Was ist ein Linearantrieb?
Ein Linearaktuator ist ein Gerät, das Arbeit erzeugt, indem es nichtlineare Energie in lineare Bewegung umwandelt. Es gibt viele verschiedene Arten von Primärenergiequellen, die in Linearantrieben verwendet werden, von Elektromotoren über Fluid- und Luftdruck bis hin zu thermischer Ausdehnung. Jeder Aktuatortyp oder jede Aktuatorklasse ist je nach Größe, Leistung, Potenzial und Leistungsanforderungen für verschiedene Anwendungen geeignet. Dazu gehören Türöffner, Hochleistungs-Maschinenantriebe und winzige Präzisions-Prozesssteuerungen.
Es gibt eine erstaunliche Anzahl von Prozessen, Maschinen und Geräten, die Vorrichtungen verwenden, die eine lineare Betätigung liefern. Diese reichen vom einfachen DVD-Trayöffner bis hin zu riesigen Hydraulikkolben, die zehntausende Pfund Druck erzeugen können. Das Grundprinzip hinter diesen unverzichtbaren Vorrichtungen ist die Umwandlung einer, typischerweise kleinen, nichtlinearen Energiequelle in eine lineare Bewegung von größerer Größe. Bei Linearantrieben gibt es mehrere häufig verwendete Primärenergiequellen. Jeder hat seinen eigenen Umwandlungsmechanismus. Am häufigsten handelt es sich dabei um Drehbewegungen oder unter Druck stehende Fluideingänge, obwohl es mehrere weniger häufig verwendete Typen wie Heißwachsaktuatoren gibt.
Der Linearantrieb mit Drehquelle verwendet üblicherweise einen Elektromotor, um seine Eingangsenergie zu liefern. Dieser Aktuator verwendet Nocken- oder Gewindespindelanordnungen, um die Rotationsenergie des Motors in eine geradlinige Bewegung umzuwandeln. Das Beispiel einer Leitspindel ist eine beliebte Wahl, da es ein breites Spektrum an Verlängerungslängenpotenzial bietet. Der Motor dreht eine Gewindespindel mit Grobgewinde, die durch eine am Stellgliedarm befestigte Mutter geführt wird. Die Mutter und der Aktuator können sich nicht drehen und bewegen daher die Gewindespindel beim Drehen vorwärts und rückwärts, wodurch eine lineare Bewegung erzielt wird.
Ein Nockenlinearaktuator verwendet einen exzentrischen Nocken, der über eine Reihe von Gestängen oder einen Schlitz in der Nockenfläche mit dem Aktuatorarm verbunden ist. Wenn sich der Nocken dreht, drückt er den Betätigungsarm nach vorne oder zieht ihn zurück. Diese Variante verfügt nicht über einen so großen Bewegungsbereich wie der Gewindespindelantrieb, kann jedoch sehr genaue Eingaben vornehmen. Nockenaktuatoren verwenden häufig elektronische Schrittmotoren, die eine verbesserte Vorschubsteuerung und die zusätzliche Genauigkeit ermöglichen, die für eine präzise Prozesssteuerung erforderlich ist.
Hydraulische und pneumatische Stellantriebe verwenden ein unter Druck stehendes Gas oder eine unter Druck stehende Flüssigkeit, um eine lineare Bewegung zu erreichen, und besitzen das größte Ausgangspotential. Diese Systeme bestehen aus einem Kolben, der in einem abgedichteten Rohr mit Ventilen an beiden Enden enthalten ist. Der Kolben ist mit einer Betätigungsstange verbunden, die durch eine Dichtung an einem Ende des Rohrs verläuft. Eine externe Druckgas- oder Flüssigkeitsquelle, typischerweise Luft oder Hydrauliköl, wird über eines der Ventile in den Zylinder eingeleitet. Je nachdem, ob die Flüssigkeit über oder unter dem Kolben eingeleitet wird, wird der Antrieb vorwärts oder rückwärts bewegt.
Es gibt viele andere, weniger häufig verwendete Arten von Linearaktuatoren, wie beispielsweise thermische Aktuatoren, die die Expansion von Materialien, wie beispielsweise Wachs, nutzen, um eine lineare Bewegung zu liefern. Andere Typen umfassen piezoelektrische, magnetische und Zahnstangenaktuatoren. Das vielleicht einfachste von allen ist der manuelle Schraubentyp, der dem zum Einstellen eines Nonius verwendeten ähnelt. Dieser Linearaktuatortyp verwendet dasselbe Prinzip wie die Spindelsorten, hat jedoch typischerweise ein feineres Gewinde für eine genauere Einstellung.