7 Gründe, den Austausch Ihrer pneumatischen und hydraulischen Aktuatoren gegen Elektrozylinder in Betracht zu ziehen

Aug 10, 2023

Durch gesponserte Inhalte | 14. August 2023

Seit Jahrzehnten sind pneumatische und hydraulische Aktuatoren gängige Technologien im Bereich der industriellen Automatisierung, doch sie haben ebenso viele Nachteile wie Vorteile, insbesondere pneumatische Aktuatoren. Mittlerweile haben Elektrozylinder große Fortschritte gemacht, so dass sich immer mehr OEMs und Systemintegratoren für sie entscheiden, wann immer dies möglich ist. Im Vergleich zu pneumatischen und hydraulischen Technologien bieten Elektrozylinder eine deutlich höhere Effizienz und Positionierungsleistung sowie geringere Wartungs- und Ausfallzeiten bei einem kleineren Paket. Das Ergebnis sind die niedrigsten Gesamtbetriebskosten (TCO) der drei Technologien.

Durch den fortschreitenden technischen Fortschritt können Elektrozylinder Kräfte erzeugen, die mit pneumatischen Antrieben und teilweise auch mit hydraulischen Antrieben konkurrenzfähig sind. Für industrielle Anwendungen sind Pneumatik- und Hydraulikzylinder keine Selbstverständlichkeit mehr. Sehen wir uns sieben Gründe an, warum Sie für Ihr nächstes Projekt Elektrozylinder in Betracht ziehen sollten.

Die übliche Terminologie besteht darin, pneumatische und hydraulische Aktuatoren als Zylinder zu bezeichnen, aber das ist falsch. Dies sind eigentlich Lösungen auf Systemebene:

Pneumatische Aktoren: Pneumatische Aktoren erzeugen Bewegung durch Druckluft. Ein typischer pneumatischer Aktuator besteht aus einem Luftzylinder, einem Kompressor oder einer Druckluftversorgung, Schläuchen und Zusatzgeräten wie Dichtungen, Ventilen, Reglern, Filtern usw. Einfachwirkende Zylinder verwenden Druckluft für eine einzelne Richtung und eine Feder für die Richtung zurückkehren. Doppeltwirkende Pneumatikzylinder nutzen Druckluft sowohl zum Aus- als auch zum Einfahren.

Hydraulische Aktuatoren: Hydraulische Aktuatoren verwenden ein ähnliches Modell wie pneumatische Aktuatoren, außer dass sie anstelle der Kraftübertragung über Druckluft eine nicht komprimierbare Hydraulikflüssigkeit verwenden. Der Aktuator besteht aus einem Hydraulikzylinder, einer Pumpe, einem Flüssigkeitsbehälter, Zusatzfiltern usw.

Elektrozylinder: Elektrozylinder verwenden einen Elektromotor, um einen stangenförmigen Aktuator anzutreiben (siehe Abbildung 1). Außerhalb des Motorantriebs und des Feedback-Geräts (normalerweise ein Encoder) benötigen sie für den Betrieb lediglich eine Verkabelung. Elektrische Zylinder bieten gegenüber pneumatischen und hydraulischen Antrieben eine Reihe von Vorteilen.

Abbildung 1: Ein Elektrozylinder, wie derBeckhoff AA3000, besteht aus einem Elektromotor, der einen Aktuator im Gewindestangenstil antreibt.

Einer der größten Nachteile pneumatischer und hydraulischer Aktuatoren besteht darin, dass die Kompressoren oder Pumpen ständig laufen müssen, um die Leitungen geladen zu halten, selbst wenn die Zylinder im Leerlauf sind. Der Wirkungsgrad pneumatischer Antriebe liegt zwischen 10 % und 25 %, allerdings sinkt dieser Wert mit der Zeit, da sich die Dichtungen verschlechtern und in den Versorgungsschläuchen Undichtigkeiten auftreten. Hydraulische Aktuatoren sind mit einem Wirkungsgrad von etwa 40 % etwas besser.

Im Gegensatz dazu verbrauchen Elektrozylinder nur dann Strom, wenn sich der Motor dreht, um den Zylinder zu bewegen. Dadurch können Wirkungsgrade von bis zu 80 % erreicht werden, bei einem deutlich geringeren Energieverbrauch als die beiden anderen Technologien. Dies ist ein wichtiger Punkt, insbesondere da die Lebensdauer von Industrieanlagen voraussichtlich in Jahrzehnten gemessen wird. Ein pneumatischer Aktuator kann niedrigere Gesamtanschaffungskosten (TCA) haben als ein Elektrozylinder, aber ein Elektrozylinder hat über die Lebensdauer des Produkts erhebliche TCO.

Früher ging man davon aus, dass Hydraulikzylinder die größte Kraft bieten, gefolgt von Pneumatikzylindern und dann Elektrozylindern. Diese Situation hat sich geändert. Fortschrittliche Elektrozylinder wie der AA3000 können Spitzenkräfte von bis zu 25 kN erzeugen (siehe Seitenleiste). Das passt zu jedem pneumatischen Antrieb. Elektrozylinder werden nicht als pauschaler Ersatz für alle hydraulischen Aktuatoren positioniert, sie sind jedoch in einem erheblichen Prozentsatz der Fälle eine praktikable Option, insbesondere angesichts der anderen Fähigkeiten, die sie mit sich bringen, wie z.

Elektrozylinder bieten vollständige servobasierte Bewegungssteuerungsfunktionalität. Sie bieten eine hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit; Die Auflösung hängt von der Rückkopplung und der mechanischen Genauigkeit des Systems ab. Elektrozylinder können die Last über den Hubweg in jede beliebige Position lenken und komplexe Beschleunigungsprofile unterstützen. Das Spiel hängt von den mechanischen Elementen des Systems ab, insbesondere vom Getriebe, ist jedoch durchweg besser als bei pneumatischen Aktuatoren.

Pneumatik- und Hydraulikantriebe können nur an den Endpunkten des Hubs eine genaue Positionierung durchführen. Die Positionierung in der Mitte des Hubs erfordert Servoventile, die die Komplexität und Kosten erhöhen, ohne die Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Auflösung von Elektrozylindern zu erreichen. Jegliche Leckage an Dichtungen und Schläuchen mit zunehmendem Alter der Ausrüstung beeinträchtigt die Leistung und erfordert eine ständige Anpassung. Die Geschwindigkeitsänderung ist äußerst anspruchsvoll.

Da pneumatische Antriebe Druckluft verwenden, kommt es bei der Rückwärtsbewegung zu einer gewissen Nachgiebigkeit bzw. Schwammigkeit. Da Hydraulikflüssigkeit nicht komprimierbar ist, tritt dieses Problem bei hydraulischen Aktuatoren nicht auf. Bei Elektrozylindern kann es zu Spiel kommen, allerdings nur bei Umkehrung, und es ist im Allgemeinen gut kontrolliert – beim AA3000 kann es nur 15 µm betragen.

Bei pneumatischen und hydraulischen Aktuatoren handelt es sich um mehrteilige Systeme, deren Wartung arbeitsintensiv ist. Schläuche lecken, Dichtungen verschlechtern sich und die Pumpen und Kompressoren selbst müssen gewartet werden. Obwohl die Induktionsmotoren, die Kompressoren und Pumpen antreiben, durch Schwingungsanalyse überwacht werden können, sind Vorwarnsysteme für Probleme wie Lecks in Schläuchen schwieriger. Bei Pneumatikzylindern führen Undichtigkeiten zu einem erheblichen Anstieg des Stromverbrauchs bei gleichzeitiger Beeinträchtigung der Leistung, allerdings kann die Fehlersuche sehr zeitaufwändig sein. Bei hydraulischen Aktuatoren sind die Lecks sehr offensichtlich – und sehr unordentlich. In beiden Fällen können Wartungsteams viel Zeit damit verbringen, das System zu überprüfen, um die Leistung aufrechtzuerhalten, was sehr kostspielig sein kann. Hinzu kommt die allgegenwärtige Aufgabe, austretende Hydraulikflüssigkeit zu reinigen.

Bei Elektrozylindern gibt es weitaus weniger Fehlerquellen – keine Schläuche, Ventile, Durchflussmesser, Kompressoren, Pumpen usw. Obwohl sich um die Stange des Aktuators eine Dichtung befindet, steht dies nicht in direktem Zusammenhang mit der Systemleistung und hat keinen Einfluss auf Genauigkeit und Wiederholbarkeit oder Stromverbrauch. Elektrische Zylinder verfolgen die Position mithilfe von Encodern, die wesentlich robuster und zuverlässiger sind als mechanische Geräte wie Reed-Schalter, die von pneumatischen und hydraulischen Aktoren verwendet werden. Noch besser: Elektrozylinder verfügen über gut etablierte vorausschauende Wartungsfunktionen, die Vorwarnungen über sich entwickelnde Probleme geben und es ermöglichen, Wartungsarbeiten zu geeigneten Zeiten zu planen.

Die pneumatische und hydraulische Positionierung basiert auf dem Flüssigkeitsfluss, sodass die anfängliche Einrichtung und Inbetriebnahme zeitaufwändig und komplex sein kann. Elektrozylinder sind softwaregesteuert. Ihr Ruf der Komplexität ist überholt – viele Industriesysteme verfügen über eine automatische Konfiguration und optimierte Benutzeroberflächen für eine schnelle Inbetriebnahme. (siehe Abbildung 2). Für OEMs und Systemintegratoren, die eine Maschine zusammenbauen, ist Zeit Geld. Auch für Endanwender ist die Inbetriebnahmegeschwindigkeit ein wichtiger Vorteil.

Abbildung 2: Die optimierte Konfigurationssoftware für den AA3000 macht die Auswahl des Bewegungsprofils so einfach wie Zeigen und Klicken.

Die Elektrozylinder-Technologie glänzt wirklich, wenn es darum geht, Bewegungsparameter zu ändern. Bei pneumatischen und hydraulischen Aktuatoren beginnt der Prozess der Druckberechnung und Einstellung (und Einstellung und Einstellung…) der Ventile, um die gewünschte Position und Geschwindigkeit zu erreichen, von vorne. Bei Elektrozylindern ist zur Umstellung lediglich ein Software-Update oder die Auswahl eines anderen Rezepts aus dem HMI-Menü erforderlich.

Elektrozylinder vereinfachen zudem die Umsetzung der Maschinensicherheit. Pneumatik- und Hydraulikzylinder erfordern externe Sensoren und Relais, deren Implementierung komplex, teuer und zeitaufwändig sein kann und gleichzeitig den Platzbedarf des Systems weiter vergrößert. Elektrozylinder sind jetzt mit integrierten Sicherheitsfunktionen erhältlich, die über einfache Konfigurationsbildschirme implementiert werden können.

Elektrische Zylinder haben eine kleinere Stellfläche als pneumatische oder hydraulische Aktuatoren mit der gleichen Nennkraft. Sie benötigen keine Kompressoren oder Pumpen oder die manchmal umfangreichen Versorgungsschläuche, die bei pneumatischen und hydraulischen Lösungen erforderlich sind. Einige Elektrozylinder verfügen möglicherweise über externe Antriebe entweder an der Maschine oder in einem Schrank, aber Versionen mit integrierten Motoren, wie derBeckhoff AA3000, kommen immer häufiger vor.

Die Kombination aus höherer Effizienz, geringerem Wartungsaufwand und besserer Benutzerfreundlichkeit führt zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten für Elektrozylinder. Bei Anwendungen mit hoher Kraft liefern Elektrozylinder einen schnelleren ROI als Pneumatikzylinder.

Moderne Elektrozylinder bieten gegenüber pneumatischen Antrieben und vielen hydraulischen Antrieben zahlreiche Vorteile. Durch erhöhte Effizienz und Benutzerfreundlichkeit sowie reduzierten Wartungsaufwand bieten Elektrozylinder den Anwendern deutlich geringere Gesamtbetriebskosten. Mittlerweile bieten Elektrozylinder auch eine deutlich bessere Leistung als die Alternativen, mit vollständigen Bewegungssteuerungsfunktionen und höherer Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Auflösung. Ebenso wichtig ist, dass der kontinuierliche technologische Fortschritt zu Elektrozylindern geführt hat, die Spitzenkräfte von bis zu 25 kN erreichen können. Hinzu kommt eine geringere Stellfläche – was in der überfüllten Fabrikumgebung immer eine Überlegung ist – zu den zahlreichen Gründen, Elektrozylinder für Ihre nächste Anwendung in Betracht zu ziehen.

Um mehr über die zu erfahrenBeckhoff AA3000Elektrozylinder und was er für Sie tun kann, wenden Sie sich an [email protected]

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