Wenn ein Aktuator innerhalb einer Minute 15s eingeschaltet und dann 45s lang ausgeschaltet ist, berechnet sich seine Einschaltdauer mit (15s) / (15s + 45s) = 15/60 = 0,25 oder 25 Prozent. Hersteller geben die zulässige Einschaltdauer an, damit der Aktuator lange genug ruhen kann, um ein Überhitzen des Motors und eine daraus folgende Beschädigung der internen Komponenten auszuschließen. Die Einschaltdauer hydraulischer und pneumatischer Zylinder liegt in der Regel im Bereich von 40 bis 80 Prozent. Diesen Vorteil gegenüber elektromechanischen Linearaktuatoren erkauft man sich jedoch mit höheren Betriebskosten infolge parasitärer Verluste und einem schlechteren Wirkungsgrad.
Darüber hinaus sind die Fluid-Aggregate für pneumatische oder hydraulische Stellantriebe einigermaßen komplex und zumeist aufwändig, arbeitsintensiv, platzraubend sowie mit hohen Anschaffungs- und Betriebskosten verbunden. Bereits ein sehr kleines System benötigt eine mehrteilige Infrastruktur, bestehend aus Rohrleitungen/Schläuchen, Ventilen und weiteren unverzichtbaren Komponenten. Damit nicht genug, sind solche Systeme üblicherweise nicht annähernd so energieeffizient wie ihre elektromechanischen Pendants.
Allerdings sind herkömmliche elektromechanische Aktuatoren, die für Anwendungen mit höherer Einschaltdauer verwendet werden, häufige ebenfalls nicht kostengünstig. Der Einsatz von Schrittmotor- oder Servomotor-Antrieben ist mit hohen Kosten verbunden, die jedoch nur dann gerechtfertigt sind, wenn auch eine hohe Präzision gefordert ist. Andernfalls sind sie für industrielle Anwendungen mit geringeren Präzisionsanforderungen überteuert. Das könnte einige Verantwortliche am Ende sogar dazu veranlassen, ganz auf eine Automatisierung zu verzichten. Zudem benötigen schritt- und servogetriebene Aktuatoren eine Wechselstromquelle, was ihre Einsatzmöglichkeiten in mobilen/robotischen Anwendungen weiter einschränkt. Dank der jüngsten Fortschritte in der linearen Aktorik ist eine neue Generation langlebiger, gleichstrombetriebener Elektro-Aktuatoren zu Preisen erhältlich, die hohe Einschaltdauer für mehr Anwendungsbereiche erschwinglich macht. In der Intralogistik ist die Maximierung der Lagerkapazität entscheidend. Kompakte Sensoren spielen dabei eine Schlüsselrolle: Höchste Leistung in kompakter Bauform schafft mehr Platz für die Ware, denn die Technik macht sich klein. ‣ weiterlesen
Intralogistik: Neue Baumer ToF-Sensoren machen sich klein
Blick in einen Aktuator der neuen Generation
Langlebige Aktuatoren nutzen die Vorteile einzigartiger Leistungsmerkmale für Anwendungen mit hoher Einschaltdauer. Zunächst verwenden sie anstelle von Servo-, Schritt- oder bürstenbehafteten Motoren spezielle, bürstenlose Gleichstrommotoren. Anders als ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor, der bei hoher Einschaltdauer überhitzen würde, sind bürstenlose Gleichstrommotoren praktisch reibungsfrei. Das ermöglicht – je nach Umgebungstemperatur – eine Einschaltdauer von 35 Prozent bei Volllast bzw. bis zu 100 Prozent bei reduzierter Last.
Weitere Faktoren für die hohe Langlebigkeit dieser Aktuatoren sind Muttern mit Doppelumlenkung und größere Spindeln. Beides reduziert eine weitere häufige Verschleiß-Ursache, sodass sich die Arbeitsspiele von 30 bis 40.000 auf rund eine Million erhöhen und die Laufleistung vervielfachen lassen. Ebenso tragen konstruktive Merkmale wie eine verstärkte Spindel und spezielle Schrägkugellager zur höheren Lebensdauer bei.
Das Ergebnis ist ein Aktuator, der zehnmal länger hält als ein herkömmliches Modell mit Bürstenmotor, das sonst in industriellen Transportanwendungen zum Einsatz käme. Zudem ist er günstiger als die Ausführung mit Servo- oder Schrittmotor. Im Vergleich zu den letztgenannten Lösungen sind Aktuatoren mit bürstenlosem Gleichstrommotor zumeist kompakter, da sie ohne Getriebekonfigurationen auskommen. Darüber hinaus sind auf Langlebigkeit optimierte Aktuatoren in der Regel gegen Eindringen von Schmutz abgedichtet und dauergeschmiert, sodass keinerlei zusätzliche Wartung anfällt. Digitale Souveränität in der Automation: Fraunhofer IOSB-INA entwickelt einen KI-Assistenten für die SPS-Programmierung. ‣ weiterlesen
Automatisierung neu gedacht
Anwendungsbereiche
Langlebige Aktuatoren sind für Anwendungen prädestiniert, bei denen schnell aufeinander folgende Hin- und Her- oder Transport-Bewegungen wichtiger sind als komplexe, hochpräzise Bewegungsprofile. Das können Bewegungen zum Klemmen, Positionieren, Blockieren, Umlenken oder sonstige einfache Anwendungen sein, wo eine Linearbewegung einen Prozess optimiert oder automatisiert. Beispielsweise müssen für einen Schweißroboter die Schweißteile zum Einspannen häufig manuell auf mehreren Achsen positioniert, geklemmt oder gedreht werden. Je häufiger solche Justierungen notwendig sind, desto größer ist der potenzielle Vorteil, der sich aus der Nutzung von Aktuatoren an diesen Achsen ergibt. Ebenso verbessern langlebige Aktuatoren die Ergonomie für das Werkspersonal. Ähnlich wie elektrisch verstellbare Sitze im Auto den Sitzkomfort verbessern, kann die Höhe eines Förderbands oder eines Arbeitsplatzes mittels Aktuator angepasst werden – für Bediener wird die Ergonomie verbessert, während die körperliche Belastung sinkt.
An vielen Produktionsstandorten werden Förderbänder durch fahrerlose Transportsysteme (FTS) ergänzt. In einem Automobilwerk liefern solche FTS beispielsweise rund um die Uhr Türen, Motorhauben, Scharniere, Bolzen und sonstige Komponenten an ein automatisiertes Montageband. Hier können Aktuatoren in vielen Hebe-, Lade- und Positionieranwendungen eingesetzt werden, die sich bislang nur mit hohem Kostenaufwand automatisieren ließen. Die Möglichkeit einer hohen Einschaltdauer in mobilen Systemen wie FTS – häufig angetrieben per Kontakt mit bodenmontierten Magnetstreifen – eröffnet auch hier den Entwicklern neue Möglichkeiten.
