Wenn Sie sich jemals ein Datenblatt angesehen und sich gefragt haben, warum ein Aktor nicht gleichzeitig der schnellste und der stärkste sein kann, liegt das an einem grundlegenden Kompromiss. Stellen Sie es sich wie eine Wippe vor: Wenn die Kraft zunimmt, nimmt die Geschwindigkeit fast immer ab.
Das ist kein Konstruktionsfehler, sondern ein physikalisches Gesetz. Jeder Motor hat eine begrenzte Leistung, also eine begrenzte Geschwindigkeit, mit der er Arbeit verrichten kann. Da diese Leistung begrenzt ist, besteht immer ein Zielkonflikt zwischen Geschwindigkeit und Kraft. Um mehr Schubkraft zu erzeugen, muss die pro Sekunde zurückgelegte Strecke reduziert werden.
Was ist der eigentliche Auslöser dieses Kompromisses?
Die meisten unserer Aktuatoren, wie zum Beispiel der L12 SerieMan könnte einen kleinen Gleichstrommotor verwenden. Dieser Motor dreht sich zwar mit Tausenden von Umdrehungen pro Minute, hat aber nur ein sehr geringes Drehmoment. Würde man ihn direkt an eine Gewindespindel anschließen, würde er sich zwar unglaublich schnell bewegen, aber er hätte nicht genug Kraft, um viel mehr als ein Blatt Papier zu bewegen.
Um dieses Problem zu beheben, verwenden wir ein Getriebe. Ein Getriebe wirkt als Kraftverstärker. Durch die Verwendung einer hohen Übersetzung, wie beispielsweise der 210:1-Option beim L12, tauschen wir eine hohe Motordrehzahl gegen eine enorme Hubkraft von 80 N. Aus diesem Grund wird dasselbe Aktuatormodell in verschiedenen Konfigurationen angeboten. Es handelt sich um denselben Motor und dasselbe Chassis, lediglich die internen Zahnräder werden ausgetauscht, um die Position des jeweiligen Modells im Verhältnis von Geschwindigkeit zu Kraft zu verändern.
Wichtiges Konzept: Die Steigung der Leitspindel spielt bei dieser Umrüstung ebenfalls eine Rolle; die meisten standardisierten Aktuatorreihen verwenden eine feste, auf das Gehäuse optimierte Steigung. Dadurch wird das Getriebe zum primären Hebel, um einen Aktuator an Ihre spezifischen Bedürfnisse anzupassen.
Der Präzisionsvorteil: Schrittmotoren
Nicht jeder Aktor folgt dem gleichen mechanischen Bauplan. Unsere Schrittmotor-basierten Konstruktionen, wie der S20 or P8-ST, bieten einen anderen Ansatz zur Bewegung.
Bei vielen Linearantrieben wird das Verhältnis zwischen Motor und Gewindespindel durch das Getriebe bestimmt. Schrittmotoren liefern ein ausreichendes Drehmoment, ohne dass zwingend ein Getriebe erforderlich ist. Dies ermöglicht kompakte und hochreaktive Konstruktionen. Obwohl sie nicht immer ein Getriebe benötigen, um effektiv zu arbeiten, können sie – wie beim P8-ST – mit einem solchen kombiniert werden, um noch höhere Kraftwerte zu erreichen, allerdings auf Kosten der Geschwindigkeit.
Der Hauptvorteil dieser Technologie liegt in ihrer Präzision. Schrittmotoren bewegen sich in einzelnen Schritten und sind daher deutlich genauer für Anwendungen, die eine präzise Positionierung oder wiederholbare Schritte erfordern. Aus diesem Grund sind sie die erste Wahl für Aufgaben mit hohen Genauigkeitsanforderungen, bei denen exakte Steuerung wichtiger ist als reine Geschwindigkeit.
Warum Ihr Aktor unter Last langsamer wird
Eine häufig gestellte Frage lautet: „Mein Aktuator ist für 25 mm/s ausgelegt, warum bewegt er sich dann nur mit 14 mm/s?“
Die Antwort ist fast immer das Gewicht, das Sie bewegen möchten.
Hersteller geben üblicherweise die „Maximaldrehzahl (Leerlauf)“ als die Geschwindigkeit an, mit der sich die Stange bei null Widerstand bewegt. Sobald Gewicht hinzugefügt wird, benötigt der Motor mehr Strom, um diesen Widerstand zu überwinden. Diese zusätzliche Arbeit verlangsamt den Motor naturgemäß.
Wenn man sich die Grafik ansieht, kann man das deutlich erkennen: Das Übersetzungsverhältnis von 50:1 beginnt bei 25 mm/s ohne Last, sinkt aber mit zunehmender Kraft deutlich ab.
Die Kluft zwischen Labor und Realität
Ein Datenblatt ist wie eine Karte, aber es ist nicht das Gelände.
Wenn wir Aktuatoren in unserem Labor testen, tun wir dies unter idealen Bedingungen. Ihr Projekt befindet sich aber wahrscheinlich nicht in einem klimatisierten Raum. In der realen Welt können mehrere versteckte Variablen die Leistung Ihres Aktuators wie eine „Bremse“ wirken:
Umgebungstemperatur: Der L12 ist für einen Temperaturbereich von -10 °C bis +50 °C ausgelegt. Im kälteren Bereich verdicken sich die internen Schmierstoffe, wodurch der Motor stärker beansprucht wird.
Spannung: Wenn die Stromversorgung nicht stabil ist oder der Akku sich entlädt, leidet die Leistung. Selbst ein geringfügiger Spannungsabfall unter Last führt zu einem sofortigen und spürbaren Geschwindigkeitsverlust.
Seite lädt: Reibung, die durch unsachgemäße Montage oder andere Faktoren verursacht wird Seite lädt verursacht inneren Widerstand. Die Seitenlastgrenze L12 sinkt je nach Hublänge von 50 N auf bis zu 15 N.
Auslastungsgrad: Überschreiten der maximalen Nennleistung eines Aktuators Auslastungsgrad führt zu einer Wärmeentwicklung, die die Leistung im Laufe der Zeit beeinträchtigen kann.
Die goldene Regel: Die Berechnungen liefern einen ersten Anhaltspunkt, aber nur ein praktischer Test gibt hundertprozentige Sicherheit, dass eine bestimmte Komponente für Ihre Anwendung geeignet ist. Bevor Sie sich für ein endgültiges Design entscheiden, bauen Sie einen Prototyp und testen Sie ihn in der tatsächlichen Einsatzumgebung.
Eine praktische Checkliste für Ihr nächstes Design
- Bei der Auswahl eines Aktuators sollten Sie nicht einfach den mit der höchsten Geschwindigkeit nehmen und auf das Beste hoffen.
- Ermitteln Sie Ihre „Arbeitslast“: Dies ist das Gewicht, das der Aktor in 90 % der Fälle bewegen wird.
- Beachten Sie die Leistungsdiagramme: Prüfen Sie die Geschwindigkeit bei Ihrer spezifischen Kraft, anstatt sich auf die Leerlaufgeschwindigkeit zu verlassen.
- Sorgen Sie für einen Sicherheitsspielraum: Wählen Sie einen Aktor, der etwa 20–25 % mehr Kraft verkraften kann, als Sie tatsächlich benötigen.
Häufig gestellte Fragen
Wird mein Aktor durch eine Erhöhung der Spannung schneller?
Im Allgemeinen ja. Eine höhere Spannung steigert zwar die Motordrehzahl, führt aber auch zu mehr Wärmeentwicklung. Um Schäden zu vermeiden, muss die maximale Eingangsspannung (z. B. 7.5 V bei 6-V-Modellen) eingehalten werden.
Kann ich die Drehzahl eines Aktuators nach dem Kauf ändern?
Bei Gleichstromantrieben kann ein Pulsweitenmodulationsregler (PWM-Regler) zur Geschwindigkeitsreduzierung eingesetzt werden. Eine Überschreitung der Nenndrehzahl bei gegebener Last ist jedoch nicht möglich. Am einfachsten lässt sich eine niedrigere Drehzahl mit einem P-Serien-Antrieb und einer LAC-Platine erreichen. Die Drehzahl kann dann über das Drehzahlregler-Potentiometer auf der Platine eingestellt werden.
Warum ist mein Stellantrieb lauter, wenn er eine schwere Last bewegt?
Mit zunehmender Belastung werden Motor und Getriebe stärker beansprucht, was zu verstärkten Vibrationen führt.
Vom Theorie zum Anwendungsgebiet
Letztendlich ist das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Geschwindigkeit und Kraft entscheidend für den langfristigen Erfolg Ihres Projekts. Auch wenn es verlockend ist, einfach den schnellsten Aktor auszuwählen, sind die zuverlässigsten Konstruktionen diejenigen, die die mechanischen Grenzen des Motors und die Gegebenheiten der Betriebsumgebung berücksichtigen. Indem Sie Ihre tatsächliche Arbeitslast einplanen und ausreichend Spielraum für Variablen wie Spannungsabfälle oder Temperaturschwankungen lassen, stellen Sie sicher, dass Ihr Aktor nicht nur am ersten Tag funktioniert, sondern über Jahre hinweg zuverlässig arbeitet.
Wenn Sie Hilfe bei der Auswahl eines Produkts benötigen, das Ihren Anwendungsanforderungen entspricht, wenden Sie sich bitte an uns. kontakt unser Verkaufsteam um Hilfe. Actuonix kann kundenspezifische Designs für alle OEMs erstellen.
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