I limitatori di coppia meccanici: principi di funzionamento

I limitatori di coppia sono utilizzati in vari settori industriali per prevenire danni causati da sovraccarichi, disinnestando il sistema quando il valore limite della coppia viene superato.
Negli impianti, i motori generano una coppia di rotazione che agisce su un carico. Gli impianti sono progettati per far sì che il motore generi una certa coppia, e quindi regga un certo carico, oltre il quale potrebbe subire dei danni. Il limitatore di coppia fa sì che nel caso si superi la coppia preimpostata, ossia, qualora il carico diventi eccessivo, la parte motrice e la parte condotta si scolleghino rapidamente, idealmente prima che il motore, l‘utensile o il prodotto lavorato si rompano o si usurino, evitando anche incidenti che potrebbero coinvolgere le persone che si trovano vicino all’impianto.

Limitatori di coppia elettronici e meccanici

I limitatori di coppia possono essere di diversi tipi, a seconda della modalità usata per limitare la coppia: i più utilizzati nell’industria manifatturiera sono i limitatori di coppia elettronici e meccanici.

I limitatori di coppia elettronici utilizzano sensori elettronici per misurare la coppia, controllarla e interromperne la trasmissione se il valore limite viene superato; sono quindi normalmente inseriti a monte della trasmissione (nel quadro elettrico). Sono ideali per motori asincroni dalle piccole potenze, ma nell’industria manifatturiera la loro diffusione è limitata dalla relativa complessità di configurazione e utilizzo, oltre che dalla possibilità di errori e di ritardi nei tempi di reazione.

I limitatori di coppia meccanici sono montati all’interno della catena cinematica e utilizzano dispositivi meccanici per la limitazione della coppia. Sono moto diffusi a motivo della loro efficienza: la semplicità di utilizzo e la rapidità di azione li rendono particolarmente affidabili, minimizzando il rischio di errori e malfunzionamenti.

Tipicamente i limitatori di coppia meccanici sono installati tra il lato di trasmissione e il lato di carico della trasmissione di potenza; quando la coppia di trasmissione supera il valore impostato, si disinnestano o slittano meccanicamente proteggendo i macchinari dai danni causati dal sovraccarico. 

Separazione o mantenimento del carico

Nella maggior parte dei casi, i limitatori di coppia meccanici funzionano mediante separazione del carico: parte motrice e parte condotta sono disconnessi meccanicamente e quasi senza coppia residua, interrompendo il trasferimento della coppia pressoché istantaneamente ed evitando che tutta l’inerzia a monte del limitatore si scarichi sulle parti a valle evitando danneggiamenti o rotture. Sono utilizzati, ad esempio, nelle macchine utensili, dove è fondamentale interrompere immediatamente la trasmissione della potenza per evitare danni agli utensili o ai pezzi lavorati, oltre che al motore e agli operatori, o nei sistemi di movimentazione per prevenire danni alle merci trasportate in caso di blocco o sovraccarico.

In alcuni casi peraltro è opportuno che il mantenimento del carico limite venga assicurato: in questi casi è possibile utilizzare limitatori di coppa con mantenimento del carico. Questi componenti, quando la coppia supera il valore preimpostato, non disinnestano completamente la trasmissione della coppia: questa continua, senza mai superare il valore preimpostato. Sono utilizzati per proteggere il sistema dai sovraccarichi senza interrompere completamente l’operazione e particolarmente adatti nelle applicazioni in cui è preferibile mantenere il controllo del carico anche sotto sovraccarico, come le macchine per assemblaggio, per non interrompere il processo produttivo, e in generale nelle situazioni in cui un arresto completo potrebbe causare problemi maggiori rispetto a uno slittamento controllato.

Esistono diversi tipi di limitatori di coppia meccanici, che vengono scelti in base all’applicazione: i più apprezzati nell’industria sono i limitatori di coppia a frizione e i limitatori di coppia a sfere. Vediamone le caratteristiche.

Limitatori di coppia ad attrito

Questi componenti utilizzano dischi di frizione che slittano quando la coppia supera il limite impostato. Sono semplici da regolare e perfetti per mantenere la trasmissione della coppia preimpostata.

Adatti ad applicazioni universali e semplici da montare, garantiscono il funzionamento in sicurezza dell’impianto: quando viene superata la coppia impostata, la frizione, slittando, limita la coppia.

Questi limitatori presentano una buona precisione di ripetizione e di disinnesto. Unica avvertenza per l’utilizzo di questi giunti è di non superare i parametri di lavoro impostati per la frizione, come per esempio la velocità di slittamento, per evitare di surriscaldare la guarnizione di attrito.

Un esempio di limitatore di coppia a frizione è ROBA-slip hub di Mayr, giunto di sicurezza per il mantenimento del carico che lavora per attrito. Al superamento della coppia impostata ROBA-slip hub slitta e limita così la coppia.

Grazie ai materiali ad alta resistenza e a una fabbricazione accurata con un utilizzo ottimale dello spazio, questo limitatore di coppia a frizione è più piccolo, a parità di prestazioni, di analoghi componenti presenti sul mercato.

Limitatori di coppia a sfere

Questi componenti utilizzano sfere che sono normalmente mantenute al loro posto in cavità all’interno del componente grazie alla spinta fornita da molle precaricate.. Quando la coppia supera il limite, le sfere vincono la spinta delle molle permettendo il disinnesto del meccanismo. Presentano l’indubbio vantaggio di un’elevata sensibilità di intervento e di un disinnesto istantaneo e preciso, offrendo una protezione efficace con un design semplice e robusto.

Fra i limitatori di coppia a sfera più apprezzati dall’industria vanno ricordati due prodotti inclusi nell’ampia gamma di Mayr: EAS-compact e EAS-dutytorque

I giunti limitatori di coppia EAS-compact permettono la regolazione continua della coppia di disinnesto entro un determinato intervallo; l’utilizzatore può installare in maniera indipendente pulegge, ruote dentate, ingranaggi e altri componenti con un conseguente considerevole risparmio.

EAS-dutytorque è una soluzione ideale per una protezione affidabile degli impianti in caso di sovraccarico: previene i guasti evitando i periodi di inutilizzo forzato dei macchinari e assicura un’elevata produttività.

EAS-dutytorque consente una rapida separazione tra ingresso e uscita in caso di sovraccarico. Robusto e compatto, è caratterizzato da un’elevata precisione di sganciamento e ripetizione e da un reinserimento semplice e veloce.

Il giunto può essere smontato radialmente senza spostare il motore; il bilanciamento garantisce un funzionamento regolare e la gamma di coppie regolabili è ampia. La dimensione dei fori dell’albero lo rende adatto ad un’ampia gamma di motori. EAS-dutytorque ha requisiti di manutenzione minimi e una durata estesa.

Essendo accoppiato ad un giunto elastico EAS-dutytorque compensa i disallineamenti dell’albero tra l’ingresso e l’uscita. Se la coppia limite impostata viene superata a causa di un malfunzionamento o di un blocco, il limitatore si disinnesta in modo affidabile in una frazione di secondo e separa l’ingresso e l’uscita praticamente senza coppia residua. Il limitatore rimane disinnestato finché non viene reinnestato.

Il reinnesto di EAS-dutytorque si effettua semplicemente esercitando una pressione assiale sulle estremità di ciascun elemento di sovraccarico: può essere effettuato manualmente, utilizzando un attrezzo adatto o battendo con un martello in plastica.

Integrazione dei limitatori di coppia con i sistemi di controllo tramite dispositivi di fine corsa

I limitatori di coppia sono progettati per funzionare in modo indipendente, intervenendo automaticamente quando viene superata la coppia preimpostata. Tuttavia, possono essere integrati nei sistemi di controllo tramite i dispositivi di fine corsa, permettendo un’interazione sinergica che ottimizza il funzionamento del sistema complessivo.

I dispositivi di fine corsa sono dispositivi che interrompono l’alimentazione elettrica di un sistema quando viene rilevato un sovraccarico meccanico. Sono spesso utilizzati in combinazione con giunti di sicurezza meccanici, garantendo che i sovraccarichi vengano gestiti immediatamente.

Quando il giunto di sicurezza rileva un sovraccarico, si disinnesta meccanicamente. Questo movimento può attivare un dispositivo di fine corsa che, a sua volta, interrompe l’alimentazione al motore o al sistema. Questa combinazione assicura una reazione rapida e affidabile ai sovraccarichi, proteggendo, oltre al motore, anche il carico e il personale, riducendo il rischio di incidenti e guasti.

Questi sistemi sono relativamente facili da installare e non richiedono complessi sistemi di monitoraggio elettronico. Interrompendo rapidamente l’alimentazione in caso di sovraccarico, si prevengono danni costosi e si riducono i tempi di fermo macchina non pianificati.

L’importanza della selezione

La scelta del limitatore di coppia più adatta per ciascun progetto è importante: per questo Mayr mette a disposizione del progettista diversi strumenti, dal configuratore online alla consulenza, offerta senza impegno dai tecnici dell’azienda, per individuare in ogni situazione la soluzione ideale.

I giunti di sicurezza limitatori di coppia e i principi che portano alla scelta del limitatore ideale sono anche stati oggetto di webinar: gli esperti Mayr offrono infatti regolarmente istruttivi webinar in italiano riguardo ai prodotti dell’azienda e alle loro applicazioni nei diversi segmenti industriali. Per accedere gratuitamente alle registrazioni dei webinar è sufficiente compilare questo breve form.