Was ist ein schneller Antrieb?
Ein schneller Aktuator ist eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, die extrem schnelle Aktivierungszeiten ermöglicht. Das schnelle Betätigungskonzept ist jedoch etwas subjektiv und schwer genau zu definieren, da sich Standards und Erwartungen von Branche zu Branche unterscheiden. Es ist allgemein anerkannt, dass Betätigungszeiten von 10 Millisekunden oder weniger als schnelle Betätigung gelten. Diese Geräte werden in Anwendungen wie der Betätigung von Kfz-Ventilen, der Postsortierung und der Explosionsunterdrückung eingesetzt, bei denen blitzschnelle Reaktionszeiten erforderlich sind. Schnelle Aktuatortypen, die zu dieser Beschreibung passen, sind typischerweise elektromagnetische Solenoidvarianten, da mechanische Aktuatoren im Allgemeinen nicht zum Hochgeschwindigkeitsbetrieb fähig sind.
Viele mechanische Anwendungen erfordern eine Fernaktivierung von Systemkomponenten mit Geschwindigkeiten, die mit herkömmlichen Betätigungsvorrichtungen nicht möglich sind. Die durchschnittliche Ansprechzeit für ein herkömmliches Solenoid liegt bei 30 bis 50 Millisekunden, was zwar schnell ist, aber für Hochgeschwindigkeitsanwendungen nicht annähernd schnell genug ist. Geräte wie elektromagnetische Kfz-Ventilsysteme erfordern Reaktionszeiten von 10 Millisekunden oder weniger, die einen sehr schnellen Aktuator erfordern.
Um diese schnellen Reaktionszeiten zu erreichen, muss das Design eines schnellen Stellantriebs so angepasst werden, dass zwei grundlegende Aspekte berücksichtigt werden: Betätigungskraft und Hublänge. Die Betätigungskraft ist die physikalische Anziehungskraft des elektromagnetischen Feldes, das zum Aktivieren des Magnetkolbens verwendet wird. Je stärker das Feld ist, desto schneller reagiert der Kolben und desto kürzer ist die Reaktionszeit. Offensichtlich müssen das Kolbendesign und die verwendeten Materialien sorgfältig aufeinander abgestimmt werden, um diese Verfeinerungen zu maximieren.
Die zweite Methode zur Verkürzung der Ansprechzeiten des Stellglieds besteht in der Verkürzung der Kolbenhublänge. Je kürzer der Weg ist, den der Kolben zurücklegen muss, um den Zyklus abzuschließen, desto kürzer ist die Reaktionszeit. Diese Maßnahme erfordert auch, dass ein bestimmter Satz von Konstruktionsparametern sowohl im Magneten als auch in den von ihm betätigten Geräten angewendet wird. Alle konstruktiven und konstruktiven Einbußen bei der Implementierung dieser Parameter sind jedoch in der Regel sinnvoll, da schnelle Stellantriebsreaktionszeiten unter 0,2 Millisekunden durchaus möglich sind. Dies macht den Hochgeschwindigkeits-Magnetantrieb zur idealen Wahl für Anwendungen wie Postsortierumlenkungen, elektronische Ventilsteuerungen und Explosionsschutzdispergatoren.
Die mechanische Antriebsfamilie ist generell vom Einfahren der schnellen Antriebsstangen ausgeschlossen. Herkömmliche hydraulische, pneumatische und elektromechanische Aktuatoren können aufgrund der mit ihrem Betrieb verbundenen Trägheits- und Reibungskräfte nicht die erforderlichen Reaktionszeiten von weniger als 10 Millisekunden erzeugen. Bis zur Überwindung dieser Einschränkungen bleibt der elektromagnetische Magnet die einzige wirklich schnelle Stellantriebsoption für anspruchsvolle Hochgeschwindigkeitsanwendungen.