¿Qué tipos de módulos lineales existen?

¡Hola, mecatrónicos!

Bienvenidos a una nueva entrega del blog de Sinadrives.

Julio 2024

En esta entrega hablaremos de módulos lineales con motor lineal. Parece que todo el mundo conoce los módulos, pero según nuestra experiencia y las consultas de nuestros clientes, observamos que en muchos casos el cliente no es consciente de las ventajas que esta solución puede aportarle. Explicaremos las diferentes tecnologías que existen en el mercado, cómo usarlas adecuadamente y, sobre todo, cómo evitar los errores más comunes. El ingeniero mecatrónico puede sacar hoy algunas conclusiones sobre qué tipos de módulos lineales existen y cuándo es recomendable utilizarlos.

Bajo el término “módulo lineal con motor lineal integrado” entendemos un conjunto electromecánico preensamblado, una solución Plug & Play lista para su integración en la máquina. El módulo lineal con motor lineal integrado está compuesto por un perfil base, guías lineales, motor lineal, encoder lineal, carro móvil con conector y los topes finales con amortiguadores. Todo ello ensamblado y verificado. El módulo lineal ha pasado un test de funcionalidad y cumple con las características técnicas indicadas en el catálogo.

Para dividir los módulos lineales en grupos, hay una serie de características principales como precisión, dinámica o tipo de aplicación. Realmente existe una gran multitud de criterios que son:

La base de módulo puede ser de granito, acero, aluminio mecanizado, fibra de carbono o aluminio extrusionado. Las bases de granito se utilizan en aplicaciones de precisión o estabilidad térmica, las de acero para aplicaciones de grandes cargas, las de aluminio fresado para aplicaciones de precisión, las de fibra de carbono en aplicaciones dinámicas y las de aluminio extrusionado en aplicaciones de automatización (enfocadas en dinámica y no tanto en precisión).

Si hablamos de motor lineal, las guías que suelen utilizarse a menudo son guías de recirculación de bolas, guías de rodillos cruzados o rodamientos de aire. Estos últimos se utilizan en aplicaciones de máquinas de test con poco recorrido pero alta dinámica y en aplicaciones de metrología.

Podemos dividir los módulos lineales según el tipo de motor lineal, como por ejemplo, motor lineal ironcore (con núcleo de hierro), ironless (sin núcleo de hierro) y motor tubular.

En los módulos lineales se utilizan casi todas las tecnologías disponibles, como el encoder óptico para aplicaciones de alta precisión, el encoder inductivo para aplicaciones en ambientes de suciedad y los encoders magnéticos para aplicaciones de bajo coste. Los encoders se dividen en dos grandes grupos: encoders incrementales y encoders absolutos. Además, existe la posibilidad de añadir funciones de seguridad funcional para cumplir con la normativa EN 61508.

Hablamos de aplicaciones específicas. Por ejemplo, aplicaciones en vacío o en ambientes con agua requieren el uso de materiales y componentes muy diferentes.

Podemos separar los módulos lineales por su capacidad de carga, desde unos pocos gramos hasta mover pesos considerables. En este caso, el tamaño del eje cambia y el diseño debe ser más robusto.

Existe una multitud de soluciones para ambientes con suciedad, polvo, agua y otros agentes contaminantes.

La selección de un módulo lineal comienza por reunir los datos de la aplicación. Aquí hablamos de perfil dinámico y la descripción del movimiento que el cliente necesita conseguir, peso o carga a mover, palancas o brazos de reacción y la posición del centro de gravedad de la carga, carrera útil, condiciones ambientales y temperatura, tipo de encoder que se desea, protocolo de comunicación, el modelo de servodrives que se utilice, etc.

Se realiza el cálculo de cargas estáticas y dinámicas, el cálculo de la fuerza del motor y el consumo de corriente, simulación térmica del ciclo del motor, deflexión estática y dinámica, vida útil, cálculo de frecuencias propias, simulaciones FEM, etc. A partir de estos datos se selecciona el módulo lineal adecuado con el tipo de motor y encoder óptimos para cada aplicación.

Hay una multitud de prestaciones que se pueden mejorar mediante la tecnología Direct Drive (motor lineal). Podemos destacar mejoras en dinámica y velocidad (además de aceleración y jerk), mejoras en productividad, mejoras en el comportamiento dinámico de un eje en movimiento, reducción de resonancias y vibraciones, reducción del tiempo de estabilización, reducción de mantenimiento y averías (aumento de la disponibilidad de la máquina), reducción del espacio necesario de montaje, aumento de la carrera útil, etc.

Podemos destacar también una simplificación del diseño mecánico, donde se utiliza una menor cantidad de componentes mecánicos, reduciendo el tiempo de diseño y el tiempo de montaje.

Todas las aplicaciones de alta temperatura (superior a 70-80ºC), aplicaciones en la industria de alimentación donde se requiere lavado con detergentes a alta temperatura, aplicaciones con polvo magnético en suspensión y aplicaciones verticales con una carga a desplazar superior a 30 kg no son recomendables para este tipo de tecnología.

Permítanos analizar su aplicación y, si encaja dentro de nuestro rango de potencia, le proporcionaremos una unidad de demostración para que pueda hacer un test completo. Todo ello dentro de su empresa, con su electrónica habitual y con el soporte de nuestros expertos. De esta manera, aseguramos que todo encaja antes de empezar el nuevo diseño.