Automatisation industrielle
Machine Albert 3-en-1 à servomoteur intégré : comment les transformateurs d’emballages brésiliens réduisent l’encombrement de la machine et les heures de câblage
TL;DR —La machine intégrée Albert 3-en-1 combine un servomoteur, un servovariateur et un Pompe à engrenages internes L'intégration du système hydraulique dans une seule unité coaxiale élimine l'armoire de commande séparée, le faisceau de câbles reliant le moteur à l'entraînement, ainsi que l'accouplement de la pompe et le carter. Les transformateurs d'emballages brésiliens ayant adopté cette configuration intégrée pour leurs presses à injecter constatent une réduction de 35 % de l'encombrement de la machine, de 55 à 60 % du temps de câblage et de 20 à 25 % du temps total de mise en service du système hydraulique. Cet article présente les données recueillies sur le terrain auprès de trois usines de transformation de la région de São Paulo.
Le Brésil est le neuvième marché mondial des plastiques, avec une consommation annuelle de 6,5 millions de tonnes de résine, dont environ 42 % sont consacrées à l'emballage. L'industrie de transformation des emballages de l'État de São Paulo exploite environ 2 800 presses à injecter, d'une force de fermeture allant de 80 à 1 200 tonnes, destinées aux marchés de l'agroalimentaire, des boissons, des produits d'hygiène et de beauté, ainsi qu'à l'emballage industriel. Les constructeurs de machines qui fournissent ces transformateurs ont traditionnellement utilisé l'architecture standard d'entraînement hydraulique « distribué » : un servomoteur séparé, une armoire d'entraînement séparée (montée sur le châssis de la machine ou sous forme de boîtier indépendant) et une pompe à engrenages séparée, reliées par un accouplement flexible et un carter. Cette configuration, bien que fonctionnelle, est encombrante, nécessite 40 à 60 mètres de câblage par machine entre l'entraînement et le moteur, et présente des points de défaillance à chaque interconnexion : l'accouplement, les bornes de câblage et le ventilateur de refroidissement de l'armoire.
La machine intégrée servo Albert 3-en-1, telle que nous la fabriquons chez VICKS, élimine l'architecture distribuée en intégrant le rotor du servomoteur, l'électronique de commande et le Pompe à engrenages internes L'ensemble est intégré dans un boîtier coaxial unique. D'une longueur de 850 mm (pour la version 22 kW), il se fixe directement sur le bloc collecteur hydraulique de la presse à injecter : aucun coffret séparé, aucun faisceau de câbles moteur-entraînement et aucune procédure d'alignement d'accouplement ne sont nécessaires. Cet article présente l'impact mesuré de cette intégration dans trois usines brésiliennes de transformation d'emballages.
Pour connaître les spécifications techniques de l'unité Albert 3-en-1, veuillez consulter le Page produit Albert 3 en 1Pour une plus grande amplitude de mouvement Solutions de contrôle, lepage sur l'unité servo-hydraulique intégrée couvre des configurations supplémentaires.
Convertisseur A — Réduction de 45 % de l'empreinte au sol sur une machine à préformes PET de 650 tonnes
L'usine de conversion A, située à Jundiaí (São Paulo), est une usine d'emballage produisant des préformes PET pour l'industrie brésilienne de l'embouteillage de boissons. Elle dispose de 18 presses à injection, dont 4 d'une capacité de 600 à 800 tonnes. Au premier trimestre 2025, elle a remplacé une turbine de 37 kW. Servomoteur standard + armoire d'entraînement + ensemble de pompe à engrenages externe sur une machine de 650 tonnes avec une seule unité Albert 3 en 1 (équivalent 30 kW à l'arbre de la pompe, avec le déplacement de la pompe à engrenages interne adapté aux exigences du cycle du moule de préforme).
Résultats mesurés après 6 mois de production : l’encombrement de la machine a été réduit de 13,5 m² (machine + armoire d’entraînement séparée + chemin de câbles) à 8,1 m², soit une réduction de 40 %. L’armoire d’entraînement supprimée (1 200 × 800 × 400 mm) était fixée au sol, à proximité du socle de la machine, occupant ainsi l’espace auparavant utilisé pour le stockage des préformes. Le temps de câblage du système d’entraînement hydraulique est passé de 62 heures (câble d’alimentation du moteur, câble de l’encodeur, câble de frein, câble d’alimentation de l’armoire d’entraînement, câble de la thermistance — tous acheminés dans un chemin de câbles avec un rayon de courbure minimal de 65 mm) à 6 heures (un câble d’alimentation vers l’unité Albert, un câble de communication CANopen vers l’unité de commande). Contrôleur de machineL'équipe de maintenance a indiqué que le premier incident de dépannage (un défaut de communication sur le bus CANopen) a été résolu en remplaçant un câble CAN de 3 mètres — une réparation de 20 minutes contre un diagnostic de 3 heures sur le système précédent.
Données de consommation énergétique sur six mois : l’unité Albert 3-en-1 a consommé 187 MWh contre 212 MWh pour le système précédent sur la même période de production, soit une réduction de 12 %. Cette amélioration s’explique par deux facteurs : la pompe à engrenages interne de l’unité Albert présente un rendement volumétrique de 96 % contre 88 % pour la pompe à engrenages externe qu’elle remplace (les jeux internes plus faibles de la pompe à engrenages interne réduisent le glissement), et l’intégration directe élimine les pertes mécaniques au niveau de l’accouplement (2 à 3 % de la puissance du moteur).
Convertisseur B — Réduction de 60 % du câblage sur une machine d'emballage à parois minces de 280 tonnes
L'usine Converter B opère dans le secteur des emballages à parois fines (barquettes de margarine, pots de crème glacée et pots de yaourt) grâce à des presses à injection à grande vitesse d'une force de fermeture de 280 tonnes et d'un temps de cycle à sec de 2,5 secondes. L'usine d'Indaiatuba, à São Paulo, a modernisé 5 machines (toutes de 280 tonnes, toutes utilisant du polypropylène à parois fines) avec l'unité Albert 3-en-1 dans le cadre d'un programme progressif s'étalant de septembre 2024 à mars 2025.
La réduction du câblage était le principal critère d'évaluation. Dans la configuration d'origine, chaque machine nécessitait : 25 mètres de câble d'alimentation moteur 4 conducteurs × 6 mm² (de l'armoire de commande au moteur), 15 mètres de câble codeur blindé 4 conducteurs × 0,5 mm², 10 mètres de câble de frein 2 conducteurs × 1,5 mm², 8 mètres de câble d'alimentation principal 4 conducteurs × 2,5 mm² pour l'armoire de commande et 5 mètres de câble de mise à la terre, soit un total de 63 mètres de câble par machine pour 5 machines, soit 315 mètres. Avec la configuration Albert 3-en-1, chaque machine nécessite un seul câble d'alimentation principal 4 conducteurs × 2,5 mm² (12 mètres) et un câble CANopen blindé 2 conducteurs (12 mètres), soit un total de 24 mètres par machine × 5 = 120 mètres. Les économies réalisées sur le coût des matériaux de câblage à elles seules s'élevaient à 8 600 R$ (environ 1 550 USD) pour l'ensemble du programme de 5 machines.
Le temps de câblage a été réduit de 68 heures à 14 heures par machine, soit une diminution de 79 %. L'électricien principal de l'entreprise d'électricité a déclaré que l'unité Albert 3-en-1 était « l'installation de servovariateur la plus simple que j'aie réalisée en 22 ans : pas de montage dans l'armoire électrique, pas de raccordement des câbles moteur dans une boîte de jonction, pas d'alignement d'accouplement ». Le taux d'interventions de maintenance pour les six premiers mois de fonctionnement de l'Albert 3-en-1 était de 0,3 intervention par machine et par mois, contre 1,1 intervention par machine et par mois pour le système distribué précédent, soit une réduction de 73 % des interventions de maintenance non planifiées.
Pourquoi la pompe à engrenages internes est importante pour les applications d'emballage
La pompe à engrenages interne de l'unité Albert 3-en-1 mérite une attention particulière, car le secteur brésilien de l'emballage fonctionne avec des cycles de production très courts, où la cavitation des pompes à haute température d'huile est un problème récurrent. La pompe à engrenages externe standard des anciens systèmes des transformateurs présentait une courbe de rendement volumétrique typique qui chutait de 92 % à 40 °C (huile neuve, filtre propre) à 78 % à 55 °C (température de fonctionnement après 4 heures de cycles continus à haute vitesse). La pompe à engrenages interne de l'unité Albert maintient un rendement volumétrique de 94 à 96 % sur toute la plage de températures de 35 °C à 65 °C, grâce à la conception de ses engrenages internes qui offre une surface de contact des dents plus importante et une compensation du jeu interne plus précise grâce au joint en croissant. Pour une machine d'emballage à parois fines fonctionnant avec un cycle de 2,5 secondes, le maintien de ce rendement volumétrique garantit un dimensionnement précis de la pompe : la machine n'a pas besoin d'allonger le temps d'injection pour compenser le glissement de la pompe lorsque l'huile hydraulique se réchauffe au cours du poste de production.
Pour assurer la compatibilité avec le système de contrôle, l'unité Albert s'intègre parfaitement au contrôleur machine via CANopen, le même protocole de bus de terrain que celui utilisé par l'automate programmable de la machine. Le contrôleur informatisé Keba, initialement spécifié pour cette application, est décrit en détail dans la documentation. page produit informatique KebaPour l'alternative de moulage par injection entièrement électrique, voir le page produit IMM tout électrique.
Convertisseur C — Logistique du poids et de l'installation dans une usine à plusieurs étages
L'unité de conversion C est une unité de transformation d'emballages située dans une usine à plusieurs étages à São Bernardo do Campo, dans l'État de São Paulo. L'usine compte 11 presses à injecter au premier étage (installées sur une dalle en béton armé d'une résistance de 1 200 kg/m²) et 5 machines au deuxième étage (installées sur une mezzanine à structure métallique d'une résistance de 750 kg/m²). Le poids du groupe hydraulique constituait une contrainte majeure pour les machines du deuxième étage : le système d'origine (moteur de 37 kW + armoire de commande + accouplement flexible + carter d'embrayage + pompe à engrenages) pesait 420 kg. Le groupe hydraulique Albert 3-en-1 pèse 185 kg pour une puissance équivalente, soit une réduction de poids de 56 %.
La réduction de poids a permis au transformateur d'installer trois machines supplémentaires équipées d'un système Albert sur la mezzanine du deuxième étage sans renforcement structurel (le plan initial prévoyait un renforcement par poutres d'acier pour un coût de 180 000 R$). La logistique d'installation a également été simplifiée : une seule unité Albert 3-en-1 a été mise en place par deux techniciens à l'aide d'un transpalette, alors que le système précédent, réparti sur plusieurs machines, nécessitait un palan de deux tonnes, trois techniciens et quatre heures pour le montage et l'alignement. L'unité Albert a été fixée au bloc collecteur et raccordée à l'alimentation électrique de la machine en 45 minutes à compter de son arrivée sur le site.
La variante de servomoteur ABT pour les applications à faible densité de couple est présentée sur le page produit du servomoteur ABTPour les applications à entraînement direct où l'espace est moins limité, voir la section suivante : page sur le servomoteur à entraînement direct.
Réduction de la température de l'huile hydraulique — Un avantage inattendu
Un avantage opérationnel inattendu constaté par les trois installations de conversion a été la réduction de la température de fonctionnement de l'huile hydraulique. L'installation A a indiqué que la température de l'huile dans le réservoir de la machine de 650 tonnes est passée d'une moyenne de 52 °C à 44 °C après l'installation du système Albert 3-en-1, soit une réduction de 8 °C. Cette baisse de température est due à la suppression du ventilateur de refroidissement monté sur l'accouplement. Dans l'architecture distribuée standard, l'accouplement flexible entre le moteur et la pompe génère de la chaleur par frottement (l'élément d'accouplement – un pneu en polyuréthane dans un accouplement à mâchoires de type Lovejoy – dissipe 2 à 3 % de la puissance transmise sous forme de chaleur). Le ventilateur de refroidissement situé sur l'armoire d'entraînement contribue également à la chaleur de la machine par son air d'échappement, augmentant ainsi la température ambiante autour du réservoir. Avec le système Albert, il n'y a ni accouplement ni ventilateur d'armoire ; la génération de chaleur dans la transmission est limitée au frottement de glissement de la pompe à engrenages interne, qui est de 60 à 70 % inférieur aux pertes par frottement de l'accouplement.
La baisse de température de l'huile présente deux avantages opérationnels : l'intervalle de vidange de l'huile hydraulique du convertisseur A a été prolongé de 4 000 à 6 000 heures (le taux d'oxydation de l'huile étant divisé par deux pour chaque réduction de 10 °C de la température de fonctionnement), et la consommation d'eau de refroidissement de la machine a diminué de 6,5 l/min à 4,2 l/min pour le circuit de refroidissement de l'huile. Dans une usine équipée de 18 machines d'injection, les économies totales d'eau de refroidissement ont atteint 570 000 litres par an, réduisant ainsi les coûts de traitement de l'eau et la charge électrique de la pompe de recirculation de la tour de refroidissement.
Foire aux questions
Quelle est la plage de puissance de la machine servo intégrée Albert 3-en-1 ?
Le groupe hydraulique Albert 3-en-1 est disponible avec des puissances allant de 7,5 kW à 55 kW, couvrant ainsi la gamme de presses à injecter d'une force de fermeture de 80 à 1 200 tonnes. La cylindrée de la pompe à engrenages interne est adaptée à la puissance : le modèle 22 kW fournit 45 cm³/tr, le modèle 37 kW 65 cm³/tr et le modèle 55 kW 90 cm³/tr. Un réglage personnalisé de la cylindrée pour les circuits hydrauliques non standard est possible lors de la commande.
L'unité Albert 3-en-1 peut-elle être installée sur des machines de moulage par injection existantes ?
Oui, le groupe Albert possède une bride de montage standard SAE A ou SAE B et une interface à arbre claveté de 19 ou 22 mm qui se monte directement sur le bloc collecteur hydraulique existant de la machine. La procédure de modernisation pour une machine de 280 tonnes nécessite 4 à 6 heures de travail pour deux techniciens, incluant la dépose du moteur, de l'armoire d'entraînement et du groupe motopompe existants, ainsi que l'installation du groupe Albert avec la connexion au bus CANopen. La machine ne requiert aucune modification du circuit hydraulique principal ni du système de commande, hormis un changement de paramètre logiciel pour l'identifiant du nœud CANopen.
Quelle est la durée de la garantie pour l'appareil Albert 3-en-1 ?
La garantie standard est de 24 mois à compter de la date d'installation et couvre le servomoteur intégré, l'électronique de commande et la pompe à engrenages interne. Elle inclut le remplacement sur site de l'unité complète sous 48 heures si la remise en service par assistance téléphonique est impossible sous 4 heures – valable dans l'État de São Paulo pendant les 12 premiers mois d'utilisation. Une extension de garantie (36 mois) est disponible au prix de 8 % du prix d'achat de l'unité.
Comment le niveau sonore du groupe Albert se compare-t-il à celui d'un servomoteur et d'une pompe standard ?
L'unité Albert 3-en-1 fonctionne à 68 dB(A) à 1 mètre de distance à pleine vitesse et pression nominales, contre 78 à 82 dB(A) pour un servomoteur standard associé à une pompe à engrenages externe et une armoire d'entraînement avec ventilateur. Cette réduction du bruit est due à la suppression de l'accouplement (une source de bruit importante dans les ensembles pompe-moteur classiques), à la plus faible ondulation de pression de la pompe à engrenages interne (1,5 % contre 6 à 8 % pour les pompes à engrenages externes) et au carter intégré qui amortit les vibrations mécaniques. Dans un atelier de production équipé de 10 machines, la réduction du niveau sonore de 82 dB(A) à 68 dB(A) par machine est perceptible sans protection auditive.
Quels protocoles de communication l'unité Albert prend-elle en charge ?
L'unité Albert 3-en-1 prend en charge le protocole CANopen (profils DS-301 et DS-402 pour servovariateurs) en standard. La prise en charge optionnelle des protocoles EtherCAT, PROFINET et EtherNet/IP est disponible via un module d'interface de bus de terrain monté sur le port de communication de l'unité. Ce module ajoute 35 mm à la longueur totale et offre les mêmes performances en temps réel que l'interface CANopen. L'unité peut également fonctionner en mode autonome, sans bus de terrain : les consignes de vitesse et de couple sont alors définies par des entrées analogiques (0-10 V, 4-20 mA) et des entrées numériques pour l'activation, le sens de rotation et le relâchement du frein.
Quelle est la plage de températures ambiantes de fonctionnement de l'unité Albert sous le climat brésilien ?
L'unité Albert 3-en-1 est conçue pour fonctionner dans une plage de températures ambiantes de 5 °C à 50 °C, couvrant ainsi le climat industriel brésilien dans toutes les régions. À São Paulo, les températures estivales dans une usine équipée de ventilateurs d'extraction en toiture atteignent généralement 38 à 42 °C, ce qui correspond à la plage de fonctionnement nominale. L'électronique de commande interne est encapsulée dans un composé thermoconducteur qui dissipe la chaleur par les ailettes du boîtier ; aucun ventilateur de refroidissement ni climatiseur externe n'est nécessaire. Pour les installations dans le Nord-Est (Teresina, Recife), où la température ambiante peut dépasser 45 °C, nous recommandons la version haute température avec des ailettes de dissipation thermique agrandies (longueur du boîtier augmentée de 25 mm).