Elevadores de husillo en un parque de satélites – ¿para qué se usan?

Ahora descubrirá por qué cada milímetro cuenta en este caso.

Philipp Schmalzhaf

por Philipp Schmalzhaf, Gerente de Ventas

Parque de satelites

Elevadores de husillo en el parque de satélites – ¿para qué sirven?

Elevadores de husillo en un parque de satélites. Increíble, ¿verdad? Eso es justo lo que uno pensaría al escuchar esta historia por primera vez. ¿Cómo comenzó todo? Un día sonó el teléfono de Philipp Schmalzhaf, nuestro director de ventas. Al otro lado de la línea, Mario Liebscher, de nuestro socio distribuidor Max Lamb GmbH & Co. KG. Mario Liebscher dijo: “Tenemos un proyecto enorme, justo aquí cerca: un parque de satélites gigantesco, con más de 30 años. El sistema de ajuste de altura de los espejos parabólicos, que funciona con un actuador lineal, está dañado y necesitamos un reemplazo. El fabricante original ya no puede suministrar piezas. ¿Ustedes podrían hacerlo?”

La respuesta de Philipp Schmalzhaf fue inmediata: “Sí, claro que podemos. En nuestra larga historia empresarial hemos realizado numerosas aplicaciones muy especiales. De hecho, ya hemos suministrado elevadores de husillo para antenas parabólicas, por ejemplo, en Australia y también en México. ¿Y ahora todo un parque de satélites aquí mismo, en Alemania? Suena muy interesante. Hablemos de los detalles. ¿Cuándo podemos visitar el lugar?”

Elevadores de husillo en el parque de satélites: ¿cuál fue el reto de esta aplicación tan especial?

Pocos días después estábamos allí. Nos sentimos diminutos al ver las enormes antenas parabólicas. ¡Gigantescas!

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Detrás del espejo parabólico se encuentra una estructura enorme. Es increíble lo grande que es todo. Examinamos los antiguos elevadores de husillo y diseñamos los puntos de montaje actuales basándonos en ellos. ¡Un gran trabajo en equipo!
Philipp Schmalzhaf

Cita original de nuestro director de ventas, Philipp Schmalzhaf

Desde el principio, los requisitos del cliente fueron claros:

  1. El nuevo actuador debe encajar exactamente en la construcción existente.
  2. Las varillas calefactoras deben tener la dimensión correcta, de lo contrario el aceite se evaporará y el engranaje se dañará.
  3. El último actuador funcionó durante más de 30 años. Ahora queremos alcanzar la misma vida útil.
  4. Si falla aunque sea una pieza en la cadena entre la cabeza y el engranaje, todo el espejo cae hacia adelante. Para evitarlo, incorporamos paquetes de resortes que absorben la energía de la caída en caso de fallo.

Muchos desafíos, pero solucionables. Sin embargo, en este caso no existían planos. Nada. Eso significa que teníamos que medir todo in situ con gran precisión. Medimos y documentamos todo detalladamente. De regreso en Sinsheim, nuestros diseñadores comenzaron a trabajar.

Para ellos fue un gran desafío: diseñar un actuador para el ajuste de un espejo parabólico que encajara exactamente en la instalación existente. Pero como dice el refrán: crecemos con los desafíos.

Todos tenían claro: debemos ser extremadamente precisos, porque cada milímetro de desviación en el elevador de husillo se traduce en una desviación enorme en el espacio.

Actuador exótico: ¿cuánto tiempo tardamos en diseñarlo?

Diseñar un actuador con numerosos requisitos de seguridad y algunas piezas compradas a terceros no se hace de la noche a la mañana. En total, los diseñadores trabajaron 4 semanas en este proyecto único. La posterior fabricación del elevador de husillo llevó 2 semanas más. Así que, en total, unas 6 semanas desde la recepción del pedido hasta la entrega del primer actuador. ¿Es mucho tiempo? No. Dadas las dimensiones gigantescas, fuimos rápidos.

Elevador de husillo MC

Hablemos de los detalles técnicos de este elevador de husillo

Ya habrán notado que este actuador de elevador de husillo no es un actuador estándar. Dadas las condiciones ambientales y el peso del espejo parabólico, tuvimos que implementar varias soluciones especiales.

  1. Incorporamos resistencias roscadas para proteger la grasa del congelamiento durante el invierno.
  2. Para el ajuste, es crucial una precisión extrema, ya que la más mínima desviación en el actuador genera diferencias enormes en el espacio.
  3. Se incluyó un paquete de resortes para las posiciones extendida y retraída, de modo que el espejo del satélite se amortigüe suavemente en caso de fallo del actuador.
  4. La pintura está especialmente diseñada para uso exterior.
  5. El engranaje de desvío en el engranaje principal adapta el servomotor y no solo incluye un eje de acoplamiento para operación manual (protegido mediante una tapa conmutada), sino también un freno electrónico integrado de Mayr.
  6. En el lado opuesto se encuentra el final de carrera Stromag, que se encarga del corte de posición final.

Otro detalle interesante: para montar nuestro actuador, fue necesario organizar una grúa especial que transportara el elevador de husillo hasta esta gran altura.

Montaje del elevador de husillo en un parque de satelites

Montaje del elevador de husillo con ayuda de una grúa

Más datos técnicos sobre este proyecto único:

Accionamiento de elevación

Carga máxima estática:

  1. Tracción: 1119 kN
  2. Compresión: 641 kN
  3. Carga máxima dinámica: Tracción: 847 kN
  4. Velocidad máxima de elevación: 12,5 mm/s

Relaciones de engranajes:

  1. Tornillo sin fin: 1:20
  2. Engranaje cónico: 1:2

Elevación:

  1. Elevación máxima entre finales de carrera: 4205–4305 mm
  2. Elevación máxima entre topes fijos: 4319 mm

Capacidad de carga:

  1. Carga máxima estática del husillo: 3270 kN
  2. Carga máxima dinámica del husillo: 1120 kN

Husillo de elevación:

  1. Husillo: SRFWZ99x20 (husillo de rodillos)
  2. Cabeza: KGK – Cabeza de rótula

Lubricación:

  1. Tornillo sin fin: CLP ISO-VG 220
  2. Husillo/tuerca: Klüber syn GE 46 1200
  3. Primera lubricación: Klüber syn PEG 46-121
  4. Engranaje distribuidor: Alphasyn GS 22

Versiones especiales:

  1. Husillo de rodillos
  2. Engranaje de desvío 2:1
  3. Freno de Lenze
  4. Fuelle con adaptador
  5. Consolas de fijación para montaje en edificio existente
  6. Paquete de resortes como seguro contra giro
  7. Final de carrera Stromag sin cubierta
  8. Resistencias roscadas

Conclusión: ¿Qué nos aportó este proyecto único de elevadores de husillo y cómo se benefician nuestros clientes?

Principalmente, mucha experiencia y la confirmación de que podemos realizar aplicaciones excepcionales. El resultado: pedidos adicionales, ya que se deben reemplazar más elevadores.

Para nuestros clientes, esto es una señal positiva. Podemos ofrecer elevadores de husillo estándar y soluciones especialmente desarrolladas en tecnología de accionamiento lineal. Además, tiempos de respuesta cortos y entregas rápidas gracias a nuestro bien abastecido stock de materias primas.

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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