Konstrukteure von Linearmaschinen setzen zunehmend auf elektromechanische Antriebe, da diese sauberer, leichter zu steuern und wartungsärmer sind als Hydraulikzylinder. Oft übersehen werden jedoch die vielen Sicherheitsvorteile elektromechanischer Lösungen. Diese ergeben sich aus dem Wegfall des Hydrauliköls und der Implementierung einer vollelektrischen Lasthandhabungslösung.

Sicherheitsrisiken der Bewegungssteuerung auf Basis hydraulischer Zylinder

Konstrukteure legen bei Hydraulikzylindern großen Wert auf hohe Belastbarkeit und hohe Taktraten. Um dies zu erreichen, ist jedoch ein komplexes externes System aus Schläuchen, Anschlüssen, Filtern, Schaltern, Ventilen und Pumpen erforderlich. Selbst ein kleines Hydrauliksystem (2.000–5.000 psi) kann mindestens acht separate bewegliche Teile enthalten, von denen einige mit bis zu 10.000 psi unter Druck gesetzt und auf 180 °F erhitzt werden können.

Diese Faktoren können in Kombination mit den inhärenten Eigenschaften des Hydrauliköls zu folgenden Problemen führen:

• Körperliches Trauma. Hochtemperatur- und Hochdrucksysteme bergen bereits im Routinebetrieb ein potenzielles Risiko. Mit zunehmendem Verschleiß und Komponentenausfall steigt das Gefahrenrisiko. In der Nähe von Hydraulikleitungen kann es zu Verbrennungen, Prellungen, Schnitten oder Abschürfungen kommen.
• Expositionsrisiko.Die US-amerikanische Agentur für das Register giftiger Substanzen und Krankheiten berichtet, dass einige Arten von Hydraulikflüssigkeiten Haut- oder Augenreizungen verursachen können und dass die Einnahme bestimmter Arten bei Menschen zu Lungenentzündung, Darmblutungen oder zum Tod führen kann.
• Die Auswirkungen des Einatmens von Luft mit hohem Hydraulikflüssigkeitsgehalt sind nicht bekannt, einige Länder haben jedoch Grenzwerte für die Belastung mit Hydraulikflüssigkeiten festgelegt. Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) empfiehlt einen Grenzwert von 350 mg/m³von Erdöldestillaten bei einem 10-Stunden-Arbeitstag und einer 40-Stunden-Arbeitswoche.
• Kontamination.Hydraulikflüssigkeiten sind nicht nur potenziell giftig für den Menschen, sondern können auch schädlich für die Umwelt sein. Die US-Umweltschutzbehörde EPA führt beispielsweise Hydraulikflüssigkeiten auf ihrer Liste der Öle, die einer besonderen Handhabung bedürfen.
• Rutsch- und Sturzgefahr.Es gibt zahlreiche Berichte über Arbeiter, die sich verletzt haben, weil sie auf Pfützen aus ausgelaufener Flüssigkeit ausgerutscht sind oder beim Besteigen ihrer Maschinen gestürzt sind, obwohl ihre Hände oder Schuhe Öl verklebt hatten.
• Bereinigung. Für verschüttete Flüssigkeiten in Innenräumen gelten möglicherweise auch lokale Vorschriften oder es sind zusätzliche Investitionen in Absorptionsmittel oder andere Reinigungsdienste erforderlich.
• Brennbarkeit.Hydraulikflüssigkeiten auf Mineralölbasis sind weniger entflammbar als Mitteldestillate auf Mineralölbasis wie Kerosin oder Dieselkraftstoff. Sie können jedoch beim Versprühen eine Brandgefahr darstellen, beispielsweise wenn Hochdrucklecks die Flüssigkeit in einen Aerosolzustand versetzen.

Da Hydraulikflüssigkeiten mit der Zeit an Wirksamkeit verlieren, müssen sie regelmäßig ausgetauscht werden. Dies führt zu zusätzlichen Kosten für die Vorratshaltung von Öl und Filtern. In der Regel werden zusätzliche Ressourcen der Wartungsabteilung benötigt, um die Überprüfung der Filter und der Ölintegrität zu koordinieren und den richtigen Zeitpunkt für den Flüssigkeitswechsel festzulegen. Nachlässigkeit bei diesen Maßnahmen erhöht das Risiko des Hydraulikflüssigkeitsverbrauchs.

Die sichere Wahl

Trotz der oben beschriebenen Nachteile haben sich hydraulische Konstruktionen durchgesetzt, da sie die beste Alternative für hochbelastbare Antriebe mit hoher Taktfrequenz darstellen. Hydraulische Anwendungen sind traditionell dafür bekannt, höhere Kräfte und Lasten bei geringeren Anfangsinvestitionen zu bewältigen. Da elektromechanische Antriebe heute höhere Lasten bewältigen, synchronisieren und einfach zu implementieren sind – und das alles ohne Hydraulikflüssigkeiten oder aufwändige Rohrleitungen –, bieten sie eine vergleichbare oder bessere Leistung als hydraulische Systeme.

Vergleichen wir die Funktionsweise von elektrischen Aktuatoren und Hydraulikzylindern. Elektromechanische Aktuatoren integrieren alle Betriebsfunktionen im Gehäuse selbst, das über nur wenige Kabel mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden ist. Möglich wird dies durch integrierte Mikroprozessoren, die so programmiert werden können, dass sie Positionsmeldungen übermitteln, leistungssteigernde Diagnoseinformationen liefern und komplexe Funktionen wie die Synchronisierung mehrerer Aktuatoren übernehmen. Neben der Beseitigung der direkt mit dem Einsatz von Flüssigkeiten verbundenen Gefahren bieten elektromechanische Aktuatoren folgende Vorteile für die Anlagensicherheit:

• Elektromechanische Aktuatoren ermöglichen es dem Bediener, die Geschwindigkeit zu erhöhen, zu verlangsamen, einem konsistenten Bewegungsprofil zu folgen oder eine Position zu halten und geben ihm so maximale Kontrolle über die Last.
• Kompakte Gehäuse lassen sich leichter abdichten und eliminieren so das Kontaminationsrisiko.
• Weniger bewegliche Teile bedeuten weniger Verschleiß und ein geringeres Ausfallrisiko.
• Die Implementierung und der Betrieb der Leistungsüberwachung sind viel einfacher, da der Großteil davon mit Software und nicht mit externen Systemen erfolgt.
• Elektronische Aktoren können Befehle entgegennehmen und im Gegenzug sicherheitsrelevante Daten wie Last oder Temperatur liefern.
• Im Falle eines Zwischenfalls kann der Betrieb problemlos eingestellt werden.
• Elektronische Systeme können bei Bedarf manuell übersteuert werden.
• Der Betrieb erfolgt geräuschlos, sodass bei Personen, die ständig dem Lärm ausgesetzt sind, keine Gefahr einer Hörschädigung besteht.

Da die Sicherheit am Arbeitsplatz bei Behörden und der Öffentlichkeit zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist sie bei der Entwicklung einer umweltfreundlichen Bewegungssteuerungslösung zu einem wichtigen Aspekt geworden. Elektromechanische Aktuatoren gleichen einige der Sicherheitsnachteile hydraulisch-zylinderbasierter Systeme aus. In Kombination mit ihrer einfachen Bedienung und Wartung bieten sie die ideale Lösung für Ihren zukünftigen Aktuatorbedarf.