Serrage et freinage compacts pour vérins pneumatiques

Avec la série CBPS, Zimmer Group introduit des éléments de serrage et de freinage pour vérins pneumatiques capables non seulement de maintenir les tiges de piston en position statique, mais également d’arrêter de manière contrôlée les charges en mouvement. La série s’adresse notamment aux applications de construction mécanique, d’automatisation et de manutention dans lesquelles des charges verticales ou en mouvement doivent être sécurisées en cas de perte de pression ou d’arrêt de la machine.

Freinage contrôlé en cas de perte d’énergie
L’une des principales différences par rapport aux éléments de serrage purement statiques réside dans la combinaison des fonctions de serrage et de freinage. Les éléments sont fermés lorsqu’ils ne sont pas alimentés en énergie et utilisent l’énergie emmagasinée par des ressorts. En cas de défaillance de l’alimentation pneumatique, l’élément peut ainsi se fermer, freiner le mouvement de la tige de piston, puis maintenir la charge en position.

Ce principe de fonctionnement est particulièrement pertinent pour les axes verticaux, où une charge en mouvement ne doit pas être sécurisée uniquement par une fonction de maintien statique en cas de chute de pression. Selon Zimmer Group, la force de maintien des éléments CBPS est au moins deux fois supérieure à la force du vérin pneumatique utilisé.

Les forces de maintien disponibles varient selon la taille. Les données techniques publiées indiquent, par exemple, 1 360 N pour le modèle CBPS2040, 2 120 N pour le CBPS2050, 3 360 N pour le CBPS2063 et 5 420 N pour le CBPS2080.

Les interfaces normalisées simplifient l’intégration dans les machines
Les éléments de serrage peuvent être directement associés à des vérins standard conformes à la norme DIN EN ISO 15552 ainsi qu’à des vérins compacts conformes à la norme DIN EN ISO 21287. Cette compatibilité permet d’intégrer la technologie de sécurité aussi bien dans de nouvelles conceptions de machines que lors de la modernisation d’axes pneumatiques existants, sans nécessiter une interface de vérin entièrement propriétaire.

Les classes de tolérance f8, g8 et h7 sont spécifiées pour les tiges de piston et les arbres. Un racleur intégré protège le mécanisme de serrage contre les contaminants et contribue à son fonctionnement dans des conditions environnementales industrielles courantes.

La plage de température de fonctionnement admissible s’étend de -10 °C à +70 °C. Selon les données techniques publiées, la pression pneumatique de fonctionnement est comprise entre 4 et 6,5 bar.

Surveillance de l’état pour la commande de la machine
Pour l’intégration dans des machines automatisées, l’état ouvert ou fermé de l’élément de serrage peut être détecté en option à l’aide de capteurs de champ magnétique. Des rainures en C et en T sont prévues à cet effet.

Le système de commande de la machine peut ainsi vérifier si le dispositif de serrage est effectivement ouvert ou fermé avant d’autoriser les mouvements suivants. Ce retour d’état est particulièrement pertinent pour les séquences liées à la sécurité et les processus de manutention automatisés.

Les données techniques publiées indiquent également des temps de commutation courts. Selon la taille, les temps d’ouverture sont, par exemple, compris entre 0,035 et 0,065 seconde, tandis que les temps de fermeture des variantes considérées se situent entre 0,035 et 0,08 seconde.

Conception pour le serrage statique et le freinage dynamique
Zimmer Group indique pour cette série une durée de vie de cinq millions de cycles de serrage statique. Selon l’annonce du produit, la conception est également prévue pour supporter jusqu’à 2 000 cycles de freinage dynamique.

La distinction entre les cycles de serrage statique et les opérations de freinage dynamique est importante sur le plan technique. Lors du serrage statique, une tige de piston déjà immobilisée est maintenue en position, tandis que le freinage dynamique exige que le mécanisme de serrage absorbe de l’énergie cinétique. Le nombre admissible d’opérations de freinage dynamique est donc nettement inférieur au nombre de cycles de commutation statique.

Selon le fabricant, la série est conçue pour des applications liées à la sécurité conformément aux normes DIN EN ISO 13849-1/-2. Elle s’adresse ainsi aux concepts de machines dans lesquels les mouvements pneumatiques doivent être arrêtés de manière contrôlée ou protégés contre un abaissement involontaire dans le cadre d’une fonction de commande liée à la sécurité.

Applications dans les axes pneumatiques verticaux et mobiles
Les applications typiques comprennent les systèmes d’assemblage et de manutention, les machines de production automatisées ainsi que les axes de machines dans lesquels des vérins pneumatiques déplacent des charges verticalement ou dans d’autres directions critiques pour la sécurité.

En combinant le freinage, le maintien consécutif et la surveillance électrique de l’état, un seul élément mécanique peut remplir plusieurs fonctions au sein du concept de sécurité d’un axe pneumatique. Les interfaces de vérins normalisées sont particulièrement pertinentes pour les constructeurs de machines souhaitant ajouter des fonctions de sécurité sans devoir reconcevoir l’ensemble du système d’entraînement pneumatique.

Contexte complémentaire :
Cette section présente des spécifications techniques et une analyse comparative de solutions concurrentes qui ne figuraient pas dans l’annonce originale du produit.

Des systèmes de serrage et de verrouillage pour vérins pneumatiques sont également proposés par d’autres fabricants. Toutefois, une comparaison objective nécessite de distinguer les mécanismes de verrouillage statique des composants conçus pour freiner des tiges de piston en mouvement.

À titre de concept comparable, SMC propose des vérins conformes à la norme ISO 15552 de sa série CP96 équipés d’une unité de verrouillage. Pour une version publiée du CP96 avec un diamètre d’alésage de 80 mm, SMC indique une force maximale de maintien statique de 3 920 N, une pression minimale de fonctionnement du verrouillage de 0,3 MPa et une précision d’arrêt de ±1,0 mm. Le mécanisme de verrouillage agit dans les deux sens du mouvement.

En comparaison, la série CBPS adopte une approche modulaire sous la forme d’un élément de serrage et de freinage séparé destiné aux vérins pneumatiques normalisés. Pour les tailles CBPS publiées, les forces de maintien s’étendent, par exemple, de 1 360 à 5 420 N. Zimmer Group indique également une précision de positionnement de ±0,100 mm et une valeur B10d de cinq millions de cycles pour les différentes variantes.

Ces valeurs ne doivent pas être interprétées directement comme un classement des performances, car la taille du vérin, le diamètre de la tige de piston, la charge admissible, la pression de fonctionnement et la définition de l’opération de freinage ou de verrouillage correspondante diffèrent. Pour la sélection technique, les critères pertinents comprennent donc notamment la force de maintien, l’énergie de freinage dynamique admissible, le temps de commutation, l’interface du vérin et les caractéristiques de sécurité de la taille concernée.

Édité par Sucithra Mani, éditrice d’Induportals – adapté par IA.

www.zimmer-group.com