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Wie funktioniert ein Elektrozylinder und wo wird er eingesetzt?

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Elektrozylinder sind eine der Früchte der sich entwickelnden Hochtechnologie und der 4. industriellen Revolution.

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Die grundlegende Logik von Elektrozylindern besteht darin, nützliche Arbeit zu leisten, indem sie die Drehbewegung (Kreisbewegung) eines Antriebselements in eine lineare (gerade) Bewegung umwandeln. Die Modelle von Elektrozylindern unterscheiden sich nach der Art des Motors, der für die Drehbewegung sorgt, der Art der Gewindespindel, die für die lineare Bewegung sorgt, und den Anschlussarten, die eine Kombination dieser beiden Komponenten ermöglichen.
Elektrozylinder werden aufgrund ihrer Anwendungsbereiche oft mit Pneumatikzylindern verglichen. Dieser Vergleich kann manchmal auch mit Hydraulikzylindern durchgeführt werden. Alle drei Systeme haben je nach ihren Eigenschaften Vor- und Nachteile. Benutzer sollten diese Aspekte bei der Auswahl von Produkten für ihre Anwendung berücksichtigen. Elektrische Stellantriebe werden im Maschinenbau, in der Automobil- und Automobilzulieferindustrie, in der Lebensmittel-, Textil-, Verpackungs- und Verpackungsindustrie, in Gesundheitsgeräten, Prüfgeräten, in der Robotik und in elektronischen Anwendungen eingesetzt. Elektrozylinder sind von anderen Systemen getrennt und haben einen mechanischen Aufbau. Die Bewegung erfolgt über eine Spindel, die in einem Gehäuse untergebracht ist. Die Kugelumlaufspindel ermöglicht die Kraftübertragung, indem sie die kreisförmige Bewegung, die sie vom Motor erhält, in eine lineare Bewegung umwandelt. Je nach den in den Elektrozylindern verwendeten mechanischen Produkten und der Art des Motors werden eine hohe Positionsgenauigkeit, eine Geschwindigkeitsregelung und eine Kraftregelung geboten.

Aufbau von Elektrozylindern
Der Aufbau von Elektrozylindern besteht im Wesentlichen aus 3 Hauptelementen. Da der Zylinderteil separat bewertet werden kann, wird der Motor im Allgemeinen als integriert angetroffen.

1. Zylinder
Der Zylinder ist das Element, das die Arbeit verrichtet, indem es die Kreisbewegung, die es vom Motor erhält, in eine lineare Bewegung umwandelt. Je nach den verwendeten mechanischen Produkten variieren die maximale Tragfähigkeit, die Positioniergenauigkeit, die maximale Geschwindigkeit und die maximale Hublänge des Zylinders.

2. Motoranschlussadapter
Dies ist der Mechanismus, der die Bewegung des Motors auf den Zylinder überträgt. Er wird zwischen dem Zylinder und dem Motor angeschlossen. Je nach Anwendung kann der Motor entweder axial oder parallel zum Zylinder montiert werden.

3. Motor
Der Motor ist die Hauptkraftquelle des Zylinders. Er verleiht dem Zylinder seine Bewegung. Elektrozylinder: Sie können mit integriertem Servomotor, Schrittmotor, Gleichstrommotor oder Wechselstrommotor verwendet werden.
Die von einem Elektrozylinder mit integriertem Servomotor aufgebrachte Kraft kann ohne externe Geräte gesteuert werden. Mit einem Elektrozylinder, der mit einem Servomotor verwendet wird, kann eine hochpräzise Positionierung in mehr als einer Position vorgenommen werden. Es kann eine Rückmeldung über die vorgenommene Positionierung gegeben werden. Die Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte des Elektrozylinders können während des Prozesses geändert werden. Alle diese Vorgänge können von einer SPS gesteuert werden. Bei anderen Arten von Bewegungsgeneratoren sind diese Vorgänge mit externen Geräten (Sensor, Linearmaßstab, usw.) möglich.

Merkmale des Elektrozylinders
1. Positionssteuerung mit Elektrozylinder
Mit Elektrozylindern ist es möglich, eine präzise Positionierung in mehr als einer Position vorzunehmen. Die Positioniergenauigkeit des Elektrozylinders hängt von der Präzision der verwendeten Kugelumlaufspindel und des Positionsleseelements ab. Der Zylinder fährt den Schritt der Kugelumlaufspindel bei jeder Umdrehung des Motors mit. Sobald die Bewegung anhält, ist der Zylinder positioniert. Durch die Steuerung der Bewegung, die der Kugelumlaufspindel gegeben wird, kann der Zylinder in die gewünschte Position gebracht werden.
Während bei Elektrozylindern mit einer Kugelumlaufspindel eine Positioniergenauigkeit von 0,02 mm erreicht werden kann, liegt dieser Wert bei der Verwendung einer Trapezwelle in der Größenordnung von 0,1 mm. Die Auswahl des Positionsleseelements (Messgerät, Linearmaßstab usw.) muss für die gewünschten Werte der Positioniergenauigkeit geeignet sein.
Mit einem Elektrozylinder, der in einen Servomotor integriert ist, kann die Positionsinformation ohne externe Elemente gelesen werden. Diese Informationen können verarbeitet und ausgewertet werden. Der Zylinder wird in seiner zweiten Position positioniert, nachdem er eine Weile in seiner ersten Position gewartet hat. Die Anzahl der Positionen ist nicht auf zwei begrenzt, sie kann erhöht werden.
Werden Elektrozylinder mit Motoren verwendet, die kein internes Positionsleseelement haben, ist eine externe Einrichtung zur Positionskontrolle erforderlich. Die Positionierung kann durch die Steuerung der Bewegung des Zylinders mit den von externen Geräten empfangenen Positionsinformationen erfolgen.

2. Geschwindigkeitssteuerung mit Elektrozylinder
Die Geschwindigkeit des Elektrozylinders hängt von der Steigung der Kugelumlaufspindel und der Drehzahl des Motors ab. Die Geschwindigkeit kann durch Änderung der Drehzahl der Kugelumlaufspindel gesteuert werden. Die Geschwindigkeit kann geändert werden, indem die Drehzahl des Motors während der Bewegung geändert wird. Zeitverluste können durch die Anpassung der Beschleunigungen an die jeweilige Anwendung eliminiert werden. Während sich der Zylinder mit einer niedrigeren Geschwindigkeit bewegt, um seine erste Position zu erreichen, bewegt er sich nach einer bestimmten Zeit mit einer höheren Geschwindigkeit, um seine zweite Position zu erreichen.

3. Steuerung der Beschleunigung des Elektrozylinders
Durch Veränderung der Beschleunigungs- und Verzögerungswerte des im Elektrozylinder integrierten Motors kann die Beschleunigung des Zylinders gesteuert werden. Dadurch wird verhindert, dass der Zylinder bei schweren Lasten riskante Starts und Stopps durchführt. Bei Anwendungen, die schnelle Zykluszeiten erfordern, können die gewünschten Zykluszeiten durch die Einstellung schneller Starts und Stopps erreicht werden. Der Zylinder erreicht eine bestimmte Geschwindigkeit mit unterschiedlichen Beschleunigungswerten.

4. Kraftsteuerung mit Elektrozylinder
Die vom Elektrozylinder aufgebrachte Kraft hängt von der verwendeten Motorleistung und der mechanischen Struktur des Zylinders ab. Die Kraft des Zylinders kann durch Steuerung der Motorleistung kontrolliert werden. Heute werden mit Elektrozylindern Kräfte von 300 kN erreicht.
Die Kraft kann über den Drehmomentmodus des Motors im Elektrozylinder mit integriertem Servomotor gesteuert werden. Der Zylinder kann mit einer bestimmten Kraft beaufschlagt werden und unter einer bestimmten Kraft konstant bleiben. Es können Kraft- und Positionsinformationen ausgelesen werden. Diese Informationen können verarbeitet und ausgewertet werden. Je nach gewünschter Empfindlichkeit der Kraftinformation muss der Kraftsensor eingesetzt werden. Diese Informationen können durch die Verwendung des Kraftsensors gewonnen werden, wenn der Motor ohne Drehmomentmodus im elektrischen Zylinder verwendet wird.

Elektrozylinder sind eine der Früchte der sich entwickelnden Hochtechnologie und der vierten industriellen Revolution. Der weit verbreitete Einsatz intelligenter Systeme mit hohen Taktzahlen, die die Herstellung verschiedener Produkte auf derselben Maschine ermöglichen, sowie niedrige Betriebskosten lassen den Bedarf an Elektrozylindern steigen. Es ist davon auszugehen, dass diese Produkte im Laufe der Zeit ihren Platz einnehmen werden, da sie im Vergleich zu Zylindern, die mit Flüssigkeitskraft betrieben werden, zahlreiche Vorteile bieten. Elektrozylinder sind von anderen Systemen getrennt und haben eine mechanische Struktur. Die Bewegung erfolgt über eine Spindelwelle, die in einem Gehäuse untergebracht ist. Die Kugelumlaufspindel ermöglicht die Kraftübertragung, indem sie die kreisförmige Bewegung, die sie vom Motor erhält, in eine lineare Bewegung umwandelt. Je nach den in den Elektrozylindern verwendeten mechanischen Produkten und der Art des Motors sind hohe Positionsgenauigkeit, Geschwindigkeitsregelung und Kraftregelung möglich. Elektrozylinder sind neben den Vorteilen, die sie dem Benutzer bieten, auch umweltfreundliche Produkte. Im Hinblick auf die Energieeffizienz, die heute eine unserer größten Aufgaben ist, sind Elektrozylinder im Vergleich zu anderen Systemen sehr empfindlich. Nach 2000 Teststunden unter den gleichen Bedingungen, mit der gleichen Last und der gleichen Geschwindigkeit, wurde festgestellt, dass der elektrische Zylinder 11 Mal effizienter im Energieverbrauch ist als der pneumatische Zylinder.