Comment choisir entre un actionneur pneumatique et un actionneur électrique

Lors de ma dernière visite sur le site de production  de Siemens à Amberg, leur responsable des opérations m' a dit qu'ils prévoyaient de remplacer les traditionnels vérins pneumatiques des lignes de production par des actionneurs électriques. Lorsque j'ai demandé les raisons d'un tel changement, il a répondu que les actionneurs électriques sont plus faciles à installer et à entretenir. De plus, elles sont plus silencieuses en fonctionnement et réduisent ainsi le bruit de la ligne de production

Cela m' a fait penser que si les actionneurs pneumatiques seront remplacés par des actionneurs électriques dans les années à venir, cela aura un impact considérable sur les grands acteurs pneumatiques tels que Festo, SMC, Parker ou Norgren. J'étais curieux d'en apprendre un peu plus autour de cette "tendance" et j'ai remarqué qu'il y a déjà beaucoup de débats et de forums qui couvrent cette question. L'article ci-dessous résume mes constatations, qui mettront en lumière les avantages et les inconvénients des deux technologies.

Le fait le plus important et qu'il n' y a pas de réponse claire quant à savoir s'il vaut mieux utiliser un actionneur pneumatique ou électrique. Comme beaucoup de décisions de la vie, la réponse à cette question commencera typiquement par:"Eh bien, ça dépend..."

Avantages et inconvénients des actionneurs pneumatiques

En effet, les actionneurs pneumatiques fournissent plus de force que toute autre technologie d'actionneurs, à l'exception de l'hydraulique. L'autre avantage principal réside dans les vitesses élevées qui sont possibles avec eux. Un autre avantage de cette technologie et que ces deux paramètres peuvent être facilement ajustés indépendamment l'une de l'autre en utilisant soit des soupapes de surpression pour les régulateurs de force et/ou de débit pour la vitesse.

Deux autres facteurs peuvent également expliquer les actionneurs pneumatiques. Le premier est le faible coût par unité, où les cylindres les moins chers commencent à environ 10€, l'autre facteur est le faible encombrement. Les dimensions très réduites sont le résultat d'options de contrôle et de réglage très restreintes que le vérin fournit directement.

Ceci se rattache à l'un des inconvénients des actionneurs pneumatiques qui est le coût de l'infrastructure relativement coûteuse nécessaire pour les systèmes pneumatiques. Le tout commence généralement par un compresseur qui fournit l'air comprimé, suivi d'un FRL (filtre, régulateur et lubrificateur) pour préparer l'air dans la composition nécessaire pour les appareils qui en sont effectivement alimentés. Cet air est stocké dans un réservoir qui sert de tampon entre le compresseur et le récepteur. Les appareils de distribution et les actionneurs sont des composants typiques de l'air comprimé préparé. Pour compléter l'ensemble des composants généralement utilisés dans les systèmes pneumatiques, il convient de mentionner également les commandes, régulateurs, silencieux, flexibles, raccords et dispositifs de surveillance comme les manomètres ou les capteurs de pression.

Compte tenu de ce qui précède, il est évident que les coûts globaux d'un système pneumatique pour actionner un mécanisme de commande peuvent être très élevés. De plus, les dispositifs utilisés dans le système pneumatique doivent être entretenus régulièrement. Selon le ministère de l'Énergie, 24% des coûts annuels de l'air comprimé sont attribuables à l'entretien, à l'équipement et à l'installation, tandis que 76% sont directement attribuables au coût de l'électricité de l'alimentation du compresseur.

Avantages et inconvénients des actionneurs électriques

L'un des principaux avantages des actionneurs électriques est la précision de commande et de positionnement. Ceci permet une mise en œuvre aisée dans les machines et systèmes existants à des coûts d'exploitation réduits. La séparation de l'électronique du servomoteur facilite la maintenance et réduit les coûts de remplacement. Un autre différentiateur clé est le très faible bruit des actionneurs électriques par rapport aux actionneurs pneumatiques.

Différentes versions d'actionneurs électriques sont disponibles. Habituellement, elles sont toutes constituées d'une vis à billes, d'un vis à tête cylindrique ou d'une vis à rouleaux reliées par un coupleur à un moteur électrique. Lorsque la vis tourne, elle déplace le piston. Le piston est relié à une tige ou à un chariot qui déplace la charge.

Certaines variantes utilisent des courroies dentées à deux poulies qui permettent des vitesses très élevées. Ces actionneurs sont souvent utilisés dans les robots.

Les performances et les coûts d'un actionneur électrique varient en fonction des matériaux et du principe technique utilisé pour l'actionneur.

Les actionneurs électriques utilisent généralement des moteurs pas à pas ou des servomoteurs - parfois aussi des moteurs à courant alternatif ou à courant continu en combinaison avec des interrupteurs de fin de course si la précision de position est moins critique. Les moteurs pas à pas sont le choix le plus économique lorsqu'un positionnement précis est requis, mais ne conviennent que pour les applications où des vitesses plus faibles sont suffisantes. Des encodeurs intégrés sont recommandés dans le stepper pour éviter une éventuelle perte de synchronisation avec un régulateur. L'option la plus précise est un actionneur électrique qui utilise un servomoteur. Ceci garantira la meilleure performance, avec une précision supérieure et des vitesses supérieures - mais c'est aussi l'option avec le coût par unité le plus élevé.

Les actionneurs électriques démarrent généralement à un coût d'environ 500€ - alors que les versions miniatures sont déjà disponibles en dessous de 100€.

J'espère que ce qui précède a contribué à la compréhension des principaux facteurs de différenciation des deux technologies et vous aidera à affiner votre décision.