vega indica:

  • MS5: 80 °C
  • MS6: 180 °C
  • MS7: 80 °C

e specifica che le opzioni T e V possono raggiungere temperature fino a 180 °C.

Questo è un punto importante per il progettista.

Se l’applicazione richiede temperature elevate, la soluzione corretta non è necessariamente spingere un sensore standard oltre il suo campo di utilizzo.

È preferibile selezionare la versione del sensore progettata per la temperatura richiesta.

14. La scelta del sensore deve essere fatta insieme alla scelta del cilindro

Il sensore non dovrebbe essere considerato come un accessorio completamente indipendente dal cilindro.

Nella progettazione di uno stampo occorre considerare insieme:

cilindro + sensore + cavo + temperatura dello stampo + posizione di installazione + eventuale raffreddamento.

La gamma Vega per stampi comprende cilindri con sensori meccanici, magnetici e induttivi, e la scelta del sensore può modificare il campo di temperatura utilizzabile.

Un esempio particolarmente evidente è il V450CP: Vega indica una resistenza massima di 80 °C per i sensori induttivi e 180 °C per quelli meccanici.

Questo dimostra che il tipo di sensore può diventare un parametro determinante nella progettazione di un’applicazione ad alta temperatura.

15. Una regola pratica per il progettista

Quando si deve scegliere un sensore per un cilindro idraulico installato in un ambiente caldo, è utile seguire questa regola:

Non utilizzare mai la sola temperatura massima del microinterruttore per definire la temperatura massima dell’intero sistema.

Bisogna invece valutare tutti i componenti interessati.

In termini pratici:

Temperatura massima dell’insieme

→ dipende dal componente critico nelle reali condizioni di utilizzo.

Nel caso MSA/MSB analizzato da Vega, il microinterruttore interno aveva un limite di 110 °C, ma il cavo in PVC aveva un limite dichiarato di 80–85 °C e la guarnizione NBR era indicata a 90–100 °C, con un picco di 120 °C solamente per brevi periodi.

16. Checklist per uno stampo ad alta temperatura

Prima di ordinare un cilindro con sensori meccanici per uno stampo caldo, il progettista dovrebbe verificare:

Temperatura dello stampo

  • Qual è la temperatura nominale?
  • Qual è la temperatura reale nella zona del cilindro?
  • Il cilindro è vicino al canale caldo?
  • È vicino alla zona di iniezione?
  • È a contatto con una piastra molto calda?

Sensore

  • Quale modello di sensore viene utilizzato?
  • Qual è la sua temperatura massima?
  • Qual è la temperatura massima continua?
  • Esiste una temperatura di picco?
  • Qual è il limite della guarnizione?
  • Qual è il limite del cavo?

Cavo

  • Dove viene fatto passare?
  • È a contatto con lo stampo?
  • È vicino a una zona calda?
  • Deve essere protetto?
  • È necessaria una guaina per alte temperature?

Cilindro

  • La temperatura del cilindro è compatibile con le guarnizioni?
  • È necessario raffreddare il cilindro?
  • È disponibile una versione con raffreddamento integrato?
  • Il fluido idraulico rimane entro il campo previsto?

17. Il vero insegnamento del caso Vega

Il caso MSA/MSB dimostra un principio molto semplice ma fondamentale:

Un prodotto non ha necessariamente un unico limite di temperatura applicabile indistintamente a tutti i suoi componenti.

Nel caso analizzato:

  • il microinterruttore interno era indicato fino a 110 °C;
  • la guarnizione NBR era indicata a 90–100 °C, con picco di 120 °C per brevi periodi;
  • il rivestimento del cavo in PVC aveva una temperatura massima di contatto dichiarata di 80–85 °C.

Perciò sarebbe stato tecnicamente incompleto affermare semplicemente:

“Il sensore è da 110 °C.”

La valutazione doveva comprendere anche la guarnizione e soprattutto il cavo.

Questa è la vera lezione ingegneristica del caso.

18. Conclusione

Quando un cilindro idraulico viene installato in uno stampo ad alta temperatura, la scelta del sensore di fine corsa deve essere fatta considerando l’intero sistema, non soltanto il microinterruttore.

La domanda:

“Il microinterruttore resiste a 100 °C?”

non è sufficiente.

La domanda corretta è:

“Quale temperatura raggiungono realmente tutti i componenti del sensore e del cilindro nelle condizioni operative dell’applicazione?”

Nel caso analizzato, il microinterruttore MSA/MSB aveva una temperatura massima di funzionamento di 110 °C, ma la guarnizione NBR e il cavo PVC presentavano limiti inferiori.

Vega indicò quindi la possibilità di utilizzare una guaina protettiva specifica per alte temperature per applicazioni fino a circa 100 °C, precisando però che eventuali problemi in tali condizioni non sarebbero stati coperti dalla garanzia.

Per temperature più elevate, è invece opportuno valutare direttamente un sensore progettato per alte temperature. La gamma Vega attuale comprende, ad esempio, il sensore MS6 da 180 °C, mentre altri sensori meccanici sono disponibili con limiti inferiori.

Quando anche il corpo del cilindro è fortemente influenzato dal calore dello stampo, può essere necessario intervenire sulla gestione termica del cilindro, utilizzando soluzioni con raffreddamento integrato.

La regola finale è quindi semplice:

misurare la temperatura reale → analizzare tutti i componenti → individuare il limite critico → scegliere il sensore appropriato → proteggere o raffreddare quando necessario.

In uno stampo ad alta temperatura, la corretta gestione termica del sensore deve essere considerata già durante la progettazione, non dopo il primo guasto.

URL utili verificati

Categoria: Supporto
Tag: • • • • • • • • •

Richiesta Informazioni

    * campi obbligatori

    Articoli correlati