Linearantriebe: intelligenter, leistungsstärker

Nov 18, 2023

Von Miles Budimir | 21. Juni 2018

Elektromechanische Aktuatoren entwickeln sich ständig weiter, mit mehr Integration und mehr Leistung, was einige Grundpfeiler der Fluidtechnik in Frage stellt.

Die Zusammenstellung eines linearen Bewegungssystems war noch nie so einfach, wenn man bedenkt, welche Optionen den Designern zur Verfügung stehen und welche leistungsstarken neuen Tools zum Entwurf solcher Systeme zur Verfügung stehen. Die Verfügbarkeit stärker integrierter Komponenten und sogenannter intelligenter Aktoren hat damit viel zu tun.

Zusammen mit dem anhaltenden Trend, mehr Komponenten in einzelne Einheiten zu integrieren, werden die Kraftkapazitäten von Aktuatoren immer besser und gewinnen gegenüber Fluidtechniktechnologien wie der Hydraulik an Bedeutung, was mittlerweile eine bekannte Geschichte ist. Bei der hohen Kraftbelastbarkeit sind hydraulische Aktuatoren nach wie vor am besten, doch elektromechanische Aktuatoren holen auf, vor allem im Bereich der Steuerbarkeit.

Die Realität ist, dass es eine große Auswahl an Linearantriebsoptionen gibt, um den unterschiedlichen Anwendungsanforderungen und Designherausforderungen gerecht zu werden. Hier sind einige der besten aktuellen Beispiele.

Programmierbare Servoaktuatoren Integrierte Aktuatoren sind heutzutage häufiger anzutreffen. Nehmen wir zum Beispiel einen neuen Elektrozylinder mit 35 mm Durchmesser und integrierter Steuerung von SMAC Corp. Der CBL35C des Unternehmens kann Kraft, Position und Geschwindigkeit steuern und ist einfach zu installieren.

Die langlebigen Aktoren zeichnen sich durch eine lange Lebenserwartung von über 100 Millionen Zyklen aus. Mit einem Durchmesser von 35 mm und Längen von 135 bis 217 mm, abhängig von der benötigten Hublänge, einer Spitzenkraft von 61 N und einer Encoderauflösung von bis zu 5 µm eignen sie sich für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot, die aber eine genaue Steuerung erfordern.

Viele dieser Aktuatoren wie die CBL35C-Serie ermöglichen den direkten Austausch bestehender Pneumatikzylinder und Nachrüstungen, ohne dass Maschinenmodifikationen erforderlich sind. Darüber hinaus können Benutzer über eine grafische Benutzeroberfläche Produktprofile und Einrichtungsparameter ganz einfach im Handumdrehen ändern und so die Betriebszeit des Werks verbessern.

Eine weitere Innovation unter den Elektrozylindern kommt von AMK Automation. Der neue Elektrozylinder SPINDASYN SEZ des Unternehmens ist ein einbaufertiges Linearantriebsmotorsystem, bei dem der Rotor direkt auf die Schnecke gepresst wird.

Der neue Elektrozylinder SPINDASYN SEZ von AMK Automation ist ein einbaufertiges Linearantriebsmotorsystem, bei dem der Rotor direkt auf die Schnecke gepresst wird. Darüber hinaus bietet es die Möglichkeit, mehrere Fahrprofile festzulegen, was besonders für Verpackungsanwendungen nützlich ist.

Mit hoher und konstanter Kraft, hoher Präzision und Positionsgenauigkeit sowie hoher Energieeffizienz ist der SEZ aufgrund seiner Positionier- und Kraftregelung im geschlossenen Regelkreis eine geeignete Alternative zu anderen Lineartechnologien wie pneumatischen oder hydraulischen Zylindern, Zahnstangen- und Riemenantrieben sowie Linearmotoren . Mit mehreren verfügbaren Optionen für Schnecken- und Festigkeitslänge, Motortyp und Beschleunigung bietet der SEZ eine hohe Steifigkeit ohne zusätzliche Verschleißteile.

Durch die Möglichkeit, mehrere Verfahrprofile einzustellen, lässt sich das SEZ problemlos in Maschinenautomatisierungsprozesse und -anwendungen wie Schlauchbeutelverpackung, Blisterverpackung, Kartonbildung, Pick-and-Place sowie Etikettierung, Verpackung und andere Verpackungsaufgaben integrieren.

Konkurrent der HochleistungshydraulikWie bereits erwähnt, bieten elektromechanische Aktuatoren weiterhin höhere Kraftkapazitäten, was sie zu attraktiven Alternativen zu hydraulischen Aktuatoren macht.

Betrachten Sie beispielsweise die leistungsstarken elektrischen Stabantriebe von Tolomatic, die jetzt Hublängen von bis zu 1,5 m (60 Zoll) bieten. Sie bieten mehr Flexibilität bei der Umwandlung von Bewegungssteuerungsanwendungen mit hydraulischen oder pneumatischen Zylindern in elektrische Linearbewegungen. Die elektrischen Stabproduktfamilien RSX, RSA und ERD wurden für eine hohe Einschaltdauer in anspruchsvollen Anwendungen entwickelt und verwenden Planetenrollengewindetriebe für eine längere Lebensdauer in einem kompakten Paket im Vergleich zu elektrischen Aktuatoren mit Kugelumlaufspindeltechnologie.

Der RSX-Hochkraft-Elektroantrieb von Tolomatic verwendet eine Zugstangenkonstruktion, bietet Kräfte von bis zu 133,5 kN (30.000 lbf) und ist ideal für hydraulische Ersatzanwendungen. Planetenrollengewindetriebe sorgen im Vergleich zu elektrischen Antrieben mit Kugelumlaufspindeln für eine längere Lebensdauer bei kompakter Bauweise.

Konkret wird der Aktuator mit der größten Kraft, der RSX, auf 1,5 m Hublänge (von 600 mm) erweitert. RSA und ERD werden von 450 mm auf 1,5 m bzw. 1,2 m erweitert.

Der RSX verfügt über eine Spurstangenkonstruktion, bietet Kräfte von bis zu 133,5 kN (30.000 lbf) und ist für hydraulische Ersatzanwendungen geeignet. Der RSA HT ist in vier Größen mit Kräften von bis zu 58 kN (13.039 lbf) erhältlich und stellt die flexibelste Produktlinie für den Ersatz in der Fluidtechnik dar. Der hygienische elektrische Stellantrieb ERD aus Edelstahl mit der Schutzart IP60k für Anwendungen im Lebensmittel- und Getränkemarkt ist mit Kräften von bis zu 35 kN (7868 lbf) erhältlich. Die IMA-Servolinearantriebs- und ServoWeld-Punktschweiß-Servoantriebsplattformen von Tolomatic sind auch mit Rollengewindekonfigurationen mit verschiedenen Schubstufen und Hublängen erhältlich.

Die Rollenschraubantriebsfamilien des Unternehmens sind mit einzigartigen Funktionen erhältlich, die den Umbau von Fluidzylindern erleichtern und die Lebensdauer maximieren, einschließlich einfacher Nachschmierung und IP (Schutzart) von IP65 bis IP69k.

Ein weiteres Beispiel für Rollengewindetriebtechnologie mit hoher Kraftkapazität stammt von der Sensors & Controls Division von Curtiss-Wright. Der neue integrierte Motor/Aktuator Exlar GTX080 der nächsten Generation des Unternehmens weist eine Reihe von Designverbesserungen auf. Dank der patentierten umgekehrten Rollenschraubentechnologie des Unternehmens ist der GTX080 aufgrund seiner hohen Leistungsdichte und seines kompakten Formfaktors in einigen Anwendungen ein geeigneter Ersatz für Hydraulikzylinder.

Die Aktuatoren der GTX-Serie bieten die Leistung, Präzision und Programmierbarkeit eines Servosystems und minimieren gleichzeitig den mit der Hydraulik verbundenen Wartungsaufwand. Mit Dauerkräften von bis zu 5.680 N (1.277 lbf), Drehzahlen von bis zu 4.200 U/min und Hublängen von 100 mm (4 Zoll) bis 450 mm (18 Zoll) können die Aktuatoren in einer Vielzahl von Fabriken eingesetzt werden Automatisierungsanwendungen.

Der integrierte Motor/Aktuator Exlar GTX080 von Curtiss-Wright verfügt über Dauerkraftwerte von bis zu 5.680 N (1.277 lbf) und eignet sich in einigen Anwendungen als Ersatz für hydraulische Aktuatoren.

Die Hochleistungs-Planetenrollengewindetriebe bieten eine bis zu 15-fache Lebensdauer und eine deutlich höhere Stoßbelastungsbeständigkeit als ein Kugelgewindetrieb vergleichbarer Größe. Sie verfügen außerdem über die Schutzart IP65S. Was die Integration mit anderen Systemen betrifft, integrieren sie sich nahtlos in die meisten führenden Motion-Control-Architekturen. Dabei helfen abnehmbare vordere Dichtungsbuchsen, die die Wartung und das Nachfetten der Mutterbaugruppe vereinfachen und so die Lebensdauer des Stellantriebs maximieren. Darüber hinaus ermöglicht ein modulares Design mit anschraubbaren Montageteilen die Neukonfiguration oder den Austausch des Montagestils vor Ort mit handelsüblichen Werkzeugen.

Auch andere Hersteller erweitern ihre Aktuatorlinien um die Kraftkapazität. Ein typisches Beispiel: Thomson Industries hat die Leistungsfähigkeit seiner elektromechanischen Linearaktuatorreihe Electrak HD auf Lasten von bis zu 16 kN (3.600 lb) erweitert. Sie bietet eine mit hydraulischen Aktuatoren vergleichbare Handhabungskapazität für schwere Lasten, jedoch mit besserer Steuerbarkeit, geringerem Platzbedarf und geringerem Gewicht Wartung.

Intelligente elektromechanische Stellantriebe erfüllen alle Betriebs- und Steuerfunktionen mit integrierter Elektronik und reduzieren so den Platzbedarf des Stellantriebs sowie die Installations- und Wartungskosten. Electrak HD-Aktuatoren werden an eine Stromversorgung und eine SPS oder eine andere Steuerquelle angeschlossen, um die Vorteile der Bordelektronik in Hochlastanwendungen im Baugewerbe und in der Landwirtschaft, in der Materialhandhabung und in der Fabrikautomation zu nutzen.

Kraft- und Hublängen wurden von 10 kN (2.250 lb) auf 16 kN und Hublängen auf bis zu 500 mm (20 Zoll) erweitert. Das Unternehmen gibt an, dass die minimale Einschaltdauer von 25 % bei Hublängen bis zu 500 mm am höchsten ist in der Branche und gewährleistet maximale Betriebskontinuität bei minimaler Stromaufnahme. Für Lasten von 16 kN bei diesen Hublängen bietet Thomson auch Geschwindigkeitsoptionen bis zu mindestens 5 mm/Sek. (0,197 Zoll/Sek.) an.

Mit erweiterter Funktionalität durch ein fortschrittliches integriertes Electrak Modular Control System (EMCS) und seinen optionalen Funktionen bietet die Electrak HD-Reihe eine einfachere Steuerungs- und Kommunikationsmethode, die die Betriebskosten senkt, weniger Platz benötigt und die Einrichtung und Installation vereinfacht. Die optionale, sofort einsatzbereite J1939-CAN-Bus-Kommunikation ermöglicht Steuerung und Überwachung, während optionale Low-Level-Schaltung, End-of-Hub-Anzeigeausgang, Auswahl an analoger oder digitaler Rückmeldung und eine kundenspezifische Steuerschnittstelle für zusätzliche Vielseitigkeit sorgen.

Die Umweltbeständigkeitsklassen IP69K statisch, IP67 statisch und IP66 dynamisch tragen zur Langlebigkeit im Hochlastbetrieb bei. Selbst bei hoher Belastung arbeiten die Aktuatoren in einem Temperaturbereich von -40 bis +85 °C (-40 bis +185 °F), halten Salznebel 500 Stunden lang stand und sind CE-, RoHS- und REACH (EU)-konform.

SMAC Corp. www.smac-mca.com

Curtiss-Wright www.curtisswright.com

Thomson Industries www.thomsonlinear.com

AMK Automation us.amk.systems

Tolomatic www.tolomatic.com