Aktoren Die Alternative: Positionierzylinder elektrisch und direkt betreiben

ServoTubes als elektrische Alternative zu pneumatischen und elektromechanischen Aktoren besitzen in vielen Anwendungen bessere Leistungsmerkmale. Warum, das zeigt dieser Beitrag.

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Dynamische Bewegungsvorgänge in der Automation und Industrie werden häufig mit druckluftbetriebenen Zylindern realisiert. Auch genauere, lineare Positioniervorgänge lassen sich mit pneumatischen Zylindern und Servoventilen bewerkstelligen. Eine interessante Alternative, die nur die Steckdose zur Versorgung benötigt, ist der elektrische Servozylinder.

Der lineare Dunker-Servoaktor ist dem Prinzip nach ein zylindrischer Synchronmotor mit Permanentmagnet-Erregung. Er besteht aus einer mit Magneten bestückten und durch ein Edelstahlrohr geschützten Schubstange, dem Läufer, und einem 3-phasigen Spulenkörper, dem Stator bzw. Forcer. Im Stator sind Halleffekt-Sensoren integriert, die Lageinformationen über den Magneten kontaktfrei abtasten. Die Sensoren ermöglichen eine hochdynamische Rückführung und unterstützen damit eine Wiederholbarkeit der Positionierung bis zu 12 µm.

Zwischen der Innenseite des Forcers und der Außenfläche der Schubstange dient eine Kunststoff-Polymer-Schicht als lineare Reibführung und sichert einen hohen Schutzgrad und eine lange Lebensdauer ohne Schmierung.

Der große Vorteil dieser Aktoren liegt darin, dass sie frei steuer- und regelbar sind. ServoTubes bringen in vielen Anwendungen bessere Leistungsmerkmale als herkömmliche pneumatische sowie elektromechanische Aktoren, wie beispielsweise Spindel- oder Riemengetriebene Stellglieder (siehe Tabelle Bild 2). Zusätzlich bieten sie den Vorteil, dass nur eine Netzspannung von 120/240 VAC für ihre Versorgung benötigt wird. Sie werden von gewöhnlichen dreiphasigen Servoverstärkern angesteuert (wie der Copley-XENUS-Regler); es bedarf jedoch eines Sinus/Cosinus-Lagegebereinganges.

Varianten und Optionen des ServoTube-Motors

Obwohl es in diesem Beitrag in erster Linie um den ServoTube-Aktor mit integrierter Gleitführung geht, muss erwähnt werden, dass es auch eine Motorversion gibt. Wie vorhin festgehalten, handelt es sich um eine klassische Linearmotoranordnung, jedoch mit zylindrischem Querschnitt. Es ist daher genauso gut möglich diesen Aktor als Motor mit externer Führung und Lineargeber zu betreiben. Hierfür gibt es den ServoTube Motor ohne interne Gleitführung.

Der Motor besitzt gleichfalls einen internen Geber; es ist jedoch möglich, ein weitaus höher aufgelöstes Rückführsystem zusätzlich zu verwenden. Genauere und dynamischere Anwendungen lassen sich somit realisieren. Es gibt den ServoTube-Aktor in zwei Standard-Baugrößen. Die wichtigsten Serien sind hier die 3810er-Familie mit Querschnitt 65 mm x 60 mm und Spitzenkräften bis etwa 400 N sowie die 3810er-Familie mit Querschnitt 70 mm x 84 mm und Spitzenkräften bis rd. 1800 N.

Die runden Läufer sind in unterschiedlichen Längen bis zu max. 1,30 m erhältlich. Längere Hübe sind prinzipiell möglich, setzten aber eine getrennte Führung voraus. Beide Familien können hohe Stellgeschwindigkeiten bis zu 5 m/s und Beschleunigungen bis zu 10 bzw. 30 g erreichen. Dadurch können sie zuverlässig und dynamisch für genaue Positionierzyklen (bei 12 µm Wiederholgenauigkeit) bei gleichzeitig langer Einschaltdauer sorgen.

Ebenfalls erhältlich ist ein Edelstahl-Linearaktor, der ServoTube Hygienic. Seine Einsatzgebiete liegen insbesondere bei hohen Reinheitsanforderungen, wie sie in der Verpackungs-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie vorgefunden werden, wo die Verwendung herkömmlicher Linearsysteme nicht möglich ist.

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