¿Cómo mantienen los sellos de aceite tipo esqueleto un sellado estable bajo movimiento alternativo de gran ángulo de ±180 grados en robots industriales?

Los robots industriales operan bajo condiciones de alta precisión y gran carga, lo que hace que el rendimiento de sellado de cada junta sea crítico. Cuando el eje de la junta realiza una rotación alternativa de ±180°, los conceptos tradicionales de sellado enfrentan desafíos significativos. El movimiento de inversión de alto frecuencia y ángulo limitado tiende a interrumpir la película lubricante, haciendo que el labio del sello entre en contacto frecuente con la superficie del eje. Esto provoca un aumento de la fricción, desgaste acelerado, fluctuaciones de par y acumulación térmica que eventualmente puede degradar el material del sello. Resolver este problema requiere un enfoque integral que integre la selección de materiales, el diseño del labio, la gestión térmica y la precisión en la instalación.

Selección de Material: Asegurar Bajo Rozamiento y Resistencia al Desgaste

La elección del material es fundamental para resolver los problemas de fricción y desgaste. Para este tipo de movimiento, el principio consiste en utilizar materiales de bajo rozamiento para el sello principal y materiales de alta elasticidad para el sellado auxiliar.

Material del Sello Principal

Se recomiendan materiales compuestos de PTFE para el labio de sellado primario. El PTFE ofrece un coeficiente de fricción excepcionalmente bajo (tan bajo como 0,02–0,1), excelente autolubricación y una fuerte resistencia al desgaste, lo que lo hace ideal para movimientos alternativos a largo plazo.

Materiales para sellos auxiliares

El FKM y el HNBR proporcionan elasticidad, capacidad de sellado y resistencia al aceite y a la temperatura. Funcionan de forma confiable desde –50 °C hasta +150 °C y se utilizan comúnmente para labios antipolvo, anillos tóricos estáticos o como elementos de soporte elástico para sellos primarios de PTFE.

Materiales Especiales

Para condiciones extremas, como altas temperaturas o medios corrosivos, el FFKM ofrece una resistencia química y térmica inigualable. Debido a su alto costo, normalmente se reserva para aplicaciones especializadas en entornos químicos o semiconductoras.

Diseño del labio: del bloqueo pasivo al sellado dinámico activo

Los diseños tradicionales de labios dependen del contacto físico pasivo. Sin embargo, la rotación alternativa requiere un mecanismo de sellado más activo.

Geometría del labio hidrodinámico

El uso de perfiles labiales de tipo Z, K o S puede generar un efecto de microbombeo durante el movimiento del eje. Este efecto devuelve pequeñas cantidades de lubricante a la cámara de sellado, manteniendo la lubricación y reduciendo la fricción.

Estructura de Doble Labio

Una configuración de doble labio separa claramente las funciones:

El labio principal sella el lubricante.

El labio secundario, generalmente fabricado en caucho elástico, evita la entrada de polvo y humedad.

Esta división mejora la fiabilidad general del sellado.

Precarga del Resorte: Estabilización de la Presión de Contacto

Mantener una presión de contacto constante es esencial en aplicaciones de movimiento alternativo. Un resorte interno proporciona la precarga necesaria para garantizar el contacto continuo entre el labio y la superficie del eje. A medida que el labio se desgasta, el resorte se compensa automáticamente, evitando la degradación del rendimiento. Los resortes deben ofrecer alta resistencia a la fatiga y estabilidad química para evitar relajación o rotura con el tiempo.

Diseño de Bajo Rozamiento y Alta Resistencia al Desgaste

La resistencia al desgaste depende no solo de las propiedades del material, sino también del diseño general del sistema.

Materiales autolubricantes

La capacidad del PTFE de formar una película de transferencia reduce significativamente el desgaste. Los recubrimientos de lubricantes sólidos, como el disulfuro de molibdeno (MoS₂), pueden mejorar aún más el rodaje inicial y el rendimiento a largo plazo.

Opción avanzada: estructuras de sellado con rodamiento

Para aplicaciones extremadamente exigentes, se puede utilizar un sello de tipo rodante. Al incorporar elementos rodantes dentro del anillo de sello, la fricción por deslizamiento se convierte en fricción por rodadura, reduciendo el par en más del 70 % y casi eliminando el desgaste. Esta solución es más costosa y normalmente se utiliza en sistemas de alta fiabilidad.

Gestión térmica: manejo de la generación de calor

Las altas temperaturas son comunes en movimientos alternativos, por lo que el sistema de sellado debe tolerar el calor y minimizar la generación de calor.

Materiales para amplio rango de temperatura

El PTFE, FKM y HNBR mantienen un rendimiento estable desde –50 °C hasta +150 °C, garantizando un sellado confiable en diversas temperaturas.

Diseño de Baja Generación de Calor

El uso de materiales de bajo coeficiente de fricción y la optimización de la presión de contacto reducen el calor generado por fricción en su origen, evitando el envejecimiento térmico del sello.

Instalación e Integración del Sistema: La Precisión es Fundamental

Incluso el mejor diseño de sello requiere una instalación precisa para lograr un rendimiento óptimo.

Precisión en la Instalación

La superficie del eje debe cumplir con los requisitos de dureza y rugosidad, y se deben utilizar herramientas especializadas para asegurar un alineamiento adecuado y evitar la deformación del labio.

Conjuntos Modulares de Sellos

Muchos proveedores ahora ofrecen módulos de sellado preensamblados y prelubricados. Estos simplifican la instalación, reducen la variabilidad y mejoran la consistencia.

Durabilidad a Largo Plazo

El rendimiento de sellado a largo plazo depende de la rigidez estructural y del diseño elástico. Una carcasa metálica robusta evita la deformación durante la instalación, mientras que los componentes elásticos deben equilibrar la compensación del desalineamiento del eje con una fuerza de sellado estable.

Para las articulaciones de robots industriales que operan bajo rotación recíproca de ±180°, el sellado eficaz requiere un enfoque a nivel de sistema. Al seleccionar materiales adecuados como PTFE y FKM, optimizar la geometría del labio y la precarga del resorte, y garantizar una gestión térmica y de instalación adecuada, es posible reducir significativamente la fricción, minimizar el desgaste y mantener la estabilidad del sellado a largo plazo. Para entornos extremos, se pueden considerar diseños estructurales avanzados o materiales especiales para asegurar un rendimiento confiable bajo cargas elevadas y operación de alta frecuencia.