Elevadores de husillo y el rey Carlos: lo que ambos tienen en común

Cómo, con los elevadores de husillo de GROB, se explora el cielo de Australia

Philipp Schmalzhaf

por Philipp Schmalzhaf, Gerente de ventas

Elevadores de husillo y el Rey Carlos

Con los elevadores de husillo de GROB se observa el cielo de Australia

Elevadores de husillo en Australia: El 16 de octubre de 1974, en las montañas de Siding Spring en Australia, el entonces príncipe Carlos inauguró oficialmente el telescopio reflector anglo-australiano (AAT) en el observatorio local. En aquel tiempo, GROB GmbH era todavía un pequeño taller artesanal. Nadie imaginaba entonces cómo se establecería más adelante esta conexión.

El telescopio reflector instalado en esa época fue uno de los primeros en el hemisferio sur y, con un diámetro de espejo de 3,9 metros, el más grande de Australia en su momento.

¿Qué hacen los telescopios reflectores? Se utilizan en observatorios astronómicos para la astronomía observacional. Los científicos observan cuerpos celestes a través de la radiación que emiten. Para obtener imágenes precisas de regiones muy lejanas del cielo, los telescopios reflectores deben estar alineados con extrema exactitud. Mover el espejo del telescopio —que pesa 16,2 toneladas— requiere un sistema mecánico sofisticado, especialmente durante los trabajos de mantenimiento.

La solución para el observatorio australiano

En 2012, cuando se renovó todo el sistema, la empresa encargada, PM Design Group, optó por una solución de GROB. El motivo: se buscaba un sistema duradero, casi libre de desgaste y con alta precisión de posicionamiento. No fue necesario buscar mucho, ya que la solución de GROB encajaba a la perfección.

Finalmente, se instalaron tres elevadores de husillo modelo BJ5, cada uno con una capacidad máxima de carga de 500,000 N. El suministro de GROB incluyó: un motor de accionamiento de 15,000 W (de SEW Eurodrive), dos reenvíos a ángulo y tres ejes cardán que transmiten el movimiento a los tres elevadores BJ5.

Particularidad de esta solución: Los elevadores de husillo están equipados con husillos de bolas, lo que ofrece varias ventajas:

  1. Mayor precisión de posicionamiento.
  2. Menor desgaste.
  3. Mayor vida útil del husillo.

Velocidad de elevación: 0.52 m/min.

Elevadores de husillo que funcionan en Australia también rinden en Chile

La consecuencia lógica: dado que el sistema ha funcionado perfectamente en Australia y ha recibido excelentes comentarios, otro observatorio decidió implementar la misma solución. El Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO) en Chile encargó a GROB un sistema similar para su telescopio Blanco, con un diámetro de 4 metros.

La solución para Chile: Los elevadores previamente instalados (no suministrados por GROB) estaban diseñados para una carga de 227,000 N cada uno. Debido al alto desgaste, GROB recomendó utilizar elevadores más grandes, con una carga máxima de 500,000 N. Actualmente, GROB suministra tres elevadores BJ5 de 500,000 N cada uno, un motor eléctrico de 15,000 W, dos reenvíos a ángulo y tres ejes cardán. La velocidad de elevación es de 0.5 m/min.

Elevadores de husillo: larga vida útil y máxima precisión

El observatorio en Chile había experimentado anteriormente un alto nivel de desgaste en los elevadores instalados. Por ello, GROB recomendó utilizar elevadores con husillo de bolas en lugar de husillos trapezoidales. Entre el husillo y la tuerca se intercalan bolas, de modo que se produce fricción por rodadura en lugar de fricción por deslizamiento, lo que implica:

  1. Mayor eficiencia.
  2. Menor potencia requerida.
  3. Reducción de costos de inversión.

Los elevadores de husillo de GROB

Los elevadores de husillo de GROB pueden alcanzar cargas máximas desde 2,500 N hasta 2,000,000 N. En este caso se utilizaron tres elevadores BJ5, cada uno con una carga de 500,000 N.

Normalmente, los elevadores están equipados con husillos trapezoidales. En esta instalación, se emplearon husillos de bolas. Los equipos instalados corresponden a la versión básica, aunque en una forma especial: se trata de un elevador “escalador”. El husillo de bolas está fijado a la estructura, y al activarse el motor de accionamiento, el elevador se “desliza” con la carga hacia arriba o hacia abajo a lo largo del husillo.

Elevador de husillo que trepa

El elevador de husillo que “trepa” por el husillo

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Preguntas frecuentes

Un elevador de husillo es la combinación de un husillo con una tuerca (engranaje helicoidal o tuerca móvil), que mediante un engranaje helicoidal convierte un movimiento de giro en un movimiento lineal.

Versión básica: El husillo realiza él mismo el movimiento axial.

Versión traslación tuerca: El husillo permanece fijo en el espacio y gira; sobre él, la tuerca se desplaza hacia arriba y hacia abajo.

  1. Cúbico y Clásico: solo diferencias externas. Cuestión de preferencia; los datos de rendimiento son prácticamente idénticos.
  2. HMC: estándar hasta 3,000 1/min en la entrada, con llenado de aceite y aletas de enfriamiento; capacidad dinámica significativamente mayor.
  3. KH: alta dinámica explícita; la capacidad de carga se reduce a un máximo de 90 kN.

Los codificadores pueden montarse en el motor o en el eje motriz para una supervisión permanente.

Si solo se trata de las posiciones finales, los finales de carrera pueden detectar las posiciones deseadas.

En los cilindros de elevación, también usamos frecuentemente potenciómetros, que devuelven un valor de resistencia que el controlador puede leer.

Evita cualquier movimiento de giro del husillo. Si un husillo de traslación realizara un movimiento de rotación, ya no sería posible un movimiento lineal.

Del lado del cliente: el cliente guía la carga, evitando que ésta gire. Si el husillo se fija directamente a la carga, tampoco podrá girar.

Del lado del reductor (el producto cuenta con anti-rotación): utilizamos ya sea una ranura a lo largo de todo el husillo con una chaveta como contraparte, o, alternativamente, se puede atornillar un bloque cuadrado en la parte trasera del husillo y el tubo protección se fabrica como tubo cuadrado.

La confusión a veces surge porque en ambos casos hay un elemento adicional en la parte trasera del husillo.

  1. El seguro contra giro es simplemente un anillo en la rosca que evita que el husillo se salga.
  2. El seguro contra torsión además impide que el husillo gire sobre su eje.

La indicación "20% de ciclo de trabajo por hora" siempre debe considerarse en relación con una determinada potencia de entrada en la caja de engranajes. Si se utiliza por debajo del valor de potencia permitido, se genera menos calor y la caja de engranajes necesita menos tiempo para enfriarse. De esta manera, es posible superar el 20% de ciclo de trabajo.

Sí, los elevadores de husillo pueden fabricarse completamente en acero inoxidable y equiparse con grasa apta para alimentos según la certificación H1.

La carcasa es de fundición a presión de aluminio o de hierro gris; el husillo, el tubo protección y el eje motriz son de acero; la rueda dentada o la tuerca portante son de una aleación de bronce. Además, existen muchas variantes.

Sí, mediante bridas para motor se pueden montar de manera flexible motores o motores con reductor. Usted decide si proporciona el motor o si GROB se encarga de ello.

Sí. Un elevador de husillo se puede accionar con cualquier actuador rotativo, ya sea eléctrico, mecánico o manual.

En cargas de compresión, el factor limitante suele ser el pandeo. En cargas de tracción, depende de la disponibilidad del material en bruto (barras comercialmente disponibles hasta 6 m) o de la velocidad crítica de pandeo (en la versión traslación tuerca). Si se requieren carreras mayores, el husillo también puede fabricarse en varias secciones.

En aplicaciones con altos requisitos de seguridad, a veces se requieren dos mecanismos de retención que actúen de manera independiente. Esto puede ser la auto-retención dinámica + freno del motor, o un freno doble independiente en el motor trifásico.

Sí. Los tipos de voltaje más comunes son 24 VDC / 230 VAC / 400 VAC. Otros voltajes en corriente continua y corriente alterna están disponibles bajo solicitud.

Un motor trifásico gira en función de la frecuencia de la red. A mayor frecuencia, mayor velocidad de giro.

La velocidad nominal a 50 Hz es:

  1. Motor de 2 polos: 3000 rpm
  2. Motor de 4 polos: 1500 rpm
  3. Motor de 6 polos: 1000 rpm
  4. Motor de 8 polos: 750 rpm

Grasa lubricante de clase NLGI 1 o 2, adecuada para cojinetes deslizantes y de rodamiento sometidos a altas cargas. Se debe tener en cuenta la compatibilidad con el lubricante existente, considerando si la grasa es de base mineral o sintética.

Depende del ciclo de operación y de las condiciones de uso. Por lo general, se recomienda cada 500 carreras dobles.

La cantidad de lubricante depende del tamaño de construcción y del tipo de elevador de husillo. Los datos correspondientes se encuentran en nuestro catálogo completo. Aquí como ejemplo, para nuestros elevadores de husillo cúbico: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)

0 – 6,000 mm en el rango estándar. También son posibles longitudes superiores a 6 m para aplicaciones especiales, pero con un husillo de varias piezas. Las graduaciones pueden realizarse en el rango de milímetros.

Lubricación con grasa en la caja de engranajes: hasta 1500 rpm; >1500 rpm hasta 3000 rpm, lubricación con grasa fluida o aceite.

Se pueden montar finales de carrera mecánicos, magnéticos o inductivos. También es posible preparar el equipo para sensores propios. Tenga en cuenta que no es posible implementar un corte de posición final en elevadores de husillo en versión traslación tuerca.

Para esto, hay un resumen detallado al inicio de cada capítulo de elevadores de husillo en nuestro catálogo. Aquí como ejemplo, los elevadores de husillo cúbico: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)

En los elevadores de husillo lubricados con grasa, la posición de montaje se puede elegir libremente. En los elevadores lubricados con aceite, se debe tener en cuenta la orientación del respiradero.

No se debe superar la carga nominal indicada por el fabricante. Sin embargo, los elevadores de husillo cuentan con factores de seguridad de 1,5 a 2,5 sobre la carga nominal.

Es posible a corto plazo; sin embargo, esto provoca una reducción de la vida útil por encima del promedio.

Sí, para elevadores de husillo con husillo de bolas o husillos de rodillos se puede calcular la vida útil. En los husillos trapezoidales, no es posible realizar un cálculo de la vida útil.

La potencia necesaria depende de la carga y de la velocidad de elevación. Para el accionamiento se recomienda un margen del 30 % sobre la potencia requerida. El elevador de husillo debe operarse dentro de los parámetros máximos indicados, que dependen de la versión y del tamaño. Como ejemplo, aquí encontrará los límites de potencia para los elevadores de husillo cúbico: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)

La medida de seguridad puede ampliarse o reducirse. En caso de reducción, es imprescindible asegurarse durante el funcionamiento de la instalación que en ningún caso se produzca un recorrido en bloqueo.

El término bloqueo de carrera describe el movimiento del elevador hasta un tope fijo. En este caso, el elemento de elevación queda “bloqueado” por la pieza fija de contraparte.

El elemento de accionamiento, normalmente un motor trifásico, no se detiene automáticamente, sino que debe recibir una señal para apagarse. Esta señal puede generarse mediante interruptores de fin de carrera, codificadores, potenciómetros u otros componentes de supervisión de posición.

Los accionamientos mecánicos son muy sensibles a movimientos contra topes fijos. Dependiendo de la fuerza del motor, un recorrido en bloqueo generalmente provoca daños en el sistema husillo-tuerca.

Los husillos de bolas son recomendables cuando:

  1. La potencia requerida es demasiado alta en combinación con husillos trapezoidales
  2. Se desea una mayor velocidad de elevación
  3. Se requiere una mayor precisión

El juego axial de un husillo trapezoidal suele estar entre 0,1 y 0,3 mm. Cuando el juego axial alcanza 1/4 del perfil trapezoidal, se recomienda reemplazar la tuerca trapezoidal.

Aunque las fuerzas laterales reducen considerablemente la vida útil de los elevadores de husillo, dentro de ciertos límites es posible soportarlas. Encontrará una base correspondiente aquí: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)

Screw Drives: Trapezoidal Screw vs. Ball Screw - GROB GmbH chevron_right

El husillo fijo genera el movimiento relativo mediante la rueda dentada giratoria, mientras que el husillo giratorio genera el movimiento relativo para la tuerca móvil. Las ventajas y desventajas dependen de las limitaciones de espacio de su sistema de elevación.

Sí, cada tamaño de construcción (independientemente del tipo de elevador de husillo) proporciona 2 etapas de reducción (→ Normal y Lento). La excepción son los elevadores de husillo con engranaje cónico, donde las relaciones de transmisión posibles son 1:1, 2:1 y 3:1.

La extensión del husillo define una medida que, en estado retraído, proporciona una longitud adicional respecto al estándar.

Ejemplo: necesita un movimiento de elevación efectivo de solo 100 mm, pero hay que cubrir 400 mm entre el inicio del movimiento y la caja de engranajes. Entonces se alarga el husillo 400 mm, y al extenderlo, se alcanza un total de 500 mm.

Sí, la protección adecuada se puede lograr mediante pintura o materiales resistentes a la corrosión.

Sí, la función de "elevar" y "mover" se puede realizar con cualquier elemento de elevación mecánico.

Esta versión utiliza un tubo adicional para proteger el husillo, que se monta sobre la tuerca portante. La versión con tubo de empuje describe así un cilindro de elevación basado en un elevador de husillo modificado.

Los siguientes casos requieren necesariamente una versión con aceite:

  1. Uso en áreas con riesgo de explosión por gas. Se exige obligatoriamente un cuestionario ATEX.
  2. Velocidad de entrada en el eje motriz de 1,500 a 3,000 1/min.

La tuerca de seguridad normalmente se desplaza sin carga junto con la tuerca portante. Si la tuerca portante se rompe, la tuerca de seguridad soporta la carga. Esto permite realizar un último desplazamiento para poner fuera de servicio la instalación. Además, la tuerca de seguridad también se utiliza como tuerca de referencia para medir el desgaste.

El husillo se puede proteger mediante fuelle o resorte helicoidal.

  1. Puente electrónico: Si cada elemento de elevación de la instalación se acciona con un motor, se puede crear un puente electrónico mediante codificadores.
  2. Elementos de conexión mecánicos: Más seguros y económicos son los ejes de conexión y los reenvíos a ángulo, que pueden conectar todos los elementos de elevación de una instalación entre sí.

Un seguro de giro (AS) evita que el husillo de elevación se salga accidentalmente en la versión básica. No está diseñado como tope mecánico.

Sí, los elevadores de husillo y los cilindros eléctricos MINI pueden utilizarse dentro de ciertos límites en zonas ATEX.

Para el extremo del husillo, el programa estándar ofrece las siguientes opciones:

  1. Extremo roscado
  2. Cabeza articulada
  3. Cabeza de rótula
  4. Placa de brida
  5. Placa de brida con cojinete
  6. Pivote

Las dimensiones correspondientes se pueden consultar en el Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)

  1. Los reductores estándar con husillo trapezoidal estándar alcanzan entre 25% y 35% de eficiencia.
  2. Si se aumenta el paso, la rosca resbala más fácilmente, lo que incrementa la eficiencia.
  3. La combinación con husillo de bolas puede alcanzar hasta un 50% de eficiencia.
  4. La mejor combinación: elevador de husillo con engranaje cónico y husillo de bolas, alcanzando más del 80%.

En la versión traslación tuerca, solo cambian las dimensiones de conexión de la tuerca. En la versión básica con husillo de bolas, puede ocurrir que la tapa del cojinete se diseñe más alta para alojar la tuerca de bolas dentro del husillo.

Sí, los husillos roscados también pueden fabricarse en acero inoxidable.

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