Die Tragfähigkeit gibt an, wie viel Kraft eine Linearantrieb Es kann drücken, ziehen oder halten, ohne zu versagen. Man unterscheidet zwei Hauptarten: statische Last, also die Last, die es im Stillstand halten kann, und dynamische Last, also die Last, die es im Betrieb bewegen kann. Das Verständnis beider ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Aktuators und die Vermeidung vorzeitiger Ausfälle.
Was ist die Tragfähigkeit?
Die Tragfähigkeit ist im Grunde die Belastbarkeitskennzahl des Aktuators. Sie gibt die maximale Kraft an, die der Aktuator sicher aufnehmen kann, egal ob es um das Bewegen oder Halten eines Objekts geht. Hersteller messen diese Kennzahl in Pfund (lbf) oder Newton (N), und sie gehört zu den ersten Angaben, die in jedem Datenblatt zu finden sind.
Die Belastbarkeit ist jedoch nicht nur eine einzige Zahl. Auf einen Aktor wirken verschiedene Lastarten, und jede beeinflusst die Leistung auf unterschiedliche Weise.
Statische vs. dynamische Tragfähigkeit
Dies sind die beiden Hauptkategorien, und sie messen völlig unterschiedliche Dinge.
Statische Tragfähigkeit
Die statische Last ist diejenige, die der Aktor im Ruhezustand halten kann. Wie viel Gewicht kann der Aktor tragen, wenn der Motor abgeschaltet ist, ohne dass es zu einer Rückwärtsbewegung kommt, also wenn die Last den Aktor von selbst in die Rückwärtsbewegung zwingt?
Dies ist wichtig für Anwendungen wie höhenverstellbare Schreibtische, Hebebühnen oder alles, wo eine Last stabil gehalten werden muss. Die statische Tragfähigkeit ist in der Regel höher als die dynamische, da das Halten einer stationären Last die internen Bauteile weniger belastet.
Dynamische Lastkapazität
Die dynamische Last ist die Kraft, die ein Aktor während der Bewegung ausüben kann. Dies ist die Arbeitslast, die Kraft, die beim Ausfahren oder Einfahren wirkt. Sie ist typischerweise geringer als die statische Kapazität, da Bewegung Wärme erzeugt, Bauteile schneller verschleißt und der Motor ständig Reibung und Trägheit überwinden muss.
Bei der Dimensionierung eines Aktuators ist in der Regel die dynamische Last der begrenzende Faktor, da der Aktuator dann am stärksten beansprucht wird.
Weitere Lastarten, die Sie kennen sollten
Neben statischen und dynamischen Lasten gibt es weitere Lastarten, die die Leistung und Lebensdauer Ihres Aktuators beeinflussen können.
Druck- vs. Zugkräfte
Manche Aktuatoren haben unterschiedliche Nennwerte für Druck- und Zugkräfte. Druck- und Zugkräfte beanspruchen die internen Bauteile unterschiedlich. Stellen Sie stets sicher, dass der Aktuator für die in Ihrer Anwendung dominierende Lastart geeignet ist.
Radial- und Seitenlasten
Radialkräfte, auch Seitenkräfte genannt, wirken senkrecht zur Antriebsstange. Sie sollten unbedingt vermieden werden, da Linearantriebe keine internen Führungssysteme zur Aufnahme von Seitenkräften besitzen. Seitenkräfte verursachen erhöhte innere Reibung, schnellen Verschleiß an Lagern und Dichtungen sowie vorzeitigen Ausfall.
Wenn Ihre Anwendung eine seitliche Belastung nicht vermeiden kann, müssen Sie externe Gleitschienen oder Führungssysteme hinzufügen, um den Aktor vor seitlichen Kräften zu schützen.
Stoßbelastungen
Stoßbelastungen sind plötzliche, kurzzeitige Kraftspitzen, die unerwartet auftreten. Häufige Ursachen sind unwegsames Gelände für mobile Geräte, abrupte Stopps oder Starts sowie Aufprallereignisse. Diese Spitzen können die normale Betriebslast deutlich überschreiten und sofortige Schäden verursachen, wenn der Aktor nicht für deren Belastung ausgelegt ist.
Lastenhilfe
Eine Hilfslast liegt vor, wenn die Kraft, die Sie bewegen, die Bewegung des Aktuators unterstützt, anstatt ihr entgegenzuwirken. Wenn Sie beispielsweise einen Aktuator nach oben ausfahren und gleichzeitig etwas in dieselbe Richtung daran zieht, handelt es sich um eine Hilfslast während der Ausfahrphase. In solchen Fällen kann ein kleinerer Aktuator verwendet werden; Sie müssen jedoch dennoch sicherstellen, dass der Aktuator die Bewegung steuern kann.
Wovon hängt die Tragfähigkeit ab?
Die Belastbarkeit ergibt sich aus der internen Konstruktion des Aktuators und den zu seiner Herstellung verwendeten Komponenten.
Antriebsmechanismus
Die Art der Schraube hat einen enormen Einfluss auf die statische und dynamische Tragfähigkeit:
- Trapezschrauben Sie weisen eine hohe Reibung auf, was ihnen eine ausgezeichnete statische Belastbarkeit und eine natürliche Selbsthemmung beim Stillstand des Motors verleiht.
- Kugelgewindetriebe Sie verwenden Wälzkörper mit sehr geringer Reibung und hohem Wirkungsgrad. Der Nachteil ist die geringe statische Tragfähigkeit, da sie leicht rückwärtslaufen können.
Für industrielle Ventilanwendungen bieten Schneckengetriebe und Schneckenmechanismen eine ausgezeichnete statische Haltekraft und natürliche Selbsthemmung. Diese Konstruktion gewährleistet die sichere Funktion der Ventile auch bei Stromausfall.
Gewindesteigung
Die Gewindesteigung gibt an, wie weit sich die Schraube mit jeder Umdrehung vorwärts bewegt. Engere Gewinde ermöglichen mehr Kraft, aber eine geringere Drehzahl. Gröbere Gewinde ermöglichen eine schnellere Bewegung, aber weniger Kraft. Dies ist ein grundlegender Zielkonflikt: Kraft und Drehzahl wirken einander entgegen.
Motor und Getriebe
Größere Motoren liefern ein höheres Drehmoment, was eine höhere Belastbarkeit ermöglicht. Das Übersetzungsverhältnis verstärkt das Motordrehmoment, sodass ein höheres Übersetzungsverhältnis die Kraftabgabe erhöht. Allerdings verringert sich dadurch die Drehzahl. Robuste Zahnräder aus gehärtetem Stahl halten höheren Belastungen stand und haben eine längere Lebensdauer als günstigere Alternativen.
Baumaterialien
Die für Zahnräder, Lager, Wellen und Gehäuse verwendeten Materialien beeinflussen die Gesamtkapazität und Lebensdauer. Industrielle Aktuatoren verwenden Komponenten aus gehärtetem Stahl und robuste Gehäuse. Gehäuse aus Aluminium-Druckguss mit korrosionsbeständiger Beschichtung bieten guten Schutz in rauen Umgebungen bei gleichzeitig geringem Gewicht.
Auswahl der richtigen Tragfähigkeit
Die richtige Wahl der Tragfähigkeit bei der Auswahl verhindert Ausfälle und verlängert die Lebensdauer des Aktuators.
Sicherheitsfaktoren anwenden
Dimensionieren Sie einen Aktor niemals für den Betrieb mit seiner maximalen Nennleistung. Berücksichtigen Sie stets einen Sicherheitsfaktor, typischerweise das 1,5- bis 2-Fache der tatsächlich benötigten Last. Dieser Puffer berücksichtigt Lastschwankungen, Berechnungsfehler, Verschleiß im Laufe der Zeit und unvorhergesehene Ereignisse.
Berücksichtigen Sie den Tastgrad.
Der Tastgrad ist das Verhältnis von Einschaltzeit zu Gesamtzykluszeit. Der Betrieb unter hoher Last erzeugt mehr Wärme, was die Häufigkeit des Betriebs des Stellantriebs ohne Überhitzung beeinflusst. Hohe Lasten und hohe Tastgrade vertragen sich nicht gut, es sei denn, der Stellantrieb ist für den Dauerbetrieb ausgelegt.
Wenn Sie einen kontinuierlichen oder nahezu kontinuierlichen Betrieb benötigen, suchen Sie nach Aktuatoren, die kontinuierliche Betriebsmodi bieten. Unsere AOX-L-Serie Bietet Optionen für Ein/Aus, Modulation und Dauerbetrieb je nach Ihren Anforderungen an den Arbeitszyklus.
Berücksichtigung aller Lastarten
Berücksichtigen Sie bei der Dimensionierung nicht nur die offensichtlichen Druck- oder Zugkräfte. Denken Sie auch an mögliche Druck-, Zug- oder beides, an Stoßbelastungen, unvermeidbare Seitenkräfte und an Hilfslasten, die eine kleinere Dimensionierung ermöglichen könnten.
Schubkraft an Anwendungsanforderungen anpassen
Nachdem Sie Ihre Lastanforderungen unter Berücksichtigung der Sicherheitsfaktoren berechnet haben, benötigen Sie einen Aktor, der die erforderliche Schubkraft liefert. Für die Ventilautomatisierung in industriellen Anwendungen reichen die Schubkraftanforderungen typischerweise von einigen tausend Newton für kleinere Ventile bis zu 40.000 N oder mehr für Anwendungen mit hoher Beanspruchung.
Standard-Industrieanwendungen
Für die meisten industriellen Ventilsteuerungen, bei denen Schubkräfte im Bereich von 3000 N bis 30000 N benötigt werden, decken Standard-Linearantriebe Schieberventile, Kugelventile und Regelventile in den Bereichen Erdöl, Chemie, Wasseraufbereitung und Energieerzeugung ab.
Systemintegrationsanforderungen
Wenn Ihre Anwendung eine automatisierte Steuerung oder Fernüberwachung erfordert, suchen Sie nach Modellen mit integrierten Kommunikationsfunktionen. AOX-L Intelligent Der Aktor deckt den gleichen Schubbereich wie Standardmodelle ab, bietet aber zusätzlich Protokolle wie Modbus, Profibus und Hart für die Anbindung an anlagenweite Steuerungssysteme.
Gefahrenbereiche und hohe Beanspruchung
Für Orte, an denen Explosionsgefahr besteht, benötigen Sie zertifizierte explosionsgeschützte Ausrüstung. AOX-QL-Serie Diese Baureihe bietet die Exdb II C T5-Zertifizierung für den Einsatz in Erdölraffinerien, Chemieanlagen und anderen Bereichen, in denen brennbare Gase oder Dämpfe auftreten können. Sie erweitert außerdem den Schubkraftbereich von 2000 N auf 40000 N und deckt damit auch anspruchsvollere Anwendungen ab.
Häufige Fehler bei der Berechnung der Tragfähigkeit vermeiden
Es gibt einige häufige Fehler, die Sie bei der Berechnung der Tragfähigkeit vermeiden sollten.
Unterschätzung der tatsächlichen Lasten
Sie müssen Reibung, Beschleunigungskräfte, Betriebswinkel und alle auf das System wirkenden externen Kräfte berücksichtigen. All diese Faktoren tragen zur Gesamtbelastung des Aktuators bei.
Seitenlasten vernachlässigen
Falls Ihre Montagegeometrie seitliche Kräfte erzeugt, fügen Sie Führungsschienen hinzu oder überarbeiten Sie die Montage, um diese Kräfte zu eliminieren. Seitliche Belastung führt schnell zu einem Versagen.
Betrieb zu nahe an der maximalen Kapazität
Der Betrieb eines Stellantriebs mit 95% seiner Nennleistung lässt keinen Spielraum für Abweichungen oder unvorhergesehene Bedingungen. Dadurch verkürzt sich seine Lebensdauer drastisch.
Die Temperatur vergessen
Der Betrieb in heißen Umgebungen reduziert die Belastbarkeit, da Hitze Schmierstoffe zersetzt und die Motorleistung beeinträchtigt. Industrielle Linearantriebe sind standardmäßig für Umgebungstemperaturen von -30 °C bis +70 °C ausgelegt, einige Modelle sind sogar bis zu -60 °C für extreme Kälte geeignet.
Abschließende Gedanken
Die Tragfähigkeit ist komplexer als die reine Ablesung eines Kraftwerts aus dem Datenblatt. Sie müssen statische und dynamische Lasten verstehen, verschiedene Lastarten berücksichtigen und den Einfluss der Aktuatorkonstruktion auf die Tragfähigkeit einbeziehen. Beachten Sie stets Sicherheitsmargen, die zulässigen Betriebsdauergrenzen und passen Sie die Leistungsfähigkeit des Aktuators an die realen Anforderungen Ihrer Anwendung an.
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