Reemplazo del sistema de embrague y freno ¿Por qué y cuando? Estos son los pros y contras de la conversión del sistema de embrague y freno para las prensas mecánicas, enfocado en los tipos de embragues y en cuando el reemplazo es mejor que la reparación. Por Robert Kotynski

as empresas estampadoras y de conformado de metales seguramente se han encontrado con la disyuntiva de remplazar o reconstruir la transmisión o el sistema de embrague y freno de una máquina. A menos que la máquina sea hidráulica, formando partes por medio de cilindros hidráulicos o, similarmente operada por cilindros neumáticos, la mayor parte del equipo de conformado de metales en Norte América depende de una transmisión de embrague y freno. El sistema de embrague y freno es un elemento crítico de los equipos mecánicos de conformado de metales, troqueladoras, prensas de cortina, cortadoras, enrolladoras, equipo de corte, punzonadoras, prensas para forja, líneas de extrusión y otras numerosas máquinas relacionadas. Estas máquinas transfieren el movimiento rotatorio del motor por medio de un volante en un movimiento lineal de deslizamiento del carnero ó porta herramientas. Al iniciar el golpe de una máquina, el embrague acopla la masa rotatoria del volante a la transmisión de la prensa, que a su vez mueve el carnero a una posición recíproca. El freno interrumpe el movimiento de

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Las prensas pueden calentarse, con grandes cargas por años, sin la necesidad de cambios de refacciones significativos o reemplazo completo. Así que, después de veinte años de servicio o más, un sistema de embrague y freno puede funcionar más no ser eficiente debido al desgaste y los componentes de reemplazo pueden ser difíciles de encontrar o no estar disponibles. En estas situaciones, en que los tiempos muertos excesivos no son una opción y la seguridad se pone en riesgo; el reemplazo del sistema de freno y embrague es la decisión correcta. 16

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Robert Kotynski es presidente de United Machine Corp., Valparaiso, IN; tel. 001 219/5488050; www.unitedmachine-corp.com. También es socio de Clutch Brake Technology, Valparaiso, IN; tel. 001-219/548-2054; www.clutchbraketechnology.com. http://mexico.pma.org

los componentes de la transmisión y el del carnero cuando se detecta la señal de paro.

Sistemas de embrague y freno comunes Los sistemas de embrague y freno se venden en múltiples diseños. Algunos de los más comunes son: • Embrague de revolución completa combinado con frenos de zapatas. Estas unidades forman la mayoría de las transmisiones encontradas en prensas antiguas y máquinas de alimentación no manual. Los estándares actuales de ANSI/OSHA hacen difícil preparar estas máquinas con dichas transmisiones para producción dado que la función de estas unidades hace imposible detener el movimiento de la máquina sino hasta que hace una revolución completa. Estos embragues a menudo dependen del embrague de una chaveta, husillo o alguna otra sujeción mecánica que sólo se desembraga cuando el carnero pasa por la posición superior. • Sistema de embrague y freno separados accionados por aire; embragues de revolución parcial. Durante la mitad del siglo 20, los embragues separados, de operación neumática se volvieron populares debido a su habilidad para desembragarse en cualquier punto del golpe. Pero, estas unidades tenían una desventaja: una situación conocida como traslape que ocurre cuando el accionamiento de las dos unidades le permite al freno ya sea continuar reteniendo la transmisión mientras el embrague está conectado, o conectarse antes que el embrague deje de actuar. Esta situación crea una inhabilidad potencial para detener el carnero si la fuerza del embrague supera al freno accionado. Estas unidades usaban materiales de fricción que eran presionadas una contra la otra al ser accionadas, dicha operación se llevaba a cabo por la inyección de aire en el cilindro del embrague o del freno. • Sistemas de embrague y freno interconectados. Los embragues interconectados neumática e hidráulicamente fueron desarrollados y http://mexico.pma.org

mejorados durante los últimos 50 años. En estos sistemas: cuando el embrague se acciona, el freno deja de accionar y recíprocamente cuando el freno se acciona, el embrague se desembraga. Esto elimina cualquier posibilidad de que el freno y el embrague funcionen al mismo tiempo. La introducción de aire a presión o fluido hidráulico en la cámara del pistón de una unidad interconectada de freno y embrague

supera la fuerza aplicada por el freno mediante un resorte. La presión del pistón bloquea o acopla las placas de fuerza del embrague que transfiere la rotación del volante al eje de transmisión. Una vez que se tiene una señal de paro, el fluido es retirado del pistón permitiendo que la presión de resorte sujete las placas de frenado y se liberen las placas del embrague. Esta acción detiene el carnero.

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Reemplazo del sistema de embrague y freno ¿Cuándo es necesario un reemplazo? El reemplazo también se conoce como conversión del embrague. De manera simple, la conversión consiste en ajustar un sistema de freno y embrague prediseñado a un eje existente por medio de componentes con cuñas o sin ellas, Adaptando la porción del embrague para que gire el volante; y llevar a cabo las fabricaciones necesarias, maquinados y ensambles, para adaptar el extremo del freno a la estructura existente del marco de la máquina. Hay múltiples razones para cambiar un sistema existente de embrague y freno, en vez de repararlo; y el considerar las razones más comunes para la conversión, puede ayudar en su

justificación. • Los componentes de la transmisión originales no se encuentran en el mercado o los tiempos de entrega resultarán en un largo paro de la prensa. Esto es la causa de la mayoría de las conversiones de embrague. En muchos de los casos los componentes de freno ó embrague de las máquinas antiguas ya no existen en el mercado. Aún las máquinas más modernas tienen largos tiempos de entrega de componentes que a menudo son de tres meses. Por el contrario, los sistemas modernos de embrague y freno pueden estar disponibles para

Un reemplazo del sistema de embrague y freno puede aumentar la velocidad de la prensa al mismo tiempo que reduce el mantenimiento y la reparación de herramientas. Cuando decida entre reemplazo y reparación use está regla práctica: Si la reparación de una transmisión anticuada excede el 60% del costo de la conversión, considere el invertir en la conversión.

Anatomía de una conversión de embrague y freno Cuando un sistema de embrague y freno funciona pero ya no es eficiente debido al desgaste, la productividad se ve afectada y la seguridad puede ser puesta en riesgo. La reparación puede ser un problema debido a que muchos talleres tienen décadas de antigüedad y los componentes diseñados para su maquinaria a menudo son difíciles de encontrar o ya se retiraron del mercado. El taller Dyna-Fab Corp., en West Lebanon, IN; especializado en estampado, manufactura y maquinado, enfrentó esta situación. John Rew, presidente de Dyna-Fab dice: “Teníamos preocupaciones no por la productividad sino con la seguridad, nuestras prensas tenían problemas de desgaste de las balatas del sistema de embrague y freno, lo cual disminuía la velocidad en que la máquina se detenía y se paraba a ángulos diferentes”. Ambas cosas pueden ser potencialmente peligrosas, debido a que hacen a la máquina menos predecible. Si las manos del operador están en el lugar y tiempo inapropiados una tragedia puede ocurrir. Rew explica que “Debido a que las repuestos originales de maquinaria antigua pueden ser difíciles de obtener, el costo de remplazar componentes individuales del embrague, puede ser mayor que simplemente optar por un sistema nuevo. Nuestra solución, fue realizar una conversión del sistema de embrague y freno completo”. El trabajo corrió a cargo de United Machine Corp, Valparaiso, IN; un proveedor de servicios de construcción, reparación y modernización de maquinaria para las industrias de conformado de metales y manufactura, especialista en diagnóstico y conversión de sistemas de embragues y frenos. United Machine reemplazo, en poco tiempo, el viejo sistema de embrague de Dyna-Fab por una unidad moderna, de acuerdo a Rew. También recuerda: “Sólo tuvimos que parar producción por cinco días durante la conversión. United también hizo un diagnóstico completo y nos dijo anticipadamente el costo que se esperaba si se encontraban algunos otros problemas. Idealmente, Se querrá saber por adelantado lo que las reparaciones han de costar, de manera que se pueda planear adecuadamente”. También se entregó a Dyna-Fab un manual completo, detallando la

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unidad de embrague y freno y su operación en la prensa. “Esto es una gran ayuda,” dice Rew, “porque hace más fácil manejar los problemas que puedan ocurrir más adelante”. El primer paso, un diagnóstico de la máquina, prevé problemas que puedan ocurrir más adelante basado en las condiciones generales de la máquina de acuerdo a los representantes de United Machine. Muchos problemas permanecen invisibles, hasta que impactan significativamente la salud de la maquinaria. Aún cuando los operadores de las prensas pueden notar problemas que típicamente surgen en el curso de la operación, puede que no puedan atribuirlos a defectos mecánicos. Un diagnóstico, no sólo señala estos problemas sino también prescribe la cura. El paralelismo del carnero con respecto a la placa fija y las lecturas de holgura de las cuñas, por mencionar algunos, se usan para estimar la calidad de los componentes de la prensa y sus hallazgos pueden ayudar a los ajustes para asegurar una función adecuada del carnero. Otra prueba de United Machine: análisis de la pérdida de movimientos, mide el daño en la superficie en toda la máquina, revisando las tolerancias entre las partes móviles. Este análisis, provee un plan de reparación de la máquina y recuperando su eficiencia máxima. En estas situaciones una conversión de embrague y frenos puede ser necesaria. El principal dividendo de una conversión de embrague y freno, y el diagnóstico correspondiente es el logro de mayores velocidades a través de una mejora en la eficiencia operacional. Los dividendos adicionales son menores desgastes y tiempos de paro más rápidos. “Tenemos varias prensas en esta planta y United está haciendo el diagnóstico y conversión del sistema de freno y engrane en cada una de ellas”. Dice Frank Pfau, presidente de Erdle Perforating Co., Rochester, NY; fabricante de varios componentes utilizando máquinas antiguas. “Se han completado la conversión en dos máquinas hasta el momento y están funcionando hasta un 40% mejor ahora de lo que funcionaban antes de la conversión”.

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instalación en menos de una semana. • Los componentes de la transmisión originales son muy costosos. Los componentes de remplazo a menudo son más caros que la conversión a un sistema más moderno y más seguro de embrague y freno. Si la reparación de una transmisión antigua excede el 60% del costo de la conversión, considere el invertir en la conversión. • El desempeño del sistema de embrague y freno existente no es aceptable. A menudo, las transmisiones originales son propensas a problemas de mantenimiento, desgaste prematuro o sobrecalentamiento, causando tiempos muertos innecesarios y costosas reparaciones. Si los materiales de fricción de una máquina necesitan reparación más de una vez por año considere la conversión. • El sistema de embrague y freno presentan problemas de seguridad. Si los embragues mecánicos o de revolución completa no tienen protecciones, se justifica la conversión simplemente por razones de seguridad. Los costos de conversión son mínimos comparados con los costos legales y médicos, por no mencionar la angustia por un accidente. Otra consideración de seguridad, a menudo pasada por alto: el tiempo de paro fenomenal que se alcanza con los sistemas modernos de embrague y freno una vez hecha la conversión (entre 100 y 200 milisegundos). Debido a esos rápidos tiempos de paro, la doble botonera, cortina de luces y otros mecanismos de control; pueden ser instalados más cerca de la prensa permitiendo mayor seguridad y mayor productividad. Durante el curso de un año, el incremento en la productividad, a menudo paga los costos de la conversión. Debe notarse, que los frenos de banda ya no son considerados aceptable con los actuales estándares OSHA/ANSI. Este solo hecho, puede justificar el reemplazo de estos sistemas. • La transmisión debe ser modernizada a mayores velocidades o mayores capacidades. Si se necesita aumentar la velocidad de trabajo de la prensa o rediseñarse para mayores http://mexico.pma.org

tonelajes, el sistema de embrague y freno debe ser analizado. Usar la estructura de una máquina con un sistema de embrague y freno nuevo para obtener mayor tonelaje o velocidad, a menudo es una alternativa efectiva en costo y ahorro de tiempo a la de comprar una máquina nueva más grande. • Los costos de mantenimiento van en aumento. Examinando

detenidamente los costos, tiempos muertos y reparaciones, gastos y pérdida de producción debido al mantenimiento del embrague y freno; pueden indicar la modernización del sistema como un ahorro en costos. • La capacidad de detener la prensa cuando corre a su mayor velocidad es problemático. Las máquinas con velocidad variable, a menudo se diseñan con sistemas de freno y

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Reemplazo del sistema de embrague y freno embrague calculados para los límites inferiores de los variadores de velocidad. Se pueden dañar costosas herramientas; cuando en un intento por mejorar las velocidades de trabajo, se atora el material alimentado por sistemas automáticos; y la herramienta se daña, debido a la incapacidad del sistema de embrague y freno de detenerse rápidamente a altas velocidades. El costo de remplazar los troqueles y herramientas, a menudo es mayor que el de realizar una conversión a un sistema moderno de embrague y freno, que cumpla con los requerimientos del variador de velocidad. • La carga térmica del sistema de embrague y freno original produce la falla del sistema. El calor es el enemigo de la unidad de embrague y freno, destruyendo material de fricción y componentes. Ahí es donde los sistemas hidráulicos sobresalen. Ya que los sistemas son movidos hidráulicamente, el fluido hidráulico

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puede también ser usado para enfriar la transmisión, eliminando así el calor destructivo. Las placas de fricción trabajan sumergidos en un baño de aceite eliminando el desgaste. Para máquinas de alta velocidad, donde se requiere exactitud en el paro, una conversión del sistema de embrague y freno puede ser la única solución viable. • Los contaminantes en el aire o de otra maquinaria causan que el embrague o el freno se deslicen, sobrecalienten y fallen. Cuando el ambiente contamina las placas de fricción y causa deslizamientos, una de las únicas opciones disponibles es la conversión a sistemas de embrague y frenos interconectados hidráulicamente. Con estas unidades totalmente selladas, ningún contaminante atmosférico puede llegar a las placas de fricción, eliminando así las fallas debido al grafito, vapores de aceites, grasas y otras partículas que viajan en el aire.

Se requiere conversión. ¿Y ahora qué? Una vez que las empresas han decidido realizar la conversión del embrague, es preciso llevar a cabo más trabajo: • Analice las razones de transmisión de los engranes, la inercia del sistema y la información técnica necesaria para determinar los requerimientos de capacidad del sistema de freno y embrague. El dato más crítico requerido para la conversión puede obtenerse de la placa de la máquina. La información básica requerida incluye: potencia del motor, revoluciones por minuto, razón entre el eje de transmisión del motor y el diámetro del eje del volante; tamaño, diámetro, número de dientes y número de engranes entre el eje del volante y el cigüeñal; carrera de la máquina, tonelaje de la máquina, tonelaje sobre el punto muerto inferior en que el tonelaje se determinó. Y finalmente, golpes por minuto a los que la

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Reemplazo del sistema de embrague y freno máquina corre en modo continuo y de un solo golpe. • Seleccione el sistema correcto de freno y embrague para la operación. Basado en los parámetros de la máquina obtenidos anteriormente, el requerimiento calculado del torque del sistema de freno y embrague puede ser calculado por un distribuidor de freno y embrague confiable. La selección final debe ser basada en datos firmes y

no en meras estimaciones. • Escoja el distribuidor que mejor pueda hacer corresponder el producto con la aplicación. El distribuidor no sólo debe estar familiarizado con el producto sino también con la aplicación particular del producto. Los mejores distribuidores modelan la aplicación por computadora y pueden proporcionar criterios específicos de desempeño de su producto en una

máquina, incluyendo el torque del embrague, el torque del freno, tiempo de paro, ángulo de paro, engranaje máximo por minuto y número estimado de engranajes por juego de balatas. • Determine si la conversión debe ser subcontratada o llevada a cabo por usted mismo. Muchas empresas tienen las capacidades de ingeniería y manufactura necesarias para llevar a cabo la conversión del embrague y freno por sí mismas. Si ese es el caso con su compañía, trabaje con el proveedor de embrague y freno para planear detalladamente la conversión y realizar los ensambles y maquinados requeridos. Si no se tiene la experiencia interna busque un reparador de maquinaria competente con experiencia en ingeniería y manufactura e instalaciones de embrague y freno. Una compañía experimentada con buenas referencias debe proporcionar cotizaciones detalladas mostrando el alcance del proyecto, lo que el proveedor va a proporciona y el tiempo estimado de la conversión. • Así mismo, solicite los costos para trabajos adicionales que puedan ser requeridos durante el proceso de conversión y encuentre que áreas, de acuerdo al presupuesto inicial, pueden ser sujetas a incrementos de costos. El reconstructor, debe proporcionar planos de ensamble y de los componentes finales y detallados, así como manuales actualizados y registros de mantenimiento. • Finalice la ingeniería de embrague y freno, fabricación, maquinado e instalación. De un seguimiento detallado de cada etapa del proyecto ya sea que el trabajo lo haya subcontratado o sea llevado a cabo por usted mismo. Asegure compatibilidad rigorosa a las especificaciones del fabricante del embrague y freno. Por ejemplo, el sistema de aire es crítico para la instalación de cada freno y embrague neumático. Dejar sin aire el sistema de embrague y freno puede destruir la unidad rápidamente, lo cual es un error prevenible muy costoso. MF

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