Fachartikel - Elektrische Antriebe

Von Thomas Greif, senior technical support engineer mechatronics & network, SMC Italia

Stellen Sie sich vor, Sie haben gerade einen elektrischen Antrieb als Ihre bevorzugte Lösung für eine bestimmte Maschinenbewegung identifiziert. Großartig, oder? Ja, aber dann stehen Sie möglicherweise vor zu vielen Fragen und zu vielen Optionen, um die optimale elektrische Lösung auszuwählen. In diesem Artikel möchte ich – basierend auf unseren Gesprächen und der Unterstützung, die wir unseren Kunden bieten – auf die ersten Fragen eingehen, die helfen könnten, etwas Licht in diese Angelegenheit zu bringen.

Der einfach zu bedienende elektrische Antrieb der EQ-Serie von SMC – Erstaunlich einfach

Riemen- oder Kugelgewindetriebe?

Eine wichtige Überlegung ist die Wahl zwischen einem elektrischen Antrieb mit Riemen- oder Kugelgewindetrieb. Die Entscheidung hängt hauptsächlich von der jeweiligen Anwendung und den Systemanforderungen ab. Sofern die Maschine keinen außergewöhnlich langen Hub erfordert, profitieren die meisten Präzisionsbewegungssteuerungsanwendungen von einem Antrieb mit Kugelgewindetrieb. Diese Antriebe erreichen eine Wiederholgenauigkeit von ±0,01 mm, während riemengetriebene Typen möglicherweise nur ±0,08 mm erreichen.

Ein weiterer Grund ist die Sicherheit. Elektrische Aktuatoren mit Kugelgewindetrieb profitieren von der mechanischen Verbindung einer Kugelumlaufmutter. Aus technischer Sicht ist diese Konstruktion wesentlich robuster und damit sicherer, insbesondere bei vertikalen Anwendungen. Riemengetriebene Aktuatoren benötigen eine zusätzliche Sicherheitskomponente, die eine Bewegung der vertikalen Last verhindert, insbesondere bei einer Beschädigung des Riemens.

Ich weiß, was Sie denken: Sind Kugelgewindetriebe nicht langsamer? Technisch gesehen ja, die maximale Geschwindigkeit ist tatsächlich geringer als bei riemengetriebenen Antrieben. Bei einer Bewegung, die aus mindestens drei Phasen besteht (Beschleunigung, Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit und Verzögerung), ist es jedoch nicht immer möglich, dass ein riemengetriebener Aktuator seine maximale Geschwindigkeit erreicht. Für manche mag es überraschend sein, dass die Gesamtpositionierungszeit eines elektrischen Aktuators mit Kugelgewindetrieb oft gleich oder manchmal sogar kürzer ist als die eines riemengetriebenen Alternativprodukts, insbesondere bei Anwendungen mit kürzeren Hüben bis zu 800 mm.

Eine weitere Herausforderung sind Anwendungen mit hoher Belastung, bei denen der Riemenverschleiß eine regelmäßige Überprüfung und Nachspannung erfordert. Während dieses Vorgangs dehnt sich der Riemen wahrscheinlich, und bei Anwendungen mit präziser Positionierung müssen Sie alle gespeicherten Positionen erneut überprüfen und möglicherweise anpassen. Im Gegensatz dazu ist ein elektrischer Aktuator mit Kugelgewindetrieb wartungsfrei.

Drehzahl versus Geschwindigkeit

Ein weiteres Problem, das jedem erfahrenen Anbieter von elektrischen Aktuatoren bekannt ist, besteht darin, dass eine Vergrößerung des Hubs eines elektrischen Kugelgewindeaktuators dessen maximale Geschwindigkeit verringert, was auf konstruktive Einschränkungen zurückzuführen ist.

Hier spielen zwei Faktoren eine wichtige Rolle: die Drehzahl und die nicht abgestützte Länge der Spindel. Wenn wir den Hub über einen bestimmten Wert hinaus vergrößern, müssen wir die Drehzahl der Spindel verringern, um Resonanz zu vermeiden, wodurch sich die lineare Geschwindigkeit des Aktuators verringert.

Elektrischer Antrieb von SMC, großer Schiebertyp, Riemenantrieb – Serie LET-X11

Um die Leistungsanforderungen zu erfüllen, müssen für Kugelgewindetriebe unterschiedliche Gewindesteigungen verwendet werden. Und wenn eine Vergrößerung der Steigung nicht mehr ausreicht, benötigen Sie ein Antriebsmodell mit Zwischenstützen, die den Abstand zwischen Mutter und Lager verringern, um Resonanz zu vermeiden.

Schrittmotor oder Servomotor?

Ein weiteres häufiges Dilemma betrifft den Motor. Was ist besser: ein Schrittmotor oder ein AC-Servomotor? Auch hier zeigen das Know-how und die Fachkenntnisse der Lieferanten, dass die Wahl des Motors nicht immer einfach ist, da bestimmte Spezifikationen, persönliche Vorlieben und Kosten eine Rolle spielen.

Das Drehmoment ist ein häufiges Unterscheidungsmerkmal bei der Dimensionierung von Motoren. Dabei geht es nicht nur um das Nenndrehmoment, sondern auch um das Drehmoment in Bezug auf die Drehzahl des Motors. Während AC-Servomotoren das Nenndrehmoment über den gesamten Nenndrehzahlbereich, beispielsweise 3000 U/min, liefern können, liefern Schrittmotoren das maximale Drehmoment bei einer sehr reduzierten Drehzahl. Mit steigender Drehzahl nimmt das Drehmoment deutlich ab.

Kurz gesagt: Ein elektrischer Antrieb mit Schrittmotor kann Arbeiten bei niedrigen Geschwindigkeiten kompetent ausführen. Wenn jedoch eine höhere Dynamik erforderlich ist, ist ein AC-Servomotor vorzuziehen.

Austausch

Erfahrung und Wissen sind in After-Sales-Anwendungen gleichermaßen wichtig. Wir begegnen beispielsweise vielen Kunden, die einen nicht mehr lieferbaren Antrieb ersetzen möchten. Die Lösung für dieses Problem besteht darin, einen Lieferanten zu wählen, dessen Philosophie es ist, Produkte der neuen Generation zu entwickeln, die zu 100 % mit dem Vorgängermodell kompatibel sind. Die meisten Kunden stellen fest, dass der neue Antrieb zwar die gleichen Abmessungen hat, aber eine Reihe neuer Vorteile bietet, beispielsweise in Bezug auf Steuerung oder Sicherheit.

SMC-Schrittmotorsteuerung mit STO-Unterfunktion – Serie JXC#F

Mit 12.000 Basisprodukten und über 700.000 Varianten bietet SMC Lösungen für Luftaufbereitung, Ventile und Drosseln, Antriebe (pneumatisch und elektrisch), Verschraubungen und Schläuche sowie Vakuum- und Instrumentierungskomponenten, die praktisch jeden einzelnen Schritt im Automatisierungsprozess abdecken.