Molto spesso si sentono nominare sistemi di bloccaggio idraulici a semplice o a doppio effetto. Purtroppo, nella frenesia del mondo contemporaneo, non ci si sofferma con la dovuta attenzione sui motivi che portino alla scelta dell'uno o dell'altro e sulle inevitabili ricadute progettuali. In questa piccola rubrica analizzeremo i vantaggi offerti dai sistemi a doppio effetto in contesti specifici, così come alcuni aspetti che devono essere tenuti presente in fase di scelta tra l'uno o l'altro sistema.

La forma più elementare di bloccaggio è quella meccanica manuale: tramite viti e tiranti è possibile ottenere livelli di forza abbastanza elevati, seppur non facilmente misurabili e monitorabili. Non è possibile determinare nemmeno se il pezzo sia bloccato correttamente e, nel caso di una lavorazione automatica, se avvengano variazioni di forza.
Un primo livello di accesso all’automazione dei bloccaggi può avvenire quindi attraverso cilindri idraulici a semplice effetto: l’olio viene inviato ad un cilindro nel verso del bloccaggio, mentre l’apertura del cilindro viene governata da una molla (i cilindri saranno quindi “normalmente aperti”). Esistono altresì cilindri in cui il bloccaggio viene effettuato da una molla, mentre l’olio interviene unicamente in sbloccaggio (“normalmente chiusi”).
Per rendere il processo più deterministico e certo, con eventuali pressostati o più semplici manometri è possibile controllare la pressione idraulica e di conseguenza la forza agente sul pezzo durante la lavorazione.
Pur essendo un grande passo avanti rispetto ad una soluzione completamente meccanica, i cilindri a semplice effetto possono non essere la soluzione perfetta in caso di automazioni spinte. Infatti la presenza di una molla non garantisce “certezze” in fase di apertura del cilindro (né in chiusura), soprattutto in presenza di un’eventuale contropressione nella mandata idraulica. La contropressione è anche legata alla lunghezza dei tubi idraulici, il che rende poco adatto l’uso di cilindri a semplice effetto con tubazioni particolarmente lunghe (pena l’impossibilità di sbloccare il cilindro).
I bloccaggi a semplice effetto sono comunque ideali per molte tipologie di sistemi di serraggio. I componenti a semplice effetto sono più immediati e meno costosi da installare, perché richiedono meno linee idrauliche e hanno controlli più semplici, poichè necessitano di un minor numero di valvole. Nello specifico, cilindri Roemheld sono progettati molle di ritorno più reattive e affidabili rispetto a quelle di qualsiasi altro produttore, quindi la necessità di dispositivi a doppio effetto non è sempre scontata. Gli utilizzatori che si affacciano per la prima volta al mondo dei bloccaggi idraulici possono solitamente ottenere ottimi risultati usando solo cilindri a semplice effetto.
Ci sono alcune situazioni, tuttavia, in cui i sistemi a doppio effetto sono più adatti o addirittura necessari. La maggior parte dei costruttori di attrezzature considerano sempre i cilindri a doppio effetto come un'opzione nelle circostanze ove un sistema a semplice effetto non darebbe elevate garanzie di sicurezza e consistenza del processo produttivo. Con un po' di esperienza, costruire sistemi a doppio effetto può essere facile quasi quanto costruire sistemi a semplice effetto. La maggiore affidabilità dell'attrezzatura nelle applicazioni di alta produzione vale senza dubbio il costo aggiuntivo. Analizziamo quindi alcune casistiche nelle quali i sistemi a doppio effetto risultino la scelta vincente.

Fluido refrigerante in pressione

I cilindri a doppio effetto sono più adatti per le applicazioni di lavorazione che utilizzano il fluido refrigerante. Infatti i cilindri a semplice effetto hanno una piccola camera d'aria per la molla su un lato del pistone, mentre nei cilindri a doppio effetto l'olio è presente da entrambe le parti del pistone. Quest'aria viene scaricata durante la corsa di bloccaggio, mentre nella corsa di sbloccaggio viene nuovamente aspirata. Per questo motivo l'uso di refrigeranti e fluidi da taglio deve essere considerato nella progettazione dell'attrezzatura, al fine di indirizzare opportunamente la scelta dei cilindri. Anche se tutti i cilindri a semplice effetto hanno filtri dell'aria in metallo sinterizzato per impedire l'ingresso di contaminanti, c'è ancora la possibilità che fluidi aggressivi possano entrare nell'area della molla (specialmente con il refrigerante in pressione), causando malfunzionamenti. Un'alternativa è quella di continuare ad usare cilindri a semplice effetto e aggiungere linee di sfiato dell'aria dedicate che raggiungano zone lontane dal raggio d'azione del refrigerante, ma il passaggio a bloccaggi a doppio effetto di solito fornisce una soluzione più sicura ed efficace.
Eventuali raschiatori metallici aggiuntivi possono inoltre fornire un'ulteriore barriera contro l'ingresso indesiderato di fluidi contaminanti nella camera del cilindro.

Sistemi automatici per macchine utensili

I cilindri a doppio effetto dovrebbero essere utilizzati nei sistemi che hanno un carico/scarico automatico o qualsiasi altro sistema di comunicazione tra macchina e utensile, in modo che tutte le funzioni possano essere facilmente temporizzate e coordinate. Dato che i cilindri si muovono in base alla pressione data dal fluido, lo stato degli stessi può essere monitorato da pressostati su entrambi i lati (serraggio e di sbloccaggio).
I cilindri a doppio effetto, quando dotati di controlli di posizione elettrici o pneumatici, permettono inoltre di avere maggiori certezze circa la loro posizione: nel caso di carico robotizzato questo diventa fondamentale, in quanto sarebbe disastroso che il robot iniziasse a scaricare un pezzo da un attrezzo ancora chiuso. L’azione dell’olio, rispetto alla molla, è inoltre molto più vigorosa, in quanto praticamente non risente di eventuali contropressioni. Inoltre i cilindri idraulici, grazie ai pressostati, risultano “sempre in presa”, capaci di generare forza fintanto che la pressione viene mantenuta ai livelli definiti dal dimensionamento dell’attrezzo. Con opportuni asservimenti, i pressostati sono in grado di mandare in allarme la macchina e fermare la lavorazione prima di danneggiare i pezzi o gli utensili.

Attrezzature molto grandi e leverismi pesanti

I cilindri a doppio effetto sono spesso migliori per attrezzature di grandi dimensioni con lunghe linee idrauliche o altre restrizioni di flusso. La velocità di ritorno è influenzata negativamente da diversi fattori:
● la caduta di pressione nelle tubazioni e nei tubi flessibili (che può rendere impossibile l’apertura di cilindri a semplice effetto, se la molla non ha una forza sufficiente);
● la caduta di pressione nelle valvole e nei filtri;
● la viscosità del fluido, che è maggiore alle basse temperature;
● la forza di attrito sulle guarnizioni del pistone, specialmente quando il bloccaggio si protrae per intervalli di tempo prolungati.
Al tempo stesso un sistema a doppio effetto, nel caso vengano manipolati degli accessori particolarmente pesanti (come alcune staffette personalizzate voluminose, utilizzando delle staffe rotanti), permette di garantire certezze durante la movimentazione e nella gestione di inerzie importanti.