4 elevadores de husillo en la fabricación de alas de avión

Cómo GROB redefine el movimiento seguro y preciso de cargas pesadas con elevadores de husillo

Philipp Schmalzhaf

por Philipp Schmalzhaf, Gerente de ventas

Fabricacion de alas de avion

Elevadores de husillo: los todoterreno en la tecnología de accionamiento lineal

Los elevadores de husillo son soluciones de accionamiento más simples y económicas en comparación con los sistemas hidráulicos y neumáticos. Con ellos, una carga definida puede moverse a una posición exacta con una velocidad determinada. En un elevador de husillo, el movimiento rotativo se transforma en un movimiento lineal de elevación.

Es importante saber que todos los elevadores de husillo pueden conectarse de forma rentable a un sistema de elevación mediante ejes de conexión y reenvíos a ángulo.

En este artículo descubrirá:

  1. Cómo se utilizan los elevadores de husillo para mover una carga linealmente de A a B.
  2. Por qué nuestros elevadores de husillo se emplean repetidamente en aplicaciones de tecnología aeronáutica.
  3. Qué cargas pueden mover nuestros elevadores de husillo

En los aviones que pesan toneladas, cada gramo cuenta

En la construcción de aeronaves, el diseño ligero ha sido una prioridad durante décadas, ya que cada gramo de peso adicional aumenta el consumo de combustible. Por eso, muchas partes de la estructura y de las alas se fabrican con materiales compuestos de fibra de carbono (CFK). Su fortaleza radica en su alta estabilidad y durabilidad con un peso muy reducido. En los modelos de avión más recientes, como el Dreamliner y el A350, la proporción de materiales CFK supera el 50%. Las alas de los aviones se fabrican en grandes prensas de moldeo.

Prensa de moldeo - Hot Drape Former

Prensa de moldeo

Tarea compleja resuelta de manera sumamente elegante – con un elevador de husillo

Cuando AIC Group recibió un pedido para la fabricación de una gran prensa de moldeo para una importante empresa aeroespacial rusa, se puso en contacto con nuestra representación Drive Lines en Reino Unido para recibir asesoramiento sobre el sistema de accionamiento óptimo.

Ambas empresas ya habían colaborado en proyectos similares y, por lo tanto, cuentan con un amplio conocimiento experto en esta tecnología de laminado. Las prensas de moldeo son populares en la industria aeroespacial, ya que permiten fabricar piezas ligeras pero muy resistentes para aviones. En este caso, la instalación se utilizará para la fabricación de largueros de ala.

Desde su fundación en 1990, AIC ha sido una empresa líder en este sector. Ha integrado muchas funciones avanzadas en sus instalaciones, incluyendo camas calefactadas por zonas, posicionamiento preciso de la cama, precalentamiento de herramientas, control sofisticado del vacío y tecnología de doble membrana.

Drive Lines, fundada cinco años antes que AIC, es uno de los proveedores líderes en componentes y sistemas de transmisión mecánica en Reino Unido. Gracias a su amplia experiencia, aporta un conocimiento técnico considerable a cada nuevo proyecto.

La instalación descrita es relativamente grande, con 11 x 2 m, y como cada máquina de AIC, se trata de un diseño a medida. Se pueden formar laminados con un espesor superior a 20 mm de manera precisa.

En esencia, consta de una cama de vacío que contiene la herramienta de moldeo. Sobre ella se encuentra una Hot Box, que calienta la herramienta. También hay un banco de lámparas para calentar los materiales compuestos y que se ajusten perfectamente a la herramienta. La Hot Box y el banco de lámparas están montados en un marco elevador, que puede levantarse mediante un mecanismo de accionamiento especificado por Drive Lines para permitir un acceso libre a la cama de vacío.

Mover una carga enorme de más de 20 toneladas – con un elevador de husillo

El banco de lámparas pesa 12 toneladas y la Hot Box pesa 8,5 toneladas, apenas menos. Por lo tanto, se deben levantar aproximadamente 20 toneladas a lo largo de 1,250 mm. Todo esto en solo 75 segundos, lo que equivale a una velocidad de más de 1 minuto por metro.

Matt Jones, quien trabajó en el proyecto para Drive Lines, comenta: “La carga era tanto grande como pesada, y debíamos asegurarnos de que se elevara siempre de manera perfectamente vertical, ya que cualquier desalineación podría causar daños estructurales importantes en la instalación.”

En colaboración con el equipo de diseño de AIC, se decidió utilizar un solo motor central que accione cuatro elevadores de husillo mediante un reenvío a ángulo. Para garantizar un movimiento completamente uniforme, Jones especificó ejes de transmisión que no presentaran juego inesperado y que transmitieran exactamente el mismo torque a lo largo de la misma distancia.

Elevador de husillo cubico MJ4

Cubic Screw Jack MJ4

Los elevadores de husillo de la serie MJ, probados durante años

Los elevadores de husillo seleccionados, unidades GROB MJ4, fueron suministrados por Drive Lines. Cada uno de los cuatro elevadores está equipado con una tuerca de seguridad personalizada y un adaptador de muñón, diseñados específicamente para este accionamiento. Como unidad de engranajes se eligió una PowerGear de engranaje cónico de precisión de Drive Lines, conectada a los elevadores mediante ejes cardán flexibles de alta velocidad de R+W.

Los elevadores de husillo MJ4 de GROB están disponibles en Drive Lines en una gran variedad de diseños, tamaños y opciones, para adaptarse a la aplicación específica. Normalmente se utilizan para mover una carga linealmente entre posiciones y pueden emplearse en vertical u horizontal. La fuerza máxima de elevación es de hasta 500 kN y las carreras estándar alcanzan hasta 4 m, aunque pueden ampliarse bajo pedido.

Jamie Hardiment, director de desarrollo comercial de AIC, comenta: “Este tipo de prensas de moldeo (Hot Drape Former, HDF) son indispensables en la industria aeroespacial. Con nuestra investigación y desarrollo continuos, nuestras prensas elevan la fabricación de componentes de carbono a un nuevo nivel, permitiendo a nuestros clientes producir de manera más eficiente alas y otras piezas de materiales compuestos para la aeronáutica.”

¿Qué tipo de husillo se utiliza normalmente en nuestros elevadores de husillo?

Básicamente, se pueden suministrar dos variantes:

  1. Husillo trapezoidal
  2. Husillo de bolas (husillo de bolas)

¿Cuál es la diferencia entre estas dos variantes?

El husillo trapezoidal es robusto, económico y la opción correcta para la mayoría de las aplicaciones de posicionamiento. Es importante una lubricación adecuada, ya que tanto el husillo como la tuerca están sujetos a fricción.

El husillo de bolas se utiliza cuando la aplicación requiere mayor precisión de posicionamiento y repetibilidad. El principio de recirculación de bolas de la tuerca permite mayores ciclos de trabajo, velocidades más altas y mayor eficiencia, en comparación con el husillo trapezoidal. Para el cliente, esto significa menor consumo de energía y menos generación de calor.

Fragmento de datos CAD

Fragmento de datos CAD de elevador de husillo

¿Cómo se benefician los diseñadores al trabajar con nosotros?

Los diseñadores suelen estar bajo presión de tiempo. Los plazos son ajustados y muchas cosas deben hacerse rápidamente. Por eso, para un diseñador es una gran ventaja poder acceder rápida y fácilmente a los datos CAD. De esta manera, pueden comenzar a diseñar sin retrasos y, al mismo tiempo, ahorrar hasta un 30 % de su tiempo, ya que inician la construcción de inmediato. Por cierto, puede encontrar todos los datos CAD de nuestros productos en distintos formatos aquí.

Un ejemplo adicional de aplicaciones de nuestros productos en la industria aeronáutica lo encuentra aquí.

Otras aplicaciones de los elevadores de husillo

¿Dónde más se utilizan los elevadores de husillo como accionamientos lineales?

  1. Para el movimiento de escenarios de teatro y otras plataformas
  2. Para el ajuste de antenas parabólicas
  3. Para el posicionamiento de encofrados de acero para vigas de concreto
  4. En mesas elevadoras tipo tijera

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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