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  • motorisiertes Lineartischsystem

    Wenn es um Linearantriebe geht, werden elektromechanische Geräte aufgrund ihrer Geschwindigkeit, Präzision und Größe zur Option der Wahl gegenüber ihren pneumatischen Verwandten.

    In den letzten Jahren sind die Forderungen von Fabrik- und Unternehmensleitern lauter geworden, mehr elektrische Aktuatoren in Stangenform und weniger pneumatische Aktuatoren in Fabrikautomationsgeräten zu verwenden. Mehrere Faktoren treiben diese Umstellung an, aber die wichtigsten sind die steigenden Anforderungen an:

    • Verbessern Sie die Maschinenleistung mit elektromechanischen Aktuatoren mit höherer Präzision.
    • Reduzieren Sie die Größe der Ausrüstung mit elektromechanischen Aktuatoren, die nur etwa ein Viertel des Platzes benötigen, um den gleichen Schub wie pneumatische Aktuatoren zu liefern.
    • Energie effizienter nutzen, da elektromechanische Aktuatoren keine rund um die Uhr laufenden Luftkompressoren benötigen, um den Druck aufrechtzuerhalten.
    • Reduzieren Sie die Wartungs- und Gesamtbetriebskosten, da elektromechanische Aktuatoren weniger Komponenten verwenden, keine Kompressoren benötigen und keine Luftlecks erleiden.

    Ist die Entscheidung gefallen, pneumatische Antriebe durch elektromechanische Typen zu ersetzen, besteht der nächste Schritt darin, unter den vielen Marken die richtigen elektromechanischen Antriebe auszuwählen. Obwohl die grundlegenden Schubspezifikationen ähnlich sein können, bestehen erhebliche Unterschiede in den Bereichen Lebenszyklusleistung, Wartbarkeit und Umweltbeständigkeit.

    Generell gilt: Je größer der Durchmesser des Kugelgewindetriebs, desto größer das Schubpotential. Um dies zu erreichen, müssen jedoch das Axiallager und alle Befestigungspunkte, einschließlich Verlängerungsrohr, innere Kugelmutter, Lagergehäuse und Abstreifergehäuse, richtig zusammenpassen. Andernfalls würde jede Schuberhöhung zu Lasten der Systemlebensdauer gehen. Ein Bauteil, das zu schwach für seine Belastung ist, verschleißt viel schneller oder wird sogar beschädigt.

    Sie könnten zwei Aktuatoren haben, die jeweils mit einer 16-mm-Kugelumlaufspindel ausgestattet sind und 750 N Schub bieten, und einer beispielsweise mit 2.000 km Lebensdauer und der andere mit 8.000 km. Der Unterschied liegt darin, wie gut Kugelgewindetrieb und andere Komponenten aufeinander abgestimmt sind.

    Darüber hinaus reduziert aufgrund größerer Kugelgewindedurchmesser, die mit Kosten und Platzbedarf korrelieren, ein richtiges Zusammenpassen des Kugelgewindetriebs und anderer Komponenten beides. Um eine Anwendungsanforderung von 3.200 N Kraft zu erfüllen, verwendet ein Anbieter möglicherweise eine Kugelgewindespindel mit einem Durchmesser von 20 mm, während ein anderer Anbieter, einer mit richtig gepaarten Komponenten, die gleiche Schubkraft mit einer Spindel mit 12 mm Durchmesser erzielen könnte. Somit kann die letztere Kugelumlaufspindel ohne Leistungseinbußen verkleinert werden.

    Das richtige Zusammenpassen von Kugelgewindetrieben mit anderen Komponenten beeinflusst die Lebensdauer des Aktuators erheblich, und in Kombination mit der Trägerkonstruktion haben die beiden Faktoren den größten Einfluss auf Präzision und Belastbarkeit. Ein weiteres Ziel der Aktuatorkonstruktion besteht darin, das radiale und seitliche Spiel zu reduzieren. Faktoren, die dies beeinflussen, sind der Durchmesser des Trägerkörpers, die Kontaktfläche und die Verwendung von Stützbeinen. Ein größerer Trägerkörper trägt beispielsweise größere externe Radiallasten durch Maximierung der Oberflächenkontaktfläche in Seitenlastsituationen. Die Möglichkeit, elektrische Aktuatoren seitlich zu belasten, erhöht Leistung, Präzision und Kompaktheit auf ein Niveau, das mit pneumatischen oder hydraulischen Aktuatoren nicht erreichbar ist.

    Obwohl die Maximierung der Oberflächen die radiale und seitliche Tragfähigkeit verbessert, trägt sie nicht unbedingt zur Stabilität bei. Dies wird häufig durch Einrasten erhöhter Beine in gerillten Kanälen (drei in der Abbildung oben) behoben. Diese Stützbeine reduzieren Vibrationen, die Lärm verursachen und zum Verschleiß beitragen können. Die meisten Designs verwenden ein oder zwei solcher Rippen, wodurch ein gewisses Spiel beseitigt wird, aber es können Klickgeräusche erzeugt werden, wenn das System mit der Zeit zu verschleißen beginnt. Die Verwendung von vier Beinen anstelle von zwei reduziert jedoch Verschleiß und Lärm und bietet einen effektiveren und dauerhafteren Verdrehschutz. Darüber hinaus sorgen die zusätzlichen Beine für einen klammerfreien Rücklauf und reduzieren das verschleißbedingte Spiel weiter.

    Durch die Krümmung dieser Trägerschenkel nach außen entsteht zusätzlich eine radiale Vorspannung, die das Spiel im Schubrohr reduziert. Es zentriert auch den Trägerkörper und die Kugelmutter, wodurch die Notwendigkeit entfällt, den Träger an die Extrusion anzupassen und den Verschleiß über die Lebensdauer des Geräts zu kompensieren. Wenn Sie alles in Ausrichtung halten, müssen Sie den Aktuator nicht so oft kalibrieren, um ein konstantes Leerlaufdrehmoment zu erzielen.

    Enge Toleranzen sind entscheidend für die Verringerung des Verschleißes und der Geräuschreduzierung. Ist jedoch kein Luftspalt vorhanden, baut sich bei hohen Drehzahlen der Antriebe Druck auf. Dies führt zu Überhitzung, was zu Schmierproblemen und anderen Haltbarkeitsproblemen beiträgt. Um dies zu beheben, machen Sie zwei der männlichen Schlüsselelemente an den Trägerbeinen niedriger als die anderen beiden – das ist der Ansatz, den Thomson bei vielen seiner Aktuatoren verfolgt. Dies bietet gerade genug Spalt, um einen Druckaufbau zu verhindern. Wie in der obigen Abbildung zu sehen ist, sind zwei der männlichen Schlüsselmerkmale, die sich orthogonal auf den Trägerbeinen befinden, niedriger als die anderen beiden.

    Wartbarkeit

    Die Wartungsfreundlichkeit wirkt sich auf die Lebenszyklusleistung aus und trägt zu Produktivitätsvorteilen bei. Elektromechanische Aktuatoren unterscheiden sich in ihrer Schmierung und Motorhandhabung. Die meisten Aktuatoren ziehen sich ein, um die Teile teilweise um 60 bis 70 % für die Schmierung freizulegen. Techniker entfernen die Kappen, suchen Teile, die geschmiert werden müssen, fügen Fett hinzu und müssen diesen Vorgang möglicherweise wiederholen.

    Ein besserer Ansatz besteht jedoch darin, den Tubus vollständig auszufahren oder einzufahren, um alle Komponenten für eine maximale Belichtung freizugeben. Dadurch können Unternehmen automatisierte Schmierung einsetzen. Darüber hinaus würde die Verwendung eines Schmiernippels das Entfernen der Kappe überflüssig machen, was die Wartung weiter vereinfacht.

    Die Wartung kann auch beschleunigt werden, wenn Sie die Zeit einsparen, die zum Verbinden des Motors mit dem mechanischen Aktuator erforderlich ist. Herkömmlicherweise dauert die Montage des Motors in einer parallelen Konfiguration 20 bis 25 Minuten. Sobald der Motor montiert ist, muss ein Techniker eine Vielzahl von Werkzeugen verwenden, um ihn auf die richtige Riemenspannung und Ausrichtung einzustellen. Dies erfordert mindestens 12 Schritte.

    Wenn der Aktuator jedoch mit einer vormontierten Parallellösung geliefert wird, kann der Riemen während der Montage vorgespannt werden, wodurch eine mehrstufige Spannungseinstellung überflüssig wird – der Motor ist festgeschraubt und in nur drei Schritten einsatzbereit. Bei der Inline-Montage sind die Vorteile einer vorkonfektionierten Lösung ähnlich, wenn auch nicht so dramatisch.

    Darüber hinaus eliminiert die Verwendung von straddle-mount-Lagern das Risiko einer Fehlausrichtung. Es schützt auch die Motorwelle vor radialen Belastungen, wodurch Geräusche reduziert und die Lebensdauer des Stellantriebs weiter verlängert wird.

    Umweltbeständigkeit

    Elektromechanische Aktuatoren unterscheiden sich in ihrer Fähigkeit, rauen Bedingungen, der Umgebung und häufigen Hochdruckspülungen standzuhalten. Dies hängt vom Außenprofil, der Materialwahl und den Abdichtungsmethoden ab.

    Profile mit glatten Oberflächen sind sauberer als gerillte Oberflächen, da sie keinen Staub und keine Flüssigkeiten ansammeln. Daher eignen sie sich besser für raue Umgebungen, wenn häufige Spülvorgänge erforderlich sind. Ein schlankes Äußeres könnte jedoch einen Nachteil haben. Bei Verwendung in Anwendungen, die Sensorbefestigungen erfordern, ist möglicherweise ein zusätzliches Kunststoff-Add-On erforderlich, um den Sensor zu befestigen.

    Die Umweltbeständigkeit hängt auch von der Materialzusammensetzung des Verlängerungsrohres ab. Die meisten Systeme verwenden Chromstahl, aber Edelstahl ist eine viel bessere Wahl für raue Umgebungen.

    Ein wichtiger Indikator für die Beständigkeit gegenüber der Umwelt ist der Ingress Protection (IP) Code. Eine IP-Schutzart von 65 bedeutet beispielsweise, dass das Gerät staubdicht und gegen Niederdruck-Strahlen aus allen Richtungen geschützt ist, wie sie beispielsweise in einem Washdown-Betrieb in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie vorkommen. Nur wenige elektrische Stellantriebe erfüllen diese Bewertung, aber in korrosiven Umgebungen ist dies kritisch. Ein IP-Rating von 54 bietet einen gewissen Schutz gegen Spritzwasser und weniger als 100 % Schutz gegen Staub, was es für einige Washdown-Anwendungen akzeptabel macht, jedoch nicht, wenn Druck involviert ist. Ein IP-Schutzgrad von 40, der bei Linearantrieben üblich ist, bedeutet, dass kein Staub- oder Flüssigkeitsschutz vorhanden ist.

    Höhere IP-Werte hängen hauptsächlich von der Verwendung besserer Dichtungen ab. Thomson beispielsweise dichtet jedes Fach, einschließlich der Motorhalterungen, an seinen elektromechanischen Aktuatoren ab. Alle Dichtungen sollten ebenfalls abgedichtet sein und bis zum Motor reichen, anstatt an der Montageplatte zu enden.

    Die nächste Generation der Bewegungssteuerung

    Da die Marktanforderungen nach höherer Produktivität, kürzeren Umrüstzeiten, erhöhter Zuverlässigkeit, größeren Energieeinsparungen und niedrigeren Wartungs- und Betriebskosten steigen, wechseln immer mehr Konstrukteure und Endverbraucher zu elektromechanischen statt pneumatischen Antrieben. Für Maschinen, die eine anspruchsvolle Bewegungssteuerung erfordern, sind elektromechanische Aktuatoren praktisch die einzige Alternative. Aber selbst bei einfachen linearen Bewegungsaufgaben neigen Entwickler und Benutzer von Bewegungssteuerungen aufgrund der geringeren und/oder einfacheren Wartung, der höheren Energieeinsparungen und des saubereren Betriebs zur elektrischen Betätigung.

    Noch größere Vorteile sind möglich, wenn Sie verschiedene Marken elektrischer Stellantriebe sorgfältig vergleichen. Interpretieren Sie „Belastbarkeit“ immer im Kontext der angegebenen Systemlebensdauer und des Platzbedarfs. In diesen Bereichen gibt es echte Kompromisse. Das Design des Trägers beeinflusst die Präzision sowie die seitlichen und drehbaren Tragfähigkeiten. Achten Sie daher genau auf die Befestigung des Trägers im Kanal sowie auf die Form und Größe der Führungsmechanismen.

    Verbesserte Mechanismen und Teile wie Stützbeine und Beinkonstruktionen, die zum besseren Greifen gebogen werden können, verbessern die Genauigkeit und den Verschleiß. Und das geeignete Außenprofil, die Materialauswahl und die Dichtungsstrategie sind Schlüsselfaktoren für die Umweltbeständigkeit. Glattere Profile, Edelstahlmaterialien und höhere IP-Werte bieten tendenziell den größten Schutz.


    Postzeit: 01.09.2021
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