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Ein elektrischer Linearantrieb ist ein Gerät, das zur Umwandlung von elektrischer Energie in eine lineare Bewegung u. a. in der Automatisierungstechnik, Robotik und Industrie eingesetzt wird.
Was ist ein Linearantrieb?
Elektrische Linearantriebe sind mechanische Geräte, die elektrische Energie in eine lineare Bewegung innerhalb eines bestimmten Bereichs umwandeln können. Die Hauptfunktion von Linearantrieben besteht darin, ein Objekt in einer geraden Linie zu bewegen oder zu verschieben. Im Gegensatz zu pneumatischen und hydraulischen Antrieben wird die Bewegung nicht durch ein komprimiertes Medium (Luft oder Hydraulikflüssigkeit), sondern durch elektrische Energie erzeugt. Die Aktuatoren werden von einem Elektromotor angetrieben. Je nach Anwendung werden Schrittmotoren oder Servomotoren verwendet.
Die Geräte sind mit Sensoren und Controllern ausgestattet, die Daten über die aktuelle Position, Geschwindigkeit und Kraft des Antriebs liefern. Diese ermöglichen eine präzise Steuerung der Antriebsbewegung.
Wie funktioniert ein elektrischer Linearantrieb?
Damit der Linearantrieb in Betrieb genommen werden kann, muss der angeschlossene Elektromotor einen von der Steuerung gesendeten Aktivierungsbefehl erhalten. Die angetriebene Antriebseinheit erzeugt eine Rotationsbewegung mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Die Bewegung der Welle wird auf die Zugschraube übertragen, die ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt wird, die die Mutter in Bewegung setzt. Auf diese Weise wird eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umgewandelt.
Die Geschwindigkeit und die Richtung der linearen Bewegung werden durch den Controller gesteuert, der Informationen von den oben genannten Positionssensoren erhält. Zu den wichtigsten Vorteilen elektrischer Linearantrieben gehören eine hohe Präzision, wiederholbare Bewegungen und eine einfache Integration in eine Vielzahl von Anwendungen.
Konstruktion eines elektrischen Linearantriebs
Linearantriebe haben einen einfachen und daher zuverlässigen Aufbau. Ausgewählte Modelle sind für den Dauerbetrieb ausgelegt, dank minimaler Abnutzung während des Gebrauchs. Eine Schlüsselkomponente der Struktur ist der Propeller, der auch als Schiffsschraube bezeichnet wird. Dies ist nichts anderes als eine Welle mit einer Spiralnut. Diese Komponente wurde entwickelt, um die Drehbewegung des Elektromotors effektiv in eine lineare Bewegung des Aktuators umzuwandeln.
Die Antriebsschraube arbeitet mit der Mutter zusammen, einem weiteren wichtigen Konstruktionselement. Die Mutter bewegt sich entlang des rotierenden Bolzens. Das Material, aus dem die Mutter hergestellt wird, hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, u. a. in Bezug auf Betriebsgeschwindigkeiten und Belastungen.
Die nächsten Komponenten sind die Leiter und die Lager. Dies sind die Komponenten, die für die Stabilität und Leichtgängigkeit der Mutter auf dem Bolzen verantwortlich sind. Die Lager sind so konstruiert, dass sie die Reibung und damit den Verschleiß des Antriebs verringern. Diese Komponenten sind für einen langfristigen, zuverlässigen Betrieb unerlässlich. Zu den weiteren Komponenten gehören Positionssensoren und Steuergeräte, d. h. elektronische Geräte, die den Betrieb des Motors über die empfangenen Signale steuern.
Merkmale von Linearantrieben
Der Linearantrieb hat die Fähigkeit zur Selbstbremsung, wenn der Elektromotor nicht läuft. Im täglichen Gebrauch bedeutet dies, dass Sie den Kolben nicht ein- und ausschieben können. Der Antrieb hält das Gewicht auch dann, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird.
Linearantriebe werden für ihre hohe Effizienz und Leistung geschätzt. Im Vergleich zu hydraulischen und pneumatischen Modellen haben sie eine höhere Energieeffizienz. Das bedeutet, dass sie weniger Energie benötigen als hydraulische und pneumatische Geräte, um die gleiche Arbeit zu verrichten. Ein weiterer Vorteil ist der leise Betrieb, so dass die Aktuatoren erfolgreich in Umgebungen eingesetzt werden können, in denen ein bestimmter Geräuschpegel nicht überschritten werden darf. Der weit verbreitete Einsatz von elektrischen Linearantrieben ist unter anderem auf den geringen Wartungsaufwand zurückzuführen. Der Verzicht auf den Wechsel von Filtern und Hydraulikflüssigkeit senkt die Betriebskosten.
Andere Merkmale
Da keine Flüssigkeit auslaufen kann, gelten elektrische Aktuatoren als sicher in der Anwendung. Außerdem stellen sie keine potenzielle Gefahr für die Umwelt dar und sind gleichzeitig vielseitig einsetzbar. Sie können sowohl in kleinen Haushaltsgeräten als auch in leistungsstarken Industriemaschinen eingesetzt werden. Im Gegensatz zu hydraulischen Systemen sind sie einfach und schnell zu installieren. Die verschiedenen Stellantriebsmodelle unterscheiden sich u.a. in der Versorgungsspannung. Eine beträchtliche Gruppe sind Modelle, die mit 12 V DC betrieben werden. Es ist nicht schwer, Antriebe zu finden, die 24 V oder 36 V zum Betrieb benötigen.
Technische Daten für Linearantriebe
Es gibt keinen einheitlichen Linearantrieb, der in jedem System, jeder Maschine, jedem Gerät oder jedem Heimwerkerprojekt verwendet werden kann. Aktuatoren unterscheiden sich durch die technischen Parameter, die ihre Anwendung bestimmen. Eine davon ist die Nutzlast (Stärke). Dieser Wert bestimmt die maximale Kraft, die der Antrieb während des Betriebs erzeugen kann. Die Nutzlast wird von den Herstellern in der Regel in Kilogramm und in Newton angegeben.
Ein anderer Parameter ist der Hub also der Wirkungsbereich. Dieser Parameter bestimmt die Länge, bis zu der sich der Kolben des Aktuators bewegen kann. Neben der Länge ist auch die Geschwindigkeit der Bewegung wichtig. Der nächste Parameter bestimmt die Geschwindigkeit, mit der sich der Kolben bewegt. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Geschwindigkeit, desto geringer die Nutzlast. Bei Präzisionssystemen ist die Positionierungsgenauigkeit extrem wichtig. Dieser Parameter bestimmt die Präzision, mit der der Aktuator das Objekt an der programmierten Stelle platzieren kann. Weitere Parameter sind der Betriebstemperaturbereich, die Einschaltdauer, die Wiederholbarkeit und die IP-Schutzklasse.
Anwendung von Linearantrieben
Linearaktuatoren werden in der Industrie häufig zur präzisen Manipulation von Objekten eingesetzt. Darüber hinaus sind sie für die komplexen Bewegungen von Geräten und Maschinen verantwortlich. Die Antriebe werden auch in der Automobil-, Landwirtschafts- und Gartenindustrie verwendet. Darüber hinaus werden sie in Hausautomatisierungssystemen, in der Robotik und in manuellen Steuerungssystemen eingesetzt.
