Linearaktoren 101 – Alles, was Sie über Linearaktoren wissen müssen

Nov 16, 2023

Robbie Dickson

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Dieser Artikel vermittelt Ihnen ein grundlegendes Verständnis der Funktionsweise von Linearaktuatoren und der zu ihrer Beschreibung verwendeten Terminologie. Wenn Sie die Grundlagen verstehen, wird es Ihnen viel leichter fallen, Ihren eigenen elektrischen Linearantrieb auszuwählen.

Ein Aktor ist ein Gerät, das einen Energiequelleneingang und einen externen Signaleingang benötigt. Diese Eingaben erzeugen eine Ausgabe, normalerweise in Form einer Bewegung, die entweder rotatorisch oder linear sein kann. Für die Zwecke dieses Artikels konzentrieren wir uns auf Aktuatoren, die lineare Bewegungen erzeugen. Wir haben jedoch einen viel ausführlicheren Artikel erstellt, der sich speziell auf Aktuatoren im Allgemeinen konzentriert. Um diese anzuzeigen, klicken Sie hier: „Aktuatoren“.

Um Ihnen weiter zu helfen, haben wir einen Artikel mit dem Titel „Kaufen Sie keinen Linearantrieb, bevor Sie diese fünf Schritte gelesen haben“ erstellt. Dies kann Ihnen helfen, die vielen Fallstricke zu vermeiden, die der Online-Kauf eines elektrischen Linearantriebs mit sich bringt.

Wir haben außerdem einen Rechner erstellt, mit dem Sie berechnen können, welchen Typ von Linearantrieb Sie für eine bestimmte Anwendung benötigen. Geben Sie einfach einige grundlegende Details in den Rechner ein und die Ergebnisse werden angezeigt. Klicken Sie hier für den Linearaktuator-Rechner

Ein elektrischer Linearantrieb ist ein Gerät, das die Drehbewegung eines Wechsel- oder Gleichstrommotors in eine lineare Bewegung umwandelt. Es kann sowohl Druck- als auch Zugbewegungen ausführen.

Diese Bewegung ermöglicht das Heben, Fallenlassen, Schieben, Verstellen, Neigen, Schieben oder Ziehen von Gegenständen mit einem einfachen Knopfdruck. Denken Sie einfach an alle Möglichkeiten eines Produkts, das diese Arbeit auf Knopfdruck für Sie erledigt! Und um es noch attraktiver zu machen, sind diese elektrischen Stellantriebe unglaublich einfach und sicher zu installieren und einzurichten. Heutzutage gibt es auf der Welt Hunderte Millionen Aktuatoren, die viele verschiedene Aufgaben erfüllen. Wir sagen immer, dass ein Linearantrieb ideal für Anwendungen geeignet ist, die schmutzig, langweilig oder gefährlich sind. Mit der Weiterentwicklung der Hausautomation stellen wir jedoch fest, dass sie mittlerweile in großem Umfang zu Hause und im Büro eingesetzt werden, um neuartige Aufgaben wie das Anheben von Fernsehern und Projektoren, Schreibtischlifte, Lautsprecherauszüge und auch das Heben von Küchengeräten zu erfüllen.

Darüber hinaus ermöglichen Linearantriebe dem Bediener die vollständige Kontrolle über die sichere und genaue Bewegungssteuerung, die sie bieten. Sie sind energieeffizient und haben eine lange Lebensdauer bei geringem oder gar keinem Wartungsaufwand.

Die Installation eines elektrischen Linearantriebs ist im Vergleich zu hydraulischen oder pneumatischen Systemen sehr einfach. Außerdem nehmen sie deutlich weniger Platz in Anspruch und sind deutlich günstiger als hydraulische und pneumatische Antriebe, da sie weder Pumpen noch Schläuche besitzen.

Ein elektrischer Linearantrieb besteht aus einem Gleich- oder Wechselstrommotor, einer Reihe von Zahnrädern und einer Leitspindel mit einer Antriebsmutter, die die Hauptstangenwelle hinein- und herausschiebt. Daraus bestehen im Wesentlichen alle Linearantriebe. Von Antrieb zu Antrieb ändert sich lediglich die Motorgröße, das Getriebe und die Leitspindel. Einige andere Elektronikgeräte helfen bei der Bestimmung des Umfangs der Hubbegrenzungsschaltung und der Positionsrückmeldungsoptionen, aber im Grunde ist ein Aktuator nichts weiter als ein Motor, einige Zahnräder und eine Leitspindel.

Hubsäulen sind eine weitere Form von Linearantrieben. Normalerweise bieten sie einen längeren Hub, da sie über mehrere Stufen verfügen. Dadurch können sie sich über einen längeren Zeitraum ausdehnen und zusammenziehen, als wenn sie vollständig geschlossen sind. Anders ausgedrückt: Ein Säulenlift ist ein Aktuator im Aktuator.

Ein weiterer Vorteil eines Säulenlifts besteht darin, dass die Linearführung in die Struktur des Aktuators integriert ist und nicht extern hinzugefügt werden muss. Linearaktuatoren kommen mit seitlicher Belastung normalerweise nicht gut zurecht (wir besprechen das später). Säulenlifte verfügen über ein integriertes Führungssystem, weshalb sie für einige Anwendungen besser geeignet sind als für andere.

Mikrolinearaktuatoren oder Minilinearaktuatoren werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen der Platz begrenzt ist oder der erforderliche Hub des Aktuators gering ist. Vielleicht müssen Sie etwas Kleines oder nicht sehr weit bewegen, dann wäre ein Mikrolinearantrieb ideal für eine solche Anwendung. Typische Hübe von Mikroaktuatoren betragen 10 mm bis 100 mm und sind sehr kompakt. Einer der Nachteile eines Mikrolinearaktuators besteht darin, dass die Kräfte aufgrund der kleineren Motoren, die sie antreiben, tendenziell viel geringer sind

Elektrische Linearantriebe sind die perfekte Lösung, wenn Sie eine einfache, sichere und saubere Bewegung mit präziser und reibungsloser Bewegungssteuerung benötigen. Sie können Antriebssysteme zum Verstellen, Neigen, Schieben, Ziehen und Heben mit relativ hohen Kräften wählen.

Ein Hydrauliksystem ist in der Lage, enorme Kräfte auszuüben, aber diese Systeme erfordern Hochdruckpumpen, Hochdruckventile und -leitungen sowie einen Tank, um die gesamte Hydraulikflüssigkeit aufzubewahren. Wenn Sie also viel Platz und Geld haben, spielt das keine Rolle Dann könnte Hydraulik die Lösung sein.

Der hydraulische Aktuator verwendet Flüssigkeit, um einen Kolben hin und her zu drücken, während ein elektrischer Linearaktuator einen Wechsel- oder Gleichstrommotor verwendet, um eine Leitspindel anzutreiben. Die Leitspindel ist mit einer Mutter ausgestattet, die auf der Leitspindel auf und ab läuft und eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelt.

Aus betrieblicher Sicht weist der Einsatz von Hydraulik Nachteile auf. Der wichtigste wird kontrolliert. Sie haben bei diesen Systemen nur sehr wenig Präzisionskontrolle.

Ein elektrischer Linearantrieb hat eine lange Lebensdauer und erfordert wenig oder gar keine Wartung. Dies gewährleistet im Vergleich zu anderen Systemen sehr niedrige Gesamtbetriebskosten.

Elektrische Antriebssysteme sind leise, sauber, ungiftig und energieeffizient. Sie erfüllen die ständig steigenden Anforderungen und Gesetze an umweltgerechte Geräte.

Linearantriebe bewegen Dinge und wir haben im Laufe der Jahre Tausende von Anwendungen gesehen.

Einige Beispiele für praktische Automatisierungsanwendungen sind:

Zu den industriellen Anwendungen gehören:

Auf unseren Datenblättern können Sie sowohl die statische als auch die dynamische Belastung sehen. Dynamische oder Hublast ist die Kraft, die während der Bewegung auf den Linearantrieb ausgeübt wird. Statische Last, manchmal auch Haltelast genannt, ist die Kraft, die auf den Linearantrieb ausgeübt wird, wenn er sich nicht bewegt. Die dynamische Last ist das, was Sie brauchen, um etwas zu bewegen, und die statische Last ist das, was Sie brauchen, um das Etwas an Ort und Stelle zu halten.

Linearantriebe können in Zug-, Druck- oder Kombinationsanwendungen eingesetzt werden. Wir bezeichnen dies als Schub- oder Zugkraft. Seiten- oder Querbeladungen sollten vermieden werden. In Situationen, in denen eine seitliche Belastung nicht vermieden werden kann, empfehlen wir unseren Kunden, in ihrem System lineare Gleitschienen oder Schubladenführungen zu verwenden. Die Gleitschiene verträgt wesentlich mehr seitliche Belastungen als der Aktuator. Durch die Reduzierung der Seitenlast kann der Linearantrieb seine maximale Schub- und Zugkraft entfalten.

Seitenbelastung oder Radialbelastung ist eine Kraft, die senkrecht zur Mittellinie des Linearantriebs wirkt. Unter exzentrischer Belastung versteht man jede Kraft, deren Schwerpunkt nicht durch die Längsachse des Aktuators verläuft. Sowohl seitliche als auch exzentrische Belastungen sollten immer vermieden werden, da sie zu Blockierungen führen und die Lebensdauer des Linearantriebs verkürzen können. Wenn Sie jedoch in der Anwendung eine Schubladenführung verwenden, hat dies große Auswirkungen darauf, wie viel Belastung aufgebracht werden kann. Indem Sie das zu bewegende Objekt auf einer Schubladenführung platzieren, kann das Gewicht von der Führung getragen werden, anstatt dass der Aktuator das gesamte Gewicht trägt. Eine weitere Option für die seitliche Beladung ist die Verwendung eines Raupenantriebs.

Die meisten Linearantriebe sind mit integrierten Endschaltern ausgestattet. Die Art der verfügbaren Endschalter variiert je nach Produktreihe. Dazu gehören elektromechanische, magnetische Näherungs- und Drehnocken. Normalerweise sind Endschalter an Stellantrieben voreingestellt, um den Hub des Stellantriebs zu stoppen, wenn dieser seine volle Ausfahr- und Einfahrposition erreicht.

Endschalter sind wichtig, da sie verhindern, dass der Aktuator durchbrennt und den Motor blockiert, wenn er das Ende des Hubs erreicht. Der Endschalter unterbricht einfach die Stromversorgung des Motors.

Mit externen Endschaltern können Sie die Bewegungsgrenzen Ihres Systems flexibel an Ihre spezielle Anwendung anpassen. Der Kunde ist für die ordnungsgemäße Einstellung des Endschalters im Gerät verantwortlich. Wenn die Endschalter nicht oder falsch eingestellt sind, kann es während des Betriebs zu Schäden am Gerät kommen.

Linearantriebe sind mit AC- oder DC-Motorvarianten erhältlich. Allerdings gibt es in jedem Bereich bevorzugte Standardtypen. Gleichstrommotoren sind am beliebtesten und haben typischerweise eine Spannung von 12 Volt. 24-Volt-Motoren werden für industriellere Anwendungen oder in Stellantrieben mit hoher Kraft eingesetzt, wo sie effizienter sind.

Bei den Wechselstrommotoren handelt es sich entweder um 220–240 VAC-Einphasenmotoren, 220–240/380–415 VAC-Dreiphasenmotoren (50/60 Hz) oder 24 VDC-Motoren.

Linearantriebe sind mit verschiedenen Lineargeschwindigkeiten erhältlich und jedem Produkt liegt eine detaillierte Standardliste bei. Um unterschiedliche Geschwindigkeiten zu erreichen, wird die Übersetzung des Aktuators geändert. Bitte beachten Sie, dass sich bei einem Gangwechsel zur Beeinflussung der Geschwindigkeit auch die Kraft ändert. Kraft und Geschwindigkeit stehen immer im Widerspruch zueinander.

Die Einschaltdauer eines Linearantriebs wird im Allgemeinen als Prozentsatz der „Einschaltzeit“ (das Verhältnis der Einschaltzeit zur Gesamtzeit) oder als über einen Zeitraum zurückgelegte Strecke ausgedrückt. Die Einschaltdauer wird für verschiedene Antriebstypen unterschiedlich angegeben. Eine ausführlichere Diskussion des Arbeitszyklus finden Sie im Blogbeitrag „Was ist der Arbeitszyklus in einem Linearantrieb?“

Die Linearaktuatoren verfügen im Allgemeinen über Befestigungspunkte, die wir Gabelköpfe nennen, an jedem Ende des Aktuators, um eine Schwenkbewegung zu ermöglichen. Es gibt eine Reihe von Optionen. Doppelgabelköpfe sind Standard, aber normalerweise verfügt jeder Aktuator über eine eigene standardisierte Montagehalterung, die Sie verwenden würden.

Linearantriebe haben unterschiedliche IP-Schutzarten. Je niedriger die Zahl, desto geringer ist der Schutz. IP54 bietet beispielsweise grundlegenden Schutz wie Staub und IP66 bietet wasserdichten Schutz und ist ideal für den Einsatz im Freien. Die folgende Tabelle zeigt die IP-Schutzart jedes Linearantriebs von Firgelli. Wir haben hier auch einen separaten Blog-Beitrag nur zum Thema IP-Schutzart für Linearantriebe geschrieben.

Sofern nicht anders angegeben, ist bei vollelektrischen Linearantrieben ein Rückwärtsfahren möglich. Beim Rückwärtsfahren wird eine Kraft ausgeübt, die größer als die statische Kraft ist und es der Antriebswelle ermöglicht, sich zu bewegen, ohne dass ihr Kraft zugeführt wird. Aktuatoren, die eine Kugelumlaufspindel verwenden, sind normalerweise mit einer elektrischen Bremse (normalerweise am Motor montiert) ausgestattet, um zu verhindern, dass die Last den Aktuator zurücktreibt.

Wir empfehlen keine Anwendungen mit möglichen harten Stopps, da dies zum Blockieren des Aktuators führen kann. Beispiele für Blockaden sind das Überfahren der Endschalter und das interne Blockieren der Mutter und Schraube am äußersten Ende des Hubs oder das Fahren des Aktuators gegen ein unbewegliches Objekt und damit eine starke Überlastung des Aktuators.

Unsachgemäße Belastung, unsachgemäße Installation, übermäßige Beanspruchung und extreme Umgebungen können zu einem vorzeitigen Ausfall des Stellantriebs führen. Am beliebtesten ist mit Abstand die Überlastung durch Kraftverstärkung.

Kleine Unterschiede in der Motorgeschwindigkeit bei identischen Aktuatoren sind völlig normal. Und unterschiedliche Aktuatorbelastungen können dazu führen, dass die Einheiten sehr leicht aus der Synchronisierung geraten. Daher kann nicht garantiert werden, dass die Einheiten synchron laufen. Für eine exakte Synchronisierung empfiehlt sich ein Regelsystem. Dies ist mit einem Aktor mit integrierter Rückmeldung möglich. Die Rückmeldungsdaten werden an einen Controller gesendet und der Controller berechnet dann, wie die Aktuatoren ungeachtet ihrer Belastungs- oder Geschwindigkeitsunterschiede zusammenlaufen. Zu den Feedback-Aktoren gehören Potentiometer, optische Sensoren oder Hall-Sensoren. Unser Blogbeitrag „Achieving Synchronized Motion Using Firgelli Linear Actuators“ bietet detailliertere Informationen zu diesem Thema.

Bei Linearaktuatoren sind die inneren Teile des Aktuators, einschließlich der Getriebebaugruppen sowie der Leitspindel- und Mutternbaugruppen, mit Fett geschmiert. Die Antriebe sind lebensdauergeschmiert.

Beim Temperaturtest werden die Aktuatoren auf den Betrieb bei extremen Temperaturen sowie auf die Bewältigung schneller Temperaturänderungen getestet. In den meisten Fällen werden Tests am Aktuator durchgeführt, um wiederholten Wechseln von einer Umgebung mit +100 °C auf -20 °C standzuhalten und dennoch die volle Funktionalität beizubehalten.

Um einen detaillierteren Einblick in die Funktionsweise eines Linearaktuators zu erhalten, haben wir diesen Artikel „Das Innere eines Linearaktuators – Funktionsweise eines Aktuators“ erstellt.

Autor: Robbie Dickson

https://en.wikipedia.org/wiki/Robbie_Dickson