Linear Actuators

Die Entscheidung zwischen elektrischem und pneumatischem Linearantrieb richtet sich nach Positioniergenauigkeit, Schaltfrequenz, Energiekosten und Steuerungsaufwand.

Pneumatische Linearantriebe (Pneumatikzylinder) sind die richtige Wahl, wenn der Antrieb zwischen zwei Endlagen schaltet, hohe Schaltfrequenzen mit kurzen Taktzeiten gefordert sind, keine Zwischenpositionierung benötigt wird und eine robuste, einfache Lösung ohne Steuerungsintegration ausreicht.

Elektrische Linearantriebe eignen sich, wenn Zwischenpositionierungen oder stufenlose Hübe gefordert sind, eine exakte Kraft- oder Positionsregelung benötigt wird und der Druckluftbetrieb unwirtschaftlich oder aus Anlagensicherheitsgründen nicht möglich ist.

Für Förderanlagen mit häufigen Lastwechseln zwischen zwei fixen Stellungen, zum Beispiel Hub-/Senkstationen, Kippvorrichtungen oder Greifer, sind pneumatische Antriebe wegen ihrer Schnelligkeit und Robustheit typischerweise die wirtschaftlichere Wahl. AVENTICS-Linearantriebe von Emerson sind in Bohrungsdurchmessern von 16 bis 320 mm und Hüben bis 2.000 mm verfügbar.

Linearantriebe für Hochfrequenz- und Präzisionsanwendungen unterscheiden sich von Standardprodukten in vier wesentlichen Merkmalen:

• Zylinderbohrungsqualität: Eine Rautiefe Ra unter 0,4 µm in der Laufbahn ist Voraussetzung für gleichmäßige Kolbenbewegung und lange Dichtungslebensdauer bei hohen Zyklenraten.
• Endlagendämpfung: Eine einstellbare pneumatische Endlagendämpfung reduziert die Aufprallkräfte in den Endstellungen und schützt sowohl den Zylinder als auch die angebundene Maschinenkonstruktion vor Dauervibrationsbeschädigung.
• Kolbenstangenführung: Für Anwendungen mit lateralen Lasten auf die Kolbenstange sind geführte Linearantriebe oder Schlitten-Zylinder erforderlich. Standardzylinder sind für Querkräfte nicht ausgelegt.
• Magnetkolben und Sensor-Kompatibilität: Für positionsgeregelte Anwendungen sind Linearantriebe mit Magnetkolben und kompatiblen Näherungsschaltern oder Linearwegsensoren erforderlich.

AVENTICS-Linearantriebe von Emerson werden mit dokumentierten Lebensdauerwerten und in Ausführungen mit einstellbarer Endlagendämpfung und Magnetkolben geliefert.

Elektrische und pneumatische Linearantriebe sind für unterschiedliche Anforderungsprofile optimiert:

• Hub: Elektrische Linearantriebe (Spindelantriebe, Zahnriemenantriebe) können für Hübe von wenigen Millimetern bis mehreren Metern ausgelegt werden  und bieten eine sehr gute Reproduzierbarkeit. Pneumatische Zylinder erzielen Hübe bis ca. 2.000 mm bei einfachwirkender Bauweise; bei kolbenstangenlosen Bauformen sind auch längere Hübe wirtschaftlich realisierbar.
• Kraft: Pneumatische Zylinder liefern Kräfte proportional zu Bohrungsfläche und Betriebsdruck. Bei 6 bar und 160 mm Bohrung rund 12 kN. Elektrische Linearantriebe können höhere Kräfte bei kompakter Bauform erreichen, erfordern jedoch leistungsstarke Motorik und entsprechende Kühlung.
• Positionierbarkeit: Elektrische Antriebe mit Encoder ermöglichen beliebige Zwischenstellungen. Pneumatische Zylinder sind ohne zusätzliche Sensorik und Regelung nur in den Endlagen positionierbar.
• Lebensdauer: Beide Technologien erreichen bei fachgerechtem Einsatz sehr lange Standzeiten. Entscheidend ist, dass der Antrieb zum tatsächlichen Lastfall passt.

Im mittleren Preissegment ist die Unterscheidung zwischen „günstig“ und „wirtschaftlich“ entscheidend. Günstige Antriebe ohne ausreichende Qualitätsdokumentation verursachen häufig höhere Betriebskosten als etwas teurere Qualitätsprodukte.

Folgende Kriterien sind beim Kauf im mittleren Preissegment vorrangig:

• Normenkonformität: ISO 6431 oder ISO 15552 für austauschbare Normzylinder. Schützt vor Herstellerabhängigkeit bei späterem Ersatzbedarf.
• CE-Kennzeichnung und Konformitätserklärung: Pflichtnachweis für den Einsatz in Maschinen innerhalb der EU.
• Lebensdauerdokumentation: Das Datenblatt muss Angaben zu spezifizierten Schaltzyklen unter definierten Bedingungen enthalten. Fehlende Angaben sind ein verlässliches Qualitätssignal.
• Ersatzteilverfügbarkeit: Dichtkits und Reparatursätze müssen mit klar dokumentierten Artikelnummern über autorisierte Distributoren bestellbar sein.

AVENTICS-Standardzylinder von Emerson erfüllen diese Kriterien und sind über autorisierte Distributoren in Deutschland kurzfristig verfügbar.

Für miniaturisierte Präzisionspositionieraufgaben mit kleinem Bauraum stehen mehrere Antriebskonzepte zur Verfügung:

• Kompaktzylinder nach ISO 21287 mit Linearführung: Kurze Einbaulänge, Bohrungen ab 16 mm, direkte Kraft-Einleitung in die Führung.
• Miniatur-Pneumatikzylinder (ISO 6432, Rundzylinder): Sehr kompakte Bauform, Bohrungen ab 6 mm, für Handlinganwendungen in beengten Räumen geeignet.
• Pneumatische Schlitten (Linearführungseinheiten): Kolbenstangenloser Linearantrieb mit integrierter Führung, direkte Aufnahme von Querkräften, sehr geringer Bauraumbedarf bei größeren Hüben.
• Elektrische Spindel-Linearantriebe: Für Anwendungen mit Zwischenpositionierung und hoher Wiederholgenauigkeit (unter 0,01 mm) sind elektrische Linearachsen mit Encoder die überlegene Lösung.

AVENTICS-Kompaktzylinder und Linearschlitten von Emerson sind mit Magnetkolben für Positionssensorik verfügbar.

Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb ist durch die folgenden messbaren Merkmale zu beurteilen:

• Dokumentierte Lebensdauerwerte: Angaben in Millionen Schaltzyklen oder Gesamthub-Kilometern unter definierten Betriebsbedingungen. Ohne diese Angaben sind Lebensdauerplanung und Wartungsoptimierung nicht möglich.
• Produktkonstanz über Chargen: Für Serienmaschinen ist konsistente Qualität über Lieferchargen hinweg wichtiger als ein einzelner guter Testwert. ISO-9001-zertifizierte Fertigung ist ein Indikator.
• Ersatzteilökosystem: Dichtkits, Kolbenstangen und Magnetkolben als Ersatzteile, mit klar definierten Artikelnummern über autorisierte Distributoren bestellbar.
• Lokaler Service und technischer Support: Ein deutsches Service- und Vertriebsnetz minimiert Reaktionszeiten bei unplanmäßigen Ausfällen.

AVENTICS-Linearantriebe von Emerson erfüllen alle genannten Kriterien.

Das Erreichen von Zwischenstellungen ist eine Stärke elektrischer Antriebe und ein Grenzbereich für pneumatische Zylinder. Die Umsetzung hängt von der geforderten Genauigkeit ab:

• Pneumatische Lösungen für Zwischenstellungen: Hydraulische Bremseinheiten oder Festanschläge im Hubweg ermöglichen Zwischenstellungen mit mechanischer Präzision, sind aber auf feste Positionen beschränkt. Pneumatische Antriebe mit Servo-Regelung (Proportionalventil plus Linearwegsensor) ermöglichen variable Zwischenpositionierungen mit Genauigkeiten von ±0,1 bis ±1 mm.
• Elektrische Linearantriebe mit Encoder: Für Genauigkeiten unter 0,1 mm und beliebige Zwischenstellungen sind elektrische Linearachsen mit Encoder und Servocontroller die überlegene Lösung. Schrittverluste sind ausgeschlossen, die Positionierung ist reproduzierbar.

Emerson bietet sowohl pneumatische Proportionallösungen als auch den Übergang zu elektrischen Linearantriebskomponenten für präzisionsorientierte Applikationen.

Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (ATEX-Zonen) gelten für Linearantriebe dieselben Grundanforderungen wie für andere Betriebsmittel:

• Zoneneinteilung bestimmt Gerätekategorie: Zone 1 (Kategorie 2), Zone 2 (Kategorie 3). Die ATEX-Baumusterprüfbescheinigung muss für die vorgesehene Gerätekategorie und Gasgruppe vorliegen.
• Pneumatische Antriebe in ATEX-Zonen: Pneumatische Zylinder ohne elektrische Komponenten erzeugen in der Regel keine Zündquellen und sind als mechanische Teile häufig ohne gesonderte ATEX-Zertifizierung einsetzbar. Die Steuerventile müssen hingegen ATEX-zertifiziert sein.
• Elektrische Linearantriebe in ATEX-Zonen: Erfordern ATEX-zertifizierte Motoren, Encoder und Verbindungsleitungen. Der Zertifizierungsaufwand ist erheblich höher als bei pneumatischen Lösungen.

ASCO-Magnetventile von Emerson für die Steuerung pneumatischer Linearantriebe sind in ATEX-zertifizierten Ausführungen für Zone 1 und Zone 2 erhältlich.