Une nouvelle conception des centrales hydrauliques

Beaucoup de puissance et un encombrement minime

L’hydraulique est bien implantée dans le monde de la production. Les constructeurs de machines-outils apprécient l’hydraulique en raison de sa forte densité de puissance, de sa robustesse et de sa conception modulaire. Toutefois, dans la plage de puissance basse, de 0 à 4 kW, quelques problèmes existent. L’espace disponible en production étant souvent limité, les concepteurs et les techniciens recherchent constamment des solutions de plus en plus compactes.

L’espace est précieux

La demande de compacité des entraînements hydrauliques n’est pas seulement due aux contraintes structurelles en matière d’agrandissements, de modernisations et de réparations. Elle a également un rapport avec les frais d’acquisition, les délais d’assemblage ou l’agrandissement de l’espace de travail en raison des dimensions de la machine. En plus du niveau d’intégration des fonctions, l’efficacité énergétique joue fréquemment un rôle important. Dernier point, et non des moindres, beaucoup de constructeurs suivent la tendance à la miniaturisation. Si les pièces à travailler sont de plus en plus petites, la masse déplacée de la machine-outil doit être diminuée en conséquence.

Les centrales hydrauliques grignotent l’espace de production

Pour réduire l’encombrement, les fabricants peuvent s’attaquer en premier lieu à la centrale hydraulique et à l’armoire de commande. Il devient évident que les centrales compactes, faciles à intégrer, nécessitent une démarche de conception totalement nouvelle, qui supprime toutes les caractéristiques occupant inutilement de la place dans la plage de puissance comprise entre 0 et 4 kW et garantisse la compatibilité avec de nombreux types de machines différentes.

Des démarches de conception extrêmement intégrées

Les concepts innovants selon la directive 2009/125/CE sur l’écoconception, par exemple, comportent un réservoir optimisé pour le dégazage efficace et qui réduit le volume de fluide jusqu’à 80 %. Un facteur beaucoup plus déterminant pour gagner de la place est l’intégration réelle de toutes les fonctions dans une petite centrale. Ces fonctions vont d’un entraînement économique à vitesse variable fournissant de la puissance à la demande, jusqu’à une technologie de détection du niveau de remplissage, de la température, de la pression et de la contamination du filtre, en passant par un convertisseur de fréquence entièrement filaire.

Les centrales hydrauliques compacte et prête pour l’Industrie 4.0

La viabilité de cette démarche dans le cadre de l’industrie 4.0 impose une interface de données. Seule la surveillance permanente de l’état permet d’optimiser confortablement les conditions d’exploitation et de détecter les pannes à l’avance. Avec cet équipement, l’utilisateur n’a qu’à brancher l’alimentation électrique, l’interface de données et l’alimentation hydraulique pendant l’installation pour préparer la mise en service.

Un nouveau refroidissement à caloduc

Les « caloducs » sont considérés comme une innovation permettant un gain de place en matière de refroidissement des centrales hydrauliques. Leur conduction thermique passive à haute performance permet de réduire encore la taille du châssis. Les caloducs absorbent l’énergie thermique du convertisseur de fréquence, du moteur et du fluide hydraulique, pour la transférer dans un dissipateur thermique central, par exemple, de l’eau de refroidissement.

Cela garantit une gestion thermique optimisée avec intelligence au sein de la centrale hydraulique et utilise de manière optimale le pouvoir de refroidissement de l’eau. Aucun circuit hydraulique distinct n’est nécessaire pour refroidir le fluide hydraulique, ce qui réduit l’espace nécessaire, les émissions sonores, la consommation d’énergie et les possibilités de fuite.

Caloduc – principe de fonctionnement

À la base, un caloduc se compose de tuyaux en cuivre hermétiquement scellés à une pression inférieure à celle de l’atmosphère. Ces tuyaux contiennent un milieu qui transfère l’énergie thermique. Dans la plage de températures des centrales hydrauliques, le milieu peut être de l’eau distillée. La température d’ébullition de l’eau est considérablement abaissée en raison de la basse pression du caloduc. C’est pourquoi l’ébullition et la condensation peuvent s’y produire à basse température.

Fonctionnalité : si l’on trempe le caloduc dans du fluide hydraulique chaud, par exemple, l’énergie thermique présente dans la partie immergée du caloduc est transférée dans l’eau. L’eau dépasse le point d’ébullition, s’évapore et absorbe une grande quantité de l’énergie thermique avec une faible différence de température (chaleur latente). La vapeur d’eau s’élève dans la partie supérieure du caloduc, qui est refroidie, par exemple par un élément réfrigérant. À ce niveau-là, la vapeur d’eau se condense et transmet l’énergie thermique à l’eau de refroidissement.

Grâce à l’absorption et à la dissipation de la chaleur latente, la conductivité thermique des caloducs peut être jusqu’à 1000 fois supérieure à la conductivité thermique de tuyaux en cuivre. En raison de la grande élasticité thermique du cuivre, le caloduc est facile à façonner. Il est donc possible de former des trajets de chaleur idéaux à l’intérieur de la centrale hydraulique et d’optimiser fortement l’encombrement. Cette technologie trouve des applications similaires en informatique, avec un même potentiel d’optimisation. L’énergie thermique des ordinateurs portables, issue des sources de chaleur telles que l’unité centrale, est transférée à des éléments réfrigérants à l’aide de caloducs.

Les centrales hydrauliques Plug-and-play : fini les armoires de commande

Le convertisseur de fréquence présente lui aussi un fort potentiel en termes de gain de place. Si le fabricant l’a déjà équipé d’une interface multi-Ethernet pour Sercos, Profinet et d’autres protocoles, les constructeurs de machines et d’installations peuvent aller jusqu’à supprimer l’armoire de commande dédiée à la centrale hydraulique.

Il faut néanmoins pour cela que la technologie des capteurs et le moteur de la centrale soient raccordés au convertisseur de fréquence de telle manière que ce dernier puisse commander la pression hydraulique en toute autonomie. Par conséquent, non seulement les dimensions de l’armoire de commande peuvent être réduites, mais l’armoire de commande peut être complètement éliminée et par là même occasion, ses travaux d’installation et les sources d’erreur qui en découlent.

Conclusion

Les petites centrales hydrauliques entièrement intégrées reposant sur une démarche de conception novatrice, dans la plage allant de 0 à 4 kW, offrent aux constructeurs de machines et d’installations les avantages des entraînements hydrauliques et d’un très faible encombrement. Les centrales hydrauliques constituent une alternative aux solutions purement électriques : leur énergie peut être convertie en mouvement linéaire de manière précise et économique, directement dans la zone de travail, au moyen d’un simple cylindre hydraulique.

Si la technologie des capteurs, le convertisseur de fréquence et l’interface de données sont également intégrés, les utilisateurs bénéficient non seulement d’une surveillance complète de l’état, mais aussi d’une armoire de commande peu encombrante, voire d’une conception sans armoire de commande.

Pour plus d’information sur les centrales hydrauliques entièrement intégrées : Fiche technique Cytropac