Produktionsstillstand vermeiden: Risiken defekter Aktuatoren

Aktuatoren rationalisieren Fertigungsprozesse und senken Produktionskosten. Doch Probleme und Defekte an diesen Komponenten können die gesamte Produktionslinie gefährden und zu schwerwiegenden Stillständen führen.

In der Fertigung bedeutet Stillstand erhebliche finanzielle Verluste. Schätzungen zufolge verliert jede Fabrik mindestens 5 % der Produktivität durch Stillstände, manche sogar bis zu 20 %.

Ein Weg, Stillstände zu verhindern und die Bilanz zu stärken, ist die Sicherstellung optimaler Zustände aller Anlagenteile – einschließlich Aktuatoren.

In diesem Leitfaden beleuchten wir die Rolle von Aktuatoren und die Risiken, die von Aktuatorausfällen ausgehen.

Was sind Aktuatoren?

Ein Aktuator ist ein Maschinenelement, das Druckluft, elektrische oder hydraulische Energie in mechanische Bewegung umwandelt. Im Wesentlichen ermöglicht er einer Maschine, physische Bewegungen auszuführen.

Aktuatoren erlauben verschiedenste Bewegungen – vom Blockieren und Heben bis zum Ausstoßen und Klemmen. Sie sind kritische Komponenten in Fertigungs- und Industrieprozessen, die Motoren, Schalter, Pumpen und Ventile aktivieren.

Sie umfassen ein Steuersignal, das eine Änderung in der Maschine anzeigt. Das Signal kann automatisch gesteuert oder manuell bedient werden. Es erzeugt die Kraft, um Teile zu bewegen oder eine Aufgabe zu erfüllen.

Aktuatoren sind darauf ausgelegt, mechanisierte Bewegungen zu steuern und zu manipulieren – rotatorisch, linear oder oszillierend. Ohne Aktuatorunterstützung wäre jede gewünschte Endbewegung unerreichbar.

Wofür werden Aktuatoren eingesetzt?

Aktuatoren werden nach Bewegungsart und Energiequelle klassifiziert. Die zwei Grundbewegungen sind linear und rotativ. Ein Drehaktuator wandelt Energie in Drehbewegung um. Ein Linearaktuator wandelt Energie in Geradlinig-Bewegung um, um Schub- oder Zugbewegungen zu erzeugen – ideal für Positionieraufgaben.

Sie werden in praktisch allen Branchen eingesetzt, insbesondere in der Gerätefertigung, Öl- und Gasverarbeitung, im Bergbau, in der Schifffahrt, im Militär, in der Luft- und Raumfahrt sowie im Straßenbau. Sie dienen auch dem ferngesteuerten Betrieb von Ventilen.

Aktuatoren spielen eine kritische Rolle bei der Herstellung von Kränen, Pressen, Kohlebrechern, Bohranlagen, Raketenstartern, Materialhandling-Geräten und Personenaufzügen. Sie sind allgegenwärtig – von elektrischen Türschlössern bis zu Flugzeugen und Automobilen. In Industrieanlagen betätigen Aktuatoren oft Drosselklappen, Ventile und Flüssigkeitskupplungen.

Der Typ des Industrieaktuators hängt von der Energieform ab, die er zur Erzeugung mechanischer Kraft nutzt. Aktuatoren können Druckluft, Hydraulikflüssigkeit oder Elektrizität verwenden.

Zur Steuerung eines Aktuators kann eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) verwendet werden, die das Ventil ansteuert, welches dann den Zylinder kontrolliert. Andere Modelle können auch über feste mechanische oder elektrische Systeme oder einen menschlichen Bediener gesteuert werden.

Der grundlegende Aufbau eines Aktuators

Ein Aktuator besteht typischerweise aus folgenden Komponenten:

• Energiequelle: Liefert die erforderliche Energieeingabe zum Betrieb des Aktuators. In industriellen Anwendungen ist die Energie oft elektrisch oder fluidbasiert.
• Leistungswandler: Stellt die Energie von der Quelle basierend auf den vom Controller festgelegten Sollwerten bereit. Beispiele in Industriesystemen sind elektrische Wechselrichter und hydraulische Proportionalventile.
• Aktuator: Wandelt die zugeführte Energie in die gewünschte mechanische Kraft um.
• Mechanische Last: Das mechanische System, das vom Aktuator angetrieben wird.
• Controller: Stellt sicher, dass das System reibungslos läuft und mit den Sollwerten und notwendigen Eingangsgrößen übereinstimmt, die ein Bediener festlegt.

Gängige Aktuatortypen in industriellen Anwendungen

Pneumatische Aktuatoren

Pneumatische Aktuatoren sind bekannt für Zuverlässigkeit, Effizienz und sichere Bewegungssteuerung. Sie wandeln die Energie von Druckluft oder Druckgas in mechanische Bewegung um. Da sie nicht auf Zündung oder Elektrizität angewiesen sind, eignen sie sich ideal für Anwendungen, in denen Verbrennung und Funkenbildung nicht toleriert werden können.

Hydraulische Aktuatoren

Diese Aktuatorart wandelt Hydraulikleistung in nützliche mechanische Funktion um. Sie sind robust und ideal für Hochkraftanwendungen. Schwere Geräte wie Winden, Bagger und Kranantriebe verlassen sich auf hydraulische Aktuatoren.

Elektrische Aktuatoren

Elektrische Aktuatoren nutzen einen Elektromotor und Getriebeuntersetzung, um mechanisches Drehmoment oder lineare Bewegung zu erzeugen. Sie werdenmostly in Anwendungen eingesetzt, die Klemmen und höhere Präzision erfordern.

Die Gefahren eines funktionsgestörten Aktuators

Schlechte Ausgabequalität

In Fertigungsanlagen können unerwartete Aktuatorausfälle Montagelinien stören und zur Produktion fehlerhafter Produkte führen. Neben verschwendeter Zeit und Ressourcen können defekte Produkte den Ruf eines Unternehmens schädigen und Verluste in Milliardenhöhe verursachen.

Schäden an anderen Anlagenkomponenten

Ein fehlausgerichteter Aktuator kann andere Komponenten und Geräte im Automatisierungsprozess beschädigen und die betriebliche Effizienz mindern. Beschädigte Geräte verbrauchen möglicherweise täglich mehr Kraftstoff und Strom, was zu höheren Kosten führt.

Totaler Aktuatorausfall

Ein Aktuator mag relativ klein sein, spielt aber eine Schlüsselrolle bei essenziellen Funktionen wie dem Schließen von Ventilen und dem Schutz von Prozessströmen, wo Ausfall keine Option ist.

Fällt ein Aktuator aus, kann dies zu katastrophalen Explosionen, Austritten, Chemikalienfreisetzungen, Sachschäden, Stromausfällen, Umweltschäden, Verletzungen oder sogar Todesfällen führen. Aktuatoren lösen sofortige Abschaltungen aus, die zu kostspieligen Produktionsstillständen führen können.

Gesamte Anlagenabschaltung

Eine Fertigungsanlage hängt von ihren Betriebsmitteln ab, um Kundenbedarf zu decken und Gewinn zu erzielen. Wenn Aktuatoren ausfallen, werden Produktionspläne gestört – was zu erheblichen Stillständen führt und die Bilanz negativ beeinflusst.

Anzeichen für einen defekten oder ausfallenden Aktuator

• Nicht mehr genügend Kraft
• Laute Geräusche wie Zischen oder Klappern
• Ruckartiges oder unregelmäßiges Verhalten – Unregelmäßiges Drosseln kann durch Packungsbinden, schwankende Luftversorgung oder instabile pneumatische/elektronische Signale entstehen.
• Nicht vollständiges Ein- oder Ausfahren – Häufige Ursachen: Undichtigkeiten, die zu unzureichendem Versorgungsdruck führen, und falsch justierte Endschalter, die den Aktuator vor dem Öffnen oder Schließen stoppen. In manchen Fällen auch falsch eingestellte Wegbegrenzer oder fehlerhafte Kupplung zwischen Ventilspindel und Aktuator.

Prozesse optimieren mit modernsten Aktuatoren

Aktuatoren machen Industrieautomatisierung reibungslos und einfach, indem sie nahtlose Bewegung, Steuerung und Positionierung von Systemen oder Mechanismen ermöglichen.

Ein gut konzipierter und gewarteter Aktuator kann Jahrzehnte halten. Die meisten Aktuatoren lassen sich durch vorbeugende Wartung einfach reparieren, sobald ein Problem erkannt wird. Ob Sie einen neuen Aktuator benötigen oder einen alten warten lassen möchten – JH Foster kann helfen. Wir rüsten Industrieanlagen mit langlebigen, leistungsstarken Aktuatoren für diverse Anwendungen aus.

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