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Microrreductores GPX UP de maxon
La empresa maxon ha desarrollado una exclusiva actualización de sus microrreductores estándar en una nueva serie de productos: una amplia gama de mejoras de rendimiento ofrece nuevas oportunidades y alta potencia con un tamaño compacto.
Las primeras ideas para el reductor UP surgieron en el contexto del proyecto de Marte «ExoMars» de la ESA y del proyecto «Mars 2020» de la NASA, en los que era necesario garantizar la máxima disponibilidad posible, incluso en condiciones ambientales extremas.
Los avances tecnológicos pioneros comienzan a menudo en la Fórmula 1 y, de forma gradual, se van incorporando a los vehículos de motor cotidianos. En maxon, estos avances se producen muchas veces durante el trabajo en proyectos aeroespaciales y se introducen después en el sector industrial.
GPX UP, una nueva y potente gama de reductores
Una gran ventaja de esta nueva gama de reductores es su eficiencia. Esta puede definirse como la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada. Una reducción significativa de la fricción producida naturalmente en cualquier sistema mecánico conlleva directamente una optimización del motor. En el nuevo reductor planetario GPX de la serie UP, un reposicionamiento técnico hace que las ruedas planetarias, que en los reductores planetarios convencionales están montadas sobre simples cojinetes de deslizamiento directamente sobre el eje portante, ahora se encuentran sobre rodamientos de bolas o agujas. En la ingeniería mecánica, esto se conoce como la «transición de la fricción deslizante a la fricción rodante».
Tomando como ejemplo un GPX32 UP en una estructura de tres etapas, se puede obtener una eficiencia máxima de alrededor del 90 %. Los reductores en miniatura comparables alcanzan aproximadamente un 70 %. En comparación con un diseño convencional, podemos decir que, mediante los avances tecnológicos anteriormente mencionados, se obtiene un incremento de la eficiencia en un factor de 1,3, es decir, de un 30 % (figura 3).
Esto también afecta directamente a otros parámetros el sistema motor: con una potencia de entrada idéntica, es decir, utilizando el mismo motor y el mismo sistema de control del motor, el reductor puede proporcionar un par un 30 % mayor. O, dicho de otra manera: la misma potencia de salida requiere una potencia de entrada un 23 % inferior para el motor. El resultado es un tiempo de acción potencial mucho más largo hasta el siguiente ciclo de carga, en especial en aplicaciones que funcionan con batería.
Como consecuencia de la reducción de la potencia de entrada requerida, el motor utilizado puede trabajar además en un punto operativo más favorable. Este factor también mejora la eficiencia del motor y, con ello, del sistema motor completo.
Como alternativa pueden utilizarse motores y sistemas electrónicos más pequeños y ligeros, lo que ofrece ventajas no solo en términos de peso, sino también de coste.
Vida útil significativamente más larga de los reductores: como se ha indicado con anterioridad, la fricción en el sistema de eje y las ruedas planetarias podría reducirse considerablemente. Al mismo tiempo, se reduce notablemente el calor generado por el funcionamiento del motor, ya que la potencia de fricción es menor. La potencia de salida se incrementa particularmente en aplicaciones en las que las temperaturas no deberían superar un determinado nivel (como en instrumentos médicos motorizados).
La durabilidad del lubricante juega un papel importante en el desgaste de los componentes mecánicos de los reductores. Cuanto mayor es el estrés térmico, más rápidamente se pierden las propiedades lubricantes y mucho antes se produce la abrasión en el sistema mecánico, lo que tiene consecuencias más graves. Las partículas de metal generadas por la abrasión también producen un aglutinamiento del lubricante, lo que puede provocar una degradación de su acción lubricante.
Si se reduce la generación de calor, se puede alargar la vida útil, siempre que las demás condiciones de funcionamiento sean las mismas. Este efecto es una característica excepcional del GPX UP: la vida útil es cinco veces más larga en comparación con reductores de maxon convencionales similares. En comparación con modelos de la competencia actualmente en el mercado, es 11 veces mayor.
Como alternativa a una vida útil más larga, pueden utilizarse reductores más pequeños y ligeros gracias a la mejora significativa de la relación entre par y diámetro (densidad de potencia).
Función extra de reversibilidad del reductor
Las ventajas del nuevo diseño no solo se reflejan en las mejoras de los parámetros individuales de las especificaciones del reductor. Además, los reductores GPX UP pueden ahora cubrir nuevas áreas de aplicación, en particular las conocidas como aplicaciones de feedback de fuerza.
En estas aplicaciones, se aprovechan las ventajas de la ingeniería de la versión GPX UP. El uso de ruedas planetarias montadas permite que los reductores giren en sentido inverso durante el funcionamiento normal para ofrecer feedback al operador, si fuera necesario. Dicho de forma más precisa: los elementos que generan la fuerza y el par reciben un feedback mecánico medible o táctil. Para lograrlo, el reductor debe ser reversible, es decir, cualquier par o cambio del par que se aplique en el lado de salida del motor debe transmitirse de forma proporcional al lado de entrada.
El siguiente ejemplo ilustra esta aplicación: en el control de vuelo electrónico (fly-by-wire), los movimientos de control del piloto no se transmiten mecánica o hidráulicamente a los actuadores, como ocurre en los sistemas convencionales, sino que se hace electrónicamente. Sin embargo, con ello el operador pierde en principio cualquier feedback tangible sobre sus movimientos de control. Utilizando un motor en la columna de control, el feedback transmitido electrónicamente se transfiere mecánicamente a la mano del piloto. El giro inverso es especialmente necesario durante el funcionamiento normal, ya que el motor adicional instalado no debe obstaculizar los movimientos de la columna de control.
Un proceso similar se utiliza en los innovadores robots quirúrgicos del campo de la microcirugía y la telecirugía (figura 5). También en este caso es fundamental que el operador reciba un feedback directo y tangible de los movimientos que ha realizado y del tejido sano que debería permanecer intacto. También hay una gran demanda de motores reversibles en la construcción de instalaciones y maquinaria: para realizar ajustes, los ejes de las máquinas deben poder moverse desde el lado de salida sin alimentación eléctrica.
Reductores personalizables de alto rendimiento
Los nuevos modelos GPX UP combinan una serie de importantes ventajas del producto: más potencia, mayor par, eficiencia mejorada, vida útil considerablemente más larga, reducción de la generación de calor, menor peso en el sistema motor y también la función adicional de reversibilidad en reductores de varias etapas.
Si tenemos en cuenta tan solo los dos primeros factores, podría decirse que se trata de reductores de «ultrapotencia». Pero, con las otras características aquí mencionadas, es fácil ver por qué UP son las siglas de Ultra Performance (ultrarrendimiento).
Los reductores GPX Ultra Performance GPX de maxon ya están disponibles en los diámetros GPX22 UP y GPX32 UP y, como cualquier serie «X», pueden personalizarse y pedirse online. A ellos les sigue la versión GPX42 UP en la primavera del 2020. Además, ahora se ofrecen reductores personalizables en la serie Ultra Performance con diámetros de 8-58 mm.