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#Produkttrends
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Häufig gestellte Fragen zu Linearaktuatoren
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Hier sind einige Fragen, die sich Ingenieure und Konstrukteure stellen sollten, bevor sie sich für Linearantriebe entscheiden.
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Konstrukteure, die sich auf die Auswahl eines Linearaktuators für ein bestimmtes Gerät oder eine Maschine vorbereiten, sollten eine Liste mit Fragen bereithalten, die sie den Lieferanten und Herstellern dieser Geräte stellen können. Diese Listen enthalten normalerweise FAQs (häufig gestellte Fragen), und die meisten Firmen, die Aktuatoren verkaufen, sind darauf vorbereitet. Aber diese Lieferanten erwarten in vielen Fällen, dass potenzielle Käufer andere, vielleicht tiefer gehende und aufschlussreichere Fragen stellen: die so genannten "infrequently asked questions" (iFAQs).
Hier sind ein paar Fragen, die Ingenieure stellen sollten, wenn sie Linearaktuatoren spezifizieren wollen.
Q. Ich brauche Geschwindigkeit und Genauigkeit über eine große Länge. Welche Art von Aktuator sollte ich verwenden?
A. Das ist eine kluge Frage, die Sie da stellen. Viele Konstrukteure überschätzen, wie genau herkömmliche Motoren und Aktuatoren bei langen Verfahrwegen sind. Sie glauben fälschlicherweise, dass ein Aktuator, der bei kurzen Verfahrwegen gut funktioniert, auch bei langen Verfahrwegen gleich gut funktioniert. Obwohl viele Arten von Linearsystemen zwei der drei Anforderungen erfüllen, die Ingenieure typischerweise wünschen (lange Verfahrwege, hohe Geschwindigkeit und hohe Positioniergenauigkeit), sind Linearmotoraktuatoren die einzigen, die alle drei Anforderungen ohne Kompromisse erfüllen. Sie werden häufig in der Halbleiterfertigung, bei der Inspektion von Unterhaltungselektronik, in der Medizintechnik, bei Werkzeugmaschinen, im Druck und bei Verpackungsanwendungen eingesetzt.
Um ein wenig Hintergrundwissen zu vermitteln, lassen Sie uns zunächst Linearmotoren definieren. Im Wesentlichen ist ein Linearmotor ein Rotationsmotor, der abgewickelt und flach ausgelegt wurde. Dadurch kann der Motor direkt an die lineare Last gekoppelt werden. Im Gegensatz dazu verwenden andere Konstruktionen einen rotierenden Motor und koppeln ihn über eine Mechanik, was zu Spiel, Effizienzverlusten und anderen Ungenauigkeiten führen kann. Linearmotoren haben auch tendenziell höhere Maximalgeschwindigkeiten im Vergleich zu Kugelgewindetrieben der gleichen Verfahrlänge.
Heute werden drei Haupttypen von Linearmotoren verwendet. Der erste ist Ironcore, bei dem die Spulen um Zähne aus Eisenwerkstoffen gewickelt und mit Laminat ummantelt sind. Diese Motoren haben die höchste Kraft pro Größe und eine gute Wärmeübertragung und sind im Allgemeinen am kostengünstigsten. Eisen im Motor führt jedoch zu erhöhtem Cogging (Drehmoment aufgrund von Wechselwirkungen zwischen den Magneten des Motors), daher sind sie oft etwas weniger präzise als der zweite Typ, eisenlose Linearmotoren.
Wie der Name schon sagt, haben eisenlose Linearmotoren kein Eisen im Inneren. Der Forcer ist im Wesentlichen eine Epoxidplatte, in die eng gewickelte Kupferspulen eingesetzt sind. Sie gleitet zwischen zwei Reihen von Magneten, die einander gegenüberliegen. (Dies wird auch als U-Kanal-Magnetbahn bezeichnet.) Eine Abstandsleiste an einer Seite der Magnete verbindet diese miteinander. Die Hauptvorteile von eisenlosen Motoren sind geringere Anziehungskräfte und kein Cogging. Dadurch sind sie präziser als Eisenkernmotoren. Durch die zwei Magnetreihen sind eisenlose Einheiten jedoch teurer als eisenbehaftete Versionen. Die Beherrschung der Wärmeübertragung kann ebenfalls schwierig sein, daher ist es wichtig, frühzeitig zu erkennen, ob bei einer bestimmten Anwendung die Gefahr einer Überhitzung besteht. Die neuesten eisenlosen Motoren haben überlappende Spulen, die mehr Oberflächenkontakt für die Wärmeableitung bieten. Dieses Design ermöglicht dem Motor auch eine höhere Kraftdichte.
Der dritte und letzte Typ sind nutenlose Linearmotoren, die im Grunde genommen Hybride der ersten beiden Typen sind. Ein nutenloser Motor hat eine einzelne Magnetreihe wie der Ironcore, was dazu beiträgt, seinen Preis niedriger zu halten. Ein laminiertes Rückeisen sorgt für eine gute Wärmeübertragung sowie für geringere Anziehungskräfte und ein geringeres Cogging als bei Ironcore-Motoren. Nutenlose Motoren bieten neben dem niedrigeren Preis auch den Vorteil eines geringeren Höhenprofils als eisenlose. Für Konstrukteure, die Wert darauf legen, die Komponenten in ihren Maschinen so klein wie möglich zu halten, kann jeder eingesparte Millimeter Platz entscheidend sein.
Q. Wie kann ich wissen, ob ein bestimmter Antrieb für den Einsatz in einer bestimmten Umgebung geeignet ist?
A. Allzu oft wählen Konstrukteure Aktuatoren isoliert aus und berücksichtigen nicht, wo sie eingesetzt werden. Linearaktuatoren haben kritische bewegliche Teile, die nur in den Umgebungen richtig funktionieren, für die sie entwickelt und hergestellt wurden. Die Verwendung eines ungeeigneten Linearaktuators kann zu Problemen führen, die von unsachgemäßem Betrieb bis zu irreparablen Schäden am Aktuator selbst reichen. Bei "schmutzigen" Anwendungen, wie z. B. bei einem Schneidwerkzeug, das Partikel und Schrott abwirft, muss der Aktuator abgedichtet und abgeschirmt werden, um ihn vor Verunreinigungen zu schützen.
Umgekehrt kann ein Aktuator ohne den entsprechenden Schutz Verunreinigungen in eine saubere Umgebung einbringen und so die Anwendung gefährden. Normaler Verschleiß führt dazu, dass Lineartische mit der Zeit Partikel erzeugen. In Reinräumen oder Vakuumumgebungen dürfen oft nur Geräte verwendet werden, die keine Partikel freisetzen. Daher ist es für Aktuatoren, die in diesen Umgebungen eingesetzt werden, entscheidend, dass sie mit Dichtungen und Abschirmungen ausgestattet sind, die verhindern, dass Partikel in die Umgebung gelangen. Einige mechanische Geräte, die für lineare Bewegungen sorgen, wie z. B. in der Halbleiterverarbeitung, bewegen sich nur im Mikrometerbereich, sodass selbst die geringste Verunreinigung eine Anwendung gefährden und ruinieren kann.
Dichtungen und Abdeckungen schützen kritische Komponenten vor rauen Umgebungsbedingungen und sorgen dafür, dass Linearantriebe so funktionieren, wie sie konzipiert wurden. In sauberen Umgebungen schützen Dichtungen und Abdeckungen die Umgebung der Anwendung vor möglichen Verunreinigungen, die durch den Aktuator verursacht werden - nicht durch den Aktuator selbst. Zusätzlich zu Dichtungen und Abschirmungen können kundenspezifische Linearaktuatoren mit Überdruckanschlüssen ausgestattet werden, die Verunreinigungen im Inneren der Einheit ausspülen und so die Leistung und Lebensdauer auf einem Maximum halten.
Bei der Auswahl von Linearaktuatoren muss eine Vielzahl von Umgebungsfaktoren berücksichtigt werden. Dazu gehören die Umgebungstemperatur, das Vorhandensein von Feuchtigkeit, die Einwirkung von Chemikalien und Gasen (außer Raumluft), Strahlung, die Höhe des Luftdrucks (bei Anwendungen, die im Vakuum ausgeführt werden), Sauberkeit und nahe gelegene Geräte. Befindet sich z. B. ein Gerät in der Nähe, das Vibrationen übertragen könnte, die die Leistung des Lineartischs beeinträchtigen würden?
Die IP-Schutzart eines Lineartischs, die in der Regel in den technischen Daten angegeben ist, gibt an, ob er vor bestimmten Umgebungen ausreichend geschützt ist. IP-Schutzarten sind definierte Werte für die Wirksamkeit der Dichtungen eines Gehäuses gegen das Eindringen von Fremdkörpern (Staub und Schmutz) und verschiedenen Feuchtigkeitsgraden.
Die Schutzart wird in Form von "IP-" gefolgt von zwei Ziffern angegeben. Die erste Ziffer gibt den Grad des Schutzes vor beweglichen Teilen und Fremdkörpern an. Die zweite Ziffer gibt den Schutzgrad gegen das Eindringen unterschiedlicher Feuchtigkeitsgrade an (von Tropfen über Spritzer bis hin zum völligen Untertauchen).
Wenn Sie sich die Zeit nehmen, die IP-Schutzart eines Aktuators frühzeitig im Auswahlprozess zu prüfen, können Sie schnell und einfach Geräte ausschließen, die für die Umgebung ungeeignet sind. Ein Aktuator mit der Schutzart IP30 bietet beispielsweise keinen Schutz gegen Feuchtigkeit, aber er hält fingergroße Gegenstände fern. Wenn der Schutz vor Feuchtigkeit wichtig ist, suchen Sie nach einem Aktuator mit einer höheren Schutzart, wie z. B. IP54, der Schutz vor Staub und Spritzwasser bietet. Aktuatoren ohne Schutz gegen Eindringen oder Feuchtigkeit können jedoch eine wirtschaftliche Alternative für Umgebungen sein, in denen Verunreinigungen keine Rolle spielen.