Los actuadores eléctricos reemplazan otras opciones de movimiento, incluidos los diseños manuales: un informe de tendencias de movimiento

Oct 04, 2023

Por Lisa Eitel | 1 de marzo de 2019

Hoy en día, los actuadores eléctricos son más fáciles que nunca de especificar e instalar. Los servicios de valor agregado de los proveedores de componentes, así como las líneas de productos de actuadores específicos de la aplicación (especialmente para diseños alimentados por batería en equipos móviles y uso del consumidor) eliminan muchas tareas de integración para los OEM y los usuarios finales. Estas son tendencias respaldadas en parte por un movimiento que Design World ha seguido durante los últimos años: el de construcciones de movimiento cada vez más preintegradas.El crecimiento más rápido está en los diseños de movimiento compacto destinados a reemplazar las funciones operadas manualmente.

Los actuadores lineales de LINAK accionan las escaleras de tijera retráctiles de la cabina del operador de los equipos fuera de carretera y facilitan que los trabajadores suban (y bajen) al área elevada de la cabina. Lea la historia completa de la aplicación aquí.

Jonas Proeger • Control de movimiento trinámico: La gran tendencia subyacente que vemos es lo que algunos llaman la Cuarta Revolución Industrial. Dos cosas importantes se derivan de esto:

• Cada vez más aspectos de la vida humana se están automatizando... incluidas las funciones atendidas con grandes máquinas, así como pequeñas tareas cotidianas.

• Las máquinas definidas por software están experimentando un aumento exponencial en el uso. Un ejemplo perfecto de esto es la impresora 3D: estas máquinas pueden fabricar cualquier cosa con el software apropiado. Pero no son solo las impresoras 3D... de hecho, las máquinas definidas por software también permiten nuevas plantas de fabricación que hoy en día no están construidas para un solo producto... sino que aceptan la reprogramación o incluso la modificación de cada pieza fabricada de acuerdo con la demanda del cliente, para lo que la industria pide. la personalización en masa.

Dado que los productos y las máquinas están cada vez más definidos por software (sin ningún cambio en la física de la máquina), creemos que las funciones de nivel inferior (como el control del motor y la rampa) deben realizarse en bloques de construcción probados que sigan funcionando de manera confiable, incluso cuando el software de la aplicación cambia. Lo que es único acerca de las ofertas de Trinamic es la partición entre hardware (donde nuestros diseños ejecutan tareas de software y control de motores) que nuestros clientes aprovechan para pilas de comunicaciones y código de aplicación.

En el pasado, la mayoría de los actuadores eran fabricados por OEM que compraban motores, dispositivos rotativos a lineales y acoplamientos y luego ejecutaban el ensamblaje internamente. Hoy en día, la especificación de actuadores eléctricos llave en mano es la norma para proyectos que involucran solo unos pocos o miles de ejes.

Cubrimos el aumento de la programabilidad de los actuadores eléctricos (y cómo los proveedores de componentes y sus distribuidores están apoyando parte de este trabajo) a continuación. Pero además de las tendencias relacionadas con I4.0, Proeger de Trinamic Motion Control (citado anteriormente) señala que se están automatizando más aspectos de la vida humana. Lea la función de la aplicación LINAK que acompaña a este artículo para ver un ejemplo relacionado con el aumento de la ergonomía de la maquinaria fuera de carretera.

Otros ven la misma tendencia, especialmente para los actuadores eléctricos.

David Humblet | Ingeniero sénior de aplicaciones con PBC Linear: Algunas aplicaciones recientes ilustran la tendencia hacia más OEM que incorporan características de accesibilidad y mantenimiento en sus diseños con actuadores y otros diseños de movimiento lineal. En un caso, los actuadores lineales proporcionan movimiento de cabina en una máquina de excavación de zanjas para la visibilidad del operador. Más específicamente, este diseño utiliza ejes lineales PBC Linear CCR16 y rodamientos lineales estándar FLN16 en una carcasa de cliente. Las ventajas aquí incluyen disponibilidad; buenos índices de carga; y diseño robusto.

Los servoactuadores lineales Tolomatic IMA, en modelos estándar y aptos para alimentos, cuentan con un diseño de rotor de núcleo hueco, lo que permite que la tuerca del tornillo pase dentro del rotor. Este paquete compacto puede reducir la longitud total del actuador en comparación con los actuadores estándar debido a la eliminación de un motor, un montaje de motor y una caja de engranajes separados. Foto cortesía de Tolomatic Inc.

Otra gran tendencia en los actuadores eléctricos es su uso en sustitución de los neumáticos.

Peter Zafiro • LinMot EE.UU.: La mayoría de los actuadores en la industria son neumáticos. Cualquiera que diga lo contrario no pasa suficiente tiempo en las típicas plantas de producción automatizadas. Incluso en plantas no automatizadas, se usa mucho aire. Eso significa que todavía hay mucho espacio para actuadores eléctricos... estos componentes de movimiento son cada vez más fáciles de usar. Esto significa que debemos intensificar y educar a los usuarios finales sobre lo costoso que puede ser el aire comprimido, incluso con las tarifas eléctricas ultra económicas que tenemos en los EE. UU. Además, debe tener en cuenta el ruido... y el mantenimiento... y la molestia de reparaciones frecuentes.

Un gerente de planta usó nuestro producto durante 18 meses en un duplicado exacto de una aplicación neumática. El actuador eléctrico del motor de revestimiento que proporcionamos funcionó mejor que el cilindro neumático y resultó en una mayor productividad. No fue hasta que trajimos un compresor de alta eficiencia, creamos un sistema de suministro de aire perfectamente libre de fugas para hacer funcionar su máquina de cilindros neumáticos, medimos los kilovatios hora utilizados y lo comparamos con la máquina de actuador eléctrico de motor lineal, que él aceptó nuestra solución de actuador eléctrico. La solución LinMot usó el 3% de la electricidad que hizo el cilindro de aire. Le costó más de $5,000 al año hacer funcionar el cilindro neumático con electricidad... el retorno de la inversión para el reemplazo eléctrico fue de menos de un año.

Muchas plantas que fabrican piezas de producción tienen márgenes de beneficio de menos de un centavo por pieza. Proporcionar $ 5,000 en ganancias adicionales por año, eso es enorme.

Otros beneficios de las tecnologías de actuador eléctrico sobre las ofertas de energía fluida son su menor mantenimiento y programabilidad, para aprovechar al máximo los datos del sensor y el monitoreo de la carga... a veces en tiempo real.Aun así, muchos ingenieros asumen incorrectamente que la aplicación de los motores neumáticos y lineales se superpone muy poco.

Zafiro • LinMot: En algunos casos, los motores lineales son un reemplazo directo de la neumática. La penalización del precio inicial se compensa rápidamente con un menor costo total de propiedad. Por supuesto, no todas las aplicaciones neumáticas utilizan una cantidad significativa de kilovatios hora... pero muchas aplicaciones de movimiento lineal sí lo hacen. Esto se debe a que moverse de A a B con una carga adjunta provoca mucho desplazamiento de aire en el cilindro.

Aun así, la mayoría de los usuarios finales aún no cambiarán. El estigma es que los motores lineales son tecnología de accionamiento de alta gama y los cilindros neumáticos son simples. Aunque reemplazar la tecnología más básica por la más sofisticada parece una exageración para algunos ingenieros, en la práctica no lo es. Los sistemas de transmisión directa no presentan pérdidas de calor asociadas con husillos de bolas, engranajes, correas, acoplamientos y otras transmisiones intermedias. Nuestros motores lineales también están sellados contra la contaminación... incluso con protección IP69K soldada con láser.

La realidad es que los motores lineales no tienen sentido para todas las aplicaciones... aunque sí lo tienen para muchas. Moviéndose una distancia superior a 100 mm con una frecuencia superior a cada 2 segundos, y cualquier tipo de carga adjunta, puede apostar que está utilizando una gran cantidad de aire. Entonces, ¿por qué no optar por el sistema más eficiente para el posicionamiento punto a punto y la recogida y colocación?

Los motores lineales también se destacan en aplicaciones de roscado y tapado con movimientos repetidos de rotación hacia arriba y hacia abajo, donde se conecta un motor rotativo al motor lineal.

Todavía abundan otros avances en dispositivos mecánicos para actuadores lineales. Algunos de estos también tienen como objetivo las ofertas convencionales de energía fluida.

Aaron Dietrich • Tolomático: El fuerte crecimiento en el despliegue de tornillos de rodillos se origina en los requisitos de más capacidades de fuerza en tamaños de paquetes más pequeños al desplazar la tecnología de cilindros hidráulicos. No solo se deben alcanzar las fuerzas, sino que la tecnología de tornillo debe brindar una vida útil muy larga en aplicaciones exigentes y también ser capaz de soportar las vibraciones de la máquina y otros entornos desafiantes.

David Beckstoffer | Responsable de producto • Portescap: La tendencia continua en los actuadores lineales es la reducción de tamaño mientras se mantiene una salida de fuerza alta. Portescap continúa desarrollando nuevos actuadores lineales capaces de aumentar la fuerza lineal mientras mantienen el mismo diámetro exterior.

Además, los diseños de actuadores lineales externos pueden proporcionar opciones adicionales utilizando diferentes tecnologías, incluidos motores de CC con escobillas y cajas de engranajes. Las tecnologías alternativas ayudan a reducir el diámetro de la solución del motor al tiempo que brindan flexibilidad en el paso del husillo.

Stefan Vorndran • Instrumentos físicos (PI): Vemos más interés en los actuadores en miniatura accionados por piezomotores para aplicaciones donde el espacio y la energía son limitados y los requisitos de precisión son altos. Los piezomotores son más pequeños y más eficientes que los motores en miniatura tradicionales y los actuadores piezomotores pueden mantener una posición muy estable sin necesidad de alimentación continua o un freno mecánico. El pequeño tamaño del actuador también permite la construcción de etapas de posicionamiento muy pequeñas.

No importa el motor o el tipo de accionamiento mecánico, los subconjuntos de actuadores prediseñados están muy extendidos en la actualidad. La personalización para los OEM a veces es útil cuando un eje puede necesitar moverse más rápido de lo que es capaz el producto estándar... o el software puede necesitar adaptarse a requisitos de comunicaciones especiales.

Elegir entre ensamblar componentes o integrarlos por adelantado permite a los fabricantes de equipos originales y a los usuarios finales controlar el tiempo y el esfuerzo que dedican a las tareas de diseño de movimiento... incluidas las relacionadas con la combinación y personalización de motores y variadores para aplicaciones específicas. Dichos diseños a menudo producen actuadores inteligentes que incluyen cableado y conectores, potenciómetros, codificadores, controladores, relés y electrónica integrada para redes.Donde los proveedores de componentes o sus distribuidores asumen parte de la programación del actuador, los OEM y los usuarios finales pueden esperar aún más soporte.

Dietrich • Tolomática: La integración de múltiples tecnologías en una única solución de control de movimiento modular ayuda a los diseñadores de máquinas a crear diseños de máquinas más compactos. Por ejemplo, la línea de productos IMA de Tolomatic es una solución optimizada con componentes combinados. Integra el actuador mecánico y el servomotor en un módulo de actuador.

Con las soluciones de actuadores integrados, el diseñador de la máquina solo tiene un diseño mecánico independiente de un proveedor de servocontrol. Esto reduce el número de componentes y elimina la necesidad de montar el motor en el actuador. Además, los componentes del actuador integrado están optimizados en cuanto a rendimiento, costo, tamaño y peso.

Patricio Wheeler | Responsable de producto • Aerotech: La tecnología de control se está moviendo hacia soluciones integradas. Eso significa que, cada vez más, la PC tiene que probar su camino hacia la aplicación... y la PC ya no es el punto de partida. También estamos viendo una tendencia hacia lenguajes de programación más avanzados en comparación con los lenguajes IEC tradicionales, como la escalera y el texto estructurado. No quiere decir que haya un alejamiento global de IEC... pero el mayor uso de la programación avanzada es una tendencia emergente. De hecho, cada vez escuchamos más a menudo acerca de clientes que están dispuestos a aprender nuevos idiomas para completar trabajos... aunque quieren que el idioma les resulte familiar y se adhieran a las construcciones del lenguaje moderno.

¿Cómo está ayudando a los OEM la mayor integración de los actuadores lineales?

Dan Schmit | Jefe de producto • Tolomatic: Los actuadores integrados permiten que los OEM brinden un mejor soporte a los clientes a través de un reemplazo sencillo de los módulos de movimiento en comparación con los componentes de solución de problemas de un sistema tradicional de actuador, caja de engranajes y correa. Esto también ayuda a reducir la cantidad de componentes comprados en el diseño de la máquina (en línea con las tendencias de compra y las mejores prácticas). En la industria de alimentos y bebidas, las tendencias hacia soluciones más compactas y diseños de máquinas abiertas requieren actuadores integrados capaces de lavarse para mejorar la facilidad de limpieza, la confiabilidad de la máquina y lograr un diseño de máquina abierta de limpieza en el lugar.

Las tendencias generales de la industria ven la actividad de los OEM para mejorar el tiempo de ciclo y la confiabilidad del proceso, lo que requiere una vida útil prolongada y un alto rendimiento de los actuadores. Esto se logra a través de opciones de diseño de varias tecnologías de husillo (consideraciones de husillo de bolas y de rodillos), así como devanados de estator especialmente diseñados para la repetibilidad de la fuerza y ​​la respuesta dinámica, incluidos los devanados sesgados y aquellos con constantes de tiempo eléctricas bajas. La fácil integración y las múltiples opciones de montaje también permiten que los OEM se globalicen y utilicen el mismo diseño de máquina mecánica (forma, ajuste y función) para ayudar a los clientes a nivel internacional con diferentes sistemas de control.

El software de dimensionamiento MOTIONEERING de Thomson Industries permite a los ingenieros de diseño (entre otras cosas) utilizar un selector de numeración de piezas para encontrar rápidamente soluciones de movimiento lineal. De esta forma, se dispone de acceso inmediato a modelos 3D e información técnica.

El software de dimensionamiento y las herramientas de compra en línea continúan cambiando la forma en que los actuadores lineales se integran en los diseños, al igual que han cambiado los hábitos de compra de los consumidores.

Caso en cuestión: las herramientas electrónicas de movimiento lineal de Bosch Rexroth (Linear Motion Designer, LinSelect y eConfigurators) ayudan a los usuarios a obtener información y luego seleccionar, comprar, suministrar, encargar, poner en marcha, operar y diseñar diseños. Para este último, la herramienta de visualización de datos ActiveCockpit del fabricante permite el seguimiento de los datos de la planta en tiempo real.

La forma en que los ingenieros más jóvenes prefieren la investigación autoguiada (frente a los modelos de venta de alto contacto) está ayudando a impulsar esta compra y especificación en línea. La ingeniería de diseño en los mercados emergentes, como Europa del Este y Sino Asia, también se apoya en gran medida en las herramientas en línea. Por supuesto, la masa crítica en los mercados regionales aún respalda los enfoques de ventas tradicionales, especialmente cuando los ingenieros desean colaborar con representantes de proveedores expertos que pueden visitarlos en persona.

Travis Gilmer | Especialista en línea de productos para actuadores lineales industriales • Thomson Industries: Recientemente, ampliamos nuestras herramientas de selección y dimensionamiento en línea de MOTIONEERING lineal con una plataforma para actuadores lineales. Estos productos han sido comúnmente difíciles de adaptar a nuevas aplicaciones debido a los diversos grupos de familias de productos que se superponen. Esto puede resultar en aplicaciones incorrectas costosas y que consumen mucho tiempo. Así que nos propusimos simplificar este proceso estableciendo una lista de aproximadamente 20 preguntas que identifiquen con mayor precisión el producto correcto para una aplicación específica. El resultado es una mirada más centrada en la aplicación en una amplia gama de opciones de características que lo que los ingenieros de diseño podrían encontrar buscando por su cuenta.

Un ingeniero de diseño puede iniciar sesión en nuestra herramienta de dimensionamiento de autoservicio desde su PC, teléfono móvil o tableta, hacer ajustes en tiempo real, volver a calcular según sus parámetros definidos y descargar modelos 3D listos para CAD y proyecciones 2D del proyecto para ayudar a asimilar el producto personalizado para sus aplicaciones y diseños generales. Además, no solo pueden ahorrar el trabajo del proyecto y los esfuerzos de dimensionamiento, sino que también pueden realizar un pedido del actuador lineal directamente dentro de la plataforma.