Relazione del nostro partner Maier Heidenheim sul progetto comune:

Mescolate e salvate

PTM mechatronics ha sviluppato una soluzione efficiente per le aziende che devono agitare liquidi in un gran numero di contenitori in condizioni Atex. Al posto di un agitatore per ogni contenitore, viene installato un motore pneumatico itinerante che agita le singole aste dell'agitatore. Questa innovazione, che consente di risparmiare sui costi, è stata resa possibile grazie al supporto dello specialista di agitatori rotanti Christian Maier.

Chi visita la PTM mechatronics GmbH di Egenhofen si trova in un tranquillo ambiente rurale tra Augusta e Monaco. Ma l'idillio e l'innovazione non si escludono a vicenda: dopo tutto, l'azienda, fondata nel 1988, è uno dei fornitori specializzati più richiesti al mondo per quanto riguarda i motori pneumatici e le pinze da utilizzare in ambienti speciali. Motori pneumatici per l'uso in aree potenzialmente esplosive, ad esempio nella produzione di prodotti chimici e vernici, azionamenti resistenti all'acqua di mare per l'uso su piattaforme di perforazione o in attrezzature subacquee, motori in acciaio inossidabile per agitatori nella produzione alimentare e pinze per varie applicazioni, dai robot alle camere bianche: i prodotti e le soluzioni di PTM mechatronics godono di una reputazione di prim'ordine in tutte queste nicchie di mercato. „I principali vantaggi dei motori pneumatici rispetto a quelli elettrici sono l'assenza di scintille e la possibilità di adattare il materiale in modo ottimale ai requisiti dell'applicazione“, spiega Carsten Angermeyer, proprietario e amministratore delegato di PTM mechatronics.

Motore a pistoni radiali per l'utilizzo in agitazione antideflagrante

Una delle specialità dell'azienda è la tecnologia dei motori: al posto dei motori a palette, PTM mechatronics utilizza motori pneumatici con pistoni radiali, che sono disposti intorno all'albero motore in modo simile a un motore radiale e vengono messi in rotazione tramite un comando a palette rotanti. Questo design offre all'utente due vantaggi significativi: è possibile ottenere coppie elevate anche a basse velocità e il consumo di aria compressa è inferiore fino al 90% rispetto a un motore a palette. „I nostri motori a pistoni radiali si rivelano davvero efficaci quando si tratta di agitatori in ambienti a prova di esplosione“, afferma Angermeyer. La coppia potente permette di agitare anche sostanze più viscose e il basso consumo di aria compressa consente di risparmiare sui costi energetici in caso di funzionamento continuo e frequente.
Le aziende spesso immagazzinano un gran numero di contenitori di liquidi che devono essere agitati a intervalli, ad esempio quando si mescolano colori, prodotti chimici o profumi. In questi casi, l'acquisto di un agitatore completo per ogni contenitore sarebbe sproporzionatamente costoso per l'azienda. PTM mechatronics ha sviluppato un concetto efficiente sulla base di un progetto del cliente che presentava proprio questa costellazione: doveva essere utilizzato un unico motore, montato su un dispositivo a traslazione automatica e dotato di una pinza pneumatica a tre ganasce sull'albero motore. Il motore si posiziona alternativamente sopra un contenitore, afferra l'asta di agitazione in esso sospesa, mescola il liquido per un periodo di tempo predeterminato e poi passa al contenitore successivo.

Il passante rotante consente la trasmissione di potenza alla pinza rotante

Questo ha posto la meccatronica PTM di fronte a un compito difficile: poiché la pinza rotante è attaccata all'albero motore, l'aria compressa doveva essere immessa nell'albero cavo rotante attraverso una valvola sull'alloggiamento dell'albero fisso. A questo scopo è necessario un raccordo rotante, un prodotto tecnicamente impegnativo che Christian Maier GmbH & Co. KG di Heidenheim, nel sud della Germania, è specializzata nello sviluppo e nella produzione.
„Viste le condizioni tecniche, è apparso subito chiaro che in questo caso non esisteva una soluzione standard“, ricorda Florian Maier, amministratore delegato di Christian Maier. Mentre le specifiche per la geometria del motore potevano essere implementate con modifiche al progetto, per l'utilizzo in ambienti protetti dalle esplosioni era necessario uno sforzo maggiore. In questi ambienti è consentito solo l'uso di dispositivi con certificazione Atex, che viene concessa solo dopo aver completato con successo un'ampia serie di test.
Dopo che un primo prototipo ha dimostrato che l'interazione tra l'unione rotante Maier e i motori e l'unità di presa di PTM funzionava, è stata avviata la procedura di valutazione della conformità presso Christian Maier.
„Avendo già nella nostra gamma di prodotti i collettori rotanti certificati Atex, abbiamo potuto attingere all'esperienza esistente“, riferisce Florian Maier.

Certificazione Atex di successo

È stato necessario eseguire test approfonditi per garantire e documentare che il raccordo rotante non provochi surriscaldamento o scintille. In particolare, si trattava della classe di temperatura T3 nella categoria Atex 2G:
Christian Maier ha dovuto rendere il progetto così sicuro che la temperatura superficiale dell'unione rotante non avrebbe mai superato i 200 gradi Celsius meno un margine di sicurezza. „Questo limite si applica anche a situazioni estreme, quando si verificano guasti prevedibili“, spiega Florian Maier.
Con l'ausilio di sensori di temperatura, sono stati eseguiti test appropriati e, tra l'altro, sono stati deliberatamente causati danni ai cuscinetti per determinare il comportamento termico dell'unione rotante. Il risultato: anche nelle condizioni più sfavorevoli, la temperatura superficiale del componente è rimasta ben al di sotto del range critico. Questo ha permesso di presentare i documenti e i protocolli al TÜV Süd, che ha poi rilasciato una valutazione di sicurezza e l'approvazione Atex per il collettore rotante.

Perdite per attrito ridotte al minimo

Nell'ambito dei test è stato ottimizzato anche il rapporto tra tenuta e perdite per attrito. Sebbene un'elevata pressione di contatto sulla guarnizione porti alla massima tenuta, aumenta la resistenza di scorrimento dell'albero all'interno del raccordo rotante. Sono state utilizzate delle molle per regolare la pressione di contatto della guarnizione in modo da ridurre al minimo la resistenza di attrito e quindi il consumo di energia, pur mantenendo la funzione di tenuta.
Grazie alla combinazione di motore pneumatico, bocchettone rotante e pinza a tre ganasce, PTM mechatronics dispone ora di un concetto efficiente per le aziende che in precedenza dovevano investire in un gran numero di agitatori o gestire manualmente l'uso variabile dei singoli agitatori in modo meno economico. „La nostra soluzione consente di automatizzare la miscelazione di 20, 50 o anche più contenitori“, afferma Carsten Angermeyer, amministratore delegato di PTM, riassumendone i vantaggi. Grazie alla certificazione Atex, i sistemi possono essere facilmente installati anche nella produzione di prodotti chimici o di vernici.

Trasferimento del concetto ad altri settori

Dopo il riscontro positivo dei primi progetti, gli inventori di PTM mechatronics e Christian Maier stanno già pensando a un passo avanti. Costellazioni simili, in cui i liquidi devono essere mescolati in un gran numero di contenitori, si trovano anche nell'industria alimentare, ad esempio nella produzione di prodotti caseari o di bevande.
„In questo caso, gli agitatori devono solitamente soddisfare lo standard FDA per il contatto con gli alimenti, che può essere realizzato molto bene con gli azionamenti ad aria compressa“, afferma Carsten Angermeyer. In futuro, la buona collaborazione con Christian Maier potrebbe essere estesa anche agli assemblaggi approvati dalla FDA, se necessario.