Den richtigen Aktuator wählen: Dreh- vs. Linearelektrische Aktuatoren erklärt

Industrielle Automatisierung und viele Fertigungsprozesse basieren auf Bewegung. Bewegungssysteme bewegen Teile in und aus Maschinen, bringen Werkzeuge in Kontakt mit Werkstücken und betreiben Schlüsselkomponenten von Verarbeitungsmaschinen.

Diese Bewegung wird durch Aktuatoren bereitgestellt. Dies sind Geräte, die sich bei Energiezufuhr auf eine bestimmte Weise bewegen. Für Ingenieure und andere, die für Bewegungssteuerungssysteme verantwortlich sind, ist es wichtig, die verschiedenen verfügbaren Aktuatortypen zu verstehen und zu wissen, wann jeder geeignet ist. Der Einsatz falscher industrieller elektrischer Aktuatoren führt zu Bewegungssteuerungsproblemen, Zuverlässigkeitsproblemen bei der Ausrüstung und Ausfallzeiten.

Frühere Blogbeiträge behandelten Themen wie geeignete Anwendungen für pneumatische Aktuatoren und warum elektrische Aktuatoren präzise und wiederholbar sind. Dieser Beitrag klärt die Unterschiede zwischen Dreh- und Linearelektrischen Aktuatoren.

Bewegungswege

Ein Linearaktuator liefert Hin- und Herbewegung in einer geraden Linie. Wichtige Leistungsparameter sind Hubweg, Geschwindigkeit und Beschleunigung. (Weitere Faktoren sind z. B. Tragfähigkeit.) Ein wichtiger Punkt bei elektrischen Linearaktuatoren – der manchmal für Verwirrung sorgt – ist, dass die Bewegung von einem Elektromotor bereitgestellt wird, der rotiert. Ein elektrischer Linearaktuator wandelt also Drehbewegung in Linearbewegung um.

Als Randnotiz: Es gibt andere Formen von Linearelektrischen Aktuatoren, die keinen konventionellen Elektromotor nutzen. Dazu gehören Piezoelektrik- und Spulenantriebe sowie Lineareinlaufmotoren. Diese haben sehr kurze Arbeitsbereiche und liegen außerhalb des Rahmens dieser Diskussion.

Ein Drehaktuator liefert Bewegung auf einem Kreisbogen um eine Achse. Die meisten Drehaktuator können eine unbegrenzte Strecke zurücklegen, von einem einzelnen Grad oder weniger bis zu vielen Umdrehungen. Wichtige Leistungsparameter sind der gewinkelte Weg, das aufgebrachte Drehmoment, Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Ein genauerer Blick auf Linearelektrische Aktuatoren

Die Umwandlung von Motorrotation in Linearbewegung erfolgt auf zwei Arten. Entweder treibt der Motor einen Riemen an, der über eine Riemenscheibe am Ende der Motorwelle läuft, oder der Motor ist direkt mit einer Gewindespindel gekoppelt. (In beiden Konfigurationen ist es nicht unüblich, ein Getriebe dazwischen zu haben.)

Bei Gewindespindelsystemen ist eine Mutter auf der Spindel montiert. Wenn der Motor die Spindel dreht, bewegt sich die Mutter entlang des Gewindes. Eine Plattform oder ein Schlitten ist an der Mutter befestigt und wird durch Führungen gehalten. Das Drehen des Motors bewegt die Plattform entlang der Spindel.

Um zu verhindern, dass die Mutter ans Ende der Spindel läuft, befinden sich an jedem Ende Endschalter. Wenn diese auslösen, unterbrechen sie die Stromversorgung des Motors und verhindern so Schäden.

Kleine, leichtlastige Linearelektrische Aktuatoren nutzen 12- oder 24-V-DC-Motoren. 120-V-AC-Motoren sind ebenfalls verbreitet, aber viele industrielle elektrische Aktuatoren verwenden 230 V oder 460 V Drehstrom. Solche Aktuatoren können schwere Lasten tragen und hohe Kräfte aufbringen.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen Linearelektrischen Aktuatoren und Pneumatikzylindern ist, dass erstere an jedem Punkt ihres Bewegungsbereichs präzise anhalten können. Pneumatikzylinder lassen sich zwischen den Enden ihres Hubs nur schwer präzise anhalten.

Präzise Positionskontrolle wird über den Motor erreicht, und es gibt zwei Optionen. Ein Schrittmotor zählt Impulse während der Rotation. Jeder Impuls entspricht einer Winkelbewegung, die die Gewindespindel in Distanz umrechnet. Um eine bestimmte Position anzufahren, wird dem Motor befohlen, eine bestimmte Anzahl an Impulsen auszuführen.

Die Alternative ist ein Servomotor, bei dem ein Encoder und ein Controller die Position verfolgen. Servomotoren sind teurer als Schrittmotoren, bieten aber präzisere Kontrolle. Für Anwendungen mit hoher Präzision nutzen industrielle elektrische Aktuatoren fast immer einen Servomotor.

Betrachtung von Drehelektrischen Aktuatoren

Wie beim Linearaktuator kommt die Bewegung von einem Elektromotor. Hier wird die Wellenrotation über ein Getriebe genommen, um eine Plattform zu drehen. Die Übersetzungsverhältnisse bestimmen das erreichte Drehmoment und die Geschwindigkeit, wobei hohe Werte beider möglich sind.

Bei manchen Drehaktuatoren ist der Motor im Gehäuse oder in der Plattformhalterung verbaut; bei anderen sitzt er außen. Motoren können DC oder AC sein. Schrittmotor- und Servomotoraktuatoren sind verfügbar, um die benötigte Präzision zu bieten. Im Gegensatz zu Linearaktuatoren sind keine Endschalter zum Schutz des Mechanismus selbst erforderlich. Die Anwendung kann jedoch Endschalter benötigen, um Überfahrten zu verhindern.

Anwendungen für Lineare und Drehbare Industrielle Elektrische Aktuatoren

Linearaktuatoren werden verwendet, um eine Translation von einem Ort zum anderen bereitzustellen. Elektrische Linearaktuatoren haben gegenüber Pneumatik den Vorteil, dass sie途中 anhalten können. Das macht sie zu einer guten Wahl bei Materialhandhabungsaufgaben und generell für das Bewegen von Objekten über kurze Distanzen in gerader Linie.

Drehaktuatoren werden in Anwendungen wie Roboter-Gelenken eingesetzt, wo sie präzise Winkelbewegungen liefern. Ventilbetätigung und Bewegung von Förderband-Weichen sind weitere Beispiele.

Bei der Auswahl industrieller elektrischer Aktuatoren kann die Navigation durch Spezifikationen und Optionen verwirrend sein. Die Spezialisten von JH Foster können helfen.