28/01/2022
Was ist ein elektrischer Zylinder?
Ein elektrischer Zylinder ist eine Vorrichtung, die eine Bewegung einer Last oder eine Aktion, die eine Kraft erfordert, wie z. B. Klemmen, mit Hilfe eines Elektromotors zur Erzeugung der erforderlichen Kraft erzeugen kann.
Welche Funktion hat ein elektrischer Antrieb?
Ein elektrischer Antrieb ist ein Gerät, das mit der Hilfe eines Elektromotors eine lineare Bewegung oder Kraft, wie z. B. Einspannen, erzeugen kann.
Wie funktioniert ein elektrischer Antrieb?
Querschnitt eines elektrischen Spindelantriebs mit Kolbenstange
Die Bewegung einer Last oder eine Aktion, die eine Kraft erfordert, wie z. B. Klemmen, wird durch einen Elektromotor (Servomotor) erzeugt und durch Spindel oder Zahnriemen übertragen. Die Linearbewegung ist durch Aus- oder Einfahren einer Kolbenstange oder durch Verfahren eines Führungsschlitten auf der Linearachse sichtbar.
Ein Elektromotor (Servomotor) erzeugt eine Drehbewegung. Über eine Kupplung wird die Drehbewegung auf die Spindel übertragen. Die Spindel selbst überträgt dann die Drehbewegung auf die Spindelmutter. Da diese Spindelmutter im Profilrohr gegen Verdrehen gesichert ist und fest mit dem Kolben und der Kolbenstange verbunden ist, entsteht eine Linearbewegung. Die Kolbenstange oder der Führungsschlitten wird auf der Linearachse je nach Umdrehungsrichtung der Spindel ein- oder ausgefahren.
Der Elektromotor (Servomotor) wird von einem Servoumrichter gesteuert, um die Rotationsgeschwindigkeit und/oder das Drehmoment des Motors zu regeln. Das Rückmeldesystem aus dem Elektromotor (Servomotor) liefert Positionsinformationen. Der elektrische Antrieb kann so programmiert werden, dass er sich zu einer bestimmten Position bewegt, stoppt und dann weiterfährt oder in seine Ruheposition zurückkehrt.
Die Leistung des Elektromotors (Servomotor) bestimmt das Drehmoment, das erzeugt werden kann/muss, und somit die Kraft, die durch den Spindelantrieb mit Kolbenstange in eine notwendige Linearbewegung oder Kraft gebracht wird.
Wie wähle ich einen elektrischen Antrieb aus?
Für eine grundlegende Antriebsauswahl ist eine genaue Kenntnis der auftretenden Lastkräfte/ Geschwindigkeiten der Anwendung notwendig. Für jede Bewegung der Last muss die resultierende Gesamtkraft berechnet werden.
Hierbei sind alle kritische Parameter, z. B. Lage (Neigungswinkel), die extern auftretende Last und Kräfte (Gleitreibung), die notwendigen Geschwindigkeiten und Positionsgenauigkeiten sowie die Lastzyklen zu berücksichtigen.
Der benötigte Hub ergibt sich ebenfalls aus der Anwendung. Die notwendige Geschwindigkeit, Positionsgenauigkeiten und benötigte Kraft bestimmen die Spindelsteigung des elektrischen Antriebs. Alle diese Parameter zusammen bestimmen die notwendige Antriebsgröße und die notwendige Leistung sowie das Rückmeldungssystem des Elektromotors (Servomotor).
Bei der Hubauswahl empfiehlt Norgren eine Sicherheitshub von 20 mm Hub pro Seite.
Die Gesamtkraft „F tot“ kann aus der Summe der Trägheitskräfte (F I), der äußeren Reibkräfte (F fr), der Hangabtriebskraft (F gr), die von einer gegen die Schwerkraft bewegten Masse hervorgerufen wird, sowie weiteren konstanten externen Kräften „F const“ berechnet werden.
Berechnungsgrundlagen je Lastzyklus sind: - Bewegungsrichtung - Endposition - Masse der äußeren Last - Reibungskoeffizient einer möglichen externen Führung - Beschleunigung und Abbremsen - Maximale Geschwindigkeit - Konstante äußere Lastkraft - Mögliche Pausenzeiten in der Endposition
Da eine Berücksichtigung aller Parameter schwer ist, empfiehlt Norgren den online Konfigurator zur exakten Auslegung eines elektrischen Antriebes zu nutzen.
Da elektrische Antriebe hohe Kräfte erzeugen können, ist ein solcher Antrieb auch oftmals eine gute Alternative zu hydraulischen Antrieben (Zylindern). Weitere entscheidende Vorteile von elektrischen Linearantrieben sind die hohe Axialkraft, hohe Genauigkeit, gute Regelcharakteristik (Mehrfachpositionen), Laststeifigkeit und insgesamt niedrigere Betriebskosten in einer Anwendung.
Welche Bauformen von elektrischen Antrieben gibt es?
Elektrische Antriebe gibt es in zwei Basisausführungen: - als Zylinder mit Kolbenstange und Spindelantrieb oder - als Linearachse mit Spindel- oder Zahnriemenantrieb, Zahnstange oder Linearmotoren Die notwendigen Elektromotoren (Servomotor) sind je nach Bauart axial oder parallel zum Antrieb moniert. Bei Zahnriemenantrieben werde gegebenenfalls auch Getriebe zwischen Elektromotoren (Servomotor) eingebaut, um das Geschwindigkeitsprofil oder die Kraft besser regeln zu können.
Typische Anwendungen von elektrischen Antrieben
Elektrische Antriebe finden sich in einer Vielzahl industrieller Anwendungen. - In der Automobilindustrie für fahrerlose Transportfahrzeuge, Dosieren und einer Auswahl an Fügeverfahren – Kleben, Schweißen und Nieten.
- In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, zur Herstellung von PET-Flaschen, Abfüll- und Etikettier-Anlagen und Roboteranwendungen wie Melkrobotern.
- Sie werden in der Materialhandhabung für Operationen wie Pressen und Klemmen eingesetzt und sind im Verpackungssektor weit verbreitet.
- Ihre Vorteile in puncto Genauigkeit, Flexibilität und niedrigen Betriebskosten führen zum Einsatz in der Robotik, Elektronik und Elektronikmontage, Werkzeugmaschinen und vielen anderen Industriebereichen.
Benötige ich noch etwas, damit elektrische Antriebe funktionieren?
Eine geeignete elektrische Stromversorgung und die dazugehörige Verkabelung zu den Geräten sind unerlässlich. Der notwendige Elektromotor (Servomotor) muss mit den Servoumrichter verbunden sein. Dazu sind Strom- und Feedbackkabel notwendig. Der Servoumrichter selbst kann eigenständig arbeiten und den Elektromotoren (Servomotor) ansteuern. Er kann aber auch durch einen übergeordneter SPS über ein Bussystem kommunizieren. Zusätzliche Eingänge wie Schalter oder Lichtschranken werden direkt zum Servoumrichter verkabelt und auch dort verarbeitet. Die entsprechende Software zum Betrieb des Servoumrichter ist online verfügbar.
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