Umstellung von hydraulischen auf elektrische Stellantriebe

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elektrische Stellantriebe als Ersatz von hydraulischen Antrieben herunter

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Der Austausch von Hydraulikzylindern durch elektrische Stellantriebe hilft Ihnen, Kosten zu sparen und die Gesamtbetriebskosten zu senken

Hydraulikzylinder, die für ihre hohe Leistung bei günstigen Kosten bekannt sind, werden seit Jahrzehnten in der Fabrikautomatisierung und in spezialisierten Automatisierungssystemen umfangreich eingesetzt. Hydrauliksysteme zeichnen sich durch ihre Robustheit, einfache Implementierung und niedrige Kosten pro Krafteinheit aus.

Elektrische Stangenantriebe (Zylinder) verfügen ebenfalls über sehr hohe Kraftkapazitäten und bieten eine verbesserte Systemflexibilität, Präzision und Zuverlässigkeit. Diese Fortschritte bei elektrischen Stangenaktuatoren haben eine fortlaufende Debatte darüber ausgelöst, welche Technologie – Hydraulikzylinder oder elektrische Aktuatoren – die beste Gesamtlösung bietet. Laden Sie Tolomatics Dokument zu den Vor- und Nachteilen von elektrischen Aktuatoren im Vergleich zu Hydraulikzylindersystemen herunter.

Bestimmung der Gesamtbetriebskosten für elektrische Stellantriebe

Neben Verbesserungen bei der Bewegungssteuerung gibt es weitere Faktoren, die zu den Gesamtbetriebskosten beitragen. Wenn alle diese Faktoren über eine Realistische Lebensdauer des Systems betrachtet werden, weist das elektrische Antriebssystem in vielen Fällen niedrigere Gesamtbetriebskosten auf. Zu diesen Faktoren zählen:

• Systemkomponenten – Hydraulische Systeme erfordern mehr Komponenten, die beschafft und gewartet werden müssen.
• Stellfläche – Obwohl Hydraulikzylinder kompakt sind, ist die Gesamtstellfläche eines elektrischen Antriebssystems in der Regel viel kleiner, sofern man die Stellfläche des Hydraulikaggregats mit einbezieht, was ein kompakteres und effizienteres Maschinendesign ermöglicht.
• Lebensdauer – Die Lebensdauer elektrischer Aktuatoren kann mit einer L10-Berechnung und einer dynamischen Tragzahl abgeschätzt werden, während die Lebensdauer von Hydraulikzylindern extrem schwer vorherzusagen ist. Mit elektrischen Stellantrieben können Anwender die Lebensdauer ihres Systems besser berechnen und einen Stellantrieb auswählen, der ihren Anforderungen entspricht. Infografik „Berechnung der Gesamtbetriebskosten“ herunterladen..
• Wirkungsgrad – Der Wirkungsgrad elektrischer Stellantriebe liegt in der Regel im Bereich von 75-80 %, während hydraulische Systeme in der Regel einen Wirkungsgrad von 40-55 % erreichen.
• Verbrauchskosten – Aufgrund der Effizienz können hydraulische Aktuatoren jährlich das 2-3fache an Strom verbrauchen. Laden Sie die Infografik “Elektrische vs. Servohydraulische vs. Hydraulische Aktuatoren” herunter.
• Wartung – Wenn Sie ein hydraulisches Zylindersystem durch elektrische Aktuatoren ersetzen, müssen Sie sich um wesentlich weniger Wartungsarbeiten kümmern – insbesondere im Hinblick auf Dichtungen. Aufgrund von Verschleiß, Temperatur und anderen Faktoren nimmt die Integrität der Dichtungen ab und damit auch die Leistung.
• Temperatur – Mit Hoch-/Tieftemperaturfett können elektrische Stellantriebe bei extremen Temperaturen mit minimalen Auswirkungen auf die Leistung betrieben werden.
• Lecks und Umweltprobleme – Es ist nur eine Frage der Zeit, bis Hydrauliksysteme undicht werden. Leckagen können nicht nur ein Sicherheitsrisiko darstellen, sondern auch zu zahlreichen Umweltproblemen beitragen.
• Datenerfassung – Servosysteme mit elektrischen Stellantrieben liefern dem Steuersystem jederzeit Positions-, Geschwindigkeits- und Kraft-/Drehmomentdaten und ermöglichen eine bessere Prozessüberwachung
• Andere Faktoren – Lärm, Stoßbelastungen, Seitenlasten

Berechnung des Kraftbedarfs zur Dimensionierung elektrischer Aktuatoren

Wenn die Entscheidung für eine Umstellung von hydraulischen Zylindersystemen auf elektrische Antriebe gefallen ist, besteht der größte und kostspieligste Fehler, den Maschinenkonstrukteure machen können darin, eine zu vereinfachte Kraftberechnung vorzunehmen, bei der der Druck mit der Fläche der Bohrung multipliziert wird.

Kraft = Fläche x Druck

Da es sich bei Hydrauliksystemen um Hochdrucksysteme handelt (in der Regel über 2000 psi bzw. 140 bar), können sie theoretisch sehr hohe Kräfte erreichen, werden aber in der Praxis in der Regel nicht in der Nähe ihrer Spitzenkraft eingesetzt. Außerdem erfordern die Aufgaben, die von Hydraulikzylindern ausgeführt werden, in der Regel nicht die volle Kraft über den gesamten Hub. In den meisten Fällen ändert sich das Kraftprofil über die Länge des Hubs. Bei einer Pressanwendung kann es zum Beispiel vorkommen, dass nur für einen sehr kleinen Teil des Hubs hohe Kräfte erforderlich sind und der Zylinder während des An- und Abfahrvorgangs praktisch unbelastet ist. Aus diesen Gründen ist es wichtig, etwas Zeit in Druckmessungen am Zylinder oder Ventil zu investieren, um die tatsächlichen Anwendungskräfte besser zu bestimmen. Dieses Verfahren ist relativ einfach und Tolomatic bietet eine leicht verständliche Anleitung zur Durchführung von Druckmessungen in einem Hydraulikzylindersystem.

Neben der Kraft müssen elektrische Aktuatoren auch die Geschwindigkeit und den Arbeitszyklus der Anwendung kennen, um die Anwendung richtig dimensionieren zu können. Sehen Sie sich das Video (oben) über die Umrüstung von Hydraulikzylindern auf elektrische Antriebe an. Auch hier handelt es sich um ein einfaches Verfahren, das mit leicht verfügbaren Hilfsmitteln wie einem Smartphone und einem Lineal Durchgeführt werden kann. Nehmen Sie ein Video des Bewegungszyklus mit Zeitstempeln auf und messen Sie die Abstände. Kombinieren Sie dies mit den Druckmessungen, um die Kraft abzuschätzen, und Sie haben alles, was Sie für die Dimensionierung einer elektrischen Antriebsalternative benötigen.

Entwicklung eines elektrischen Antriebssystems

Nachdem die richtigen Messungen vorgenommen wurden, kann der Antrieb dimensioniert werden. Um dies zu vereinfachen, bietet Tolomatic eine Software zur Online-Dimensionierung an, mit der Sie die Bewegungs- und Kraftdaten eingeben können, um den richtigen elektrischen Aktuator für Ihre Anwendung auszuwählen. Es müssen Entscheidungen über das Getriebe (Übersetzungsverhältnis), die Motorgröße (Drehmoment vs. Geschwindigkeit), die Art des Gewindetriebs (Kugel- oder Rollengewindetrieb) und auch die Umgebung (Temperatur, Verunreinigungen, etc.), in der der Aktuator eingesetzt werden soll, getroffen werden. Wir haben ein hilfreiches Worksheet für den Austausch von Hydraulikzylindern, das bei diesem Prozess ebenfalls hilfreich sein kann.

Vorteile elektrischer Systeme

Tolomatic bietet die leistungsfähigste Produktlinie von elektrischen Stellantrieben für den industriellen Einsatz

Tolomatic bietet eine umfangreiche und kontinuierlich wachsende Produktlinie elektrischer Aktuatoren, die Kräfte von bis zu 222,4 kN abdecken. Dazu gehören Schutzarten (IP) Optionen, flexible Spindeltechnologien (Rollen- oder Kugelumlaufspindel), Edelstahl- und hygienische Optionen sowie kompakte, integrierte Servo-Aktuatoren. Dank Tolomatics sehr populärem ‘Your Motor Here’-Programm kann nahezu jeder Servomotor eines Drittanbieters an unsere Aktuatoren montiert werden.

RSX-Elektrohubzylinder für extreme Kräfte

Planetenrollengewindetrieb

Kräfte bis zu 294 kN

Flexible Motorbefestigung

RSA-HT Schwerlast-Elektrohubzylinder

Hinzufügen eines beliebigen Servomotors

Kräfte bis zu 58 kN

Kostengünstige Kugelgewindeoptionen

ServoWeld® Widerstandspunktschweiß-Aktuatoren

Mehrere Ausführungen für verschiedene Schweißzangen

Mehr als 20 Millionen Schweißnähte

Hohe Qualität der Schweißnähte und Kraftwiederholgenauigkeit

IMA Integrierte Servomotor-Stellantriebe

Integrierte Servomotor-Konstruktion

Kräfte bis zu 30,6 kN

Kompatibel mit vielen Servoantrieben

IMA Linearaktuatoren in Lebensmittelqualität

Lebensmittelechte weiße Epoxidbeschichtung

Kräfte bis zu 30,6 kN

Schutzart IP67

RSH hygienische elektrische Spindel Aktuatoren

Konstruktion aus Edelstahl 316

Kräfte bis zu 35,3 kN

IP69k, Clean in Place (CIP)

Elektrifizierung von Aktuator Anwendungen

Die Elektrifizierung von Stellantrieben hat viele Vorteile, die in einer Vielzahl von Branchen Anwendung finden. Ihr reines Design bedeutet keine Öllecks, keine Verunreinigung des Werkstücks, kein Umweltrisiko und minimale Ausfallzeiten aufgrund von Wartungsarbeiten. Ihre Beständigkeit bedeutet wiederholbare Ergebnisse, die nicht von empfindlichen Hydraulikleitungen abhängig sind.

Wenn Sie Ihre Hydraulikzylinder durch elektrische Aktuatoren ersetzen, führt dies zu einer besseren Teilegenauigkeit und genaueren Füllzeiten.

Diese Ergebnisse können einer Reihe von Branchen zugute kommen, Einschließlich:

• Metallverarbeitung
  Die Kraftrückführung, die zum Ausgleich von Toleranzen bei der Wandstärke und der Schweißnahtposition verwendet wird, kann einem Maschinenkonstrukteur helfen, den Ausschuss bei Rohrschweißanwendungen um 80 Prozent zu reduzieren. Auch andere Metallverarbeitungsprozesse können von der Elektrifizierung profitieren. So konnte zum Beispiel mit einem elektrischen Linearantrieb RSX Extreme Force die Effizienz einer Radlagerpresse um 40 % gesteigert werden.
• Holzverarbeitung – Elektrische Stellantriebe sind eine robuste, langlebige Alternative zu hydraulischen Antrieben, die zur Positionierung von Maschinenwalzen auf Hobelmaschinen verwendet werden. Ein modifizierter Tolomatic RSA64 HT mit Rollengewindetrieben und IP67-Dichtungen half einem Hersteller, seine Effizienz zu verbessern und gleichzeitig seinen Aktuator vor Verunreinigungen während der Arbeit zu schützen.
• Kunststoffspritzguss – OEMs benötigen oft eine effizientere Steuerung für ihre Kunststoffspritzgussanwendungen. Wir haben pharmazeutischen und medizinischen OEMs mit aseptischen Kunststoffspritzgusslösungen geholfen, die sowohl besser passen als auch besser funktionieren als Hydrauliksysteme
• Reifenherstellung – Einige der wichtigsten Reifenhersteller schreiben derzeit die Umstellung von Hydraulik auf Elektrik vor. Für viele Hersteller ist es einfacher, dem Wandel voraus zu sein, als bei vielen Anwendungen wie Reifeninspektionen und Reifengeometrie hinter die Konkurrenz zufallen.
• Transportwesen – Tolomatic-Stellantriebe eignen sich hervorragend für Anwendungen mit hohen Arbeitszyklen, wie z. B. die Radsteuerung von Hochgeschwindigkeitszügen oder die Montage von Antriebssträngen. Die Elektrifizierung ist für diese Anwendungen besonders vorteilhaft, da sie eine höhere Teilequalität und eine gesteigerte Produktivität durch verkürzte Umrüstzeiten ermöglicht.
• Verteidigungs- und Sicherheitsbarrieren – Ein Tolomatic-Kunde benötigte Hilfe beim Heben und Senken einer Sicherheitsbarriere. Die hydraulischen Lösungen waren undicht, laut und unbeständig. Sie wurden durch einen elektrischen Aktuator ersetzt, der sowohl Geräusch- als auch Effizienzprobleme beseitigt und die Funktion der Schranke bei rauen Temperaturen erleichtert.
• Automobilindustrie – Die Elektrifizierung bietet Vorteile für die gesamte Automobilindustrie und ermöglicht eine höhere Effizienz bei Anwendungen wie Widerstandspunktschweißen im Karosseriebereich, Airbag-Entfaltung, Radlagerschweißen, Schweißen von Batterieträgern für Elektrofahrzeuge und mehr.
• Lebensmittelverarbeitung – Genauigkeit und hygienisches Design sind das A und O bei elektrischen Stellantrieben in der Lebensmittelverarbeitung – beim Sortieren von Rinderhälften, Schneiden von Käse und mehr.

Arbeitsblatt für den Austausch von Hydraulikzylindern durch elektrische Stangenaktuatoren

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