Artigo Técnico: Uso de Réguas Potenciométricas e Transdutores

Uso de Réguas Potenciométricas e Transdutores Lineares Magnetostritivos em Injetoras de Plástico

As injetoras de plástico são equipamentos industriais utilizados para a produção rápida e precisa de uma ampla variedade de produtos plásticos.

Essas máquinas são desenvolvidas e projetadas para injetar plástico derretido em moldes, produzindo peças consistentes, firmes e uniformes com grande capacidade de repetibilidade.

Para garantir que a qualidade das peças produzidas seja elevada, é fundamental que as injetoras de plástico sejam equipadas com sensores de posição confiáveis e precisos.

Nestes casos, são utilizados sensores de posição de alta precisão e durabilidade.

Neste artigo, discutiremos o funcionamento dos sensores de posição do tipo potenciométrico e magnetostritivo em injetoras de plástico.

Veremos como esses sensores medem a posição do êmbolo da unidade de injeção a posição do fechamento do molde e ainda do extrator, e também como essa informação é utilizada pelo controlador da máquina para garantir a precisão da injeção de plástico no molde.

Além disso, destacaremos a importância da manutenção adequada dos sensores para garantir que eles funcionem corretamente e forneçam medições precisas ao longo do tempo.

Utilizaremos como base a tecnologia desenvolvida pela Novotechnik, pioneira no desenvolvimento deste tipo de produto no mundo, em 1947.

Movimentos precisos

Os movimentos utilizados pelas máquinas injetoras em seu interior, como o do injetor, do fechamento do molde e do extrator são fundamentais para o processo de injeção de plástico. Cada um desses movimentos é responsável por uma função específica durante o processo, e seu correto funcionamento é crucial para garantir a qualidade das peças produzidas.

O movimento do injetor realiza a função de empurrar o plástico já derretido da unidade de injeção para o molde. Durante este processo, o pistão do injetor se move para o sentido do molde, empurrando o material plástico através da ponta da agulha diretamente para dentro do molde.

Em seguida, o pistão retorna para trás, permitindo que o material plástico derretido se solidifique dentro do molde. O controle de posição durante o movimento do injetor é fundamental para garantir a precisão da quantidade de material plástico injetado no molde, mantendo a uniformidade e eliminando deformações na peça acabada.

O movimento de fechamento do molde, por sua vez, é responsável por unir as múltiplas partes do molde, criando uma cavidade simples ou complexa, por onde o plástico fundido será injetado. Durante o fechamento do molde, suas placas se movem em direção uma da outra, propiciando o fechamento preciso da cavidade citada acima.

Uma força hidráulica é utilizada para garantir que não haja vazamento do material plástico entre as metades do molde. Para garantir a uniformidade e qualidade das peças, bem como eliminar o retrabalho com rebarbas, é utilizado sensor linear de posição para detectar e auxiliar no controle preciso do fechamento do molde.

O movimento do extrator é responsável por auxiliar na remoção da peça plástica já acabada do molde, após a sua completa solidificação. O processo de extração ocorre após o molde ser aberto e um conjunto de pinos se movem para empurrar a peça para fora da cavidade do molde.

Para este processo, há uma determinada posição considerada ideal, onde há a completa saída do material do molde, sem que a mesma seja danificada pelo próprio extrator. Este movimento é detectado e controlado através dos sensores lineares a ele acoplados.

Em conjunto, os movimentos do injetor, do fechamento do molde e do extrator são fundamentais para o processo de injeção de plástico em uma injetora. Cada um desses movimentos é devidamente determinado controlado visando a qualidade e a precisão das peças produzidas, bem como o aumento da durabilidade geral da máquina.

Sensores de Posicionamento Linear

Sensores de posicionamento linear são fundamentais em diversas aplicações, incluindo a indústria de automação e robótica. Esses sensores são responsáveis por fornecer uma informação precisa de medição de um movimento em relação a uma referência, permitindo que as máquinas operem de forma mais eficiente e segura.

Entre os diferentes tipos de sensores de posição utilizados em injetoras de plástico, podemos citar basicamente dois principais tipos: os sensores potenciométricos ou réguas potenciométricas e os transdutores lineares magnetostritivos, ou sensores lineares magnéticos.

Ambos os modelos citados acima permitem uma detecção com alta precisão e durabilidade, sendo bastante utilizados pela indústria de manufatura e presentes em quase todas as injetoras modernas da atualidade.

Estes sensores permitem a detecção em condições extremas de trabalho, com elevada repetibilidade e linearidade, elementos importantes para o processo cíclico e repetitivo comum em fabricação de peças plásticas.

Réguas Potenciométricas

Desenvolvidas primeiramente em 1947 pela então recém criada empresa Novotechnik, as réguas potenciométricas foram amplamente utilizadas pela indústria plástica. Sua tecnologia pioneira de detecção através de um elemento resistivo de alta durabilidade permitiu a sua utilização em movimentos cíclicos e contínuos sem perdas significativas de linearidade ou precisão.

Estes sensores potenciométricos são amplamente utilizados em injetoras de plástico devido à sua alta precisão, repetibilidade e durabilidade.

Basicamente, os sensores potenciométricos são dispositivos eletrônicos que medem a posição de um cursor em relação a uma referência. Seu funcionamento se baseia na alteração na resistência elétrica medida por intermédio do movimento de um cursor de metal em contato com um material resistivo.

O elemento sensível é composto por um material plástico resistivo, cuja resistência mecânica a movimentos repetitivos e sua alta linearidade são fundamentais para a correta leitura de posição do sensor. Ele irá receber o contato do conjunto de escovas, responsável pela transmissão da energia que percorre este elemento sensível ao conector, de forma proporcional a sua posição relativa deste.

Um elemento de deslizante é utilizado para transmitir o movimento gerado pela máquina de injeção, conectando as partes da máquina com o elemento de contato, interno ao sensor. Assim, este elemento garante a transmissão do movimento do exterior para o interior do sensor.

Artigo Técnico: Uso de Réguas Potenciométricas e Transdutores Lineares ©QD Foto: iStockPhoto

Finalmente, o elemento de contato, ou conjunto de escovas, realiza o contato físico no elemento sensível, gerando uma mudança na resistência elétrica transmitida aos terminais de conexão do sensor.

Essa mudança na resistência elétrica é detectada por um circuito eletrônico conhecido como divisor de tensão, que converte a variação de resistência em um sinal elétrico em tensão, proporcional à posição cuja leitura se deseja detectar. Esse sinal elétrico é enviado para o controlador da máquina, que pode ajustar a posição conforme necessário para garantir a precisão da injeção de plástico no molde.

Aqui cabe informar que o valor de resistência elétrica tem pouco ou baixa importância no correto funcionamento do sensor, pois sua ligação elétrica deve obrigatoriamente ser realizada como um circuito divisor de tensão, como na imagem abaixo:

Artigo Técnico: Uso de Réguas Potenciométricas e Transdutores Lineares ©QD Foto: iStockPhoto

É fácil compreender que caso o cursor de saída estiver próximo à posição de alimentação, seu sinal será semelhante à alimentação. Da mesma forma, caso esteja próximo ao zero (0Vdc), seu sinal será também zero.

Na posição central, a resistência elétrica será igual em ambos os sentidos, ficando o sinal exatamente dividido na metade do valor de alimentação. Assim, o sinal será proporcional à posição relativa do cursor.

Em injetoras industriais, é comum a régua ser alimentada com 10Vdc, gerando assim um sinal de saída de 0 a 10Vdc – padrão de comunicação analógica para CLPs e controladores em geral. Em alguns casos, utiliza-se uma alimentação de 5Vdc para gerar um sinal de saída de 0 a 5Vdc, compatível com níveis TTL de comunicação para semicondutores em geral.

Note-se que durabilidade das réguas potenciométricas está diretamente relacionada à durabilidade do material utilizado em sua fabricação, da resistência mecânica aos movimentos repetitivos e do tempo de vida útil de sua escova. Isto porque a escova estará em constante contato com o elemento sensível, gerando um atrito que, consequentemente, gerará um desgaste ao longo do tempo.

Sensores de primeira linha suportam trabalhos contínuos e de ciclos rápidos por períodos longos, podendo ultrapassar algumas décadas de funcionamento contínuo. Sensores inferiores, por outro lado, podem ter uma durabilidade de cerca de um ano ou menos em aplicações em injeção plástica.

Atualmente, não há relatos de fabricantes nacionais de sensores que tenham desenvolvido seu próprio produto, apenas empresas que compraram produtos prontos e somente montaram ou incluíram sua etiqueta no Brasil.

Da mesma forma, o originador da tecnologia de detecção potenciométrica, a Novotechnik, mantém sua produção na Alemanha, mantendo suas patentes principais para garantir a maior durabilidade possível. No Brasil, a Novotechnik é distribuída oficialmente pela Cardella Automation.

Em resumo, as réguas potenciométricas são a opção mais comum na medição de posição em injetoras de plástico. Elas são confiáveis, precisas e duráveis, o que as torna bastante popular, tanto em aplicações industriais como em aplicações em outros tipos de máquinas, como tratores e implementos agrícolas.

Elas apresentam diversas vantagens técnicas, como abaixo:

1. Baixo custo: as réguas potenciométricas são relativamente baratas em comparação com outros tipos de sensores de posição, tornando-as uma opção extremamente atraente para empresas do segmento plástico.

2. Alta precisão e alta linearidade: as réguas potenciométricas são capazes de fornecer leituras de posição precisas, mesmo ao longo do tempo, tornando-as ideais para aplicações que exigem alta precisão.

3. Fácil instalação: as réguas potenciométricas são fáceis de instalar e podem ser facilmente substituídas ou reparadas, minimizando o tempo de parada de máquina, aumentando sua disponibilidade e consequente lucratividade.

Como todo produto, também apresentam algumas desvantagens:

1. Desgaste mecânico: as réguas potenciométricas são suscetíveis a desgaste mecânico ao longo do tempo, gerando a necessidade de sua troca no final de sua vida útil.

2. Limitações de alimentação: como são elementos eletrônicos passivos, as réguas potenciométricas não são compatíveis com divergentes níveis de tensão na alimentação e no sinal de saída, ou seja, caso se deseje um sinal de 0 a 10Vdc, é necessária alimentar a régua com o nível máximo esperado na saída, ou seja: 10Vdc neste exemplo. Não é possível alimentar a régua com 24Vdc e ter um sinal de saída de 0 a 10Vdc.

3. Suscetível à sujeira: as réguas potenciométricas são afetadas caso haja penetração de poeira, sujeira e outros contaminantes em seu interior, pois estes contaminantes podem afetar sua capacidade de medir a posição corretamente.

Em resumo, as réguas potenciométricas são uma opção extremamente confiável e segura, além de relativamente barata para a detecção de posição em injetoras de plástico. No entanto, elas apresentam limitações em termos de desgaste mecânico e presença de sujidade.

As empresas devem avaliar cuidadosamente as vantagens e desvantagens das réguas potenciométricas em relação a sensores de posição sem contato (magnetostritivos), os quais detalharemos abaixo.

Transdutores Lineares Magnetostritivos

Os transdutores lineares magnetostritivos são sensores de posicionamento inteligentes, absolutos e sem desgaste mecânico: alta precisão, elevada durabilidade e baixo custo. Entenda como funciona esta tecnologia e conheça suas principais características.

Transdutores Lineares de Posição Magnetostritivos funcionam através do princípio físico de mesmo nome, chamado Magnetostrição. Este princípio permite aos transdutores de posição alta durabilidade, resistência e precisão, pois não existe qualquer tipo de contato físico, ou seja, não há qualquer tipo de desgaste mecânico.

Estes sensores basicamente detectam a variação de tempo entre dois pulsos elétricos, cuja variação é proporcional à posição física de um posicionador magnético. Desta forma, há uma detecção física da posição com alta resolução, que pode chegar à ordem dos mícrons (um mícron é igual à milionésima parte do metro).

Estes sensores possuem em seu interior diversos componentes eletrônicos e um elemento sensível chamado guia-de-onda que está presente em quase todo o seu encapsulamento interior e realizam a detecção de posição através de diversos princípios físicos, sendo o principal deles a magnetostrição.

Para realizar a leitura de posição, um pulso elétrico (pulso de start) é gerado no seu elemento sensível, o guia-de-onda. Este pulso gera um campo eletromagnético ao redor do próprio guia-de-onda, o qual acaba sofrendo uma interferência com a presença do campo magnético permanente do posicionador.

Esta interferência gera uma onda mecânica no próprio guia-de-onda, a qual é detectada alguns instantes depois pela eletrônica do sensor. O tempo entre o pulso de start e a chegada da onda mecânica é proporcional à posição do posicionador.

Este tipo de leitura permite ao sensor uma durabilidade extremamente elevada, com MTTF (tempo médio até a primeira falha medida em testes acelerados de durabilidade) de até 365 anos para a linha TM1 da Novotechnik.

Para facilitar a instalação mecânica, os sensores magnetostritivos possuem diversas opções de formato físico, como mostrado abaixo:

Estes sensores são amplamente utilizados em injetoras de plástico de alta performance, pois permitem a detecção de posição sem desgaste mecânico no seu interior. Isto significa que o sensor magnetostritivo possui vida útil extremamente elevada, chegando até mesmo a ser diversas vezes superior à tecnologia potenciométrica.

Artigo Técnico: Uso de Réguas Potenciométricas e Transdutores Lineares ©QD Foto: iStockPhoto

Embora tenha um custo maior, devido à sua eletrônica e a seus elementos sensíveis, o transdutor linear magnetostritivo da Novotechnik permite a redução de custos ao longo da vida útil da injetora, pois reduz a parada de máquina ao longo do tempo para a troca de réguas potenciométricas.

Consequentemente, há um aumento significativo de disponibilidade de produtividade das injetoras. Observe que normalmente são utilizados entre 3 e 5 sensores de posicionamento linear em máquinas de transformação plástica como injetoras e sopradoras em geral.

Este aumento da disponibilidade gera uma consequente redução dos custos com manutenção e com novos sensores, além de aumentar significativamente a lucratividade da operação.

Dentre as diversas vantagens técnicas, podemos citar majoritariamente as seguintes:

1. Alta precisão: os transdutores lineares magnetostritivos oferecem alta precisão de medição de posição, com resoluções de até 1 µ m. Isso significa que eles são capazes de fornecer leituras de posição altamente precisas, garantindo um processo de injeção mais controlado e preciso.

2. Resposta rápida: os transdutores lineares magnetostritivos oferecem uma resposta rápida a mudanças de posição, com tempos de resposta extremamente curtos. Isso os torna ideais para aplicações que exigem uma resposta rápida, como na injeção de peças em alta velocidade.

3. Alta durabilidade: os transdutores lineares magnetostritivos são extremamente duráveis e confiáveis. Eles são construídos com materiais de alta qualidade, como aço inoxidável e alumínio, que resistem à corrosão e ao desgaste. Eles também são resistentes a vibrações e choques mecânicos, tornando-os ideais para ambientes industriais agressivos.

4. Imunidade a interferências elétricas e magnéticas: os transdutores lineares magnetostritivos são imunes a interferências elétricas e magnéticas, o que significa que eles fornecem leituras precisas de posição, mesmo em ambientes com altos níveis de interferência.

5. Fácil instalação e operação: os transdutores lineares magnetostritivos são fáceis de instalar e operar. Eles não requerem ajustes complicados ou calibrações frequentes, o que minimiza o tempo de inatividade da máquina. Eles também aceitam alimentação diferente ou independente do sinal de saída permitindo, por exemplo alimentação de 24Vdc e saída proporcional de 0 a 10Vdc.

Em resumo, os transdutores lineares magnetostritivos oferecem várias vantagens técnicas em relação a outras tecnologias de sensores de posição em injetoras de plástico.

Eles são altamente precisos, resistentes, duráveis e imunes a interferências elétricas e magnéticas, tornando-os ideais para aplicações em ambientes industriais agressivos. Com sua facilidade de instalação e operação, eles se tornaram uma opção interessante para empresas que buscam melhorar o desempenho de suas injetoras de plástico.

Comparativo entre tecnologias

Uma régua potenciométrica é relativamente mais econômica que um transdutor linear magnetostritivo. No entanto, esta aparente redução de custos somente pode ser analisada considerando-se o componente de durabilidade de tempo de uso da máquina.

Por exemplo, uma régua potenciométrica de alta qualidade pode ter uma vida útil cerca 20 vezes superior que uma régua de baixa qualidade que temos atualmente no mercado. Da mesma forma, um transdutor magnetostritivo pode ter uma durabilidade maior que a da própria injetora em si.

Vamos analisar uma situação hipotética:

Em um parque fabril existem cerca de 50 injetoras. Para que estas injetoras possam funcionar corretamente, são necessários pelo menos 150 sensores de posição: um na injeção, um no fechamento do molde e um no extrator, completando 3 unidades por máquina.

Supondo que a empresa utilize réguas potenciométricas de baixa qualidade, com durabilidade média de 2 anos para cada uma, haverá a necessidade de troca de 750 unidades destas réguas em apenas 10 anos de uso.

Isto geraria um custo enorme, mas que não é percebido caso não se tenha um controle da durabilidade de cada régua, pois dificilmente haverá a quebra simultânea de várias delas.

Da mesma forma, caso a empresa decida realizar a troca de todas as réguas por sensores magnetostritivos, o custo desta operação aconteceria apenas uma única vez, visto que eles têm durabilidade extremamente elevada.

Assim, mesmo que os transdutores lineares custem o dobro das réguas, haveria uma redução impactante do custo de troca destes equipamentos ao longo de 10 anos de uso da máquina, gerando uma economia gigantesca.

Para se ter uma ideia do montante desta economia, seria possível aumentar o parque fabril em algumas unidades de injetoras novas apenas com este valor economizado.

Conclusão

Artigo Técnico: Uso de Réguas Potenciométricas e Transdutores Lineares ©QD Foto: iStockPhoto
Henrique Cardella de Souza é engenheiro e diretor da Cardella Automation, de Valinhos-SP, distribuidora oficial para o Brasil dos produtos da alemã Novotechnik.

Em suma, o uso de sensores de posicionamento linear, tanto de réguas potenciométricas como de transdutores lineares magnetostritivos em injetoras de plástico são fundamentais para a melhoria do controle de qualidade e da eficiência dos produtos acabados.

Esses dispositivos permitem a medição precisa e contínua da posição e deslocamento dos componentes da máquina, o que pode resultar em menor desperdício de material, menor tempo de ciclo, redução de defeitos de peças e maior produtividade geral.

As réguas potenciométricas oferecem alta resolução e precisão em aplicações de alta velocidade, enquanto os transdutores lineares magnetostritivos apresentam excelente durabilidade, resistência a vibrações e interferências eletromagnéticas.

Ambos os dispositivos são capazes de fornecer informações críticas em tempo real para o controle de processos em injetoras de plástico. Esses dispositivos ajudam a garantir um processo de produção mais consistente, preciso e confiável, resultando em um produto final de melhor qualidade e maior satisfação do cliente.

Maiores informações podem ser obtidas em www.cardella.com.br

Por Henrique Cardella da Cardella Automation

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