Výmena ponúka množstvo výhod

Fluidtechnische Systeme verlieren an mehreren Stellen Energie. Ein elektromechanischer Aktuator dagegen überträgt in der Regel 80 Prozent seiner Eingangsleistung. (Bild: Ewellix-Gruppe)

Přechod na elektromechanická řešení nabízí uživateli jasné výhody v oblasti výkonu, … (obrázek: skupina Ewellix)

...Jednoduchost... (Obrázek: skupina Ewellix)

…a environmentální schválení zařízení. (Obrázek: skupina Ewellix)

CASM-aktuátory jsou navrženy pro velmi vysoký výkon a dlouhou životnost. Vysoce kvalitní ložiska a kuličkové a šroubové šrouby zajišťují s jejich nízkým třením energetickou účinnost a s jejich malým axiálním vůlí velkou přesnost. (Obrázek: skupina Ewellix)

Nové pohony série LEMC od Ewellix, navržené pro aplikace s vyšší zátěží, používají planetovou šroubovici místo kuličkového šroubu. Díky tomu má pohon vyšší hustotu výkonu než běžné provedení a je odolnější vůči silným vibracím z prostředí použití. (Obrázek: skupina Ewellix)

Pokud inženýři dosud vytvářeli velké síly nebo přesouvali těžké břemena, hydraulické pohony byly první volbou. Ale fluidtechnické systémy dostávají v oblasti lineárního pohybu vážnou konkurenci: Elektromechanické aktuátory, sestávající z přesného kuličkového nebo válečkového šroubového pohonu, poháněné elektromotorem a převodovkou. Elektromechanické systémy přinášejí řadu výhod z hlediska výkonu, ekologické šetrnosti, složitosti a nákladů.

Nová generace elektromechanických aktuátorů umožňuje uživatelům nahradit hydraulické a pneumatické válce v široké škále náročných aplikací – jak v průmyslové automatizaci, tak u mobilních strojů. Nejen výkon, ale i nákladové výhody hrají při přechodu roli.

Vyplatí se přehodnotit přístup

Elektromechanické systémy jsou menší a lehčí než jejich fluidtechnické protějšky. Přístroje jako objemné čerpadla, akumulátory, olejové nádrže a potrubí odpadávají, protože motor je přímo spojen s aktuátorem. Systémy nevyžadují tlakové oleje – což snižuje riziko požárů, znečištění životního prostředí a pracovních nehod. Navíc pracují tišeji než fluidní zařízení.

Kromě toho elektromechanické systémy přinášejí významné výkonové výhody. Mohou pracovat v širším rozsahu otáček a výkonu než hydraulické systémy a nabízejí vyšší přesnost polohování při zachování výkonu. Viskozita hydraulických olejů se může měnit v závislosti na době provozu a teplotě, což negativně ovlivňuje výkon stroje. Elektromechanické systémy však pracují s přesnými tolerancemi nepřetržitě. Pohyblivé části jsou založeny na osvědčené technologii kuličkových ložisek. Díky tomu je možné předpovědět jejich životnost za určitých provozních podmínek.

Protože není potřeba žádné další řídicí ventily ani příslušenství, lze elektromechanické aktuátory snadno integrovat do elektronického řízení stroje. Kromě toho jejich rychlá odezva, přesnost polohování a opakovatelnost usnadňují programování složitých pohybů a konstrukci strojů, které se mohou rychle přizpůsobit různým požadavkům procesu.

Kde je háček?

Pořizovací cena elektromechanických zařízení je sice vyšší než u hydraulických strojů. Pokud však zohledníme celkové náklady během celého životního cyklu, ukáže se jiný obrázek: Elektromechanické aktuátory nabízejí úspory, které více než vyrovnávají vyšší pořizovací náklady. Za tím stojí šest hlavních faktorů:

1. Energetická účinnost. Hydraulické systémy ztrácejí energii na několika místech, nejdříve při přeměně elektrické energie na pohyb pro pohon hydraulické čerpadlo. Dále dochází ke ztrátám v čerpadle samotném, v tření kapaliny v přenosových potrubích a v aktuátoru. Celkově hydraulický systém vydá pouze asi 44 procent své pohonné energie. Elektromechanické systémy ztrácejí energii pouze kvůli limitům účinnosti motoru a tření v převodovkách a pohonných součástech. Elektromechanický aktuátor obvykle přenáší 80 procent své vstupní energie. Navíc je u většiny aplikací nutné, aby čerpadla běžela nepřetržitě, aby byla zajištěna odpovídající reakční doba stroje. Příkon elektromechanických aktuátorů při nečinnosti je nulový a i při provozu odebírá pouze krátkodobě maximální spotřebu energie. Díky tomu se vyšší pořizovací náklady elektrických systémů rychle vrátí díky úsporám energie během několika měsíců.

2. Snížené tepelné zatížení. Energie ztracená v hydraulických strojích se přeměňuje na teplo. U přesných aplikací, například při výrobě plastových výrobků, je třeba toto teplo odstraňovat pomocí chladicích zařízení. To dále zvyšuje celkovou spotřebu energie. Elektricky poháněné stroje potřebují díky vyšší účinnosti pouze asi 35 procent chladicí energie ve srovnání s hydraulickým řešením.

3. Kratší cykly. Díky vyšší rychlosti a lepší ovladatelnosti elektromechanických aktuátorů mohou stroje pracovat rychleji a dosahovat vyššího výkonu, například při robotickém bodovém svařování v automobilovém průmyslu. Mezi jednotlivými svary musí být uchopovač na robotickém rameni otevřen, aby se rameno mohlo přesunout na další svařovací bod. Fluidní systémy otevírají uchopovač úplně po každém svařování. Elektromechanické systémy však mohou být naprogramovány tak, že se otevřou jen natolik, aby bylo možné znovu umístit uchopovač. Když jeden japonský výrobce automobilů přešel na elektromechanický svařovací kleště při výrobě karoserií, zvýšilo to jeho průchodnost o deset procent – což odpovídá 100 dalších karoserií denně.

4. Lepší využití materiálu. Zvýšená přesnost a konzistence znamená, že elektricky poháněné stroje mají obvykle dvojnásobnou opakovatelnost než hydraulické alternativy. To zvyšuje kvalitu a snižuje odpad. I při výrobě produktů s nižší přesností mohou takto dosažené úspory překonat vyšší náklady na elektromechanické zařízení během dvou let nebo méně.

5. Zvýšená provozní doba. Elektromechanické zařízení má méně opotřebitelných dílů než fluidní stroje, a všechny jsou v kuličkovém šroubu a převodovce. Hydraulické zařízení je naopak závislé na celé síti ventilů, hadic, filtrů a těsnění. Porucha v jedné části systému může způsobit zastavení celého zařízení, dokud nebude problém identifikován a opraven. Porucha aktuátoru však může být obvykle rychle odstraněna výměnou postiženého dílu. Doba provozu a dostupnost stroje jsou proto u elektromechanických systémů obvykle o dvě procenta vyšší než u hydraulických zařízení. To zvyšuje výkon a snižuje výrobní náklady na kus.

6. Snadnější údržba. Pro elektromechanické stroje jsou náklady na provoz nízké. Uživatelé nemusí kupovat olej, filtry ani těsnění. Nemusí zastavovat stroje pro výměnu těchto dílů, ani vynakládat peníze na prevenci úniků a únikových kapalin. Elektromechanické systémy lze také vybavit integrovanými senzory pro sledování stavu, které upozorní obsluhu na možné problémy dříve, než dojde k neočekávanému zastavení.

Celkově tyto faktory umožňují úspory v řádu desítek tisíc eur ročně u běžného výrobního stroje. Přibližně polovina této úspory pochází z nižší spotřeby energie. Zbytek se týká dalších oblastí.

Nové generace elektromechanických aktuátorů

Také u nejnovější generace elektromechanických aktuátorů staví společnost Ewellix na všech konstrukčních výhodách těchto komponent a rozšiřuje je, aby své produkty činila ještě výkonnější, odolnější a snadněji integrovatelné.

Například řada CASM byla společností Ewellix vyvinuta pro náročné nasazení v automatizované vysokorychlostní a sériové výrobě. Aktuátory CASM mohou nahradit pneumatické válce v existujících výrobních linkách. Jsou modulární a dostupné ve všech standardních velikostech. Lze je pohánět různými typy motorů. To umožňuje uživateli vybavit všechny aktuátory motory od jednoho výrobce a tím zjednodušit správu náhradních dílů. Široká nabídka možností a příslušenství umožňuje snadnou integraci do různých aplikací.

Aktuátory CASM jsou navrženy pro velmi vysoký výkon a dlouhou životnost. Vysoce kvalitní ložiska a kuličkové a šroubové šrouby s nízkým třením zajišťují energetickou účinnost a přesnost díky malému axiálnímu vůli. Přístroje jsou mazány na celý život a jsou proto nenáročné na údržbu. Mají integrované filtry a odstraňovač nečistot, které zabraňují poškození prachem a špínou. Magnetický kroužek a dělený hliníkový kryt usnadňují instalaci vnějších senzorů.

Pro další zjednodušení řízení stroje a systémové integrace je řada CASM vybavena bezkartáčovým stejnosměrným motorem s pohybovým řadičem, brzdou a volitelným rozhraním pro průmyslové sběrnice. Uživatelé tak již nepotřebují externí řídicí jednotku motoru. To snižuje náklady na instalaci a zjednodušuje kabeláž, protože motory lze napájet a řídit jediným kabelem. Pomocí grafického uživatelského rozhraní programovacího setu Ewellix mohou uživatelé snadno konfigurovat stroje a nastavovat parametry motorů. Do motoru lze nahrát až 14 různých poloh aktuátorů s odpovídajícími rychlostmi, zrychleními a zpomaleními. Řízení stroje je poté možné přes PLC nebo jednoduché spínače. Tím vzniká velmi nákladově efektivní, samostatný systém řízení pohybu pro menší stroje.

Nové aktuátory řady Ewellix LEMC, určené pro aplikace s vyšší zátěží, používají planetární šroubovici místo kuličkového šroubu. Díky tomu má aktuátor vyšší výkonovou hustotu než běžné provedení a je odolnější vůči silným vibracím z prostředí použití. Stejně jako řada CASM je i řada LEMC modulární a lze ji konfigurovat pro různé aplikace a různé typy motorů. Kromě konvenčních servomotorů lze je také pohánět s integrovaným převodem nebo inteligentním synchronním motorem. Uživatel tak získává dodatečné bezpečnostní a ochranné funkce stroje s integrovaným softstartem. Řízení je navrženo pro NFC (Near Field Communication), což umožňuje servisnímu personálu provádět nastavení pohodlně pomocí smartphonu.