Hitzeumgebung

Ein Hauptproblem von Hydrauliksystemen ist das Wärmemanagement. Ineffizienzen in Hydrauliksystemen führen zu Überhitzung. Hydraulikflüssigkeitstemperaturen über 80 °C schädigen die meisten Dichtungsmaterialien und beschleunigen den Ölabbau. Die Schaltungskonstruktion kann maßgeblich zur Wärmeentwicklung beitragen. Schläuche, Armaturen und andere Komponenten können eine Rolle spielen, wenn sie nicht korrekt für den erforderlichen Durchfluss dimensioniert sind. Ausgefeilte Load-Sensing-Systeme können die meisten Wärmeprobleme mindern, sind aber oft kostspielig. Wärmetauscher stellen eine wirtschaftliche Lösung dar, ohne den Behälter und damit die gesamte Hydraulikeinheit (HPU) wesentlich zu überdimensionieren.

Es gibt zwei Möglichkeiten, Überhitzungsprobleme in Hydrauliksystemen zu lösen: die Wärmebelastung verringern oder die Wärmeabfuhr erhöhen. Hydrauliksysteme führen Wärme über den Ölbehälter ab, entweder durch den korrekten Ölstand oder durch den Einsatz eines Wärmetauschers. Um ein Hydrauliksystem optimal für die Wärmeableitung zu betreiben, sind ständige Aufmerksamkeit und Wartung erforderlich.

Elektrische Stellantriebe können gelegentlich überhitzen. Die Ursache liegt meist in extremen Änderungen des Betriebszyklus oder in einer Überlastung, die über die Auslegung hinausgeht. Auch extreme, nicht berücksichtigte Änderungen der Umgebungstemperatur können zu Überhitzung führen, sind jedoch Ausnahmen und treten in der Fabrikautomation üblicherweise nicht auf. Dank ihrer höheren Effizienz und Auslegungsgenauigkeit lassen sich elektrische Stellantriebssysteme so auswählen, dass sie bei der gewünschten Betriebstemperatur für die jeweilige Arbeitsleistung arbeiten. Die präzise Temperaturvorhersage ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb des Stellantriebssystems ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer.

Kalte Umgebung

Kalte Temperaturen stellen weitere Probleme für Hydrauliksysteme dar. Kaltes Öl führt zu trägem und ungleichmäßigem Betrieb, bis es sich erwärmt hat – was wiederum starke Schwankungen in Kraft und Drehzahl verursacht. Temperaturschwankungen zwischen heiß und kalt können auch die Dichtheit der Kolbenstangendichtung beeinträchtigen – ein wichtiges Bauteil, das Leckagen und Verunreinigungen verhindert. Öltankheizungen können die Anlauftemperaturen regulieren, stellen jedoch eine zusätzliche Komponente und Kosten dar.

Elektrische Aktuatoren hingegen können mit Hochtemperaturfett betrieben werden, was ein schnelles und effektives Anlaufen auch bei niedrigen Temperaturen ermöglicht. Die Kraftwiederholgenauigkeit unterscheidet sich üblicherweise nur geringfügig zwischen kalten und warmen Temperaturen. Dieser Unterschied ist in den meisten Anwendungen akzeptabel, weshalb elektrische Aktuatoren oft hydraulischen vorzuziehen sind.

Lebensdauer und Wartung

Hydrauliksysteme sind robuste, weit verbreitete Geräte mit potenziell langer Lebensdauer. Im Gegenzug benötigen sie jedoch regelmäßige Wartung, um die gewünschte Leistung über die gesamte Lebensdauer des Systems zu gewährleisten. Die Unversehrtheit der Kolbenstangen- und Kolbendichtungen ist entscheidend für die Wiederholgenauigkeit, da diese die Hauptelemente darstellen, die den für Bewegung und Kraft erforderlichen Druck aufnehmen. Verschleißen oder beschädigte Komponenten müssen ausgetauscht werden. Andernfalls verringert sich die Kraft beim Ansprechdruck, oder es kommt zu Druckverlusten („Blow-by“), die die Geschwindigkeit beeinträchtigen. Der regelmäßige Wechsel von Ölfiltern und Öl ist eine weitere Wartungsmaßnahme. Verunreinigtes oder abgenutztes Öl kann die Funktion des Systems ebenfalls stark beeinträchtigen. Vernachlässigte Wartungsarbeiten führen zu Leckagen, Verunreinigungen und vorzeitigem Ausfall der Komponenten.

Elektrische Stellantriebe, die für die gesamte Lebensdauer einer Anwendung ausgelegt sind, benötigen hingegen keine Wartung. Die wichtigsten Antriebselemente eines elektrischen Stellantriebs sind die Antriebsspindel und weitere Axiallager. Diese Elemente verfügen über eine Spezifikation für die dynamische Tragfähigkeit (DLR), anhand derer sich die vom Stellantrieb erzielbare Arbeit (Kraft pro Weg) abschätzen lässt. Mithilfe der branchenüblichen L10-Lebensdauerberechnung kann die Zuverlässigkeit elektrischer Stellantriebe für den Einsatz in einer Anwendung auf 90 % geschätzt werden.

Diese Antriebselemente sind in der Regel lebensdauergeschmiert, können aber bei Bedarf auch vor Ort einfach nachgeschmiert werden. Das andere Verschleißteil eines elektrischen Stangenantriebs ist die Stangendichtung. Sie schützt die internen Komponenten des Antriebs vor Wasser, Staub und anderen Verunreinigungen. Im Gegensatz zu Hydraulikzylinderdichtungen herrscht beim Antrieb kein Druck, der für den ordnungsgemäßen Betrieb erforderlich ist. Selbst bei einem Dichtungsausfall funktioniert der Antrieb weiterhin. Stangendichtungen lassen sich bei den meisten elektrischen Antrieben im Schadensfall einfach und kostengünstig austauschen. Hauptursache für Ausfälle elektrischer Antriebe ist unsachgemäße Verwendung. Häufige Ursachen für unsachgemäße Verwendung sind das Überschreiten der Leistungsspezifikationen über einen längeren Zeitraum oder grobe Vernachlässigung.