Linearaktuator

Was ist ein Linearaktuator?

Ein Linearaktuator ist ein Gerät, das Kraft in einer linearen Richtung erzeugt. Im Allgemeinen wird ein rotierender Motor mithilfe mechanischer Komponenten in eine lineare Bewegung umgewandelt. Andere Arten von Linearaktuatoren verwenden pneumatische oder hydraulische Zylinder, um lineare Kraft zu erzeugen. Sie werden als Antriebsquelle für eine Vielzahl von Bauteilen verwendet, die eine lineare Bewegung erfordern, z. B. Industriemaschinen und Computer. In jüngster Zeit werden Linearaktuatoren in Industriemaschinen und Messinstrumenten eingesetzt, wo aufgrund der höheren Leistung dieser Geräte eine hohe Geschwindigkeit und eine hohe Positionsgenauigkeit erforderlich sind.

Anwendungen für Linearaktuatoren

Linearaktuatoren werden in Bauteilen eingesetzt, die eine lineare Kraft benötigen, z. B. in Industrieanlagen, Automobilen und PC-Peripheriegeräten. Die folgenden Beispiele zeigen, wo Linearaktuatoren eingesetzt werden:

• Öffnen und Schließen von Türen in Baumaschinen usw.
  Linearaktuatoren werden zum Öffnen und Schließen von Türen an schweren Maschinen, wie z. B. Baumaschinen, und zum Einstellen des Winkels von montierten Objekten verwendet. In letzter Zeit wurden elektrische Stellantriebe eingeführt, die sich leicht in die Steuersysteme von Baumaschinen integrieren lassen.
• Drosselklappensteuerung von Motoren in Baumaschinen
  Drosselklappensteuerungen werden zur Steuerung der Drosselklappe von Motoren in Baumaschinen und anderen Geräten verwendet. Im Vergleich zur herkömmlichen Hydraulik ist der Linearantrieb kleiner und leichter.

Funktionsweise der Linearaktuatoren

Das Prinzip der Linearaktuatoren kann mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch sein. Jede dieser Methoden wird im Folgenden beschrieben:

• Mechanischer Typ
  Die Drehbewegung eines Schrittmotors wird mit einer Zahnstange und einem Ritzel, einer Kugelumlaufspindel, einer Gleitspindel usw. kombiniert, um eine lineare Bewegung und eine lineare Kraft zu erzeugen.
• Pneumatischer Typ
  Der Druck im Hohlzylinder wird durch eine Pumpe oder einen Kompressor erhöht, um den Kolben anzuheben oder abzusenken, und der Zylinder wird um die Kolbenachse bewegt, um eine lineare Kraft zu erzeugen.
• Hydraulischer Typ
  Der Aufbau ähnelt dem des pneumatischen Typs, jedoch wird der Hydraulikdruck zum Heben und Senken des Kolbens im Zylinder und zur Bewegung des Zylinders auf der Kolbenachse verwendet, um eine lineare Kraft zu erzeugen. Er wird bei höheren Drücken als die Pneumatik eingesetzt.
• Magnetisch (Linearmotoren)
  Erzeugt Linearkraft durch elektromagnetische Kraft. Die Struktur besteht aus einem Magneten und einer Spule. Wenn ein elektrischer Strom durch die Spule fließt, wird sie zu einem Elektromagneten, und die Abstoßungs- und Anziehungskräfte des Magneten erzeugen eine lineare Bewegung und Leistung.

Arten von Linearaktuatoren und ihre Verwendung

Die Art und Weise, wie Linearaktuatoren eingesetzt werden, ist je nach Typ (Aufbau) sehr unterschiedlich.

• Mechanischer Typ
  Da die Rotationsbewegung eines Schrittmotors mechanisch in eine lineare Bewegung umgewandelt wird, sind die Steuerungs- und Positionierungsmethoden ähnlich wie bei Schrittmotoren, und es wird ein Netzteil oder eine Steuerung für einen Schrittmotor verwendet.
  Die Anzahl der dem Motor zugeführten Impulse bestimmt zunächst den Drehwinkel des Motors. In Bezug auf den mechanischen Ursprung bestimmen der Durchmesser des Ritzels und die Anzahl der Zähne auf beiden Seiten im Falle eines Zahnstangen Mechanismus und die Steigung der Vorschubspindel im Falle eines Kugelumlaufspindel Mechanismus den Betrag der Bewegung pro Drehwinkel.
  Der Motor kann mit hoher Präzision angehalten werden, indem er in der Mitte des Verfahrbereichs gestoppt wird, und der Schrittmotor kann auch als Bremse verwendet werden, indem er mit Strom versorgt wird.

• Pneumatischer Typ
  Als Arbeitsmedium wird Druckluft verwendet, sodass ein Luftkompressor oder eine vorhandene Druckluftleitung erforderlich ist, und zur Steuerung werden Magnetventile und Geschwindigkeitsregler eingesetzt.
  Grundsätzlich befindet sich die Anschlagposition entweder in der vollständig ausgefahrenen oder in der vollständig eingefahrenen Position, und es ist schwierig, einen Anschlag in der Mitte zu steuern. Durch mechanisches Anschlagen des Anschlags kann jede beliebige Position als „Endpunkt“ eingestellt werden.
  Es gibt zwei Typen: doppeltwirkende Typen, die vorne und hinten je einen Rohranschluss haben und deren Position von der Seite gesteuert wird, die mit Druck beaufschlagt werden soll, und einfachwirkende Typen, die nur an einem Ende einen Anschluss haben und federbelastet in eine feste Position gebracht werden.

  Ist der Druckluftdruck zu hoch, kann der Zylinder schwergängig und gefährlich arbeiten.
  In solchen Fällen kann ein Geschwindigkeitsregler eingebaut werden, der die Betriebsgeschwindigkeit regelt, indem er die in den Zylinder strömende Luftmenge drosselt, um die richtige Betriebsgeschwindigkeit zu erreichen.
  Luft wird komprimiert, wenn sie unter Druck steht, sodass sie möglicherweise nicht die erwartete Kraft aufbringen kann, z. B. wenn eine große Last auf den Zylinder einwirkt, während es sich bei einem Flüssigkeitsleck um Luft handelt und daher weniger wahrscheinlich ist, dass die Umgebung verunreinigt wird, und die Flüssigkeit nach Gebrauch in die Luft abgegeben werden kann.

• Hydraulischer Typ
  Der pneumatische Typ verwendet Öl als Arbeitsmedium und wird eingesetzt, wenn ein höherer Druck, d. h. ein größerer Leistungsunterschied, erforderlich ist. Das Öl wird durch eine spezielle elektrische Pumpe unter Druck gesetzt.
  Das Funktionsprinzip ist dem des pneumatischen Typs ähnlich, sodass er ähnliche Eigenschaften aufweist, aber das Öl wird bei Druckbeaufschlagung nicht komprimiert, dadurch kann eine größere Differenzkraft erreicht werden.
  Da es sich bei der Arbeitsflüssigkeit um Öl handelt, kann es im Falle einer Leckage die Umgebung verschmutzen.

Steuerung von Linearaktuatoren

Bei mechanischen Linearaktuatoren auf Motorbasis wird die Position durch einen positionsanzeigenden Kontakteingang oder durch die Steuerung der Motordrehung geregelt.
Bei pneumatischen und hydraulischen Typen wird die Position durch Schalten von Druckluft- oder Hydraulikkreisen mit Hilfe von Ventilen oder Magnetventilen gesteuert.
Näherungsschalter und Potentiometer sind auch als eingebaute Sensoren für die Positionserfassung erhältlich, die bei Bedarf nachgerüstet werden können.