Magnete im Vergleich zu Linearaktuatoren für die industrielle Automatisierung

Magnete und Linearantriebe sind Standardgeräte für industrielle Anwendungen. Sie steuern zum größten Teil die Bewegung von Mechanismen oder Systemen, die einer Automatisierung bedürfen. Wenn sie von einer Hauptsteuerung mit einem Feedback-Signal verwendet werden, ermöglichen sie eine präzise gesteuerte Bewegung.

Was ist ein Magnetventil?

Der Begriff Elektromagnet bezeichnet ein Gerät im Industriebereich, das zum Betrieb ein magnetisches Feld benötigt. Es enthält eine leitende Spule, durch die ein elektrischer Strom fließen kann. Wenn der elektrische Strom durch die Spule fließt, entwickelt sich ein Magnetfeld und ein metallischer Kolben in der Spule bewegt sich unter der Kraft des Magnetfelds.

Wenn der elektrische Strom ausgeschaltet wird, wird das Magnetfeld null. Der metallische Stößel steht nicht mehr unter der Kraft des Magnetfeldes und kann sich frei bewegen. Der Kolben ist mit einer Feder belastet, die den Kolben bei einem Magnetfeld von Null in seine Ausgangsposition zurückzieht.

Was ist ein Linearantrieb?

Ein Linearaktuator ist ein Gerät, das eine lineare Bewegung einer angeschlossenen mechanischen Baugruppe, normalerweise einer Stange, erzeugt. Die Linearbewegung wird mit einem eingebauten Motor ausgeführt, der über Zahnräder unterschiedlicher Größe und Übersetzung mit der Linearstange verbunden ist. Wenn sich der Motor dreht, wandeln die Zahnräder die Drehbewegung in eine Linearbewegung um.

Linearaktuatoren verwenden im Allgemeinen bürstenbehaftete oder bürstenlose Gleichstrommotoren (DC) und eine Gleichstromversorgung wie 12 VDC oder 24 VDC. Gleichstrommotoren sind jedoch nicht erforderlich. Schritt- und Induktionsmotoren können je nach Last und Anwendung auch Linearaktuatoren bewegen. Die Bewegungsrichtung des Stellantriebs kann durch Vertauschen der Spannungsversorgungsklemmen einfach umgekehrt werden.

Abbildung 1. Ein Linearantrieb. Bild mit freundlicher Genehmigung von Bola Systems

Linearaktuatoren enthalten Sensoren sowohl am minimalen als auch am maximalen Ende, um den Weg der Stange an beiden Enden zu erkennen und bei Bedarf die weitere Bewegung zu stoppen, um eine Beschädigung der internen Komponenten zu vermeiden. Die Geschwindigkeit des Linearaktuators ist nicht hoch, kann aber eine beträchtliche Leistung liefern. Aus diesem Grund werden Linearaktuatoren in Anwendungen verwendet, die eine Bewegung gegen gewichtete Gegenstände erfordern. Einige Linearantriebe enthalten auch Feedback-Signale, die ihre Grenzreichweite anzeigen.

Im stromlosen Zustand kann der Linearstab nicht in seine Ausgangsposition fahren. Stattdessen ist eine Gleichspannung mit entgegengesetzter Polarität erforderlich, um die Stange zurück in ihre Ausgangsposition zu bewegen.

Vergleich von Magnetventilen und Linearaktuatoren

Sehen wir uns einige Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Magnetspulen und Linearantrieben an.

Ähnlichkeiten

• Beide Geräte können eine andere mechanische Baugruppe oder ein anderes System aktivieren oder steuern.
• Beide Geräte können Bewegungen mit Kraft ausführen und eignen sich daher für Anwendungen, die einen kraftvollen, stabilen Betrieb erfordern.
• Die Ausgabe dieser beiden Geräte ist eine lineare Bewegung eines Metallstabs.
• Sie bleiben aktiviert, solange eine angelegte Spannung besteht; Die Aktivierung stoppt, wenn die Spannung Null wird.

Unterschiede

Zu den Schlüsselbereichen, die Magnetspulen und Aktuatoren voneinander unterscheiden, gehören die angelegte Spannung, die Bewegungsrichtung und das Feedback.

Angelegte Spannung: Magnetspulen benötigen Wechselspannung (AC) für die Aktivierung und Bewegung, da sie ein Magnetfeld zum Betrieb verwenden und nur die Wechselspannung das Magnetfeld erzeugen kann. Linearantriebe verwenden in der Regel Gleichstrommotoren, die nicht mit Wechselspannung betrieben werden können.

Bewegungsrichtung: Magnetspulen können nur Bewegungen in eine Richtung erzeugen. Wenn keine Spannung anliegt, stoppt die Kraft und der mechanische Stößel bleibt vorhanden, es sei denn, er wird mit der Feder belastet, um ihn in seine Ausgangsposition zurückzubringen.

Abbildung 2. Die Grundbewegung eines Linearantriebs. Bild mit freundlicher Genehmigung von Bcraig15

Linearantriebe können sich sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung bewegen. Dies wird erreicht, indem die Polarität der angelegten Gleichspannung an den Klemmen des Stellantriebs geändert wird. Dies ermöglicht die Steuerung der angebauten Baugruppe in beide Richtungen. Die Position des Linearaktuators bleibt auch bei fehlender angelegter Spannung auf der aktuellen Position.

Feedback: Magnetspulen ermöglichen weder eine Verfolgung der Stangenposition noch kann die Positionsrückmeldung implementiert werden, da die Bewegung in einer einzigen Stufe mit einer maximalen Position erfolgt. Stattdessen liefert die Rückmeldung von der extern angebrachten Baugruppe oder den mechanischen Systemen den Status der Magnetspulen und kann die Magnetspule überwachen.

Linearaktuatoren können basierend auf ihrer minimalen und maximalen Endposition eine direkte Rückmeldung über ihre Bewegung geben. Die gesamte Bewegung kann auch mit externen Sensoren und Regelkreisen verfolgt werden. Erweiterte Versionen können auch integrierte Funktionen zur Positionsrückmeldung haben, ohne externe Komponenten oder Schaltungen zu verwenden.

Industrielle Anwendungen von Magnetspulen und Linearaktuatoren

Schauen wir uns einige industrielle Anwendungen von Magnetspulen und Linearantrieben an.

Magnete

Ventile: Magnetventile können in Kombination mit Ventilen, sogenannten Magnetventilen, verwendet werden. Magnetventile sind in industriellen Anwendungen üblich, in denen Flüssigkeiten wie Wasser und Dampf beteiligt sind. Sie schalten Ventile EIN und AUS und bieten eine effektive Möglichkeit, die Flüssigkeitszufuhr ohne menschliches Zutun umzuschalten.

Abbildung 3. Magnetventile werden in der industriellen Kältetechnik eingesetzt. Bild mit freundlicher Genehmigung von Danfoss

Häufige Anwendungsbereiche für Magnetventile sind Geräte für Lebensmittel und Getränke, Pharmazie, HLK und Versorgungsunternehmen.

Schütze und Relais: Die Magnetspule wird auch häufig in Schützen und Relais verwendet, die auch in der Entwicklung elektrischer und elektronischer Schaltungen verwendet werden. Die Magnetspule ist mit den Kontakten verbunden und kann sich bewegen, um den Kontakt zu schließen oder zu unterbrechen. Die Spule wird mit der externen Versorgungsspannung, die normalerweise von der Hauptsteuerung oder der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) kommt, erregt und entregt.

Bei Schließerkontakten (NO) werden die Kontakte geschlossen, wenn die Spule erregt wird, wodurch die Quellenspannung an die Anschlusskontakte angeschlossen wird. In ähnlicher Weise werden bei stromlosen Spulen die Kontakte unterbrochen, wodurch die Quellenspannung von der Klemmenquelle getrennt wird. Bei Öffnerkontakten (NC) tritt das Gegenteil ein.

Sperrmechanismus: Magnetspulen können auch als Verriegelungsmechanismus in der Fertigungsindustrie verwendet werden. Die Magnetspule aktiviert eine Sperre im bestromten Zustand und deaktiviert die Sperre im stromlosen Zustand. Die Verriegelungsmechanismen können in verschiedenen Maschinenteilen eingesetzt werden, um die Produkt- oder Personensicherheit zu gewährleisten. Wenn die Maschine in Betrieb ist, wird die Sperre aktiviert und schränkt den Zugang zu beweglichen oder gefährlichen Teilen ein.

Bei Durchreicheboxen, die in der Pharmaindustrie zum Beispiel eingesetzt werden, schränkt ein Verriegelungsmechanismus die Türöffnung für eine bestimmte Zeit ein und verhindert das gleichzeitige Öffnen beider Seiten.

Linearaktuatoren

Schauen wir uns einige Anwendungsbereiche von Linearaktuatoren an.

HVAC: Linearantriebe sind ein integraler Bestandteil von HLK-Komponenten, wie z. B. Lüftungsgeräten (AHU), da die Regelung der HLK-Komponenten eine Änderung verschiedener Parameter wie Gebläsedrehzahl und Kaltwasserversorgung erfordert. In RLT-Geräten beispielsweise öffnen und schließen Linearantriebe Luftklappen, um den Luftstrom im Versorgungsbereich zu steuern.

Verpackungsmaschinen: Linearaktuatoren werden in Verpackungsmaschinen eingesetzt und beginnen, pneumatische Hubsysteme zu ersetzen. Sie führen viele Funktionen aus, einschließlich Einfügen und Boxen.

Linearaktuatoren eignen sich am besten für Verpackungsvorgänge, da sie Funktionen mit Kraft ausführen können, wodurch sie gewichtete Artikel handhaben können. Ihre Hublänge kann je nach Paketanforderung variieren, sodass sie ohne Umrüstung Objekte unterschiedlicher Abmessungen und Größen verwenden können. Dies hilft den Maschinenbedienern, Umrüstzeiten zu verkürzen und die Produktivität zu steigern. Weitere Vorteile sind die einfache Reinigung und Wartung.

Die Entwicklung von SPS und Automatisierungssystemen hat es den Maschinenherstellern ermöglicht, kostengünstige und effiziente Maschinen anzubieten, die zum Gesamterfolg aller Branchen beitragen. Automatisierungssysteme allein reichen jedoch nicht aus. Es erfordert mechanische Komponenten, die gemäß den Prozessanforderungen agieren können, mit einem Automatisierungssystem kompatibel sind und entsprechend kommunizieren können.

Magnetspulen und Linearantriebe sind zwei von vielen dieser mechanischen Komponenten. Sie werden in diversen Branchen eingesetzt, um die Prozessparameter mit modernsten Automatisierungssystemen zu liefern. Sie haben es den Herstellern ermöglicht, durch den Austausch weniger energieeffizienter und produktiver Komponenten auf effiziente Systeme umzusteigen.