Guida all'avvolgimento della bobina: spiegazione tecnica e funzionamento.

La bobina è spesso l'eroe silenzioso nei settori del controllo preciso dei fluidi e dell'elettroidraulica. Solenoidi, valvole proporzionali e altri dispositivi devono il loro funzionamento a questi componenti apparentemente semplici.

Se sei un responsabile acquisti che si occupa di reperire componenti per sistemi di automazione industriale o un ingegnere meccanico che lavora su sistemi idraulici, è fondamentale che tu comprenda il funzionamento delle bobine. Dalle nozioni di base, incluse definizioni e funzionamento, fino alla costruzione e all'utilizzo, questa guida copre tutti gli aspetti relativi alle bobine.

Una bobina, o bobina solenoide, è un tipo di dispositivo elettromagnetico costituito da un filo di rame avvolto attorno a un nucleo rettangolare o cilindrico chiamato "bobina". Quando una corrente elettrica attraversa il filo, si genera un campo magnetico. Questo campo magnetico aziona un pistone o un'armatura, convertendo l'energia elettrica in movimento meccanico lineare.

Si tratta di un componente elettromeccanico costituito da una bobina, ovvero un supporto o un telaio su cui viene avvolto il filo. È la parte più importante in dispositivi come relè, solenoidi, valvole proporzionali e sensori. La bobina garantisce che l'avvolgimento, l'isolamento e l'integrità meccanica siano perfetti.

Parti importanti di una bobina

Nucleo della bobina (telaio)

Solitamente è realizzato in plastica e altri materiali resistenti al calore.

Fornisce il luogo in cui i fili vengono avvolti e la struttura viene tenuta insieme.

A volte viene costruito in modo tale da avere delle flange per impedire che i fili scivolino.

Avvolgimento del filo di rame

È la parte in cui i fili sono avvolti e conducono l'elettricità.

È costituito da uno o più strati, a seconda dell'induttanza e della forza richieste.

Determina l'intensità del campo magnetico e le prestazioni della bobina.

Strato di isolamento

Garantisce che non vi siano cortocircuiti tra gli strati dei fili.

A volte è realizzato con materiali come poliestere, smalto e nastro di mica.

Garantisce che il dispositivo sia sicuro ed efficiente anche ad alte temperature e tensioni.

Cavi o terminali

È la parte in cui è possibile collegare l'alimentatore.

Può essere saldato, crimpato e inserito.

Pistone o nucleo (utilizzato nelle valvole proporzionali e nei solenoidi)

È la parte in cui il campo magnetico agisce sulla parte mobile.

È costruito in ferro dolce e altri materiali ferromagnetici.

Il funzionamento di una bobina si basa sui principi dell'elettromagnetismo:

Flusso di corrente: una corrente elettrica attraversa il filo di rame.

Generazione del campo magnetico: il filo è avvolto da un campo magnetico generato dalla corrente.

Azionamento a pistone: un pistone o un'armatura ferromagnetica viene attratto dal campo magnetico.

Movimento lineare: il movimento dello stantuffo è dovuto alla forza magnetica che lo attrae, la quale a sua volta sposta il cursore all'interno della valvola.

Le bobine possono essere raggruppate in diverse classi in base al modo in cui sono incapsulate e isolate:

Bobine incapsulate standard

Protetti dalla polvere e dall'umidità leggera mediante un rivestimento in plastica, solitamente nylon o materiale termoplastico.

Bobine ad alta temperatura

Per applicazioni ad alta temperatura, queste bobine possono essere utilizzate perché contengono fili e materiali resistenti al calore, di classe H e classe C.

Bobine solenoidi proporzionali

Queste bobine sono progettate specificamente per valvole proporzionali e contengono tubi polari unici che garantiscono il raggiungimento di una forza lineare direttamente proporzionale alla corrente applicata.

Bobine rotanti

Queste bobine sono dotate di un alloggiamento che facilita l'installazione in spazi ristretti, poiché il connettore può essere ruotato di 360 gradi.

Quando si legge la scheda tecnica di una bobina, è importante prestare attenzione ai seguenti aspetti:

Tensione

12 V CC, 24 V CC, 110 V CA e 230 V CA, quest'ultima solitamente raddrizzata internamente.

Consumo di energia

Per le valvole proporzionali, la potenza è generalmente compresa tra 8 e 30 watt.

Duty Cycle

Solitamente viene valutato con un ciclo di lavoro del 100%.

Classe di isolamento

Ad esempio, la classe F a 155 °C e la classe H a 180 °C.

Connessione elettrica

Cavi volanti, connettori M12 e DIN 43650 (Forma A, B e C).

Classe di protezione

Grado di protezione IP67 e IP65, che garantisce resistenza ai getti d'acqua e alla polvere.

Vantaggi

È ideale da utilizzare con valvole proporzionali perché offre un controllo preciso e non si limita al funzionamento on/off; può essere a variazione continua.

Affidabilità: lunga durata grazie all'assenza di usura meccanica tra la bobina e l'indotto.

Design compatto: offre una forza considerevole in un formato relativamente compatto.

Standardizzazione: la maggior parte delle bobine sono intercambiabili tra diversi produttori di valvole, poiché sono tutte standardizzate secondo le specifiche DIN, ad esempio DIN 43650.

svantaggi

Generazione di calore: Quando le bobine sono costantemente alimentate, si produce calore. Se il calore non viene dissipato, le bobine potrebbero bruciarsi.

Sensibilità alla corrente: esiste una relazione diretta tra corrente e forza magnetica. Le prestazioni possono essere compromesse dalle variazioni di tensione.

Sensibilità all'umidità: i cortocircuiti possono essere causati dall'umidità se l'integrità dell'incapsulamento viene compromessa.

Affidabilità, standardizzazione e riparabilità sono in cima alla lista delle priorità per i clienti industriali. Tutte queste caratteristiche sono garantite dalle bobine.

Intercambiabilità globale: una bobina di un produttore può essere utilizzata in una valvola di un altro produttore, grazie a specifiche standardizzate come la DIN 43650.

Scalabilità: le bobine possono essere dimensionate per fornire la forza necessaria ad aprire una grande valvola principale o una piccola valvola pilota.

Sicurezza: Grazie al massimo isolamento elettrico e alla messa a terra, le bobine incapsulate riducono significativamente i rischi elettrici negli ambienti industriali.

Manutenzione ridotta: poiché la bobina non presenta parti in movimento, è sufficiente assicurarsi che l'ambiente sia pulito e che tutti i collegamenti siano ben saldi.

Le bobine di bobina sono comunemente utilizzate nei sistemi di automazione industriale. Tra questi:

Elettrovalvola CA standard, elettrovalvola CC, valvola solenoide, elettromagnete di tenuta.

Valvole proporzionali idrauliche: utilizzate nei sistemi di controllo delle turbine, nelle presse e nelle macchine per lo stampaggio a iniezione.

Elettrovalvole pneumatiche: per macchine di confezionamento e assemblaggio automatico.

Azionamento frizione e freno: per macchinari pesanti e movimentazione materiali.

Tecnologia medica: per ventilatori e pompe dosatrici di precisione.

Il processo di avvolgimento è la fase più critica che influenza le prestazioni della bobina. Gli obiettivi sono l'ottimizzazione del fattore di riempimento del rame e il mantenimento di un valore di resistenza costante.

Il processo di avvolgimento:

Preparazione della bobina: Per preparare la bobina di plastica, che costituisce la bobina stessa, si utilizza una macchina avvolgitrice.

Selezione del filo: a seconda del valore di resistenza richiesto e del numero di spire necessarie, si utilizza un filo di rame con uno specifico calibro.

Avvolgimento a strati: Il filo viene quindi avvolto sulla bobina. Il filo viene avvolto in modo tale da adattarsi alla scanalatura del filo precedente, metodo noto come avvolgimento a "strati perfetti", utilizzato per l'avvolgimento della bobina.

Isolamento: Il nastro viene utilizzato come isolamento tra le spire.

Terminazione: i fili di inizio e fine vengono terminati tramite morsetti.

Incapsulamento: la bobina avvolta viene quindi sovrastampata con plastica.

Le prestazioni dipendono dalla scelta corretta della bobina. Segui la lista di controllo qui sotto:

Verificare la tensione: la tensione deve corrispondere alla tensione del sistema di controllo, che di solito è di 24 V CC.

Verificare il tipo di connettore: il connettore è di tipo DIN 43650 Forma A, ovvero "grande", oppure DIN 43650 Forma B, ovvero "piccolo".

Determinare la resistenza: per assicurarsi che soddisfi le specifiche indicate sulla scheda del driver, la resistenza viene misurata o verificata in Ohm. Una resistenza inferiore genera una corrente maggiore.

Pensa all'ambiente: assicurati che il grado di protezione sia adeguato (IP67 > IP65) se l'applicazione verrà utilizzata all'esterno/in ambienti soggetti a lavaggi.

Temperatura nominale: Selezionare una classe di isolamento superiore (H) quando la bobina si trova vicino a un collettore/motore caldo.

Serie di valvole: assicurarsi che il tipo di tubo dell'indotto della bobina sia adatto alla specifica serie di valvole in uso.

La bobina è troppo calda per essere maneggiata:

Causa: temperatura ambiente elevata, tipo di bobina non adatto al ciclo e tensione eccessiva.

Soluzione: Verificare la tensione. Assicurarsi che il cursore della valvola sia bloccato e che quindi presenti un'elevata corrente di spunto.

La valvola non si attiva:

Causa: Connettore allentato, filo rotto e/o bobina bruciata.

Soluzione: Verificare la resistenza. Se la bobina è bruciata e deve essere sostituita, verrà visualizzato il messaggio "Linea aperta" (resistenza infinita).

Funzionamento imprevedibile/sporadico:

Causa: Cavo rotto e/o cattiva connessione di terra.

Soluzione: assicurarsi che il pin di terra sia inserito e che i pin del connettore DIN non siano corrosi.

Ronzio proveniente solo dalla bobina di alimentazione CA:

Causa: Anello di protezione rotto e/o errato posizionamento dello stantuffo.

Soluzione: pulire l'indotto della valvola e/o sostituire la bobina.

Nel mondo dei sistemi di controllo industriale, la bobina di filo rappresenta un'interfaccia fondamentale tra il movimento meccanico e i sistemi di controllo elettronico. Per garantire prestazioni durature e precise, è essenziale comprenderne la tecnologia di avvolgimento, le caratteristiche elettriche e i limiti ambientali.

Quando si sceglie una bobina per un nuovo progetto di valvola proporzionale o si diagnostica un attuatore malfunzionante, è fondamentale dare sempre la priorità alla corretta tensione, all'isolamento adeguato e alla protezione appropriata. I clienti industriali garantiscono ai propri clienti tempi di inattività minimi e massime prestazioni del sistema grazie all'utilizzo di bobine di alta qualità e standardizzate.