Una sfida iniziata con una campagna di marketing e che ha portato Rexroth – la controllata di Bosch che si occupa di automazione – in una nuova dimensione della manifattura: è la cosiddetta “Connected Hydraulics” – qui per avere maggiori informazioni direttamente dagli esperti di Bosch Rexroth – (od oleodinamica digitale) che promette di tagliare i tempi di fermo, di ridurre le emissioni di Co2, di diminuire la rumorosità e, soprattutto, di incrementare la produttività. A fronte di un incremento dei costi nell’ordine del 5% per l’installazione di dispositivi connessi – tipicamente valvole e centrali – si ha un ritorno dell’investimento nel giro di pochi mesi, dal momento che l’aumento dell’efficienza è verificabile fin dalla prima operatività. Attraverso tre capisaldi – il passaggio al digitale, lo sviluppo dell’azionamento a velocità variabile e lo sviluppo dei microsensori – si ottengono quattro benefici: una riduzione significativa della domanda energetica, un’idraulica più efficiente, installazioni più compatte e un controllo decentralizzato per sistemi più semplici.
«L’aspetto principale è avere una piattaforma meccanicamente robusta su cui andiamo a installare sensori. Di base ci stiamo concentrando sulla possibilità di veicolare questa medesima tecnologia ai nostri clienti in modalità on demand. Oggi Bosch Rexroth ha un portafoglio di soluzioni diversificate e complesse, come le centrali CytroBox – qui per avere informazioni direttamente dagli esperti di BoschRexroth – e CytroPac. Oppure, nuove valvole che contengono oscilloscopi e sensori di temperatura per misurazioni precise in tempo reale». Riccardo Patat, head of sales product management hydraulics di Bosch Rexroth, presenta in esclusiva a Industria Italiana i prodotti più importanti della casa specializzata in automazione per quanto concerne il comparto dell’idraulica digitale. Si tratta di un tema ancora nuovo per quanto riguarda l’industria, di cui ci siamo già occupati qui e qui.
I componenti idraulici di ultima generazione, grazie all’alta dinamica ed alle performance spinte, permettono di ridurre i tempi e di ottimizzare i tempi di modifica dei parametri di processo, rendendo le macchine più flessibili. Il monitoraggio e la manutenzione preventiva sono parte integrante dell’idraulica di nuova generazione. Anche i software indispensabili per queste funzioni vedono uno sviluppo altrettanto veloce: acquisizioni dei dati in tempo reale, integrazione di questi dati in diversi sistemi informatici, modelli di autoapprendimento; le soluzioni sono sempre più̀ evolute. I nuovi sistemi idraulici, oltre a essere più semplici da progettare, installare e manutenere, consumano anche molta meno energia. Tutte queste evoluzioni vanno nella direzione di una riduzione totale dei costi.
L’idraulica digitale e i suoi impieghi nell’industria
Fino a un paio di anni fa, per quasi mezzo secolo l’azienda che fa parte del gruppo Bosch è stata un riferimento nel campo dell’idraulica tradizionale. «Siamo sempre stati leader – prosegue Patat – soprattutto in quel comparto della prestazione dove è necessario elaborare grandi forze: nelle applicazioni industriali, nelle macchine per il movimento terra, ci siamo sempre specializzati in quei meccanismi che consentono la trasmissione di potenza con la vena fluida dell’olio, che è l’unico elemento che consente certi risultati».
Dal 2017, quindi, Bosch Rexroth ha voluto dare un “vestito” nuovo all’idraulica, facendo diventare elettroidraulica o oleodinamica digitale. «In questo modo – chiosa Patat – siamo capaci di inserirci in tutti i layout dell’elettronica, integrata negli ambienti connessi. Vogliamo parlare di un’idraulica che semplifica l’installazione, che massimizza la produttività e che riduce al minimo i tempi di fermo. Nel momento in cui noi su una piattaforma meccanicamente robusta, con garanzie di performance, mettiamo a “girare” una parte di controllo, abbiamo un incredibile miglioramento. Per fare questo ci avvaliamo di sensori che rendono disponibili le informazioni di stato della macchina, che permettono di traguardare verso le nuove necessità di Industria 4.0, come aumento della produttività attraverso il calo delle ore di fermo macchina. Se qualcuno sospetta che ci siano dei costi particolarmente elevati da sostenere, rispondiamo dicendo che una valvola connessa costa mediamente il 5% in più di quelle tradizionali, con tutti i benefici ovvi che può però portare con sé. Prevediamo quindi un’evoluzione naturale di ciò che è analogico per tutte le applicazioni dove non sono richieste sincronie particolari. La tecnologia si trascina dietro dei vantaggi anche per quanto concerne il cablaggio per agevolare le altre attività di macchina: non sono più necessari i cavi schermati o altre attività accessorie che erano invece fondamentali per la gestione delle valvole».
Tre nuovi capisaldi: così l’oleodinamica si reinventa
La rivoluzione di cui stiamo vedendo i primi passi ora poggia su tre importanti rivoluzioni: il passaggio al digitale, lo sviluppo dell’azionamento a velocità variabile e lo sviluppo dei microsensori. Com’è naturale, l’arrivo del digitale ha permesso innanzitutto di migliorare le prestazioni dei componenti idraulici eliminandone i punti deboli, ottimizzando il controllo dell’azionamento o facilitandone i cambiamenti nei parametri di funzionamento. Inoltre il digitale ha permesso anche l’aggiunta di nuove funzionalità a questi componenti in fatto di automazione, sicurezza a bordo, monitoraggio dello stato o dell’interconnessione. Infine, la tecnologia digitale apre le porte dell’Industria 4.0. ai sistemi idraulici.
Per quanto concerne lo sviluppo dell’azionamento a velocità variabile, non si tratta di una novità particolare, perché esiste già da tempo. Ma fino agli anni 2000 non è mai riuscita a imporsi rispetto all’azionamento a rotazione costante per via del suo costo e delle sue prestazioni. «Il nostro obiettivo – prosegue l’head of sales product management hydraulics di Bosch Rexroth – è fornire tecnologia on demand. Il sistema idraulico genera in portata, a seconda di quello che la macchina deve fare. Una volta che ha compiuto il movimento richiesto, non ha più bisogno della portata. Si tratta quindi di un’energia dissipativa. Con l’azionamento a velocità variabile, invece, creiamo efficienza perché abbiamo una riduzione delle strozzature e delle perdite di potenza, con una ottimizzazione del dimensionamento delle installazioni e la riduzione del livello acustico. Le soluzioni che abbiamo avviato fino a cinque anni fa erano dissipative, si modulava il motore con il freno, ovvero con la dispersione di questa energia. Oggi invece non vado a generare questo flusso di olio perché riduco il regime di rotazione della pompa, fornisco energia al sistema solo quando ne ho necessità.
Infine, per quanto riguarda lo sviluppo dei microsensori, i sistemi micro-elettromeccanici (Mems) permettono di integrare i sensori su dei chip di alcuni millimetri di diametro. Ampiamente utilizzati nella produzione di smartphone, vengono ormai fabbricati su vasta scala, il che ha comportato un abbattimento del loro costo di produzione e, di conseguenza, il loro utilizzo in altri settori industriali. A livello del componente idraulico, essi offrono la possibilità di monitorare in tempo reale pressione, umidità o temperatura. Se associati a dei software ad hoc, assicurano un controllo permanente dello stato, aprendo nuove prospettive in fatto di manutenzione preventiva.
Grazie a questi tre capisaldi si ottengono quattro benefici: una riduzione significativa della domanda energetica, un’idraulica più efficiente, installazioni più compatte e un controllo decentralizzato per sistemi più semplici. L’utilizzo di componenti digitali con intelligenza a bordo, infatti, consente di decentralizzare le funzioni di controllo, posizione, forza e velocità. Sincronismi e parallelismi di assi sono realizzabili tramite architetture di sistema semplificate.
I nuovi prodotti connessi: la Centrale CytroBox e quella CytroPac
Tra i prodotti sviluppati da Bosch Rexroth per l’idraulica digitale due tipi di centrale connessa. La prima è la CytroBox, uno strumento che, secondo Patat, «permette di scrivere una nuova pagina nel comparto. È una centrale che va dai 7 fino ai 30 kW e ha come mercato di elezione le macchine che necessitano di particolare potenza. Da questo momento non sarà più vista semplicemente come un generatore di portata, ma anche come una soluzione elettro-idraulica. Le nuove centrali si caratterizzano per efficienza energetica, compattezza, silenziosità e connettività. Dispongono dell’azionamento intelligente per la riduzione delle emissioni di Co2 e il contenimento dei costi produttivi. Questo perché l’olio è sempre visto come fonte di potenziali problemi, è un fluido pericoloso. Ci siamo quindi posti come obiettivo la riduzione del volume d’olio necessario per fare i movimenti. Ed è questa la grande innovazione di CytroBox: un serbatoio di materiale plastico con tecnologia adattiva all’interno, che consente di deaerare per impedire l’interazione dell’olio con l’aria. Inoltre ha una rumorosità ridotta del 30%: grazie alla realizzazione di un basamento in materiale polimerico, tutta la parte di rumore di riduzione del rumore viene assorbita all’interno di una centrale. A parità di performance, ovvero 315 bar e 160 litri di portata, c’è rumore inferiore ai 75 decibel, che si traduce in maggiore comfort per l’operatore»
La centrale CytroPac non differisce molto per quanto concerne le funzionalità da CytroBox, ma ha dimensioni più contenute. Si tratta di un dispositivo che arriva fino ai 4 kW, ed è 100% digitale. Il mercato di sbocco preferenziale è quello della macchia utensile. Si tratta di una centrale di dimensioni contenute (360×600) con una forma assimilabile a quella di uno scaldabagno, un piccolo cabinet elettrico con inverter integrato. È dotato di una porta Usb e di una ethernet che consente di inserirla in qualsiasi ambiente industriale.
Dal punto di vista della connettività, entrambe le centrali sono 100% digitali. «L’unica differenza – aggiunge Patat – è che su CytroBox gira CytroConnect, che permette di effettuare diagnostica. I sensori, in questo modo, non servono solo per fare informazione, ma che consentono di arrivare alla manutenzione predittiva. Tutta l’ingegneria è Bosch Rexroth, ma nel momento in cui integriamo componentistica operiamo scrivendo le specifiche tecniche ai subfornitori, e richiediamo una componentistica adeguata alle nostre esigenza, ma senza avere partner specifici o unici».
I nuovi prodotti connessi: le valvole
Anche le valvole, così come le centrali, sono parte integrante della rivoluzione dell’oleodinamica digitale. Ad esempio la valvola direzionale proporzionale ad alta risposta 4WRLE-4X. «Le nuove valvole – conclude Patat – rendono disponibile l’informazione di campo perché hanno a disposizione sensori di temperatura, oscilloscopi e hanno quindi la possibilità di registrare le ore di funzionamento e la temperatura, in modo da permettere di effettuare manutenzione predittiva. Fino ad oggi era un componente analogico, mentre ora è combinato con una tecnologia digitale che consente di garantire una maggiore velocità e flessibilità».
Le valvole proporzionale 4WRLE ad alta risposta con elettronica integrata trovano impiego in tutte quelle applicazioni dove sono richiesti non solo un’alta dinamica, ma anche una elevata qualità del controllo. Le tipiche applicazioni industriali per queste valvole sono sicuramente le presse e le macchine per la lavorazione e deformazione dei metalli, dove vengono richieste controlli di asse in velocità, forza e posizione.
Un altro tipo di valvola è rappresentato dalla 2WRC-4x, 2WRC a due vie ad alta risposta con elettronica integrata trovano largo impiego in tutte quelle applicazioni dove sono richiesti non solo un’alta dinamica e grandi portate, ma anche una elevata qualità del controllo. Le tipiche applicazioni industriali per queste valvole sono le presse e le macchine per la presso fusione (die casting).
(Ripubblicazione dell’articolo pubblicato l’11 settembre 2019)
