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Das Verb actuate lässt sich von dem englischen Begriff electric actuators ableiten. Das Wort bedeutet einfach, dass die Maschine läuft. Der Begriff ‘Stellantrieb’ bezieht sich jedoch auf eine bestimmte Familie von Maschinen, die etwas bewegen oder steuern – wobei die Betonung auf Bewegung liegt. Sie wandeln elektrische, pneumatische oder andere Energie in lineare oder rotierende Bewegungen um. Wie der Name schon sagt, benötigt ein elektrischer Stellantrieb Spannung, um zu funktionieren. Auch ein Motor wird benötigt. Dies kann ein herkömmlicher Elektromotor oder z.B. ein Schrittmotor sein, je nach den Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Die Bewegung wird mit Hilfe von Komponenten erzeugt, über die wir bei der Beschreibung der Arten von Stellantrieben mehr erfahren. Sie sind meist in einem Metall- oder Kunststoffgehäuse untergebracht. Ein optionales Getriebe ändert die Geschwindigkeit, während ein elektronisches Steuersystem und mögliche zusätzliche Sensoren, wie z.B. Encoder, die Bewegungsparameter regulieren.
Arten von elektrischen Stellantrieben
Wir werden zunächst die beiden Haupttypen nach ihrer Funktionsweise beschreiben – Linearantriebe und Drehantriebe, über die wir später mehr und ausführlicher berichten. Es gibt eine Vielzahl von Untertypen, so dass sich oft die Frage stellt, ob es sich bei diesem und jenem Stellantrieb um denselben handelt.
Lineare Antriebe
- Schraubenantriebe wandeln eine Drehbewegung mit Hilfe einer Schraube in eine lineare Bewegung um.
- Riemenantriebe verwenden Antriebsriemen, um lineare Bewegungen zu übertragen.
- Gleitantrieben verwenden einen Kolben, der sich innerhalb eines Zylinders bewegt
- Der Linearmotor ist ein integraler Bestandteil der Bewegungslinie und wandelt elektrische Energie in eine lineare Bewegung um.
Drehantriebe
- Elektromotoren mit Getrieben, die eine Welle drehen, oft mit einem zusätzlichen Getriebe, erzeugen ein Drehmoment.
- Schrittmotoren führen schrittweise Bewegungen für eine präzise Positionierung aus.
- Ritzel-Zahnstangen-Drehantriebe verwenden Zahnräder zur Erzeugung von Drehbewegungen.
- Bürstenlose Motoren werden für ihre gleichmäßige Rotationsbewegung geschätzt.
- Hydraulische und pneumatische Drehantriebe verwenden Flüssigkeiten oder Druckluft, um eine Drehbewegung zu erzeugen.
Es gibt auch Hybridantriebe, die die Eigenschaften von Linear- und Drehantrieben in einem einzigen Gerät vereinen und sowohl lineare als auch Drehbewegungen ermöglichen. Andere Kombinationen von Linear- und Drehantrieben umfassen Mehrachsenantriebe, die Bewegungen in verschiedene Richtungen gleichzeitig ermöglichen, sowie spezielle piezoelektrische, elektromagnetische oder Ultraschallantriebe. Die Einteilung basiert also auf den Mechanismen, die die Bewegung in diesen Geräten erzeugen, bzw. auf den Phänomenen, die sie dazu nutzen.
Elektrische Linear- und Drehantriebe
Linearantriebe haben einen begrenzten Bewegungsspielraum, da sie die Form einer Welle haben, die sich entlang ihrer Länge vor und zurückbewegt. Das bedeutet nicht unbedingt, dass sie klein sind, denn sie können sich sogar ein paar Meter bewegen. Aufgrund ihrer Funktionsweise ist es jedoch oft effizienter, eine andere Art von Maschine zu verwenden, um Dinge schnell über lange Strecken zu bewegen, es sei denn, es besteht ein besonderer Bedarf an Präzision.
Der Linearantrieb muss sich nicht zwischen Punkt A und Punkt B bewegen, sondern kann an jedem beliebigen Punkt auf dem Weg anhalten. Stellen Sie sich ein elektrisches Autofenster oder einen höhen- und winkelverstellbaren Zahnarztstuhl vor, bei dem es eine Möglichkeit geben muss, das Objekt genau so zu positionieren, wie es gewünscht wird, und nicht in einer von zwei extremen Positionen. Aber denken Sie auch an ein bewegliches Solarpanel, dessen optimale Ausrichtung sich im Laufe des Tages allmählich ändert – eine solche sanfte, kontinuierliche und präzise Bewegung ist genau das, was ein elektrischer Antrieb leisten kann.
Drehantriebe haben keine derartigen Einschränkungen, da sie in einer kontinuierlichen Schleife arbeiten, obwohl sie typischerweise verwendet werden, um Objekte in Winkeln von weniger als 360 Grad zu bewegen. Und da der Drehwinkel präzise gesteuert werden kann, sind sie ideal für die Bedienung von Ventilen oder Toren. Bei Robotern oder Manipulatoren ist es oft notwendig, dass sich die Roboterkomponenten um ihre eigenen Achsen drehen können. Hier ein weiteres anschauliches Beispiel aus dem täglichen Leben – die Gelenke im menschlichen Körper sind ein Beispiel dafür. Drehantriebe werden in Automobilen zur Steuerung von Ventilen und Radpositionen im Lenksystem, zur Bewegung von Lenkflächen in der Luftfahrt und in der Bestückungselektronik eingesetzt, noch bevor sie in Ihre Hände gelangen, denn sie werden zur präzisen Positionierung und Ausrichtung von Komponenten auf Leiterplatten verwendet.
Anwendung elektrischer Stellantriebe
Noch ein wenig mehr darüber, um eine bessere Vorstellung von ihren erstaunlichen Fähigkeiten zu bekommen. Einige Linearantriebe sind in der Lage, enorme Lasten zu heben, bis hin zu mehreren Tonnen. Daher werden sie in der Schwerindustrie für die Handhabung großer Komponenten verwendet. Sie können sogar Rampen oder ganze Abteile von Schienenfahrzeugen, Bohrinseln oder Hubbrücken sein. Auf der anderen Seite stehen als Gegengewicht zu dieser Kraft Stärken wie schnelle Bewegungen, zum Beispiel in der Massenproduktion, wo die Zeit drängt, extreme Präzision bei der Manipulation von Mikroobjekten oder ein nahezu geräuschloser und vibrationsfreier Betrieb in einem harmonisch organisierten Hausautomatisierungssystem.
Durch die Kombination von Kraft und Präzision werden innovative Lösungen möglich, die zu technologischen Entwicklungen beitragen und die Effizienz einer ganzen Reihe von Geräten verbessern, von Haustoren über medizinische Roboter bis hin zum Heben monströser Lasten in Bau und Industrie.
