Al pasar de los cilindros neumáticos a los motores lineales, el fabricante de máquinas e instalaciones Keller HCW ha conseguido desarrollar una innovación en las pinzas robóticas de aplicación universal con alta carga útil que incluso pueden agarrar, separar y mover productos delicados con seguridad y delicadeza. Los accionamientos directos eléctricos no sólo son responsables de la gran flexibilidad de la pinza, sino que también garantizan la repetibilidad, la dinámica, la precisión y, por último, la eficiencia energética que no se puede lograr con los accionamientos neumáticos.
La pinza robótica con motores lineales desarrollada por Keller HCW se puede utilizar de forma universal y puede incluso agarrar productos delicados con seguridad y suavidad y agruparlos antes de depositarlos. (Fuente de la imagen: Keller HCW)
Ladrillos huecos, vasos, paquetes de comida para gatos, colas de castor, paquetes de pañuelos de papel, pelotas de tenis: la nueva pinza robótica de Keller HCW los manipula todos de forma segura y con una fuerza óptima. El fabricante de máquinas e instalaciones lo demostró recientemente con una instalación de demostración que atrajo mucha atención en la feria Automatica de Múnich. Las pinzas robóticas de Keller HCW llevan años demostrando su eficacia en fábricas de ladrillos y otras empresas del sector de la arcilla pesada. Allí se utilizan, por ejemplo, para agarrar ladrillos aún sin cocer (ladrillos moldeados) y colocarlos a una distancia determinada que garantice un proceso óptimo de secado y cocción. Los ladrillos se introducen en la pinza en una cinta transportadora de funcionamiento continuo en forma de barra consolidada de unos 20 a 30 trozos. La pinza agarra la barra completa, lleva los ladrillos individuales a la distancia óptima durante el movimiento del robot y luego los deposita de nuevo como grupo en soportes especiales o cintas transportadoras. «El reto aquí es que la resistencia de los ladrillos moldeados puede variar y, por tanto, sólo podemos movernos con una fuerza de agarre y una velocidad de aproximación limitadas. Además, sólo se dispone de un tiempo limitado en el que los ladrillos tienen que ser agarrados por la cinta transportadora de alimentación continua», explica el ingeniero Reinhold Ungruhe, jefe de automatización e ingeniería eléctrica de Keller HCW GmbH. Hasta ahora, se han utilizado principalmente pinzas robóticas que funcionan con accionamientos neumáticos para separar los ladrillos, pero también para otros procesos de manipulación en la industria de la arcilla pesada.
Recorrido de ajuste antes limitado a 10 mm por la neumática
Sin embargo, debido a las carreras limitadas y a la velocidad de ajuste comparativamente lenta de los cilindros neumáticos, los recorridos de ajuste no deben superar los 10 mm. Esto es una desventaja cuando diferentes formas y formatos de ladrillos circulan por la misma línea, como ocurre ahora cada vez más. En los países industriales desarrollados, por ejemplo, es bastante habitual que los pocos miles de tejas, incluidas las tejas especiales necesarias (como las de arcén y las de cumbrera), que se necesitan para el tejado de una casa se produzcan específicamente para el cliente en un solo lote y en una sola línea.
En la práctica, esto ha significado hasta ahora que las fábricas de ladrillos suelen comprar varias pinzas por robot -la mayoría de ellas de 6 ejes- y las utilizan alternativamente para poder cubrir todos los formatos y tipos. Sin embargo, con unos costes de adquisición de unos 50.000 euros por pinza, esto inmoviliza mucho capital en las empresas. Como alternativa, los usuarios tienen la opción de comprar sólo una pinza por robot y convertirla cada vez que se requiera un cambio de formato o tipo. Para minimizar estas conversiones que consumen mucho tiempo para el usuario, Keller ha implementado una pinza híbrida en la que las pinzas de accionamiento neumático se ajustan con un servoaccionamiento rotativo para poder agrupar más formatos y tipos de ladrillos con una misma pinza.
El ajuste de la neumática requiere un instinto seguro
«Sin embargo, el ajuste de la neumática es bastante difícil en la práctica», admite
Reinhold Ungruhe. «Aunque sólo sea porque los actuadores neumáticos se comportan de forma diferente en función de la temperatura ambiente y, por tanto, un ajuste preciso del punto de agarre y de la fuerza de agarre sólo es posible de forma limitada». La condensación y otras impurezas del aire comprimido hacen el resto. Además, los cilindros neumáticos no están exentos de mantenimiento: hay que engrasarlos, por ejemplo. Las juntas también se resinifican o tienen fugas, especialmente a altas frecuencias de funcionamiento del accionamiento, por lo que hay que sustituir todo el cilindro.
Por ello, Keller ha dado un paso más y ha desarrollado una pinza de demostración de accionamiento totalmente eléctrico que no presenta estos inconvenientes. Doce motores lineales del tipo PS01-37Sx120-HP-N de LinMot mueven las pinzas acopladas directamente. Tienen una carrera máxima de 120 mm, una fuerza máxima de 122 N y un diseño especialmente compacto.
El motor lineal LinMot PS01-37Sx120-HP-N de la serie PS01 requiere poco espacio y se caracteriza por una gran carrera y una elevada fuerza máxima. (Fuente de la imagen: LinMot)
Alta dinámica y repetibilidad con motores lineales
«Los motores lineales pueden controlarse con mayor precisión y son más dinámicos que los accionamientos neumáticos. Además, pueden recorrer distancias mucho más largas en poco tiempo», afirma el especialista en automatización e ingeniería eléctrica de Keller, resumiendo las ventajas. El
patrón en el que se colocan los ladrillos puede especificarse a través de la interfaz de usuario del sistema y cambiarse con sólo pulsar un botón, sin necesidad de realizar conversiones o cambios de pinza
que requieran mucho tiempo. A diferencia de los accionamientos neumáticos, la fuerza de agarre también puede controlarse directamente. Esta capacidad y la gran carrera en combinación con la alta dinámica son en gran parte responsables de que la pinza pueda utilizarse de forma tan universal y pueda manipular productos delicados como tarros o envases de cartón con la misma fiabilidad que productos robustos. Los motores lineales de la nueva pinza están controlados por 12 servocontroladores ProfiNet de la serie C1100 de LinMot, especialmente diseñados para aplicaciones en las que se sustituyen los cilindros neumáticos por motores lineales. Con una altura de 146 mm, una anchura de 26,6 mm y una profundidad de 106 mm, los controladores son muy compactos y ligeros. «Esto es importante con respecto a la carga útil de la pinza, ya que queríamos colocar los controladores directamente en la pinza para reducir al mínimo el número de cables tendidos a través del robot», explica Reinhold Ungruhe. Sin embargo, la desventaja del peso adicional suele compensarse con creces por la eliminación de los terminales de válvulas, los componentes mecánicos y los sensores que antes eran necesarios, así como por la mayor flexibilidad y repetibilidad de los accionamientos eléctricos. «Para la serie, el uso de módulos multieje LinMot o los motores descentralizados de la empresa con electrónica de accionamiento integrada también sería una opción para reducir aún más el peso y el espacio», añade el experto en automatización.
El nuevo brazo de agarre robótico de Keller HCW no requiere neumática gracias al uso de motores lineales y, por tanto, ahorra en costes de funcionamiento y en el medio ambiente (Fuente de la imagen: Keller HCW)
Respetuoso con el medio ambiente y económico
En los países desarrollados, los usuarios se centran en otro aspecto de los accionamientos directos eléctricos: el uso económico de la energía. »
Cada vez más fabricantes de productos de arcilla pesada descubren que la eficiencia energética de sus producciones es una característica distintiva y un factor de imagen que promueve las ventas», informa Reinhold Ungruhe.
El aire comprimido no encaja en el panorama, ya que es una de las fuentes de energía más ineficientes y, por tanto, más caras. Sólo un 5% de la energía utilizada está disponible en el actuador como potencia útil. Especialmente en el caso de los cilindros rápidos, el alto nivel de ruido muestra que se desperdicia mucha energía en el sentido directo de la palabra. Los mayores costes de adquisición de un actuador eléctrico se amortizan rápidamente. Incluso con cálculos conservadores, se amortiza después de un máximo de tres años con su eficiencia de alrededor del 97%. No es de extrañar, pues, que cada vez más empresas se esfuercen por prescindir por completo del aire comprimido en sus procesos de producción. Keller, por ejemplo, ha realizado recientemente una instalación para tapar bloques huecos con lana de roca completamente sin neumática. «El gran interés que despertó la pinza en la Automatica de Múnich confirma nuestra apreciación de que muchas industrias, más allá de la industria de la arcilla pesada, también siguen esta tendencia y buscan una solución de agarre y separación flexible y fiable basada en motores lineales», afirma Reinhold Ungruhe, mirando con optimismo el futuro próximo.
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