Hydrauliksysteme bieten eine lange Lebensdauer, sind aber nicht so effizient wie elektrische Systeme. Elektrische Systeme ermöglichen zudem eine präzise Positions-, Geschwindigkeits- und Drehzahlregelung bei effizienterem Betrieb. Sie arbeiten in einem geschlossenen Regelkreis, was die Datenerfassung vereinfacht, und sind nahezu wartungsfrei.

Da elektrische Stangenantriebe Kräfte erzeugen können, die mit denen von Hochleistungshydrauliksystemen vergleichbar sind, werden sie in vielen Anwendungen zunehmend zu einer praktikablen Alternative für Hydrauliksysteme. Die Bewertung ihrer Fähigkeiten und Grenzen sowie deren Abstimmung auf die Systemziele und -vorgaben helfen dabei, die optimale Lösung für die jeweilige Anwendung zu finden.

Seit Jahrzehnten sind Hydraulikzylinder die einzig praktikable Technologie für Anwendungen mit hohen Kräften. Hydrauliksysteme sind robust und relativ einfach zu installieren – und bieten zudem geringere Kosten pro Krafteinheit. Kein Wunder also, dass Hydraulikzylinder so lange die erste Wahl waren.de factoDie erste Wahl für den Antrieb von so gut wie allen schweren Objekten, die geradlinig bewegt werden müssen, egal ob schnell oder langsam, nach oben oder nach unten … einschließlich Metallpressen, Förderbänder, Kräne, Sägen und viele andere.

Elektrische Stangenantriebe (manchmal auch elektrische Zylinder genannt) stellen die neueste Antriebstechnologie dar und bieten eine Alternative zur Hydraulik. Elektrische Antriebe sind vergleichsweise flexibler, präziser und zuverlässiger und verfügen über stetig wachsende Kraftkapazitäten.

Das Verständnis der Vorteile elektrischer Systeme gegenüber hydraulischen Systemen hilft bei der Auswahl der optimalen Lösung für eine Anwendung. Darüber hinaus gewährleistet das Wissen um einige wichtige Umrüstungstipps einen erfolgreichen Übergang von einem hydraulischen zu einem elektrisch angetriebenen System.

Hydraulik: Eine veraltete Technologie mit einigen Nachteilen

Die Bediener wissen, wie sie ihre Hydraulikmaschinen in Betrieb halten. Dennoch gibt es Herausforderungen und Nachteile. Bei Hydrauliksystemen ist es nicht die Frage, ob, sondern wann sie undicht werden oder ausfallen. Die Reinigung ist aufwendig und zeitintensiv. Produktionsteile oder Produkte müssen unter Umständen verschrottet werden. Hydrauliksysteme benötigen zudem vergleichsweise viel Platz für den Kompressor sowie regelmäßige Wartung und manuelle Umrüstung. Darüber hinaus sind Hydrauliksysteme laut, empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen, bieten keine präzise Mehrpositionssteuerung und arbeiten im offenen Regelkreis – was die Datenerfassung für die Maschinensteuerung erschwert.

Elektrische Aktuatoren für eine verbesserte Bewegungssteuerung

Der Hauptgrund, warum Ingenieure ein elektrisches Aktuatorsystem einem hydraulischen Zylindersystem vorziehen, liegt in der Flexibilität seiner Bewegungssteuerungsmöglichkeiten:

1. Positionssteuerung – zu mehreren Positionen mit Genauigkeit
2. Geschwindigkeitsregelung
3. Steuerung von Beschleunigung und Verzögerung
4. Präzise Steuerung der Ausgangskraft
5. Ausgefeilte, spontane Steuerung all dieser Bewegungsvariablen.

Elektrische Aktuatoren, gekoppelt mit einem Servoantrieb und einem Motorsystem, ermöglichen eine stufenlose Kontrolle über die Position … und Genauigkeit und Wiederholbarkeit übertreffen die von hydraulischen Systemen bei weitem.

Standardhydrauliksysteme eignen sich hervorragend für die Positionierung von Endpositionen. Die Positionierung in der Hubmitte ist mit diesen Zylindern jedoch komplexer und erfordert ein Steuerventil sowie die Unterstützung eines Bedieners. Die Positionierung in der Hubmitte erfolgt im offenen Regelkreis und setzt voraus, dass der Bediener die akzeptable Position festlegt. Darüber hinaus wird die Geschwindigkeitsregelung über ein Steuerventil überwacht, was wiederum erfordert, dass der Bediener die für die jeweilige Anwendung akzeptable Geschwindigkeit einstellt – wobei die exakte Geschwindigkeitseinstellung oft schwierig ist.

Sobald die Geschwindigkeit eingestellt ist, wird die benötigte Druckkraft eines Hydraulikzylinders über das Druckventil geregelt. Auch hier muss üblicherweise ein Bediener die Zielkraft manuell einstellen. Darüber hinaus werden die Wiederholgenauigkeit von Position, Geschwindigkeit und Kraft eines Hydraulikzylinders durch verschlissene Dichtungen, Leckagen, Druckabfälle und pumpenbedingte Druckspitzen sowie andere wartungsbedingte Faktoren beeinträchtigt. In Produktionsumgebungen, in denen Ölqualität und Viskosität temperaturabhängig schwanken, ist es schwierig, eine gleichbleibende Leistung über den Tag oder Monat (geschweige denn über das Jahr) zu gewährleisten. Daher ist für das Erreichen des angestrebten Leistungsniveaus ein ständiger Eingriff des Bedieners erforderlich.

Die Geschwindigkeitsregelung im Servo-Bereich ist präzise.

Elektrische Aktuatoren bieten in Kombination mit Servoregelungssystemen noch weitere Vorteile. Servoregler, die mehrere Achsen ansteuern können, sind als Standardkomponenten erhältlich. Regler und elektrische Aktuatoren lassen sich in komplexen Mehrachsenkonfigurationen einfach und kostengünstig koordinieren. Die Geschwindigkeit eines oder mehrerer elektrischer Aktuatoren wird präzise und stufenlos geregelt – und kann nahtlos von einer Geschwindigkeit zur anderen übergehen, ohne anzuhalten oder Zielpositionen zu überschreiten.

Darüber hinaus verhindert die Servoregelung von Beschleunigung und Verzögerung, dass elektrische Aktuatoren gegen Anschläge stoßen oder ruckartig in Bewegung gesetzt werden. Dies wiederum reduziert die Belastung der Maschinenrahmenbauteile und macht eine übermäßige Dimensionierung der Konstruktion zur Aufnahme von Stoßbelastungen überflüssig. Alle Bewegungen erfolgen sanft, sodass die elektrischen Aktuatoren auch in kritischen Prozessen, in denen Maschinenvibrationen inakzeptabel sind oder die Prozessgeschwindigkeit beeinträchtigen könnten, für einen gleichmäßigen Ablauf sorgen.

Bei Servosystemen wird die Kraft des Aktuators über den Stromfluss zum Servomotor gesteuert. Da Servoregler den Strom präzise regeln, gewährleisten nahezu alle elektrischen Aktuatoren eine genaue und wiederholbare Kraftregelung am Arbeitspunkt.

Ein weiteres wichtiges Merkmal elektrischer Aktuatoren ist ihre Fähigkeit zur programmierbaren Steuerung aller Bewegungsparameter. Dadurch beschränkt sich die Bedienerinteraktion auf die Erstellung der Zielparameter in der Programmierumgebung einer SPS oder eines anderen Controllers. Nach der Konfiguration wiederholt sich der Betrieb automatisch – Tag für Tag, Monat für Monat und Jahr für Jahr. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) der Anlagen kann jederzeit Position, Geschwindigkeit, Kraft sowie Beschleunigung und Verzögerung anzeigen und deren Anpassung ermöglichen, um maximale Flexibilität der Maschine zu gewährleisten.