Elektrozylinder auch bekannt als Industrieller Linearantriebist eine der linearen Bewegungslösungen, die einen Hochgeschwindigkeitsantrieb mit großer Kraft erfordern. Die Konstruktion eines Elektrozylinders für eine Pressmaschine erfordert mehrere wichtige Überlegungen, darunter Kraftanforderungen, Hublänge, Geschwindigkeit, Präzision und Steuerung. Nachfolgend finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Entwurf eines Elektrozylinders für eine Pressanwendung:
1. Anwendungsanforderungen definieren
Kraft (kN oder lbs): Bestimmen Sie die maximal erforderliche Presskraft.
Hublänge (mm oder Zoll): Wie weit muss der Zylinder ausfahren/einfahren?
Geschwindigkeit (mm/s oder in/s): Gewünschte lineare Geschwindigkeit während des Betriebs.
Arbeitszyklus: Kontinuierlicher oder intermittierender Betrieb.
Präzision (mm oder Zoll): Erforderliche Positionierungsgenauigkeit (z. B. ± 0,01 mm).
Umgebung: Temperatur, Staub, Feuchtigkeit usw.
2. Wählen Sie den Elektrozylindertyp
Elektrozylinder gibt es in verschiedenen Konfigurationen:
Kugelumlaufspindelantrieb: Hohe Präzision, hohe Kraft, mäßige Geschwindigkeit.
Leitspindelantrieb: Geringere Kosten, geringerer Wirkungsgrad, geeignet für leichtere Lasten.
Riemenantrieb: Hohe Geschwindigkeit, geringere Kraftaufnahme.
Linearmotor: Ultrahohe Geschwindigkeit und Präzision, teuer.
Für Pressmaschinen, Elektrozylinder mit Kugelumlaufspindelantrieb werden aufgrund ihrer hohen Kraft und Präzision häufig verwendet.
Servomotor: Hohe Präzision, dynamische Steuerung, ideal für Pressanwendungen.
Schrittmotor: Geringere Kosten, geeignet für einfachere Anwendungen mit offener Regelung.
AC/DC-Motor mit Encoder: Für grundlegende Geschwindigkeits-/Positionssteuerung.
Wichtige Motorparameter:
Drehmoment (Nm oder lb-in) – Muss den Kraftanforderungen entsprechen.
Geschwindigkeit (U/min) – Muss mit der erforderlichen linearen Geschwindigkeit übereinstimmen.
Leistung (kW oder PS) – Abhängig von Kraft und Geschwindigkeit.
Kraftberechnung:
F=2π×Motordrehmoment×Wirkungsgrad/Steigung der Spindel
Wo:
F= Linearkraft (N)
Steigung der Spindel = zurückgelegte Strecke pro Umdrehung (mm/Umdrehung)
Wirkungsgrad (~90 % für Kugelumlaufspindeln)
4. Überlegungen zum mechanischen Design
Rahmen und Gehäuse: Müssen Druckkräften ohne Durchbiegung standhalten.
Führungsschienen: Linearlager oder Profilschienen für reibungslose Bewegung.
Endanschläge: Mechanische Begrenzungen für den Überlaufschutz.
Kupplungen und Montage: Stellen Sie sicher, dass Motor und Schraube richtig ausgerichtet sind.
5. Kontrollsystem
SPS oder Motion Controller: Für automatisierte Presszyklen.
Kraft- und Positionsrückmeldung: Kraftmesszellen oder Drucksensoren zur Regelung.
HMI-Schnittstelle: Für Bedienereingabe und Überwachung.
Beispiel einer Presssequenz:
Schnelle Annäherung (hohe Geschwindigkeit, geringe Kraft).
Drücken (kontrollierte Kraft/Geschwindigkeit).
Verweilzeit (Haltekraft).
Einfahren.
6. Sicherheitsfunktionen
Überlastschutz: Drehmomentgrenzen in Servoantrieben.
Not-Aus: Stromunterbrechung im Fehlerfall.
Mechanische Bremsen: Verhindern ein Rückwärtsfahren bei vertikalen Anwendungen.
7. Beispielrechnung
Szenario:
Erforderliche Kraft: 10 kN
Hublänge: 200 mm
Geschwindigkeit: 50 mm/s
Steigung der Kugelumlaufspindel: 10 mm/U
Gewünschte Positionierungsgenauigkeit: ±0,02 mm
Schritte:
Berechnung des Motordrehmoments:
Drehmoment = F×Steigung/2π×Wirkungsgrad = 10.000 N×0,01 m/2π×0,9≈17,7 Nm(20-30 % Sicherheitsmarge hinzufügen → ~22 Nm erforderlich.)
Motordrehzahl:
U/min = Lineargeschwindigkeit (mm/s) × 60/Steigung (mm/U) = 50 × 60/10 = 300 U/min U/min = Steigung (mm/U) Lineargeschwindigkeit (mm/s) × 60 = 1050 × 60 = 300 U/minMotorauswahl:
Ein Servomotor mit ≥22 Nm Drehmoment und ≥300 U/min (z. B. 400W-750W Servomotor mit Getriebe bei Bedarf).
8. Vorteile von Elektrozylindern in Pressmaschinen
Präzise Kraft- und Positionssteuerung (im Vergleich zu hydraulisch/pneumatisch).
Energieeffizient (kein konstanter Flüssigkeitsdruck erforderlich).
Sauber und wartungsarm (keine Öllecks oder Luftkompressoren).
Programmierbar (flexible Pressprofile).
9. Mögliche Herausforderungen
Höhere Anschaffungskosten als hydraulisch/pneumatisch.
Wärmeentwicklung in Hochleistungszyklen (kann Kühlung erfordern).
Begrenzte Kraft im Vergleich zu großen Hydrauliksystemen.
Fazit
Ein elektrischer zylinder für eine pressmaschine sollte auf der Grundlage von Folgendem gestaltet werden:
• Kraft-, Geschwindigkeits- und Hubanforderungen.
• Anforderungen an Präzision und Kontrolle.
• Richtige Motor- und Schraubenauswahl.
• Integration mit Sicherheits- und Feedbacksystemen.
Für Hochleistungsanwendungen (z. B. >50 kN) sind hydraulische Systeme möglicherweise immer noch vorzuziehen, elektrische Zylinder zeichnen sich jedoch beim Präzisionspressen aus (z. B. Elektronikmontage, Herstellung medizinischer Geräte).
