Was ist ein Aktuator?
Abbildung 1: Mechanische (oben links), pneumatische (oben rechts) und elektrische (unten) Stellantriebe.
Ein Aktuator ist ein Gerät, das eine Energiezufuhr empfängt und sie in eine Bewegung oder Kraft umwandelt. Er ist eine wesentliche Komponente in vielen modernen Technologien und technischen Bereichen. Von der Robotik bis zu erneuerbaren Energien spielen Aktuatoren eine entscheidende Rolle bei der Steuerung und Automatisierung verschiedener Prozesse und Systeme. Es gibt sie in vielen verschiedenen Formen und Arten, jede mit einzigartigen Fähigkeiten und Einsatzmöglichkeiten, z. B. ein Handrad (Abbildung 1 oben), einen einfachen Pneumatikzylinder (Abbildung 1 Mitte) oder einen komplexen Elektromotor (Abbildung 1 unten).
Inhaltsübersicht
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Verschiedene Arten von Aktuatoren
Stellantriebe gibt es in verschiedenen Formen, und jeder Typ erfüllt je nach Anwendung einen bestimmten Zweck. Es gibt zwei Hauptkategorien von Aktoren: die Art der Bewegung und die Energiequelle.
Art der Bewegung des Stellantriebs
Aktuatoren können nach ihrer Bewegungsart, entweder linear oder rotierend, eingeteilt werden. Linearaktuatoren erzeugen eine lineare Bewegung auf einer geraden Linie, während Drehaktuatoren eine Drehbewegung auf einer Kreisbahn erzeugen.
Linearantriebe
- Linearaktuatoren bewegen Objekte entlang einer geraden Linie und verwenden einen Riemen und eine Riemenscheibe, eine Zahnstange und ein Ritzel oder eine Kugelumlaufspindel, um die Rotation eines Elektromotors in eine lineare Bewegung umzuwandeln.
- Linearaktuatoren stoppen in einem festen linearen Abstand und sind bekannt für ihre hohe Wiederhol- und Positioniergenauigkeit, ihre einfache Installation und Bedienung, ihren geringen Wartungsaufwand und ihre Fähigkeit, rauen Umgebungen zu widerstehen.
- Diese Aktuatoren werden häufig in der Lebensmittelverarbeitung, der Automobilindustrie, der Materialhandhabung und anderen Bereichen für Aufgaben wie Schieben, Ziehen, Heben und Positionieren eingesetzt.
Drehantriebe
- Drehantriebe wandeln Energie über eine Welle in eine Drehbewegung um, um die Geschwindigkeit, Position und Rotation von Geräten zu steuern.
- Diese Antriebe haben einen Motor mit kontinuierlicher Drehbewegung und sind vielseitig einsetzbar.
- Ein Elektromotor ist ein Drehantrieb, der durch ein elektrisches Signal angetrieben wird. Sie verfügen über ein hohes Drehmoment, ein konstantes Drehmoment bei vollem Drehwinkel, Kompatibilität mit verschiedenen Durchmessern, spielfreie Hohlwellen, doppelte Leistung, geringen Wartungsaufwand und können jeden beliebigen Drehgrad erreichen.
- Drehantriebe werden in medizinischen Geräten, Radar- und Überwachungssystemen, in der Robotik, in Flugsimulatoren, in der Halbleiterindustrie, im Sondermaschinenbau und in der Verteidigung eingesetzt.
Stromquellen für Stellantriebe
Abbildung 2: Ein pneumatischer Drehantrieb
Es gibt verschiedene Arten von Aktuatoren, darunter pneumatische, hydraulische, elektrische, magnetische und thermische sowie mechanische Aktuatoren, die alle ihre eigenen Vor- und Nachteile haben. Welcher Aktuator in einer Anwendung zum Einsatz kommt, hängt von den spezifischen Anforderungen dieser Anwendung ab, z. B. von der erforderlichen Kraft, der Reaktionszeit und der Haltbarkeit.
- Pneumatische Antriebe: Pneumatische Aktuatoren (Abbildung 2) verwenden Druckluft zur Erzeugung von Bewegung. Sie können für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden, z. B. zum Bewegen von Maschinenteilen oder zum Steuern von Ventilstellungen. Sie werden häufig für Anwendungen bevorzugt, die hohe Kräfte, schnelle Reaktionszeiten oder explosionsgeschützte Umgebungen erfordern.
- Hydraulische Stellantriebe: Hydraulische Aktuatoren verwenden Flüssigkeitsdruck zur Erzeugung von Bewegung. Sie werden häufig für Schwerlastanwendungen wie Baumaschinen, Fertigungsmaschinen und Industrieroboter eingesetzt. Hydraulische Stellantriebe bieten ein hohes Maß an Kraft, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.
- Elektrische Antriebe: Elektrische Aktuatoren (Abbildung 3) nutzen elektrische Energie zur Erzeugung von Bewegung. Sie können von Wechsel- oder Gleichstrommotoren angetrieben werden und werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine präzise Steuerung, geringe Geräuschentwicklung und geringen Wartungsaufwand erfordern. Elektrische Stellantriebe werden häufig in Automatisierungssystemen, medizinischen Geräten und Laborausrüstungen eingesetzt.
- Magnetische und thermische Stellantriebe: Magnetische und thermische Aktuatoren sind zwei Arten von Aktuatoren, die magnetische bzw. Temperaturänderungen zur Erzeugung von Bewegung nutzen. Magnetische Aktoren nutzen Magnetfelder zur Krafterzeugung. Thermische Stellantriebe nutzen die Ausdehnung oder Kontraktion von Materialien als Reaktion auf Temperaturänderungen. Beide Aktoren werden häufig in mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) und anderen miniaturisierten Anwendungen eingesetzt.
- Mechanische Antriebe: Mechanische Aktoren verwenden physikalische Mechanismen wie Hebel, Zahnräder oder Nocken, um Bewegungen zu erzeugen. Mechanische Stellantriebe werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen niedrige Kosten, einfache Bedienung und Langlebigkeit wichtig sind. Beispiele sind Handkurbelmaschinen, manuelle Ventilsysteme und mechanische Schlösser.
Abbildung 3: Ein elektrischer Antrieb
Anwendungen von Aktoren
Stellantriebe werden in der modernen Welt in Maschinen, Automobilen und in der Automatisierungstechnik vielfältig eingesetzt. Die folgende Tabelle beschreibt gängige Anwendungen, für diese Anwendungen geeignete Geräte und Aktoren, die die Geräte mit Strom versorgen.
Tabelle 1: Anwendungen, Geräte und Aktoren.
Anmeldung | Gerät | Aktuator Typ |
Automatisierte Kontrolle des Flüssigkeitsdurchflusses in Rohrleitungen und Prozesssystemen | Regelventil, Durchflussmesser | Linear, rotierend (hydraulisch, elektrisch) |
Einstellung von Industriearmaturen, Positionierung von Maschinenkomponenten | Kugelhahn, Magnetventil, Servomotor | Rotierend (hydraulisch, elektrisch) |
Graben, Planieren und Ausheben im Baugewerbe und im Bergbau | Bagger, Tieflöffel | Linear, rotierend (hydraulisch) |
Herstellung von Metallteilen, Kunststoffspritzguss und Schmiedearbeiten | Hydraulische Presse, CNC-Maschine, Schmiedehammer | Rotierend (hydraulisch, elektrisch) |
Antrieb von Werkzeugmaschinen, Robotern und Fördersystemen | Elektromotor, Roboterarm, Förderband | Linear, rotierend (elektrisch, hydraulisch) |
Positionierung von Maschinenkomponenten in automatisierten Produktionssystemen | Linearaktuator, Servomotor, Greifer | Linear, rotierend (elektrisch, hydraulisch) |
Regulierung des Kraftstoff- und Luftstroms in Verbrennungsmotoren | Drosselklappe, Einspritzdüse | Rotierend (mechanisch, elektrisch) |
Regulierung der Drehzahl von Dampf- oder Gasturbinen in Kraftwerken | Turbinenregler, Ventil | Rotierend (elektrisch, hydraulisch, thermisch) |
Einfache Maschinensteuerung in mechanischen Systemen, wie z. B. Türöffner | Mechanischer Hebel, elektrischer Schalter | Linear, rotierend (mechanisch, elektrisch) |
Kraftübertragung in Maschinen, z. B. in Förderanlagen und Zahnradpumpen | Getriebe, Zahnradpumpe, Hydraulikmotor | Linear, rotierend (hydraulisch, mechanisch, elektrisch) |
FAQs
Welche Rolle spielt ein Aktor in einem System?
Aktuatoren wandeln Energie in Arbeit um, indem sie auf ein Steuersignal reagieren. Dies führt zu einer Bewegung.
Was kann zu einem vorzeitigen Ausfall von Aktuatoren führen?
Typischerweise fallen Aktuatoren aufgrund von Anwendungsfehlern wie übermäßiger Belastung, schlechter Befestigung, falscher Verdrahtung und zu hoher Einschaltdauer aus. Solche Probleme können durch eine gründliche Systemüberprüfung und regelmäßige Wartung vermieden werden.
Können Stellantriebe repariert werden?
Ausfälle von Stellantrieben sind häufig auf unsachgemäßen Gebrauch zurückzuführen, wie z. B. übermäßige Belastung, unsachgemäße Montage, falsche Verkabelung oder Überschreitung der empfohlenen Einschaltdauer.
Wie prüft man, ob ein Stellantrieb funktioniert?
Schließen Sie ein Multimeter in Reihe mit einem Ende der Antriebsleitungen an. Beobachten Sie die Ampere-Anzeigen beim Ein- und Ausfahren der Stange. Die Messwerte zeigen die erforderliche Leistung für die Stromaufnahme an.
Was ist ein Ventilantrieb?
Das Öffnen und Schließen des Ventils wird durch einen Ventilantrieb gesteuert.