Sensori per compattatori e veicoli di raccolta rifiuti

Sui compattatori e sui veicoli di raccolta rifiuti lavorano due sensori di posizione lineare TSM Sensors, con tecnologie diverse. L'encoder a filo CET5 rileva la posizione del cilindro telescopico. Il sensore magnetostrittivo MAG300 dà il feedback di posizione dei cilindri di scorrimento e di pressatura. Il primo si monta sulla struttura e segue la corsa con un cavo d'acciaio, il secondo sta dentro il cilindro idraulico. I valori tecnici riportati qui vengono dai datasheet dei due modelli.

Il CET5 sul cilindro telescopico

Dentro un encoder a filo c'è un tamburo montato su cuscinetti, con un cavo avvolto sopra. Quando il cavo si svolge il tamburo ruota: lo spostamento lineare diventa angolare, e dall'angolo del tamburo il sensore ricava di quanto si è allungato il cavo. Il CET5 misura quell'angolo con la tecnologia a effetto Hall e arriva a 5 m di corsa.

Il cavo è in acciaio AISI 304 rivestito in nylon, ha un diametro di 0,9 mm e un carico di rottura tipico di 330 N. Si aggancia alla parte mobile con un occhiello (diametro interno 8 mm, esterno 15 mm). Il datasheet fissa la velocità massima di estrazione a 1 m/s, con una forza di estrazione tipica di 8 N; la forza di richiamo è di circa 2 N e cala alle basse temperature. In fase di progetto il limite da rispettare è la lunghezza: se il cavo viene estratto oltre il massimo, cavo e meccanica si danneggiano.

La risoluzione è di 0,1 mm, la linearità di ±0,5% del fondo scala (FS) e la ripetibilità di ±0,3% FS, entrambe misurate a 25 °C. La vita dichiarata è di 500.000 cicli a 25 °C e si riferisce a cicli di lavoro fra il 20% e l'80% del fondo scala. Conviene confrontarla con la corsa reale del cilindro e con il numero di cicli che la macchina farà nella sua vita utile.

Il CET5 esce in CANopen (profilo CiA DS301) o in CANopen Safety. L'architettura è ridondante: le misure primarie sono duplicate, le acquisisce un'unica unità logica e le pubblica su uno o più PDO secondo la mappatura scelta. C'è anche una versione con approvazione SIL2/PLd, mentre quella con componenti standard, precisa il datasheet, non è un componente di sicurezza ai sensi della Direttiva Macchine 2006/42/CE. A richiesta il sensore integra un inclinometro monoassiale, con uscita su ±180° o 0-360°, risoluzione di 0,1° e accuratezza di ±0,3°.

L'alimentazione si sceglie fra 9-30 V DC e 8-36 V DC, e solo la seconda è conforme al regolamento UNECE n. 10 R06. Per il collegamento ci sono la flangia M12 a 5 poli, il connettore M12 a 5 poli su cavo PUR da 30 cm, il Deutsch DT04-6P su cavo PUR da 70 cm (anche con resistenza da 120 Ω) e il Deutsch DT04-4P su cavo PUR da 30 cm. Il corpo è in policarbonato rinforzato con fibra di vetro, pesa circa 0,5 kg e si fissa con quattro viti M4, con coppia di serraggio massima di 2,5 Nm.

Il MAG300 sui cilindri di scorrimento e di pressatura

Il MAG300 legge la posizione del pistone dall'interno del cilindro. Nel filo magnetostrittivo passano brevi impulsi di corrente periodici, che generano un campo magnetico. Il cursore magnetico, collegato alla parte in movimento, interagisce con quel campo e provoca una torsione momentanea del filo, che si propaga lungo di esso come in una guida d'onda. In fondo alla guida un elemento sensibile trasforma l'onda in segnale elettrico. Poiché la velocità di propagazione è nota, dal tempo di volo dell'impulso il sensore calcola la posizione. Oltre alla posizione misura velocità e accelerazione. Non c'è contatto fra le parti e il datasheet dichiara una vita meccanica illimitata.

Il sensore regge una pressione d'esercizio di 350 bar, con picchi fino a 500 bar (secondo EN 13480-5). Testa e asta sono in acciaio inossidabile AISI 316, e l'asta ha un diametro di 10 mm. La corsa attiva va da 0,1 a 2,5 m, a passi di 100 mm. La zona morta è di 36 mm per corse fino a 1.200 mm e di 63 mm da 1.201 a 2.500 mm. Il cursore magnetico si ordina da 18 × 8 mm o da 18 × 10 mm, in alluminio AW2011 anodizzato, oppure si ordina il sensore senza cursore; il cursore si può anche personalizzare.

La risoluzione è di 0,1 mm e la ripetibilità di ±0,1 mm. La linearità resta sotto ±0,1 mm fino a 250 mm di corsa e vale ±0,04% FS fra 250 e 2.500 mm. Il coefficiente di temperatura è di ±0,004% FS/°C.

L'uscita è CANopen (CiA DS301), anche nella versione con diagnostica, con le stesse due fasce di alimentazione del CET5. Il consumo tipico senza carico è di 48 mA a 12 V DC e di 25 mA a 24 V DC, con una corrente di spunto di 1,5 A per 2 ms a 12 V DC. Il sensore si collega con il sistema a innesto M12 a 5 poli, con fili da 60, 150 o 300 mm, oppure con un cavo PUR da 1 m. Il codice d'ordine del MAG300 prevede solo componenti standard, quindi il sensore non è un componente di sicurezza ai sensi della Direttiva Macchine.

Il MAG300 esiste anche in versione analogica; i valori di questo articolo si riferiscono alla versione CANopen.

Montaggio nel cilindro

Prima di inserire il sensore vanno lubrificati l'O-ring e l'anello di backup. Fra sensore e cilindro l'accoppiamento è con gioco: basta una pressione minima per vincere l'attrito delle guarnizioni, senza forzare e senza attrezzi speciali. Se occorre battere si usa una mazzuola di gomma, mai un martello d'acciaio. Ogni sensore va montato con il cursore fornito insieme a lui, e dentro il cilindro i cavi non devono restare schiacciati o in tensione. Quando un guasto del sensore può mettere in pericolo persone o impianti, il datasheet chiede misure di sicurezza aggiuntive.

Resistenza all'ambiente di lavoro

I due sensori lavorano da -40 a +85 °C. Sono provati a urti di 50 G per 11 ms, 100 urti per asse (EN 60068-2-27), e a vibrazioni di 10 G fra 10 e 500 Hz, 2 ore per asse (EN 60068-2-6). Per il CET5 il datasheet riporta anche le prove d'urto e di vibrazione secondo ISO 19014-3:2018.

Il vano elettronica del CET5 ha grado di protezione IP67 secondo EN 60529. Il MAG300 è IP67 e arriva a IP69K con il sistema a innesto M12. La compatibilità elettromagnetica è dichiarata secondo EN 61326-1 ed EN 61326-3-1 per entrambi, e per il CET5 anche secondo ISO 19014-3:2018.

CET5 e MAG300 a confronto

CET5 e MAG300 su altre macchine

Il CET5 misura anche gli sfili degli stabilizzatori sulle gru per autocarri, l'estensione del boom sulle PLE a ragno e la posizione di sollevatori e forche sui sollevatori telescopici. Il MAG300 rileva la posizione dello scarrabile, monitora la corsa dei cilindri idraulici su escavatori e pale gommate e controlla la posizione della cabina sui trattori. Per i trasduttori integrati nei cilindri TSM collabora con i principali produttori di cilindri idraulici.

Se sulla macchina serve una misura che il catalogo standard non copre, TSM sviluppa soluzioni personalizzate e il team tecnico affianca il costruttore nella scelta del modello e durante le prove di convalida. Per parlare di un progetto si può scrivere dalla pagina contatti.