Ein Linearantrieb bewegt eine Last, bei der es sich um eine Baugruppe, Komponenten oder ein fertiges Produkt handeln kann, geradlinig. Es wandelt Energie in eine Bewegung oder Kraft um und kann mit Druckflüssigkeit oder Luft sowie Elektrizität betrieben werden. Hier finden Sie eine Aufschlüsselung gängiger Linearantriebe sowie ihre Vor- und Nachteile.

Wie funktionieren sie?

• Pneumatische Linearantriebe bestehen aus einem Kolben in einem Hohlzylinder. Der Druck eines externen Kompressors oder einer manuellen Pumpe bewegt den Kolben im Zylinder. Bei steigendem Druck bewegt sich der Zylinder entlang der Kolbenachse und erzeugt so eine lineare Kraft. Der Kolben kehrt entweder durch eine Rückfederkraft oder durch Flüssigkeitszufuhr auf die andere Seite des Kolbens in seine ursprüngliche Position zurück.

• Hydraulische Linearantriebe funktionieren ähnlich wie pneumatische Antriebe, der Zylinder wird jedoch von einer inkompressiblen Flüssigkeit aus einer Pumpe und nicht von Druckluft bewegt.

• Ein elektrischer Linearantrieb wandelt elektrische Energie in Drehmoment um. Ein mechanisch verbundener Elektromotor dreht eine Leitspindel. Eine Gewindespindel oder Kugelmutter mit entsprechenden Gewinden, die denen der Schraube entsprechen, wird daran gehindert, sich mit der Schraube zu drehen. Wenn sich die Schraube dreht, wird die Mutter entlang des Gewindes angetrieben. Die Richtung, in die sich die Mutter bewegt, hängt von der Drehrichtung der Schraube ab und bringt den Aktuator auch in seine ursprüngliche Position zurück.

【Pneumatische Aktuatoren】

Vorteile

• Die Vorteile pneumatischer Antriebe liegen in ihrer Einfachheit. Die meisten pneumatischen Aluminiumantriebe haben einen maximalen Nenndruck von 150 psi mit Bohrungsgrößen im Bereich von ? 8 Zoll bis 8 Zoll, was einer Kraft von etwa 30 bis 7.500 Pfund entspricht. Aktuatoren aus Stahl haben einen maximalen Nenndruck von 250 psi und Bohrungsgrößen von ? Sie erzeugen Kräfte im Bereich von 50 bis 38.465 lbf.

• Pneumatische Antriebe erzeugen präzise lineare Bewegungen, indem sie beispielsweise eine Genauigkeit von 0,1 Zoll und eine Wiederholgenauigkeit von 0,001 Zoll bieten.

• Typische Anwendungen pneumatischer Antriebe umfassen Bereiche mit extremen Temperaturen. Ein typischer Temperaturbereich liegt zwischen -40 °F und 250 °F. Im Hinblick auf Sicherheit und Inspektion vermeiden pneumatische Antriebe durch die Verwendung von Luft den Einsatz gefährlicher Materialien. Sie erfüllen die Anforderungen des Explosionsschutzes und der Maschinensicherheit, da sie aufgrund des Verzichts auf Motoren keine magnetischen Störungen erzeugen.

• In den letzten Jahren hat die Pneumatik viele Fortschritte bei Miniaturisierung, Materialien und Integration mit Elektronik und Zustandsüberwachung gemacht. Die Kosten für pneumatische Antriebe sind im Vergleich zu anderen Antrieben gering. Laut Bimba Manufacturing kostet beispielsweise ein pneumatischer Antrieb durchschnittlich 50 bis 150 US-Dollar. Pneumatikantriebe sind außerdem leicht, erfordern nur minimale Wartung und verfügen über langlebige Komponenten, die Pneumatik zu einer kostengünstigen Methode für lineare Bewegungen machen.

Nachteile

• Druckverluste und die Kompressibilität der Luft machen die Pneumatik weniger effizient als andere lineare Bewegungsmethoden. Beschränkungen des Kompressors und der Luftzufuhr bedeuten, dass der Betrieb bei niedrigeren Drücken geringere Kräfte und langsamere Geschwindigkeiten zur Folge hat. Ein Kompressor muss ständig unter Betriebsdruck laufen, auch wenn sich nichts bewegt.

• Um wirklich effizient zu sein, müssen pneumatische Antriebe für eine bestimmte Aufgabe dimensioniert werden. Daher können sie nicht für andere Anwendungen verwendet werden. Für eine genaue Steuerung und Effizienz sind Proportionalregler und Ventile erforderlich, was jedoch die Kosten und die Komplexität erhöht.

• Auch wenn die Luft leicht verfügbar ist, kann sie durch Öl oder Schmiermittel verunreinigt sein, was zu Ausfallzeiten und Wartungsarbeiten führt. Unternehmen müssen weiterhin für Druckluft bezahlen, was sie zu einem Verbrauchsmaterial macht, und der Kompressor und die Leitungen sind ein weiteres Wartungsproblem.

【Hydraulische Aktuatoren】

Vorteile

• Hydraulische Aktuatoren sind robust und für Anwendungen mit hoher Kraft geeignet. Sie können Kräfte erzeugen, die 25-mal größer sind als Pneumatikzylinder gleicher Größe. Sie arbeiten auch bei Drücken von bis zu 4.000 psi.

• Hydraulikmotoren haben ein um 1 bis 2 PS/Pfund höheres Leistungs-Gewichts-Verhältnis als pneumatische Motoren.

• Ein hydraulischer Aktuator kann Kraft und Drehmoment konstant halten, ohne dass die Pumpe aufgrund der Inkompressibilität von Flüssigkeiten mehr Flüssigkeit oder Druck liefert

• Bei hydraulischen Stellantrieben können die Pumpen und Motoren bei minimalem Leistungsverlust weit entfernt angebracht werden.

Nachteile

• Aus der Hydraulik tritt Flüssigkeit aus. Wie bei pneumatischen Antrieben führt ein Flüssigkeitsverlust zu einer geringeren Effizienz. Austretende Hydraulikflüssigkeit führt jedoch zu Sauberkeitsproblemen und möglichen Schäden an umliegenden Komponenten und Bereichen.

• Für hydraulische Stellantriebe sind zahlreiche Zusatzteile erforderlich, darunter ein Flüssigkeitsbehälter, Motoren, Pumpen, Ablassventile und Wärmetauscher sowie Geräte zur Geräuschreduzierung. Dadurch entstehen lineare Bewegungssysteme, die groß und schwer unterzubringen sind.

【Elektrische Aktuatoren】

Vorteile

• Elektrische Aktuatoren bieten höchste Präzision bei der Positionierung. Ein Beispiel für den Genauigkeitsbereich ist +/- 0,000315 Zoll und eine Wiederholgenauigkeit von weniger als 0,0000394 Zoll. Ihre Setups sind für jeden Zweck und jede Kraftanforderung skalierbar und sind leise, reibungslos und wiederholbar.

• Elektrische Aktoren können schnell vernetzt und umprogrammiert werden. Sie bieten sofortiges Feedback für Diagnose und Wartung.

• Sie ermöglichen die vollständige Steuerung von Bewegungsprofilen und können Encoder zur Steuerung von Geschwindigkeit, Position, Drehmoment und aufgebrachter Kraft umfassen.

• Geräuschmäßig sind sie leiser als pneumatische und hydraulische Antriebe

• Da es keine Flüssigkeitslecks gibt, werden Gefahren für die Umwelt eliminiert.

Nachteile

• Die anfänglichen Stückkosten eines elektrischen Stellantriebs sind höher als die von pneumatischen und hydraulischen Stellantrieben. Laut dem Beispiel von Bimba Manufacturing kann ein elektrischer Aktuator je nach Design und Elektronik zwischen 150 und über 2.000 US-Dollar kosten.

• Elektrische Stellantriebe sind nicht für alle Umgebungen geeignet, im Gegensatz zu pneumatischen Stellantrieben, die in gefährlichen und brennbaren Bereichen sicher sind

• Ein kontinuierlich laufender Motor wird überhitzen, was den Verschleiß des Untersetzungsgetriebes erhöht. Der Motor kann auch groß sein und Installationsprobleme verursachen.

• Der gewählte Motor legt die Kraft-, Schub- und Geschwindigkeitsgrenzen des Aktuators auf eine feste Einstellung fest. Werden andere Werte für Kraft, Schub und Geschwindigkeit gewünscht, muss der Motor ausgetauscht werden.