In Maschinen sowie anderen mechanischen Systemen müssen Maschinenelemente oft auch bewegt werden und sich präzise positionieren lassen. Als Bauteile der Antriebstechnik werden hierfür zum Beispiel pneumatische oder hydraulische Druckzylinder benutzt, in denen ein Kolben bewegt wird, der den Verstellvorgang der anzutreibenden Teile ausführt. Eine Alternative dazu sind Elektrozylinder, auch Elektro-Hubzylinder genannt, deren Installation und Betrieb in vielen Fällen vorteilhafter und problemloser ist.

Wissenswertes zu Elektrozylinder

Wie funktionieren Elektrozylinder?

Ein Elektrozylinder ist ein elektrischer Linearantrieb, der aus einer Gewindespindel besteht, die von einem Elektromotor angetrieben wird, entweder über ein Getriebe oder direkt von einem Schrittmotor.  Auf der Gewindespindel sitzt eine Mutter, die mit der rohrförmigen Schubstange verbunden ist. Dreht sich die Spindel, wird die Mutter und damit die Schubstange je nach Drehrichtung hinaus- oder hereingefahren. Begrenzt wird der Schubstangen-Fahrweg, der Hub, von an den Enden des Fahrweges integrierten Schaltern, mit denen der Motor geschaltet und eine Richtungsumkehrung ausgelöst wird. In manchen Elektrozylindern sind Hallsensoren oder Potenziometer integriert, mit denen sich die Lage der Schubstange erkennen lässt. Alternativ geben externe Schalter und/oder Sensoren, z. B. Wegaufnehmer, an der Schubstange oder den zu bewegenden Teilen der Steuerung des Antriebs die Rückmeldung, die zur gewünschten Positionierung erforderlich ist.

Ein wichtiger Vorteil des Elektrozylinders ist, dass diesem im Ruhezustand keine elektrische Energie zugeführt werden muss, weil es sich um einen selbsthemmenden Linearantrieb handelt.

Elektrozylinder, bei dem Motor, und Spindel komplett in einem Gehäuse untergebracht sind. (Bild: Festo)

Wofür werden Elektrozylinder gebraucht?

Weil Elektrozylinder außer einem Stromanschluss keine aufwändige Infrastruktur wie Hydraulik- oder Pressluft-Kompressoren sowie Druckleitungen und -schläuche benötigt, lassen diese sich nicht nur im industriellen Umfeld, auch für vielen andere Anwendungen benutzen. Aufgrund der kompakten Konstruktion lassen sie sich leicht und unkompliziert in Geräte und Maschinen integrieren. So sind elektromechanisch betriebene Zylinder nicht nur im Maschinenbau, sondern auch als Stellantrieb in Landmaschinen, medizinischen Geräten oder Produkten für den Home- oder Bürobereich zu finden. Beispiele für typische Anwendungen sind Systeme für die Positionierung und Handling innerhalb einer Maschine oder als Antrieb zum Verstellen von Betten im Klinik- und Pflegebereich sowie die ferngesteuerte Verstellmöglichkeit von Beamern, die an der Raumdecke eines Konferenzraums montiert sind.

Wie sind Elektrozylinder spezifiziert?

Elektrischer Zylinder, bei dem der Antriebsmotor seitlich angebracht ist. (Bild: Drive SystemEurope Ltd.)

Wichtigste technische Daten von Elektrozylindern sind der Hubweg und die Zug- und Druckkraft, die die Schubstange ausüben kann. Letztere werden in N (Newton) angegeben. Weil diese Eigenschaften von den jeweiligen Anforderungen des konstruktiven Umfeldes abhängen, gibt es ein breites Spektrum an verschiedenen Ausführungen. In vielen Fällen ist auch die Geschwindigkeit entscheidend, mit der sich die Schubstange ein- und ausfahren lässt. Diese wird in mm/s bzw. bei schnellen Elektrozylindern in m/s angegeben. Darüber hinaus wird auch noch die Aufnahme elektrischer Leistung in Form von Nennspannung und Betriebsstrom in den Datenblättern spezifiziert. Die Ansteuerung der angebotenen Elektrozylinder erfolgt vornehmlich mit niedrigen Gleichspannungen im Bereich von unter 30 Volt. Die Datenblätter spezifizieren darüber hinaus den Temperaturbereich der Umgebung, in denen ein Elektrozylinder betrieben werden darf.

Was ist bei der Auswahl und beim Betrieb von Elektrozylindern zu beachten?

Die Konstruktion der Maschine oder des Gerätes, in das der Elektrozylinder eingebaut werden soll, gibt dessen mechanische Abmessungen vor. Weil diese kompakte Maße aufweisen, muss für deren Einbau relativ wenig Raum vorgesehen werden. Bei manchen Elektrozylindern ist der Motor in einer Reihe mit der Spindel angeordnet, bei anderen seitlich, was in einer kürzeren Bauform resultiert. Entscheidend für die Auswahl des Materials, aus denen der Elektrozylinder besteht, ist das Umfeld, in denen dieser betrieben wird. Bei Standardversionen können Schubstange aus Aluminium und das Gehäuse aus einer Zinklegierung sein. Für Umgebungen, in denen es aggressiven Medien gibt, oder wenn besondere Anforderungen an Hygiene gestellt werden, gibt es Ausführungen aus Edelstahl. Auch die Schutzklasse der Elektrozylinder muss den Anforderungen der Umgebung entsprechen, z.B. IP 65, wenn sie Spritzwasser ausgesetzt sind.

Elektrozylinder sind in der Regel nicht für Dauerbetrieb ausgelegt, weil die Stellfunktionen, die sie ausführen sollen, nur momentan erfolgen müssen. In den Datenblättern wird die zulässige Betriebsart genau spezifiziert, z. B. Einschaltdauer 25 %, d. h. 1 Minute kontinuierlicher Betrieb und danach 3 Minuten Pause. Bei Überschreiten dieser Grenzwerte kann der Antrieb überlastet werden und sich unzulässig erhitzen. Insbesondere im privaten Umfeld spielt auch der Geräuschpegel eine Rolle, die beim Betätigen eines Stellantriebes verursacht wird. Hierfür gibt es besonders leise Ausführungen, die bei der Betätigung einen Schallpegel von weniger als 55 dB erzeugen.

Als Zubehör zu den Elektrozylindern werden z. B. passende Halterungen separate Wegaufnehmer angeboten.

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