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¿Cómo funciona un cilindro eléctrico y dónde se utiliza?

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Los cilindros eléctricos son uno de los frutos del desarrollo de la alta tecnología y de la 4ª Revolución Industrial.

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La lógica básica de los cilindros eléctricos es proporcionar trabajo útil convirtiendo el movimiento rotativo (circular) de un elemento motriz en movimiento lineal (rectilíneo). Los modelos de cilindros eléctricos difieren según el tipo de motor que proporcionará el movimiento rotativo, el tipo de eje de tornillo que proporcionará el movimiento lineal y los tipos de conexión que permiten combinar estos dos componentes.
Los cilindros eléctricos se comparan a menudo con los cilindros neumáticos debido a sus ámbitos de aplicación. Esta comparación puede hacerse a veces con los cilindros hidráulicos. Los tres sistemas tienen ventajas e inconvenientes según sus características. Los usuarios deben tener en cuenta estas cuestiones al elegir los productos para su aplicación. Los actuadores eléctricos se utilizan en fabricación de maquinaria, automoción y subindustria del automóvil, alimentación, textil, envasado y embalaje, dispositivos sanitarios, dispositivos de prueba, robótica y aplicaciones electrónicas. Los cilindros eléctricos están separados de otros sistemas y tienen una estructura mecánica. El movimiento lo proporciona un eje de tornillo colocado en un cuerpo. El husillo de bolas permite la transferencia de potencia al convertir el movimiento circular que recibe del motor en movimiento lineal. Dependiendo de los productos mecánicos utilizados en los cilindros eléctricos y del tipo de motor, se proporciona una alta precisión de posición, control de velocidad y control de fuerza.

Estructura del cilindro eléctrico
La estructura del cilindro eléctrico consiste básicamente en 3 elementos principales. Como la parte del cilindro se puede evaluar por separado, el motor se encuentra generalmente como integrado.

1. Cilindro
El cilindro es el elemento que realiza el trabajo convirtiendo el movimiento circular que recibe del motor en movimiento lineal. En función de los productos mecánicos utilizados, la capacidad de carga máxima, la precisión de posicionamiento, la velocidad máxima y la longitud de carrera máxima del cilindro varían.

2. Adaptador de conexión del motor
Es el mecanismo que transmite el movimiento del motor al cilindro. Se conecta entre el cilindro y el motor. Dependiendo de la aplicación, el motor puede montarse axial o paralelamente al cilindro.

3. Motor
El motor es la principal fuente de energía del cilindro. Proporciona al cilindro su movimiento. Cilindros eléctricos; Se pueden utilizar con integración de servomotor, motor paso a paso, motor de corriente continua, motor de corriente alterna.
La fuerza aplicada por un cilindro eléctrico con servomotor integrado puede ser controlada sin necesidad de equipos externos. Con un cilindro eléctrico utilizado con un servomotor, se puede realizar un posicionamiento de alta precisión en más de una posición. Se puede recibir retroalimentación sobre el posicionamiento realizado. Los valores de velocidad y aceleración del cilindro eléctrico pueden modificarse durante el proceso. Todas estas operaciones pueden ser controladas por un PLC. Para otros tipos de generadores de movimiento, estas operaciones son posibles con la adición de equipos externos (sensor, escala lineal, etc.).

Características del cilindro eléctrico
1. Control de posición con cilindro eléctrico
Es posible realizar un posicionamiento preciso en más de una posición con cilindros eléctricos. La precisión de posicionamiento del cilindro eléctrico depende de la precisión del husillo de bolas y del elemento lector de posición utilizados. El cilindro recorre el paso del husillo de bolas por cada revolución del motor. En cuanto se detiene el movimiento, el cilindro está posicionado. Controlando el movimiento que debe darse al husillo de bolas, el cilindro puede posicionarse en la posición deseada.
Mientras que en los cilindros eléctricos puede alcanzarse una precisión de posicionamiento de 0,02 mm utilizando un eje de husillo de bolas, este valor sigue siendo del orden de 0,1 mm con el uso de un eje trapezoidal. La selección del elemento lector de posición (codificador, escala lineal, etc.) debe ser adecuada a los valores de precisión de posicionamiento deseados.
Con un cilindro eléctrico integrado con un servomotor, la información de posición puede leerse sin necesidad de elementos externos. Esta información puede procesarse y evaluarse. El cilindro se posiciona en su segunda posición después de esperar un tiempo en su primera posición. El número de posiciones no está limitado a dos, puede aumentarse.
Si se utilizan cilindros eléctricos con motores que no disponen de un elemento lector de posición interno, se requiere un equipo externo para realizar el control de posición. El posicionamiento puede realizarse controlando el movimiento del cilindro con la información de posición recibida de un equipo externo.

2. Control de velocidad con cilindro eléctrico
La velocidad del cilindro eléctrico depende del paso del husillo de bolas y de la velocidad del motor. La velocidad puede controlarse cambiando el número de revoluciones del husillo de bolas. La velocidad puede modificarse cambiando la velocidad del motor durante el movimiento. Las pérdidas de tiempo pueden eliminarse ajustando las aceleraciones en función de la aplicación. Mientras el cilindro se desplaza a menor velocidad para alcanzar su primera posición, al cabo de cierto tiempo se desplaza a mayor velocidad para alcanzar su segunda posición.

3. Control de aceleración del cilindro eléctrico
Cambiando los valores de aceleración y deceleración del motor integrado en el cilindro eléctrico, se puede controlar la aceleración del cilindro. Esto evita que el cilindro realice arranques y paradas arriesgados bajo cargas pesadas. En aplicaciones que requieren tiempos de ciclo rápidos, se pueden conseguir los tiempos de ciclo deseados ajustando los arranques y paradas rápidos. El cilindro alcanza una velocidad determinada con diferentes valores de aceleración.

4. Control de fuerza con cilindro eléctrico
La fuerza aplicada por el cilindro eléctrico depende de la potencia del motor utilizada y de la estructura mecánica del cilindro. La fuerza del cilindro puede controlarse controlando la potencia del motor. En la actualidad, se obtienen fuerzas de 300 kN con cilindros eléctricos.
La fuerza puede controlarse utilizando el modo de par del motor en el cilindro eléctrico con servomotor integrado. El cilindro puede ser constreñido por una fuerza determinada, permaneciendo constante bajo una fuerza determinada. Se puede leer la información de fuerza y posición. Esta información puede procesarse y evaluarse. Dependiendo de la sensibilidad deseada en la información de fuerza, puede ser necesario utilizar un sensor de fuerza. Esta información puede obtenerse utilizando el sensor de fuerza cuando el motor se utiliza sin modo de par en el cilindro eléctrico.

Los cilindros eléctricos son uno de los frutos del desarrollo de la alta tecnología y de la 4ª Revolución Industrial. El uso generalizado de sistemas inteligentes con un elevado número de ciclos, que permiten la fabricación de diferentes productos en la misma máquina, y los bajos costes de funcionamiento, aumentan la necesidad de cilindros eléctricos. Se prevé que, con el tiempo, estos productos ocuparán en gran medida su lugar, ya que ofrecen bastantes ventajas en comparación con los cilindros que se benefician de la potencia de los fluidos. Los cilindros eléctricos están separados de otros sistemas y tienen una estructura mecánica. El movimiento lo proporciona un eje de tornillo colocado en un cuerpo. El husillo de bolas permite la transferencia de potencia al convertir el movimiento circular que recibe del motor en movimiento lineal. Dependiendo de los productos mecánicos utilizados en los cilindros eléctricos y del tipo de motor, se proporciona una alta precisión de posición, control de velocidad y control de fuerza. Los cilindros eléctricos son productos respetuosos con el medio ambiente, además de las ventajas que aportan al usuario. En términos de eficiencia energética, que es una de nuestras mayores responsabilidades hoy en día, los cilindros eléctricos son muy sensibles en comparación con otros sistemas. Tras 2000 horas de pruebas en las mismas condiciones, carga y velocidad, se comprobó que el cilindro eléctrico es 11 veces más eficiente en términos de consumo de energía que el cilindro neumático.