Datum: 10 augustus 2017
De afgelopen 10 jaar heb ik in de aandrijfbranche gewerkt en heb ik bij mijn vorige werkgever reeds ervaring opgedaan met de vervanging van hydraulische cilinders door elektromechanische actuators bij bruggen en sluizen. Dit omdat de overheid overstapt op een milieuvriendelijkere en minder storingsgevoelige aandrijving die ook minder onderhoud vergt. Sinds enkele maanden werk ik bij ATB Automation met Exlar, waarmee ook op het gebied van de machinebouw de vraag naar een elektrische lineaire aandrijving ten opzichte van een hydraulische aandrijving toeneemt.
Wat biedt de beste oplossing voor uw behoeftes bij het vergelijken van elektrische rod-style actuators met hydraulische cilinders?
Hydrauliek wordt al tientallen jaren gebruikt. Echter vervangen vandaag de dag veel industrieën hun hydraulische cilinders met elektrische actuators. Lekkende en/of haperende ventielen, de hydrauliekolie op zichzelf, stroomverbruik, efficiëntie en nauwkeurigheid zijn slechts een paar redenen waarom engineers en bedrijven kiezen voor een elektrische lineaire aandrijving. Voordat u een bestaand systeem vervangt, zijn dit enkele van de vragen die u moet overwegen.
Keuze voor het type actuator
In de loop der jaren zijn bedrijven en processen steeds meer geautomatiseerd. Naarmate technologieën vooruit zijn gegaan, zijn er ook meer producten beschikbaar voor engineers waar ze uit kunnen kiezen bij hun ontwerpconcept. Als u kijkt naar zware actuatoren, dan zijn de twee belangrijkste technische oplossingen hydraulisch of elektrisch.
Hydraulische cilinders hebben in sommige gevallen voordelen. Ze hebben een hoge vermogensdichtheid (kracht), relatief lage aanschafkosten, matige tot hoge stijfheid, hogere snelheden en zijn een veelgebruikte lineaire oplossing. Hydrauliek kan echter minder voordelig zijn. Daarbij valt te denken aan gematigde nauwkeurigheid en herhaalnauwkeurigheid. Hydrauliek is ook veel complexer qua installatie en onderhoud van slangen, leidingwerk en ventielen die benodigd zijn. Dit resulteert in hoge installatiekosten, maar wel met lage energie-efficiëntie, grote milieueffecten (hydrauliekolie en hoger stroomverbruik). Dit zijn de gevallen waarin elektrische actuatoren meer voordeel bieden.
De Exlar elektrische actuators bieden een hoge snelheid en kracht, zijn flexibel en makkelijk programmeerbaar voor een scala aan lineaire oplossingen. Ze bieden een hoge nauwkeurigheid en herhaalnauwkeurigheid. Daarnaast zijn deze actuators efficiënt en eenvoudig te installeren. Ook hebben ze weinig onderhoud nodig en zijn ze milieuvriendelijk. Door geen hydraulisch systeem te gebruiken, kan de gebruiker olielekken elimineren, vervuiling verminderen en de veiligheid van de werknemers verbeteren. Elektrische actuators zijn een niet-giftige oplossing, welke noodzakelijk is in de voedingsindustrie. Andere milieuvoordelen van elektrische actuators omvatten hogere energie-efficiëntie / lager energieverbruik; stillere werking / lagere geluidsniveaus; en bijna nul energieverbruik, wanneer het niet in gebruik is (hydraulische systeempompen die in de ruststanden werken, verbruiken aanzienlijk wat energie). Bovendien is er geen verwijdering van hydraulische vloeistoffen. Bij normaal onderhoud of reparatie van hydraulische cilinders moeten hydraulische vloeistoffen correct worden verwijderd.
Technologische ontwikkelingen
Elektrische actuators hebben niet dezelfde vermogensdichtheid als hydraulische cilinders, maar met de recente technologische ontwikkelingen komen elektromechanische actuators in een vergelijkbare constructie overeen met hydraulische krachtprestatie. Een van de voornaamste ontwikkelingen bij elektromechanische actuators is de koppeling van een rotatie servomotor gekoppeld aan een roterende-lineaire mechanische overbrenging, zoals een roller screw of kogelomloopspindel. Roller screws hebben op elkaar afgestemde planetaire moeren die langs een spindel draaien binnen een moerbehuizing, net zoals bij een planetaire vertragingskast. Ze bieden meer contactoppervlak dan een kogelomloopspindel of trapeziumspindel, hetgeen betekent dat de toegepaste kracht over een groter oppervlak wordt verdeeld, wat resulteert in een grotere krachtverdeling en een langere levensduur. De rollers verbinden de moer met de spindel, waardoor de gesynchroniseerde beweging zonder recirculatie wordt gecreëerd. Hierdoor zijn hogere rotatie- en lineaire snelheden mogelijk bij hogere krachten. Er is ook minder vibratie en geluid bij hogere snelheden door de afwezigheid van recirculerende kogels, zoals bij de kogelomloopspindel. De hoge belastingcapaciteit van de schroeven zorgt voor een kleiner, lichtgewicht pakket dan bij een kogelomloopspindel. De nieuwe modellen van elektrische actuators verbinden de roller screw en de servomotor in een unit. De integratie van de motor zorgt voor een kleiner formaat en vermindert het aantal componenten. Direct starten van het roller screw mechanisme elimineert de terugslag door directe koppeling, hetgeen resulteert in een hogere dynamische respons en betere prestaties.
Door de selectie van servomotoren of borselloze motoren met feedback met een roller screw actuator resulteert dit in een hogere nauwkeurigheid en herhaalnauwkeurigheid. Traditionele elektrische actuators gebruiken enkele of driefase-inductiemotoren als elektrische aandrijving.
Het probleem met dit ontwerp is wanneer de actuator van richting moet veranderen of vaak moet starten en stoppen, de werking beperkt is door de stijging van de motortemperatuur en daarom een beperkte levenscyclus heeft. Door gebruik te maken van een borstelloze DC motor of servomotor in combinatie met de roller scew actuator wordt deze beperking opgelost. De terugkoppeling via een (absoluut) encoder zorgt voor de zeer nauwkeurige controle van zowel de positie als de snelheid van de drijfstang van de actuator. Hierdoor kunt u ook twee of meerdere actuatoren synchroon aansturen door middel van een master-slave situatie.
Conversie naar elektrische aandrijving
Er zijn uitdagingen die ontstaan bij het converteren van hydraulische aandrijfsystemen naar elektrische. Als het systeem meer dan één hydraulische actuator heeft dan kan de aanpak van een tussentijdse omzetting een moeilijker proces zijn in vergelijking met het omzetten van alle machine assen tegelijkertijd. Als er lastige omstandigheden zijn dan moet je overwegen het bewegingsprofiel aan te passen om de impact van schokbelasting en hoge trillingen te verlichten. Om het goed van hydrauliek naar elektrisch om te zetten, is het nodig om te begrijpen hoe je de nieuwe actuator adequaat moet afmeten. Meet de werkelijke slaglengte en let op de montageconfiguraties. Een eenvoudige schatting van de kracht van het bestaande hydraulische systeem is het vermenigvuldigen van de zuigerdiameter met de pompdruk. Deze methode is echter uiterst conservatief en resulteert vaak in overdimensionering van de vervangende elektrische actuator.
Industrieën en toepassingen met behulp van elektrische actuators
Diverse industrieën gebruiken elektrische aandrijvingen voor hun productiesystemen. Bijvoorbeeld in de automotive industrie wordt met robot- en robot lasgereedschap, het persen van lagers en overige geautomatiseerde productiemethodes voordeel behaald door het gebruik van elektromechanische actuators. De toenemende vraag naar snelheid en herhaalnauwkeurigheid met minder downtime maakt elektrische bediening een goede keus.
Voedselverwerkingsapparatuur maakt gebruik van elektrische actuatoren voor volumetrische vulling, transporten en positionering van producten. Precisie en angst voor verontreiniging zorgen ervoor dat fabrikanten van voedselverwerking, farmaceutische producten en van medische apparatuur om willen schakelen. De olie- en gasindustrie gebruikt elektrische actuators om hydraulische en pneumatische aandrijvingen te vervangen door hun milieuvoordelen, flexibele en nauwkeurige controle. Zowel hydraulica als pneumatiek hebben lekkagegevaar, waardoor gevaarlijke omstandigheden ontstaan (dat wil zeggen vervuiling of ontvlambaar gas). Defensie maakt gebruik van elektrische aandrijving voor zijn dragers, deurluiken en ammunitiebehandeling door zijn schone, robuuste, langdurige en onderhoudsvrije prestaties voor missie-kritieke toepassingen. Elektrische actuatoren geven steeds meer een effectieve en volledige controle over de beweging.
Het besluit nemen om over te stappen naar een systeem van hydraulisch naar elektrisch is geen makkelijke opgave. Het evalueren van uw systeem en wensen zijn de belangrijkste factoren bij het kiezen voor een elektrische of hydraulische aandrijving. Of u nu hogere efficiëntie of minder onderhoud nodig heeft, het is duidelijk dat, aangezien de technologie blijft ontwikkelen en de vraag ernaar blijft, elektrisch een rendabele en competitieve optie is bij het vervangen van hydraulische systemen voor de meeste toepassingen.
Wilt u advies of heeft u hulp nodig bij een selectie? Neem dan contact met mij op!
Wij leveren draaikranslagers, schudelementen, kettingspanners en riemspanners uit voorraad en we hebben tevens kegelwielkasten, servoreductoren en elektromechanische actuators in ons assortiment.
Hiernaast selecteren en bieden we de juiste componenten en systemen aan voor motion control oplossingen, zoals servomotorreductoren, lineaire servoactuators tot aan complete XYZ cartesische systemen.
NL
FR
EN
