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#Produkttrends
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Die Welt der Antriebstechnik wird elektromechanisch
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Geschwindigkeit, Präzision und Größe.
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Wenn es um Linearaktuatoren geht, werden elektromechanische Geräte aufgrund ihrer Geschwindigkeit, Präzision und Größe gegenüber ihren pneumatischen Verwandten immer beliebter.
In den letzten Jahren sind die Forderungen von Fabrik- und Unternehmensleitern lauter geworden, mehr elektrische Stangenantriebe und weniger pneumatische Antriebe in der Fabrikautomatisierung einzusetzen. Mehrere Faktoren treiben diese Umstellung voran, aber zu den wichtigsten gehören die steigenden Anforderungen an:
1. Verbesserung der Maschinenleistung durch elektromechanische Stellantriebe, die eine höhere Präzision aufweisen.
2.Verringerung der Größe von Anlagen mit elektromechanischen Aktuatoren, die nur etwa ein Viertel des Platzes benötigen, um die gleiche Schubkraft zu liefern wie pneumatische Aktuatoren.
3. Effizientere Energienutzung, da elektromechanische Aktuatoren keine Luftkompressoren benötigen, die rund um die Uhr laufen und den Druck aufrechterhalten.
4. Reduzieren Sie die Wartungs- und Gesamtbetriebskosten, da elektromechanische Aktuatoren weniger Komponenten benötigen, keine Kompressoren und keine Luftlecks.
Wenn die Entscheidung gefallen ist, pneumatische Antriebe durch elektromechanische Antriebe zu ersetzen, besteht der nächste Schritt darin, die richtigen elektromechanischen Antriebe unter den vielen Marken auszuwählen. Obwohl die grundlegenden Antriebsspezifikationen ähnlich sein können, gibt es erhebliche Unterschiede in den Bereichen Lebenszyklusleistung, Wartungsfreundlichkeit und Umweltverträglichkeit.
Im Allgemeinen gilt: Je größer der Durchmesser des Kugelgewindetriebs, desto größer das Schubpotenzial. Um dies zu erreichen, müssen jedoch das Axiallager und alle Befestigungspunkte, einschließlich des Verlängerungsrohrs, der inneren Kugelmutter, des Lagergehäuses und des Abstreifergehäuses, richtig aufeinander abgestimmt sein. Andernfalls würde jede Erhöhung der Schubkraft auf Kosten der Lebensdauer des Systems gehen. Ein Bauteil, das zu schwach ist, um seine Last zu bewältigen, wird viel schneller verschleißen oder sogar beschädigt werden.
Bei zwei Aktuatoren, die jeweils mit einer 16-mm-Kugelumlaufspindel ausgestattet sind und eine Schubkraft von 750 N liefern, kann ein Aktuator beispielsweise eine Lebensdauer von 2.000 km haben, während der andere 8.000 km schafft. Der Unterschied liegt darin, wie gut der Kugelgewindetrieb und die anderen Komponenten aufeinander abgestimmt sind.
Da größere Kugelumlaufspindeldurchmesser mit höheren Kosten und geringerem Platzbedarf verbunden sind, kann die richtige Abstimmung von Kugelumlaufspindel und anderen Komponenten beides reduzieren. Um die für eine Anwendung erforderliche Kraft von 3.200 N zu erreichen, könnte ein Anbieter einen Kugelgewindetrieb mit 20 mm Durchmesser verwenden, während ein anderer Anbieter, bei dem die Komponenten richtig aufeinander abgestimmt sind, dieselbe Schubkraft mit einem Gewindetrieb mit 12 mm Durchmesser erreichen könnte. Der letztgenannte Kugelgewindetrieb kann also ohne Leistungseinbußen verkleinert werden.
Die richtige Kombination von Kugelgewindetrieben und anderen Komponenten wirkt sich erheblich auf die Lebensdauer des Aktuators aus, und in Kombination mit der Konstruktion des Trägers haben diese beiden Faktoren den größten Einfluss auf Präzision und Belastbarkeit. Ein weiteres Ziel der Aktuatorenkonstruktion ist die Reduzierung des radialen und lateralen Spiels. Faktoren, die dies beeinflussen, sind der Durchmesser des Trägerkörpers, die Kontaktfläche und die Verwendung von Stützbeinen. Ein größerer Trägerkörper unterstützt zum Beispiel größere externe Radiallasten, indem er die Kontaktfläche bei seitlicher Belastung maximiert. Die Möglichkeit, elektrische Aktuatoren seitlich zu belasten, erhöht die Leistung, Präzision und Kompaktheit auf ein Niveau, das mit pneumatischen oder hydraulischen Aktuatoren nicht erreicht werden kann.
Die Maximierung der Auflagefläche verbessert zwar die radiale und laterale Belastbarkeit, trägt aber nicht unbedingt zur Stabilität bei. Diesem Problem wird häufig dadurch begegnet, dass erhöhte Beine in genuteten Kanälen (drei in der Abbildung oben) verriegelt werden. Diese Stützfüße reduzieren Vibrationen, die zu Lärm und Verschleiß führen können. Bei den meisten Konstruktionen werden ein oder zwei solcher Rillen verwendet, wodurch ein gewisses Spiel vermieden wird, aber es kann zu Klickgeräuschen kommen, wenn das System mit der Zeit abgenutzt wird. Die Verwendung von vier statt zwei Schenkeln verringert jedoch den Verschleiß und die Geräusche und bietet einen wirksameren und dauerhafteren Verdrehschutz. Außerdem sorgen die zusätzlichen Schenkel für eine klammerfreie Rückbewegung, wodurch das verschleißbedingte Spiel weiter verringert wird.
Die nach außen gebogenen Trägerbeine erzeugen zudem eine radiale Vorspannung, die das Spiel im Schubrohr reduziert. Außerdem werden der Trägerkörper und die Kugelmutter zentriert, so dass der Träger nicht mehr an das Profil angepasst werden muss und der Verschleiß über die gesamte Lebensdauer des Geräts ausgeglichen wird. Dadurch, dass alles ausgerichtet bleibt, muss der Antrieb weniger oft kalibriert werden, um ein gleichmäßiges Leerlaufdrehmoment zu erreichen.
Enge Toleranzen sind entscheidend für die Verringerung von Verschleiß und Geräuschentwicklung. Wenn jedoch überhaupt kein Luftspalt vorhanden ist, baut sich Druck auf, wenn Stellantriebe mit hohen Drehzahlen laufen. Dies führt zu Überhitzung, was wiederum zu Schmierproblemen und anderen Problemen mit der Haltbarkeit beiträgt. Um dieses Problem zu lösen, sollten zwei der männlichen Schlüsselelemente an den Trägerbeinen niedriger sein als die beiden anderen - das ist der Ansatz, den Thomson bei vielen seiner Aktuatoren verfolgt. Dadurch entsteht gerade genug Abstand, um zu verhindern, dass sich Druck aufbaut. Wie in der obigen Abbildung zu sehen ist, sind zwei der orthogonal auf den Trägerbeinen angeordneten männlichen Schlüsselmerkmale niedriger als die beiden anderen.
Instandhaltbarkeit
Die Wartungsfreundlichkeit wirkt sich auf die Lebenszyklusleistung aus und trägt zu Produktivitätsvorteilen bei. Elektromechanische Aktuatoren unterscheiden sich durch ihre Schmierung und die Handhabung des Motors. Die meisten Aktuatoren lassen sich einfahren, um die Teile für die Schmierung teilweise freizulegen (60 % bis 70 %). Die Techniker nehmen die Kappen ab, suchen die Teile, die geschmiert werden müssen, fügen Schmiermittel hinzu und müssen diesen Vorgang möglicherweise wiederholen.
Besser ist es jedoch, das Rohr vollständig aus- oder einzufahren, so dass alle Komponenten maximal zugänglich sind. Auf diese Weise können Unternehmen eine automatische Schmierung einsetzen. Außerdem müsste bei Verwendung eines Schmiernippels die Kappe nicht mehr entfernt werden, was die Wartung weiter vereinfacht.
Die Wartung kann auch beschleunigt werden, wenn die Zeit für die Verbindung des Motors mit dem mechanischen Antrieb entfällt. Die herkömmliche Montage des Motors in einer parallelen Konfiguration dauert 20 bis 25 Minuten. Sobald der Motor montiert ist, muss ein Techniker eine Vielzahl von Werkzeugen verwenden, um ihn auf die richtige Riemenspannung und -ausrichtung einzustellen. Dies erfordert mindestens 12 Schritte.
Wird der Antrieb jedoch mit einer vormontierten Parallellösung geliefert, kann der Riemen während der Montage vorgespannt werden, so dass keine mehrstufigen Spannungseinstellungen erforderlich sind - der Motor kann in nur drei Schritten festgeschraubt und verwendet werden. Bei der Inline-Montage sind die Vorteile einer vormontierten Lösung ähnlich, wenn auch nicht so dramatisch.
Außerdem wird durch die Verwendung von Spreizlagern das Risiko einer Fehlausrichtung vermieden. Außerdem wird die Motorwelle vor Radialbelastungen geschützt, was die Geräuschentwicklung reduziert und die Lebensdauer des Antriebs weiter verlängert.
Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse
Elektromechanische Stellantriebe unterscheiden sich in ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Bedingungen, der Umwelt und häufigen Hochdruckreinigungen. Dies hängt vom Außenprofil, der Materialwahl und den Dichtungsmethoden ab.
Profile mit glatten Oberflächen sind sauberer als gerillte Oberflächen, da sie keinen Staub und keine Flüssigkeiten ansammeln. Sie eignen sich daher besser für raue Umgebungen, in denen häufiges Abspülen erforderlich ist. Das glatte Äußere könnte jedoch auch einen Nachteil mit sich bringen. Bei Anwendungen, die eine Sensorbefestigung erfordern, könnte ein zusätzlicher Kunststoffaufsatz zur Befestigung des Sensors erforderlich sein.
Die Umweltbeständigkeit hängt auch von der Materialzusammensetzung des Verlängerungsrohrs ab. Die meisten Systeme verwenden Chromstahl, aber Edelstahl ist für raue Umgebungen eine viel bessere Wahl.
Ein wichtiger Indikator für die Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen ist der IP-Code (Ingress Protection). Eine IP-Klassifizierung von 65 bedeutet zum Beispiel, dass das Gerät staubdicht und gegen Niederdruckwasserstrahlen aus allen Richtungen geschützt ist, wie sie in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie vorkommen können. Nur wenige elektrische Stellantriebe erfüllen diese Schutzart, aber in korrosiven Umgebungen ist sie entscheidend. Eine IP-Schutzart von 54 bietet einen gewissen Schutz gegen Spritzwasser und weniger als 100 % Schutz gegen Staub, was sie für einige Reinigungsanwendungen akzeptabel macht, aber nicht, wenn Druck im Spiel ist. Eine IP-Schutzart von 40, wie sie bei Linearantrieben üblich ist, bedeutet, dass kein Schutz gegen Staub oder Flüssigkeiten gegeben ist.
Höhere IP-Einstufungen hängen hauptsächlich von der Verwendung besserer Dichtungen ab. Thomson zum Beispiel dichtet bei seinen elektromechanischen Stellantrieben alle Bereiche ab, einschließlich der Motorhalterungen. Alle Dichtungen sollten ebenfalls abgedichtet sein und bis zum Motor zurückreichen, anstatt an der Montageplatte zu enden.
Die nächste Generation der Bewegungssteuerung
Da der Markt immer höhere Produktivität, kürzere Umschaltzeiten, größere Zuverlässigkeit, größere Energieeinsparungen und niedrigere Wartungs- und Betriebskosten fordert, wechseln immer mehr Konstrukteure und Endanwender zu elektromechanischen statt pneumatischen Antrieben. Für Maschinen, die eine anspruchsvolle Bewegungssteuerung erfordern, sind elektromechanische Aktuatoren praktisch die einzige Alternative. Aber auch bei einfachen linearen Bewegungsaufgaben tendieren Konstrukteure und Anwender von Bewegungssteuerungen aufgrund der geringeren und/oder einfacheren Wartung, der höheren Energieeinsparungen und des saubereren Betriebs zur elektrischen Betätigung.
Noch größere Vorteile lassen sich erzielen, wenn man verschiedene Marken elektrischer Antriebe sorgfältig vergleicht. Die "Tragfähigkeit" ist immer im Zusammenhang mit der angegebenen Lebensdauer des Systems und dem Platzbedarf zu sehen. In diesen Bereichen gibt es echte Kompromisse. Das Design des Trägers wirkt sich auf die Präzision sowie die seitliche und rotatorische Belastbarkeit aus. Achten Sie daher genau darauf, wie der Träger im Kanal befestigt ist und welche Form und Größe die Führungsmechanismen haben.
Verbesserte Mechanismen und Teile wie z. B. Stützbeine und Schenkeldesigns, die zum besseren Greifen gebogen werden können, verbessern die Genauigkeit und den Verschleiß. Und das geeignete Außenprofil, die Wahl des Materials und die Dichtungsstrategie sind Schlüsselfaktoren für die Umweltbeständigkeit. Glattere Profile, Edelstahlmaterialien und höhere IP-Schutzklassen bieten in der Regel den besten Schutz.