Rapport de notre partenaire Maier Heidenheim sur le projet commun :

Mélangé et économisé

PTM mechatronics a développé une solution rationnelle pour les entreprises qui doivent agiter des liquides dans un grand nombre de récipients dans des conditions Atex. Au lieu d'un agitateur par récipient, on installe un moteur pneumatique mobile qui saisit les différentes tiges d'agitation. Cette innovation économique a été rendue possible grâce au soutien de Christian Maier, spécialiste des joints tournants.

Les visiteurs de PTM mechatronics GmbH à Egenhofen se retrouvent dans la tranquillité rurale entre Augsbourg et Munich. Mais ici, l'idylle et l'innovation ne sont pas contradictoires - l'entreprise fondée en 1988 compte en effet parmi les fournisseurs spécialisés les plus demandés au monde lorsqu'il s'agit de moteurs pneumatiques et de préhenseurs destinés à être utilisés dans des environnements particuliers. Moteurs pneumatiques pour l'utilisation dans des zones à risque d'explosion, par exemple lors de la fabrication de produits chimiques et de peintures, entraînements résistants à l'eau de mer pour l'utilisation sur des plates-formes de forage ou dans des appareils de plongée, moteurs en acier inoxydable pour les agitateurs dans la production alimentaire et pinces pour différentes applications, des robots aux salles blanches : dans toutes ces niches de marché, les produits et solutions de PTM mechatronics jouissent d'une réputation de premier ordre. „Les avantages du moteur pneumatique par rapport au moteur électrique résident principalement dans le fait qu'il n'y a pas d'étincelles et que le matériel peut être adapté de manière optimale aux exigences de l'utilisation“, explique Carsten Angermeyer, propriétaire et directeur de PTM mechatronics.

Moteur à pistons radiaux pour une utilisation dans l'agitation antidéflagrante

L'une des particularités de l'entreprise réside dans la technologie des moteurs : au lieu de moteurs à palettes, PTM mechatronics mise sur des moteurs pneumatiques à pistons radiaux qui sont disposés autour de l'arbre d'entraînement, comme dans le cas d'un moteur en étoile, et sont mis en rotation par une commande à tiroir rotatif. Ce type de construction présente deux avantages importants pour l'utilisateur : il est possible d'obtenir des couples élevés même à faible vitesse de rotation et la consommation d'air comprimé est jusqu'à 90% inférieure à celle d'un moteur à palettes. „Nos moteurs à pistons radiaux peuvent justement faire valoir leurs avantages pour les agitateurs dans un environnement antidéflagrant“, explique Angermeyer. Le couple puissant permet également d'agiter des substances plus visqueuses et, en cas d'utilisation continue souvent nécessaire, la faible consommation d'air comprimé permet de réaliser d'importantes économies sur les coûts énergétiques.
Les entreprises stockent souvent un grand nombre de récipients de liquides qui doivent être agités à intervalles réguliers, par exemple lors du mélange de peintures, de produits chimiques ou de parfums. Dans de tels cas, l'achat d'un agitateur complet pour chaque récipient serait disproportionné pour l'entreprise. Sur la base d'un projet client qui présentait précisément cette constellation, PTM mechatronics a développé un concept efficace : un seul moteur devait être utilisé, monté sur un dispositif à déplacement automatique et équipé d'une pince pneumatique à trois mâchoires sur l'arbre d'entraînement. Le moteur se positionne alternativement au-dessus d'un récipient, saisit le barreau d'agitation qui y est accroché, mélange le liquide pendant une durée prédéfinie, puis passe au récipient suivant.

Le joint tournant permet de transmettre la force à la pince rotative

PTM mechatronics a dû faire face à une tâche délicate : le préhenseur rotatif étant fixé sur l'arbre d'entraînement, il s'agissait d'acheminer l'air comprimé dans l'arbre creux rotatif via une vanne située sur le carter d'arbre fixe. Un joint tournant est nécessaire à cet effet - un produit techniquement exigeant dont le développement et la fabrication ont été confiés à la société Christian Maier GmbH & Co. KG à Heidenheim, dans le sud de l'Allemagne.
„Compte tenu des conditions techniques, il est vite apparu qu'aucune solution standard n'entrait en ligne de compte“, se souvient Florian Maier, directeur de Christian Maier. Alors que les exigences relatives à la géométrie des moteurs pouvaient être satisfaites par des adaptations constructives, l'utilisation dans un environnement antidéflagrant nécessitait des efforts plus importants. En effet, seule l'utilisation d'appareils certifiés Atex est autorisée.
Après qu'un premier prototype ait montré que l'interaction entre le joint tournant Maier et l'unité de moteurs et de pinces de PTM fonctionnait, la procédure d'évaluation de la conformité a été lancée chez Christian Maier.
„Comme nous avons déjà des joints tournants certifiés Atex dans notre gamme de produits, nous avons pu nous appuyer sur l'expérience existante“, rapporte Florian Maier.

Certification Atex réussie

Au cours d'essais complexes, il a fallu s'assurer et documenter que le joint tournant ne provoque ni surchauffe ni étincelles. Concrètement, cela signifiait une classe de température T3 dans la catégorie Atex 2G :
Christian Maier a dû concevoir une construction si sûre que la température de surface du joint tournant ne dépasse en aucun cas 200 degrés Celsius, moins une marge de sécurité. „Cette limite s'applique également aux situations extrêmes, lorsque des pannes prévisibles surviennent“, explique Florian Maier.
Des essais ont été réalisés à l'aide de capteurs de température, notamment en provoquant volontairement des dommages aux roulements, afin de déterminer le comportement thermique du joint tournant. Résultat : même dans les conditions les plus défavorables, la température de surface du composant est restée bien en dessous de la zone critique. La voie était donc libre pour soumettre les documents et les protocoles au TÜV Süd, qui a ensuite délivré une évaluation de la sécurité technique et une certification Atex pour le joint tournant.

Pertes de friction minimisées

Le rapport entre l'étanchéité et les pertes par frottement a également été optimisé dans le cadre des essais. Ainsi, une pression de contact élevée sur le joint permet certes d'obtenir une étanchéité maximale, mais augmente la résistance au roulement de l'arbre à l'intérieur du joint tournant. La pression de serrage du joint a été ajustée à l'aide de ressorts de manière à réduire au minimum la résistance au frottement et donc la consommation d'énergie tout en conservant la fonction d'étanchéité.
Avec la combinaison d'un moteur pneumatique, d'un joint tournant et d'une pince à trois mâchoires, PTM mechatronics dispose désormais d'un concept rationnel pour les entreprises qui, jusqu'à présent, devaient soit investir dans un grand nombre de mélangeurs, soit gérer manuellement l'utilisation alternée de mélangeurs individuels de manière peu économique. „Notre solution ouvre la possibilité d'automatiser le mélange de 20, 50 récipients, voire plus“, résume le directeur de PTM, Carsten Angermeyer, en évoquant les avantages. Grâce à la certification Atex, l'installation des équipements est également possible sans problème dans la fabrication de produits chimiques ou de vernis.

Transfert du concept à d'autres secteurs

Après l'écho positif des premiers projets, les inventeurs de PTM mechatronics et Christian Maier pensent déjà à une étape supplémentaire. Des constellations similaires, dans lesquelles des liquides doivent être agités dans un grand nombre de récipients, se retrouvent également dans le secteur alimentaire - par exemple dans la fabrication de produits laitiers ou de boissons.
„Ici, les agitateurs doivent généralement répondre à la norme FDA pour le contact avec les aliments, ce qui est très facilement réalisable avec des entraînements pneumatiques“, explique Carsten Angermeyer. Ensuite, la bonne collaboration avec Christian Maier pourrait être étendue à l'avenir, si nécessaire, à des modules homologués par la FDA.