{{{sourceTextContent.title}}}

Wie schneiden elektrische Stellantriebe im Vergleich zu Hydraulikzylindern unter rauen Betriebsbedingungen ab?

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Temperaturbedingungen sowie Lebensdauer und Wartung

{{{sourceTextContent.description}}}

1. Wärmeentwicklung

Ein großes Problem bei Hydrauliksystemen ist das Wärmemanagement. Die Ineffizienzen von Hydrauliksystemen führen zu Überhitzung. Hydraulikflüssigkeitstemperaturen über 80 °C schädigen die meisten Dichtungswerkstoffe und beschleunigen den Verschleiß des Öls. Die Auslegung des Kreislaufs kann eine große Rolle bei der Wärmeentwicklung spielen. Schläuche, Armaturen und andere Komponenten können ebenfalls eine Rolle spielen, wenn sie nicht genau auf die Durchflussanforderungen ausgelegt sind. Ausgefeilte Lastmesssysteme können die meisten Wärmeprobleme mindern, sind jedoch mitunter kostspielig. Wärmetauscher sind eine wirtschaftliche Möglichkeit, dieses Problem zu bewältigen, ohne den Vorratsbehälter und letztlich die Stellfläche der Hydraulikaggregate (HPU) wesentlich zu vergrößern.

Es gibt zwei Möglichkeiten, Überhitzungsprobleme in Hydrauliksystemen zu lösen: die Wärmelast zu verringern oder die Wärmeabfuhr zu erhöhen. Hydrauliksysteme leiten Wärme über den Vorratsbehälter ab, indem sie den richtigen Ölstand aufweisen oder einen Wärmetauscher nutzen. Um ein Hydrauliksystem im Hinblick auf das Wärmemanagement in einem ordnungsgemäßen Zustand zu halten, sind ständige Aufmerksamkeit und Wartung erforderlich.

Elektrische Antriebe können gelegentlich überhitzen, doch die Ursache liegt in der Regel in extremen Schwankungen des Arbeitszyklus oder darin, dass der Antrieb stärker beansprucht wird, als er ausgelegt oder dimensioniert ist. Extreme Schwankungen der Umgebungstemperatur, die bei der Auslegung nicht berücksichtigt wurden, können ebenfalls zu Überhitzung führen; diese Bedingungen stellen jedoch Ausnahmen dar und treten in den meisten Fabrikautomatisierungsumgebungen normalerweise nicht auf. Aufgrund ihres höheren Wirkungsgrads und ihrer genaueren Dimensionierung können elektrische Antriebssysteme so ausgewählt werden, dass sie bei der für die jeweilige Arbeitsleistung erforderlichen Temperatur betrieben werden. Durch die genaue Vorhersage der Temperatur kann das elektrische Antriebssystem eine gleichbleibende Leistung erbringen, ohne die Lebensdauer des Geräts zu beeinträchtigen.

2. Kalte Umgebung

Kalte Temperaturen stellen für Hydrauliksysteme weitere Probleme dar. Kaltes Öl führt zu einem trägen und ungleichmäßigen Betrieb, bis sich das Öl erwärmt hat – was wiederum zu starken Schwankungen bei Kraft und Geschwindigkeit führt. Temperaturschwankungen von heiß nach kalt können zudem die Integrität der Kolbenstangendichtung beeinträchtigen – einer kritischen Komponente, die dazu beiträgt, Leckagen und Verunreinigungen zu verhindern. Öltankheizungen können die Anlauftemperaturen regulieren, stellen jedoch eine zusätzliche Komponente und Kosten dar.

Elektrische Antriebe hingegen können mit Extremtemperatur-Fett betrieben werden, was einen schnellen und effektiven Anlauf bei kalten Temperaturen ermöglicht. In der Regel besteht ein geringer Leistungsunterschied hinsichtlich der Kraftwiederholgenauigkeit zwischen kalten und warmen Temperaturen. Dieser Unterschied ist in den meisten Anwendungen akzeptabel, weshalb oft elektrische Antriebe gegenüber hydraulischen bevorzugt werden.

3. Lebensdauer und Wartung

Hydrauliksysteme sind robuste, weit verbreitete Vorrichtungen, die eine lange Lebensdauer aufweisen können. Der Nachteil ist, dass sie häufige Wartung und Pflege erfordern, um über die gesamte Lebensdauer des Systems hinweg die gewünschte Leistung zu erzielen. Die Aufrechterhaltung der Unversehrtheit der Stangen- und Kolbendichtungen ist entscheidend für die Wiederholgenauigkeit, da diese die Hauptelemente sind, die den für Bewegung und Kraft erforderlichen Druck aufrechterhalten. Wenn diese Komponenten verschleißen oder beschädigt sind, müssen sie ausgetauscht werden. Andernfalls wird die Kraft bereits beim Anfangsdruck verringert oder „Blow-by“ beeinträchtigt die Geschwindigkeit. Der regelmäßige Wechsel von Ölfiltern und Öl gehört ebenfalls zu den Wartungsaufgaben. Verunreinigtes oder zersetztes Öl kann den Betrieb des Systems zudem erheblich beeinträchtigen. Die Vernachlässigung von Wartungsmaßnahmen führt zu Leckagen oder Verunreinigungen und zum vorzeitigen Ausfall von Komponenten.

Elektrische Antriebe hingegen, die auf die Lebensdauer einer Anwendung ausgelegt sind, erfordern keinerlei Wartung. Die wichtigsten Kraftelemente eines elektrischen Stellantriebs sind die Antriebsspindel und andere Axiallagerelemente. Diese Elemente verfügen über eine Spezifikation der dynamischen Belastbarkeit (DLR), anhand derer sich die Arbeitsleistung (Kraft über Weg) abschätzen lässt, die ein elektrischer Stellantrieb erbringen kann. Unter Verwendung einer branchenüblichen L10-Lebensdauerabschätzung lässt sich mit einer Zuverlässigkeit von 90 % abschätzen, wie lange elektrische Stellantriebe in einer Anwendung halten werden.

Diese Antriebselemente sind in der Regel auf Lebensdauer geschmiert, bei Bedarf können jedoch einfache Schmierverfahren vor Ort angewendet werden. Das andere Verschleißelement eines elektrischen Stangenantriebs ist die Stangendichtung, die Wasser, Staub und andere Verunreinigungen aus der Umgebung von den inneren Komponenten des Antriebs fernhalten soll. Im Gegensatz zu Dichtungen bei Hydraulikzylindern muss im Antrieb kein Druck aufrechterhalten werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Selbst wenn die Dichtung versagt, arbeitet der Antrieb weiter. Kolbenstangendichtungen an den meisten elektrischen Antrieben lassen sich im Schadensfall einfach und kostengünstig austauschen. Falsche Nutzung ist der Hauptgrund für den Ausfall elektrischer Antriebe. Die Überschreitung der Leistungsspezifikationen des Antriebs über längere Zeiträume oder grobe Vernachlässigung sind die häufigsten Faktoren für eine falsche Nutzung.