Nell’ambito dell’automazione industriale, abbiamo scelto di concentrarci sui sistemi di presa che sfruttano la tecnologia del vuoto per eseguire operazioni di sollevamento e movimentazione di carichi pesanti.
La scelta di queste soluzioni si basa su principi fisici, requisiti di sicurezza (UNI EN 13155:2025) e criteri di selezione precisi per la scelta dell’elastomero che variano in funzione del tipo di materiale manipolato.
In questa guida sul dimensionamento delle ventose dei sistemi di presa industriali che sfruttano la tecnologia del vuoto ci occuperemo di:
- spiegare i principi che sono alla base de vuoto applicato ai sistemi di presa industriale;
- chiarire i fattori di sicurezza identificati dalla normativa UNI EN 13155:2025;
- identificare i fattori in base ai quali scegliere la forma delle ventose e l’elastomero.
Come si crea il vuoto applicato ai sistemi di presa industriale
La forza sfruttata per il sollevamento e la movimentazione dei carichi è generata dalla differenza di pressione tra l’ambiente esterno (ovvero la pressione atmosferica) e la cavità situata all’interno del labbro di tenuta della ventosa dove si crea il vuoto (ovvero la depressione).
La depressione è la pressione differenziale che agisce sull’area di contatto e consente alla pressione atmosferica di far attaccare il materiale sollevato all’attrezzatura.
Sistemi di presa a vuoto e sicurezza: la norma UNI EN 13155:2025
La norma che definisce i requisiti di sicurezza da rispettare per l’utilizzo delle attrezzature amovibili di presa del carico è la serie UNI EN 13155.
Nella versioni del 2021 e del 2025 troviamo i coefficienti minimi di sicurezza e le condizioni di prova in funzione delle quali viene dichiarata l’affidabilità operativa.
In fase di progettazione, oltre alla normativa appena citata, è opportuno tenere conto di quanto viene stabilito dagli aggiornamenti europei come il Regolamento UE 2023/1230: questo identifica requisiti altamente stringenti sui sistemi di controllo e sicurezza che garantiscono che i componenti utilizzati nei sistemi da vuoto sono integrati in cicli operativi sicuri.
I COEFFICIENTI DI SICUREZZA SECONDO LA UNI EN 13155
I fattori di sicurezza individuati dalla norma cambiano in relazione alle modalità di sollevamento: lo scopo in questo contesto è garantire che la forza di tenuta teorica sia sempre maggiore del carico massimo previsto.
I coefficienti sono i seguenti:
- forza di strappo o coefficiente di sollevamento orizzontale: permette di mitigare i rischi relativi alle forza dinamiche e alle perdite di vuoto che si possono verificare improvvisamente durante la movimentazione. L’obiettivo è fare in modo che la ventosa mantenga ben salda la presa anche quando è oggetto di forze normali non statiche;
- forza di scorrimento/taglio o coefficiente di sollevamento verticale.
Quando il sollevamento segue avviene in verticale (o in modalità inclinata) è necessario che la forza di presa contrasti quella di gravità: il mantenimento del carico dipende dall’attrito che si crea tra il componente e la ventosa.
Dal momento che i coefficienti di attrito non hanno valori standardizzati è preferibile scegliere materiali elastomerici caratterizzati da una geometria in grado di aumentare l’attrito meccanico.
DEGRADO DEI COMPONENTI ELASTOMERICI E LIVELLI DI VUOTO
Oltre agli aspetti tecnici appena descritti, la sicurezza operativa dei sistemi di presa a vuoto dipende anche dall’integrità dei componenti elastomerici e dai livelli di vuoto.
La sostituzione del componente deve essere assolutamente effettuata quando il livello di degrado su un singolo parametro è maggiore del 70%.
Altri elementi da monitorare sono: il funzionamento dei sistemi di monitoraggio della pressione e la presenza, nei sistemi automatizzati, di sensori ed interblocchi in grado di assicurare l’inizio della movimentazione solo al raggiungimento del livello di riserva di vuoto considerato sicuro.
Criteri di scelta delle ventose nei sistemi di presa a vuoto
Come accennato sopra, uno dei parametri di scelta delle ventose è rappresentato dalla loro forma che può essere:
- piana: è la configurazione più diffusa, caratterizzata da un minore volume interno e per questo adatta a superfici piane, lisce o rigide. Sono disponibili nella variante a tasselli consigliata per eseguire movimentazioni verticali;
- a soffietto: la presenza di soffietti flessibili fa in modo che la ventosa si adatti a variazioni minime di altezza, superfici irregolari, superfici curve e inclinazioni superficiali. Sono più flessibili rispetto alla variante precedente ma il volume interno superiore richiede tempistiche maggiori per il raggiungimento della depressione operativa;
- altre forme: in presenza di forme particolari è possibile utilizzare ventose a cono profondo e ventose ovali. La prima tipologia è ideale per sollevare i pezzi dai bordi, dagli angoli o superfici molto irregolari; le seconde invece sono ideali per prodotti dalla forma allungata.
Criteri di scelta dei materiali dell’elastomero in base al carico
L’ultima variabile da considerare in sede di dimensionamento delle ventose dei sistemi di presa a vuoto è quella del materiale elastomerico.
In base al materiale scelto cambiano: la durabilità, l’attrito superficiale e l’efficacia delle tenuta sui materiali considerati non ideali.
Un materiale ideale è frutto di una selezione che tiene conto dei seguenti parametri: resistenza all’abrasione o all’usura, resistenza alla deformazione permanente, stabilità termica e resistenza alla trazione.
AD OGNI SETTORE IL SUO MATERIALE
Anche il contesto applicativo ha il suo peso nella scelta. Possiamo dire che:
- il settore farmaceutico e quello alimentare: prediligono materiali conformi alle norme alimentari (ad esempio FDA 21 CFR 177.2600) e le direttive europee di riferimento (ad esempio il Regolamento CE numero 1935/2004); un esempio valido è il silicone (SI);
- il settore dell’ automotive e delle lavorazioni metalliche: tra i materiali preferiti troviamo il Caucciù Nitrilico (NBR) spesso in versione antistatica o miscelato. Questa scelta è giustificata dalla comprovata resistenza a oli di superficie e lubrificanti del materiale, unita a un’ottima resistenza meccanica al taglio;
- manipolazione abrasiva: in contesti caratterizzati da alto attrito, abrasione o in presenza di superfici ruvide è preferibile scegliere il poliuretano. Questo materiale garantisce infatti la massima durabilità e resistenza all’usura per cicli operativi gravosi;
- resistenza chimica e agenti atmosferici: in contesti dove vengono impiegati ozono, acidi, alcali o nei quali l’esposizione agli agenti atmosferici è intensa, il Caucciù Etilene-Propilene (EPDM) offre la stabilità chimica necessaria per evitare una rapida degradazione del componente.