Servotecnica: Approfondimenti sui collettori rotanti: Chiediamo a Sara Giussani quali sono le differenze tra i vari tipi di collettori rotanti

D: Sara, quando gli ingegneri ti contattano per parlare di collettori rotanti, qual’ è solitamente il motivo della conversazione?

R: Nella maggior parte dei casi, si rivolgono a noi perché hanno bisogno di trasferire potenza elettrica e segnali da una struttura fissa ad una rotante. Il vero problema da risolvere è come garantire la  rotazione nella loro macchina senza creare problemi di affidabilità a lungo termine. È qui che la scelta del tipo di collettore rotante diventa importante.

La scelta raramente è solo. di tipo elettrico .È meccanica, ambientale e funzionale allo stesso tempo. La geometria della macchina, la combinazione di potenza e segnali elettrici, le condizioni operative e persino l’accessibilità per la manutenzione influenzano la scelta della soluzione più adatta.

D: Se qualcuno ti chiedesse quali sono le differenze tra collettori rotanti capsule, a foro passante, piatti e a fibra ottica, qual è il modo più semplice per spiegarlo?

Primo: Quali sono le esigenze meccaniche? I collettori rotanti capsule e a foro passante hanno una geometria   a cilindro , quelli piatti hanno una forma a disco e sacrificano il diametro per ridurre l’altezza; quelli a foro passante esistono specificamente perché molte applicazioni richiedono il montaggio del collettore rotante sull’albero della macchina.

Secondo: Quali sono le esigenze di trasmissione? Se si trasferisce principalmente potenza elettrica e segnali standard, un collettore rotante elettrico è in genere la soluzione ideale. Se invece è richiesta la trasmissione di segnali e dati con elevato data rate e compatibilità elettromagnetica (EMI), allora un giunto rotante a fibra ottica (FORJ) diventa l’unica scelta possibile.

D: Parliamo prima di tutto dei capsule. Cosa definisce un collettore rotante capsule in termini pratici?

R: Il capsule è la soluzione che scelgo quando il design deve rimanere compatto e cilindrico e quando l’obiettivo principale è trasferire un elevato numero di segnali in uno spazio ridotto.

Nel catalogo Servotecnica, la serie SVTS A è caratterizzata da compattezza, elevato numero di circuiti e ottimizzazione della trasmissione di segnali. Questa famiglia garantisce un basso rumore elettrico e ridotta interferenza tra i circuiti; la qualità del segnale è ottima grazie alla tecnologia dei contatti oro su oro, che permette la trasmissione di segnali ad alta velocità ed alta frequenza.

Dal punto di vista applicativo, la serie SVTS A viene utilizzata: in applicazioni specifiche quali sistemi video e di controllo, apparecchiature medicali e farmaceutiche, packaging, piccole turbine eoliche ed avvolgicavi.

D: Quali sono i limiti dei collettori rotanti capsule di cui i progettisti dovrebbero essere a conoscenza?

R: Il limite principale è che  il capsule non può essere utilizzato quando c’è bisogno d’avere un foro passante centrale.

L’altro limite è più sottile: nei sistemi compatti, i progettisti a volte hanno la necessità di aggiungere circuiti di segnale e di potenza, senza un’architettura predefinita finendo per intervallarli tra loro. Quando ciò accade, è possibile che i circuiti elettrici interferiscano tra loro, spesso anche a causa di non corretta schermatura e messa a terra .

E’ infine da tenere presente che i collettori rotanti capsule, per loro natura, non sono adatti per applicazioni ad alta corrente.

D: In cosa si differenzia da un collettore rotante con foro passante?

R: Un collettore rotante con foro passante è progettato per avere l’albero cavo. Questa caratteristica progettuale definisce in modo inequivocabile come il collettore deve essere integrato sulla macchina.

Anziché essere posizionato e fissato sulla parte fissa della macchina, diventa parte integrante della struttura rotante stessa. Il foro consente ai progettisti di far passare l’albero della macchina, linee pneumatiche, cavi o altri componenti meccanici direttamente attraverso il centro della struttura, garantendo al contempo il trasferimento di potenza e segnali elettrici  dalla parte fissa a quella rotante.

I collettori rotanti con foro passante di Servotecnica, Serie SVTS C, sono ampiamente utilizzate nella robotica, nei sistemi di confezionamento, nelle tavole rotanti, nelle turbine eoliche, nelle apparecchiature farmaceutiche e nell’automazione industriale. Sono particolarmente utili in applicazioni in cui l’integrazione meccanica deve rimanere pulita e dove diversi tipi di servizi e trasmissioni generiche devono passare attraverso lo stesso asse.

Nel caso di macchine con albero rotante, il collettore rotante con foro passante rappresenta l’architettura più naturale. Questa famiglia di collettori rotanti consente la trasmissione di correnti elevate.

D: I collettori rotanti piatti o a disco sono spesso considerati “speciali”. Quando diventano l’opzione migliore?

R: I collettori rotanti piatti esistono per un motivo molto pratico: l’altezza.

Un’architettura a disco offre un profilo assiale ridotto perché i circuiti sono sviluppati concentricamente in senso radiale anziché impilati uno sull’altro lungo l’asse. Se vi sono problemi d’ingombro in senso assiale ma non in senso radiale, i collettori rotanti a disco diventano interessanti.

L’errore comune è quello di presumere che “piatto” sia semplicemente “un collettore rotante a tamburo più sottile”. Non è così. La geometria comporta diversi compromessi, in particolare per quanto riguarda l’usura dei contatti, la resistenza a urti e vibrazioni e la potenza elettrica che realisticamente può essere trasmessa in modo affidabile nel tempo.

D: Con tutte queste tipologie disponibili, qual è l’errore più comune che si riscontra nella scelta?

R: L’errore più comune è concentrarsi solo sulla forma.  I progettisti potrebbero dire: “Ho bisogno di qualcosa di piccolo” o “Ho bisogno di qualcosa di piatto”, senza considerare appieno come il collettore rotante si comporterà nelle reali condizioni operative.

Un collettore rotante fa parte di un sistema completo. Interagisce non solo con segnali elettrici e alimentazione, ma anche con vibrazioni, variazioni di temperatura, cicli di lavoro e vincoli di installazione. Se questi fattori vengono definiti chiaramente fin dall’inizio, la scelta tra capsule, con foro passante, piatto o fibra ottica di solito diventa molto più semplice.

D: In che modo Servotecnica supporta i clienti nel prendere la decisione giusta?

R: Collaboriamo a stretto contatto con i clienti fin dalle prime fasi di progettazione. Spesso non si tratta di selezionare immediatamente un componente a catalogo. Si tratta piuttosto di comprendere l’applicazione, identificare i potenziali rischi e, talvolta, adattare la soluzione alle esigenze del cliente in modo che si integri correttamente nella macchina soddisfacendone tutte caratteristiche e prestazioni.

Questo approccio collaborativo è importante perché anche piccole decisioni di progettazione possono influire significativamente sull’affidabilità a lungo termine. Il nostro obiettivo è garantire che il collettore rotante diventi un componente affidabile nel tempo, non un problema di manutenzione.

Grazie alla nostra esperienza pluridecennale, siamo in grado di supportare i nostri clienti nella scelta più appropriata.