Bentornati al focus sugli Slip Ring di Servotecnica, la nostra serie di interviste che offre uno sguardo dietro le quinte di coloro che guidano l’innovazione nella tecnologia dei collettori rotanti qui in Servotecnica. In questa edizione, incontriamo Riccardo Francazi, Responsabile del Team di Ricerca e Sviluppo di Servotecnica, per capire cosa significhi davvero integrare un collettore rotante in una macchina e perch\u00e9 le decisioni prese in questa fase definiscano tutto ci\u00f2 che segue.<\/p>\n\n
Certo. Sono in Servotecnica da undici anni, avendo iniziato come Ingegnere Applicativo prima di passare al mio ruolo attuale alla guida del team R&S. Quel percorso \u00e8 stato utile, perch\u00e9 ho trascorso diversi anni lavorando direttamente con i clienti affrontando le sfide relative all\u2019applicazione ed integrazione dei nostri prodotti sulle loro macchine, prima di spostare l’attenzione sul lato prodotto. Ci\u00f2 mi permette di comprendere abbastanza bene entrambe le problematiche.<\/p>\n\n
Il mio lavoro quotidiano ora prevede lo sviluppo di nuove soluzioni, ma le problematiche relative all\u2019integrazione arrivano ancora regolarmente sulla mia scrivania. Prima siamo coinvolti dai clienti nel processo di progettazione, migliore tende ad essere il risultato.<\/p>\n\n
La maggior parte delle volte, sanno gi\u00e0 di aver bisogno di un collettore rotante. Quello che cercano di capire \u00e8 dove si inserisce e come si comporta una volta che \u00e8 integrato all’interno della macchina. Questi sono due problemi molto diversi, ma entrambi importanti.<\/p>\n\n
Il primo \u00e8 una questione meccanica: come si posiziona il collettore rotante all’interno della geometria complessiva, come viene montato, come interagisce con l’albero, la struttura meccanica ed i componenti circostanti? Il secondo \u00e8 una questione a livello di sistema: come vengono trasferiti i segnali e la potenza elettrica attraverso l’interfaccia rotante, e cosa succede alla qualit\u00e0 del segnale e all’affidabilit\u00e0 nelle reali condizioni operative?<\/p>\n\n
Quando entrambe le domande vengono affrontate insieme, in anticipo e con le informazioni giuste, l’integrazione tende ad andare avanti senza intoppi. Quando vengono trattate separatamente, o lasciate alla fine del progetto, si iniziamo a vedere i problemi.<\/p>\n\n
Il pi\u00f9 frequente \u00e8 quello di trattare il collettore rotante come l’ultimo componente da definire e scegliere. La macchina viene progettata, la struttura rotante viene definita, l’architettura elettrica viene elaborata, e poi qualcuno si accorge che il collettore rotante deve adattarsi ad uno spazio che non era mai stato effettivamente previsto e progettato per esso.<\/p>\n\n
A quel punto, i vincoli sono gi\u00e0 fissati. Si cerca di far rientrare una soluzione in un contesto che non \u00e8 mai stato progettato per accogliere il collettore rotante. Questo porta spesso a dover accettare compromessi: un’unit\u00e0 che non ha le dimensioni e la geometria giusta, o un tipo di montaggio che non \u00e8 ideale per l’affidabilit\u00e0 a lungo termine.<\/p>\n\n
Il secondo errore \u00e8 mescolare diversi tipi di segnale senza una logica. Gli ingegneri a volte aggiungono circuiti uno dopo l\u2019altro (un canale di potenza qui, un circuito di segnale per un sensore l\u00ec, forse una linea dati ad alta velocit\u00e0 pi\u00f9 tardi) senza pensare a come questi circuiti interagiscono elettricamente tra loro. All’interno di un collettore rotante, se potenza e segnali non sono adeguatamente separati e schermati, si creano problemi di rumore e interferenza molto difficili da risolvere una volta che il progetto \u00e8 congelato.<\/p>\n\n
Entrambi questi problemi sono evitabili, ma richiedono di considerare il collettore rotante come parte importante ed integrante del sistema, non come un componente che pu\u00f2 essere aggiunto alla fine.<\/p>\n\n
La geometria della macchina \u00e8 il punto di partenza. I collettori rotanti sono fondamentalmente dei componenti cilindrici che ruotano attorno ad un asse, quindi la prima domanda \u00e8 sempre: dov’\u00e8 quell’asse nella macchina, e quale spazio \u00e8 disponibile intorno ad esso?<\/p>\n\n
Se c’\u00e8 un albero centrale, un collettore rotante con foro passante \u00e8 spesso l’architettura pi\u00f9 naturale. Si monta sull’albero, consente ad altri servizi di passare attraverso il centro e mantiene l’integrazione pulita. Utilizziamo collettori con foro passante in molti settori (robotica, packaging, tavole rotanti, turbine eoliche) proprio perch\u00e9 molte macchine hanno un albero rotante centrale che deve anche diventare l’asse del collettore rotante.<\/p>\n\n
Se non c’\u00e8 un albero, o l’albero \u00e8 molto piccolo, la versione capsule potrebbe essere pi\u00f9 appropriata. Questa \u00e8 pi\u00f9 compatta, cilindrica e ben si adatta ad applicazioni in cui la priorit\u00e0 \u00e8 avere un alto numero di circuiti in un ingombro ridotto.<\/p>\n\n
Il montaggio \u00e8 un altro punto che merita attenzione fin dall\u2019inizio del progetto. Il modo in cui il collettore rotante \u00e8 fissato alla struttura statica della macchina influisce sul suo allineamento, sulla coppia di trascinamento e sulla sua durata a lungo termine. Un collettore rotante montato in modo impreciso, anche solo leggermente disassato, si deteriora pi\u00f9 velocemente e pu\u00f2 introdurre rumore elettrico che non ha nulla a che vedere con il componente stesso. Chiediamo sempre di visionare il sistema di montaggio, non solo l’ingombro dimensionale.<\/p>\n\n
Il principio fondamentale \u00e8 che un collettore rotante dovrebbe essere considerato come un sistema che \u00e8 attraversato da segnali di varia natura, non come un insieme di circuiti indipendenti tra loro che condividono casualmente un alloggiamento. Tutto all’interno interagisce, e le decisioni che si prendono sulla configurazione determinano se queste interazioni siano inesistenti, accettabili o problematiche.<\/p>\n\n
La cosa pi\u00f9 importante \u00e8 capire cosa si sta effettivamente trasmettendo. Circuiti di potenza, segnali analogici o digitali, dati ad alta velocit\u00e0: ognuno di questi circuiti ha caratteristiche e necessit\u00e0 diverse in termini di schermatura e separazione. Quando questa variet\u00e0 di circuiti \u00e8 presente, il modo in cui il collettore rotante viene progettato e costruito deve tenerne conto.<\/p>\n\n
In Servotecnica progettiamo la schermatura, la messa a terra e la separazione fisica dei circuiti nel collettore rotante fin dall’inizio, evitando cos\u00ec di dover correre ai ripari successivamente. L’obiettivo \u00e8 che l’interfaccia rotante sia il pi\u00f9 possibile elettricamente \u201ctrasparente\u201d, in modo che i segnali arrivino dall’altra parte senza interferenze, come se non ci fosse di mezzo alcun collettore rotante.<\/p>\n\n
Le difficolt\u00e0 arrivano quando si continua ad aggiungere circuiti ad una configurazione gi\u00e0 esistente senza rivedere l’architettura complessiva. \u00c8 allora che si inizia a sentire parlare di interruzioni o interferenze nella trasmissione dei segnali o degradazione degli stessi che non si riesce a spiegare. Problemi spesso imputati al collettore rotante ma che sono in realt\u00e0 causati da un cattivo utilizzo dello stesso.<\/p>\n\n
Un progetto che mi viene in mente riguardava una macchina per il confezionamento. Il cliente aveva un collettore rotante che doveva trasportare sia potenza elettrica per le resistenze di riscaldamento sia il segnale per il monitoraggio della temperatura: il tutto montato su un rullo rotante di dimensioni relativamente ridotte. Inoltre, la macchina funzionava praticamente ventiquattro ore al giorno.<\/p>\n\n
La sfida non era solo integrare il collettore rotante in uno spazio decisamente ridotto. Si trattava di garantire che i circuiti di potenza e di segnale potessero coesistere senza che la potenza influenzasse la lettura dei sensori di temperatura. In una macchina che funziona continuamente ad alta velocit\u00e0, anche piccoli problemi di rumore elettrico sui circuiti dei sensori si traducono direttamente in problemi di qualit\u00e0 del processo d\u2019imballaggio.<\/p>\n\n
Abbiamo lavorato con il cliente fin dalle prime fasi per definire una soluzione che separasse fisicamente i circuiti di potenza e di segnale all’interno del collettore rotante e che utilizzasse una schermatura appropriata. Il montaggio \u00e8 stato progettato insieme alla struttura della macchina in modo che la coppia di trascinamento fosse gestita correttamente. Il risultato \u00e8 stato un collettore rotante integrato in modo preciso, che ha funzionato senza manutenzione per l’intero ciclo operativo della macchina e che non ha richiesto modifiche al suo sistema di motion control per compensare le possibili interferenze elettriche.<\/p>\n\n
Questo buon risultato \u00e8 possibile solo quando l’integrazione viene trattata come un problema di progettazione, non di installazione.<\/p>\n\n
Un ruolo molto pi\u00f9 grande di quanto la maggior parte dei progettisti si aspetti inizialmente. L’ambiente determina non solo quale protezione necessita il collettore rotante (tenuta, grado di protezione, selezione dei materiali) ma anche come il collettore rotante si comporta meccanicamente ed elettricamente nel tempo.<\/p>\n\n
La temperatura \u00e8 un buon esempio. I componenti di un collettore rotante che opera in un ambiente con grandi variazioni di temperatura avranno un\u2019espansione meccanica diversa tra loro. Se questo non viene considerato nella progettazione meccanica e nella selezione dei materiali, si ottengono variazioni della pressione di contatto spazzola-anello, variazioni dell’attrito che si traducono in scarsa affidabilit\u00e0 che sembra dovuta a problemi di contatto ma che in realt\u00e0 \u00e8 di natura strutturale.<\/p>\n\n
Le vibrazioni sono un altro aspetto. Molte macchine industriali generano vibrazioni che si propagano dalla struttura meccanica al collettore rotante. Se il montaggio non \u00e8 progettato per gestire le vibrazioni, o se il collettore rotante stesso non \u00e8 meccanicamente dimensionato per tale livello di vibrazione, la qualit\u00e0 del contatto si degrada nel tempo piuttosto rapidamente o il collettore stesso cede meccanicamente. I nostri progettisti chiedono sempre informazioni sull’ambiente e sul livello di vibrazione, perch\u00e9 \u00e8 uno dei fattori che pi\u00f9 frequentemente sorprende i clienti, concentrati invece principalmente sulle specifiche elettriche.<\/p>\n\n
Per ambienti difficili (aree di lavaggio, installazioni all’esterno, atmosfere corrosive) la scelta della tenuta e dell’alloggiamento diventa critica. Per risolvere tali problematiche Servotecnica produce unit\u00e0 con grado di protezione IP65, con carcassa in acciaio inossidabile e con trattamenti superficiali speciali nel caso vi sia una esposizione ad agenti chimici agressivi. Ne consegue che il livello di protezione deve essere definito nella fase di progettazione e non successivamente.<\/p>\n\n
Coinvolgeteci in anticipo e portateci il quadro completo dell\u2019applicazione fin dall\u2019inizio.<\/p>\n\n
Quando un cliente viene da noi con una descrizione completa della sua applicazione (la geometria meccanica, i requisiti elettrici, l’ambiente operativo, il ciclo di lavoro, i vincoli di accesso per la manutenzione, l\u2019ambiente operativo) possiamo fornire una soluzione che si adatti bene alla sua macchina piuttosto che una che debba essere poi rivisitata.<\/p>\n\n
Pi\u00f9 dettagli abbiamo in anticipo, meno compromessi sono poi necessari. E nell’integrazione i compromessi tendono ad accumularsi: un montaggio non corretto porta ad un’usura pi\u00f9 rapida, un’usura pi\u00f9 rapida porta a fermi macchina non programmati, i fermi macchina non programmati portano ad un aumento dei costi di manutenzione e dei costi di produzione.<\/p>\n\n
Il collettore rotante dovrebbe essere il componente che rende possibile la rotazione continua della macchina senza limitarne la funzionalit\u00e0 ed affidabilit\u00e0. Quando l’integrazione viene eseguita correttamente fin dall’inizio, \u00e8 esattamente questo il goal che si ottiene. Oltre trent’anni di presenza in questo settore significa che quasi certamente abbiamo gi\u00e0 affrontato una sfida simile alla vostra: questa esperienza noi la mettiamo a disposizione dei nostri clienti.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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