Quand électricité et pneumatique se combinent

Le choix entre actionneurs pneumatiques et actionneurs électriques est toujours difficile. Pour des composants plus performants, les fabricants cherchent désormais à associer les deux sources d'énergie dans leurs produits.

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Quand électricité et pneumatique se combinent

Pour garder des sites toujours au top, les responsables de production exigent des solutions d'automatisation plus rapides, plus flexibles et plus fiables. Les fabricants tentent d'y répondre avec des composants toujours plus performants. « Il y a quatre ans, tout le monde pariait sur le remplacement des systèmes à air comprimé par des équivalents électriques, plus rapides et plus précis », se souvient Pierre-François Bois, le responsable applications ingeneering dans la filiale française du japonais SMC, numéro 1 mondial des composants pneumatiques. Mais les promesses n'ont pas été au rendez-vous.

« Les industriels, de l'automobile notamment, jugent le retour sur investissement trop long », poursuit-il. Pour concilier prix plancher et haute performance, « nous plaçons de plus en plus d'électronique, des capteurs notamment, dans les actionneurs », explique Pierre-François Bois. Objectif du fabricant japonais : apporter à un vérin pneumatique 80 % des performances d'un composant électrique en temps de réaction ou de précision. Et cela fonctionne.

« Le meilleur des deux mondes »

Ralf Hartamph, responsable du développement des composants électriques de Festo.
« Tous les types de composants souffrent de faiblesses. Les systèmes pneumatiques sont puissants mais lents, les actionneurs électriques sont précis mais chers. Ces solutions d'hybridation, quant à elles, apportent le meilleur des deux mondes. Mais elles amènent leurs lots d'incertitudes. En particulier, la durée de vie de ces composants est très difficile à prévoir précisément car, associés à des actionneurs électriques, les vérins pneumatiques subissent des vitesses et des accélérations souvent inédites. »




Faire cohabiter différents actionneurs

Chez SMC, les ventes de ces composants « intelligents » dépassent aujourd'hui largement celles de vérins 100 % pneumatiques. De la même façon, les distributeurs classiques, qui commandent les vérins à air comprimé, sont remplacés par des « électrodistributeurs ». Associés à l'électronique, ils gagnent en vivacité, pilotent les actionneurs en mode proportionnel plutôt qu'en tout ou rien, et bénéficient de nouvelles fonctionnalités, comme les capacités de diagnostic et la connexion à des réseaux d'entreprise type profibus, par exemple.

Les spécialistes de l'automation proposent aussi de faire cohabiter des actionneurs de différents types. Leur but : « augmenter les performances tout en réduisant le coût des installations », commente Jean-Noël Le Cain, le responsable des produits linéaires chez Bosch Rexroth à Chelles (Seine-et-Marne). Le géant allemand vient d'ailleurs de mettre au point un nouveau concept, baptisé Camoline, capable de combiner, sur une structure commune, des axes pneumatiques et électriques pilotés par la même centrale de commande.

Avec son unité de rotation SRU Masterdrive, lancée en septembre, l'allemand Schunk va plus loin. L'idée ? Utiliser l'énergie pneumatique en support à l'électricité dans des composants « hybrides ». Au coeur du composant, deux vérins pneumatiques amplifient un mouvement de rotation initié par un moteur électrique - Schunk parle d'effet « turbo » - et freinent le mouvement avant l'arrivée en butée de fin. « Cette astuce évite l'emploi des traditionnels amortisseurs hydrauliques », commente Frank Gaiser, le responsable produits à la maison mère, en Allemagne. Un peu plus chère qu'une unité pneumatique, la SRU-MD n'est pas plus rapide.

Mais « elle cumule la précision et la rapidité de déclenchement des systèmes électriques, et le rapport couple/poids important des composants pneumatiques », poursuit-il. Cerise sur le gâteau, la boucle d'asservissement du moteur dote l'unité d'une mesure d'angle intégrée. « Nous avons développé un seul modèle pour l'instant. D'autres sont en préparation », assure Frank Gaiser.

« Pour des applications spéciales, nous associons aussi fréquemment les deux énergies dans le même composant », affirme Ralf Hartamph, le responsable du développement des actionneurs électriques de l'allemand Festo. Exemple avec ses axes électriques HME, à moteurs linéaires. Pour aider le moteur à supporter son propre poids lorsqu'il est en configuration verticale, le fabricant de Stuttgart y insère un vérin pneumatique qui crée une compensation gravitationnelle. « Mais le vérin et le moteur linéaire restent pilotés séparément. Ce n'est que de la combinaison », avoue Ralf Hartamph. « En revanche, nous développons un vrai composant hybride, sur lequel les deux actionneurs sont commandés ensemble », poursuit-il.

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Le pilotage simultané est délicat à maîtriser

Secret de ce système breveté ? Une unité de pilotage dédiée. « Nous utilisons une boucle d'asservissement fermée classique. Le signal y est séparé en deux : un signal haute fréquence destiné au moteur linéaire et un autre, basse fréquence, envoyé à l'électro-distributeur du vérin », dévoile Ralph Hartamph. Les tests sont à la hauteur des espérances. Sa précision de positionnement atteint le centième de millimètre et son temps de réponse se compte en microsecondes, contre plusieurs dixièmes et plusieurs millisecondes pour un vérin pneumatique, même « intelligent ».
Bref, l'avenir est à l'hybride, comme le prédit Frank Gaiser, de Schunk : « Ces composants associant deux énergies vont se trouver des applications de niche où le pneumatique ne fonctionne pas. »
Reste cependant quelques difficultés à passer. Si Festo propose déjà une solution viable, le pilotage simultané des deux sources d'énergie s'annonce délicat à maîtriser. Enfin, ces composants ne se généraliseront que si leur prix est très inférieur à celui du tout électrique...

Déjà, un autre concept d'hybridation pointe : des actionneurs électro-pneumatiques « universels », pouvant travailler en mode pneumatique ou en mode électrique. « Cela représente un grand intérêt en termes de flexibilité des lignes et de simplification de la gestion des références produits en usine », commente Pierre-François Bois. De quoi mettre fin définitivement au conflit pneumatico-électrique.

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Jean-Sébastien Scandella

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