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Die Vorteile elektrischer Linearantriebe gegenüber Hydraulik und Pneumatik

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Die Vorteile elektrischer Linearantriebe gegenüber Hydraulik und Pneumatik

Wo kann elektrische Linearantriebstechnik ihre Vorteile gegenüber hydraulischen und pneumatischen Antrieben ausspielen? Diese Frage hat die Redaktion unseres Schwestertitels elektro Automation, einer Fachzeitschrift für Komponenten und Systeme der elektrischen Automatisierungstechnik, fünf Experten gestellt. Befragt wurden Sandro Grimm, Branchenleiter Productronic bei der INA – Drives & Mechatronics GmbH & Co. oHG, Jochen Luik, Product Manager Drives bei der Festo AG & Co. KG, Edward Hopper, Geschäftsführer der Maccon GmbH, Heinz-Dietrich Stührenberg, Leiter Vertrieb Lineare Antriebe der Wittenstein Motion Control GmbH, sowie Michael Wiechert, General Manager Mo- tion & Control bei der Yaskawa Electric Europe GmbH.

Automationspraxis: Welche technischen Vorteile bietet die elektrische Linearantriebstechnik verglichen mit der Hydraulik und Pneumatik?

Grimm: Direktantriebe überzeugen durch Kompaktheit, einfaches Design und die vielfältigen Möglichkeiten der Systemintegration. Sie sind schnell und einfach in der Inbetriebnahme und erreichen höhere Endgeschwindigkeiten als herkömmliche Antriebe. Linearantriebe der Firma Idam laufen sehr zuverlässig, haben eine hohe Regeldynamik, sind im Hub unbegrenzt sowie frei steuer- und regelbar. Auf einer Achse können mehrere unabhängig voneinander steuerbare Schlitten integriert werden. Idam-Direktantriebe erfüllen höchste Anforderungen an Energieeffizienz, eignen sich unter anderem für Anwendungen in der Halbleiter- und Nahrungsmittelindustrie sowie für Bereiche mit Vakuumanforderungen und für Reinraumanwendungen.
Luik: Die elektrische Linearantriebstechnik erlaubt technisch gesehen eine einfachere Regelung der Prozessparameter Kraft, Position, Beschleunigung und Geschwindigkeit. In der Anwendung ist die Servopneumatik von Festo jedoch genauso einfach zu bedienen wie die elektrische Antriebstechnik, jedoch aufgrund der Kompressibilität der Luft mit Einschränkungen hinsichtlich der präzisen Regelung einzelner Parameter verbunden. Gegenüber konventionellen pneumatischen und elektrischen Antriebssystemen ist die elektrische Antriebstechnik immer mit einem Mehraufwand in Inbetriebnahme und Programmierung verbunden und hat außerdem unter dem Gesichtspunkt der Einstandskosten deutliche Nachteile zu verbuchen. Vorteilhaft für die elektrische Antriebstechnik ist zu sehen, dass Strom grundsätzlich überall vorhanden ist und Hydraulikaggregate und Druckluftnetze mit Investitions- und Wartungskosten verbunden sind. Von Seiten der Energieffizienz ist immer eine applikationsspezifische Beurteilung zu treffen. Diese ist abhängig von vielen Faktoren wie Fahrprofilen, der bewegten Masse, Antriebstechnologie sowie des Gesamtwirkungsgrads des eingesetzten Antriebssystems. Selbst innerhalb der elektrischen Linearantriebstechnik ergeben sich bei Zahnriemen, Zahnstange, Gleitspindel, Kugelspindel, Lineardirektantrieben erhebliche Unterschiede. In der Regel verfügt die elektrische Linearantriebstechnik über einen schnelleren Kraftaufbau, hat jedoch erhebliche Nachteile in der Energiedichte (F/kg).
Hopper: Der Linearmotor bietet Vorteile insbesondere bezüglich Dynamik und Genauigkeit sowie aufgrund der geringen mechanischen Abmessungen. Für den Anwender gibt es auch einen Vorteil, seine Anlage nur mit Strom versorgen zu müssen und nicht zusätzlich mit Luft. Hinzu kommt auch die Energiebetrachtung; obwohl Linearantriebe nicht unbedingt weniger Energie verbrauchen, benötigen sie sehr wohl weniger, wenn sie nichts tun. Je nach Anwendung sind elektrische Antriebe in der Summe erheblich sparsamer als luft- beziehungsweise hydraulischbetriebene.
Stührenberg: Der elektrische Linearantrieb lässt sich in aller Regel in Form eines einfachen geschlossenen PI-Ortsregelkreises voroptimiert realisieren, sodass er besonders seine Vorteile ausspielen kann, wenn unter anderem Forderungen nach Präzision, Dynamik, sanftes Inpositionlaufen, Energieeffizienz, stabiles Zwischenpositionieren ohne mechanischen Anschlag, exaktes Einhalten von programmierten Verfahrprofilen über Zeit unabhängig von wechselnden Lasten und Reibungen einzuhalten sind. Durch Voroptimierung und stabile Regelungscharakteristik lassen sich unschlagbar kurze Inbetriebnahmezeiten erreichen.
Wiechert: Bei hydraulischen und pneumatischen Stellantrieben wird elektrische Energie indirekt in mechanische Bewegung umgesetzt, was systembedingt einen niedrigen Wirkungsgrad zur Folge hat. Die eingesetzten Verdichter (Kompressor oder Hydraulikpumpe) sind laut, benötigen relativ viel Stellfläche und erzeugen Abwärme. Beide Systeme sind recht wartungsintensiv. Ihre Regelbarkeit und die Regelgüte sind begrenzt. Zudem sind die Servoventile empfindlich und störanfällig. Leckage führt zu zusätzlichem Energieverlust. Speziell bei den hydraulischen Systemen besteht die Gefahr, dass Hydrauliköl austritt und die Umwelt schädigt. All diese Nachteile haben elektrische Linearmotoren nicht.
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