Rotierende vs. elektrische Linearantriebe

Die industrielle Automatisierung und viele Fertigungsprozesse sind auf Bewegung angewiesen. Bewegungssysteme bewegen Teile in und aus Maschinen, sie bringen Werkzeuge in Kontakt mit Werkstücken und sie bedienen Schlüsselteile von Verarbeitungsmaschinen.

Diese Bewegung wird durch Aktuatoren bereitgestellt. Das sind Geräte, die sich, wenn sie mit Strom versorgt werden, auf eine bestimmte Weise bewegen. Für Ingenieure und andere Personen, die für Bewegungssteuerungssysteme verantwortlich sind, ist es wichtig, die verschiedenen Arten von Aktuatoren zu verstehen, die verfügbar sind, und wann jeder geeignet ist. Die Verwendung der falschen industriellen elektrischen Stellantriebe in einer Anwendung führt zu Bewegungssteuerungsproblemen, Problemen mit der Gerätezuverlässigkeit und Ausfallzeiten.

In früheren Blogbeiträgen wurden Themen wie geeignete Verwendungsmöglichkeiten für pneumatische Stellantriebe und warum elektrische Stellantriebe präzise und wiederholbar sind, behandelt. Dieser Blogbeitrag verdeutlicht die Unterschiede zwischen elektrischen Dreh- und Linearantrieben.

Bewegungspfade

Ein Linearaktuator sorgt für eine geradlinige Hin- und Herbewegung. Wichtige Leistungsparameter sind zurückgelegte Strecke, Geschwindigkeit und Beschleunigung. (Andere schließen Faktoren wie die Tragfähigkeit ein.) Ein wichtiger Punkt bei elektrischen Linearantrieben, der manchmal Verwirrung stiftet, ist, dass die Bewegung von einem Elektromotor bereitgestellt wird, der sich dreht. Somit wandelt ein elektrischer Linearaktuator eine Drehbewegung in eine Linearbewegung um.

Als Nebenbemerkung gibt es andere Formen von elektrischen Linearantrieben, die keinen herkömmlichen Elektromotor verwenden. Dazu gehören piezoelektrische und Voice-Coil-Aktuatoren sowie lineare Induktionsmotoren. Diese haben sehr kurze Arbeitsbereiche und würden den Rahmen dieser Diskussion sprengen.

Ein Drehaktuator sorgt für eine Bewegung auf einer kreisförmigen Bahn um eine Achse. Die meisten Drehantriebe können eine unbegrenzte Distanz zurücklegen, von einem Grad oder sogar weniger bis zu vielen Umdrehungen. Wichtige Leistungsparameter sind zurückgelegter Winkelabstand, angewandtes Drehmoment, Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Ein genauerer Blick auf elektrische Linearantriebe

Die Umwandlung von der Motordrehung in eine lineare Bewegung wird auf eine von zwei Arten erreicht. Entweder treibt der Motor einen Riemen an, der über einer Riemenscheibe am Ende der Motorwelle angebracht ist, oder der Motor ist direkt mit einer Leitspindel gekoppelt. (In beiden Konfigurationen ist es nicht ungewöhnlich, dass zwischendurch etwas Getriebe vorhanden ist.)

Bei Leitspindelsystemen ist eine Mutter auf der Spindel montiert. Wenn sich der Motor dreht, bewegt sich die Mutter entlang des Gewindes. Eine Plattform oder ein Schlitten ist an der Mutter montiert und wird durch Führungsschienen an Ort und Stelle gehalten. Durch Drehen des Motors bewegt sich die Plattform entlang der Schraube.

Um zu verhindern, dass die Mutter in das Ende der Schraube läuft, befinden sich an jedem Ende Endschalter. Wenn sie aktiviert werden, unterbrechen sie die Stromzufuhr zum Motor, wodurch Schäden verhindert werden.

Kleine elektrische Linearantriebe mit geringer Last verwenden 12- oder 24-V-Gleichstrommotoren. 120-V-Wechselstrommotoren sind ebenfalls üblich, aber viele industrielle elektrische Stellantriebe verwenden 230-V- oder 460-V-Dreiphasenstrom. Solche Aktuatoren können schwere Lasten tragen und hohe Kräfte aufbringen.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen elektrischen Linearantrieben und pneumatischen Zylindern besteht darin, dass erstere an jedem Punkt ihres Bewegungsbereichs genau anhalten können. Pneumatische Zylinder lassen sich zwischen den Enden ihres Hubs nur schwer genau stoppen.

Eine präzise Positionssteuerung wird durch den Motor erreicht, und es gibt zwei Optionen. Ein Schrittmotor zählt Impulse, während er sich dreht. Jeder Impuls entspricht einer Winkelbewegung, die die Leitspindel in Weg umwandelt. Um sich zu einer bestimmten Position zu bewegen, wird dem Motor befohlen, eine Anzahl von Impulsen zu bewegen.

Die Alternative ist die Verwendung eines Servomotors, bei dem ein Encoder und eine Steuerung die Position verfolgen. Servomotoren sind teurer als Schrittmotoren, bieten aber eine präzisere Steuerung. Für Anwendungen, die eine hohe Präzision erfordern, verwenden industrielle elektrische Stellantriebe fast immer einen Servomotor.

Betrachtung elektrischer Drehantriebe

Wie beim Linearaktuator kommt die Bewegung von einem Elektromotor. Hier wird die Wellendrehung jedoch durch einen Zahnradsatz übernommen, um eine Plattform zu drehen. Die Übersetzungsverhältnisse bestimmen das erreichte Drehmoment und die erreichte Geschwindigkeit, wobei jeweils hohe Werte möglich sind.

Bei einigen Drehantrieben ist der Motor im Gehäuse oder Plattformträger montiert; andere haben es draußen. Motoren können Gleichstrom oder Wechselstrom sein. Schritt- und Servomotoraktuatoren sind verfügbar, um das erforderliche Maß an Präzision bereitzustellen. Im Gegensatz zu Linearantrieben sind keine Endschalter zum Schutz des Mechanismus selbst erforderlich. Die Anwendung benötigt jedoch möglicherweise Endschalter, um ein Überfahren zu verhindern.

Anwendungen für industrielle elektrische Linear- und Drehantriebe

Linearantriebe werden verwendet, um eine Translation von einem Ort zu einem anderen bereitzustellen. Elektrische Linearantriebe haben gegenüber Pneumatik den Vorteil, dass sie auf halbem Weg durch die Bewegung anhalten können. Dies macht sie zu einer guten Wahl für Materialhandhabungsaufgaben und allgemeiner zum Bewegen von Gegenständen über eine kurze Distanz in einer geraden Linie.

Drehaktuatoren werden in Anwendungen wie Robotergelenken verwendet, wo sie eine präzise Winkelbewegung liefern. Ventilbetätigung und Bewegung von Fördertoren sind weitere Beispiele.

Bei der Auswahl industrieller elektrischer Stellantriebe kann das Navigieren durch die Spezifikationen und Optionen verwirrend sein. Die Spezialisten von JH Foster können Ihnen helfen.