Een wissel biedt talrijke voordelen

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

De overstap naar elektromechanische oplossingen biedt de gebruiker duidelijke voordelen op het gebied van prestaties, … (Afbeelding: Ewellix-groep)

...Eenvoud... (Afbeelding: Ewellix-groep)

…en milieuvriendelijkheid van de installaties. (Afbeelding: Ewellix-groep)

De CASM-actuatoren zijn ontworpen voor zeer hoge prestaties en een lange levensduur. Hoogwaardige lagers en kogels en schroefspindels zorgen met hun lage wrijving voor energie-efficiëntie en met hun geringe axiale speling voor grote precisie. (Afbeelding: Ewellix-groep)

De nieuwe actuatoren van de LEMC-serie van Ewellix, ontworpen voor toepassingen met hogere belasting, gebruiken een planeetrolspindel in plaats van een kogellospindel. Hierdoor beschikt de actuator over een hogere vermogensdichtheid dan conventionele uitvoeringen en is hij minder gevoelig voor sterke vibraties uit de omgeving. (Afbeelding: Ewellix-groep)

Wanneer ingenieurs tot nu toe grote krachten wilden genereren of zware lasten wilden verplaatsen, waren hydraulische aandrijvingen de eerste keuze. Maar fluidtechnische systemen krijgen in de wereld van lineaire bewegingen serieuze concurrentie: elektromecische actuatoren, bestaande uit precisiekogel- of rollengewindetrieb, aangedreven door een elektromotor en tandwiel. Elektromecische systemen bieden tal van voordelen op het gebied van prestaties, milieuvriendelijkheid, complexiteit en kosten.

Een nieuwe generatie elektromecische actuatoren stelt gebruikers in staat om hydraulische en pneumatische cilinders te vervangen in een breed scala aan veeleisende toepassingen – zowel in fabriekautomatisering als bij mobiele machines. Niet alleen de prestaties, maar ook kostenvoordelen spelen een rol bij de overstap.

Een heroverweging loont

Elektromecische systemen zijn kleiner en lichter dan hun fluidtechnische tegenhangers. Logge pompen, accumulators, olietanks en leidingen komen te vervallen, omdat de motor direct met de actuator is verbonden. De systemen werken zonder onder druk gezet olie – dit vermindert het risico op branden, milieuschade en arbeidsongevallen. Bovendien werken ze stiller dan fluidtechnische installaties.

Daarnaast bieden elektromecische systemen aanzienlijke prestatievoordelen. Ze kunnen werken binnen een breder toerental- en vermogensbereik dan hydraulische systemen en bieden een hogere positioneringsnauwkeurigheid bij gelijke prestaties. De viscositeit van hydraulische oliën kan variëren afhankelijk van looptijd en temperatuur, wat een negatieve invloed kan hebben op de machineprestaties. Elektromecische systemen daarentegen werken continu met nauwkeurige toleranties. De bewegende delen zijn gebaseerd op beproefde rollagertechnologie. Hierdoor is het mogelijk om hun levensduur onder bepaalde bedrijfsomstandigheden te voorspellen.

Aangezien geen extra regelventielen en andere accessoires nodig zijn, kunnen elektromecische actuatoren eenvoudig worden geïntegreerd in de elektronische besturing van een machine. Bovendien maken hun snelle respons, positionerings- en herhaalnauwkeurigheid het programmeren van complexe bewegingen en het bouwen van machines die snel kunnen worden aangepast aan verschillende procesvereisten, eenvoudiger.

Waar zit de adder?

De aanschafprijs van een elektromecisch systeem ligt wel hoger dan die van hydraulische machines. Maar als je kijkt naar de totale kosten over de volledige levenscyclus, ziet het er anders uit: elektromecische actuatoren bieden besparingspotentieel dat de hogere aanschafkosten ruimschoots compenseert. Daarvoor zijn zes hoofdredenen verantwoordelijk:

1. Energie-efficiëntie. Hydraulische systemen verliezen op meerdere punten energie, eerst bij de omzetting van elektrische energie in beweging voor het aandrijven van de hydrauliekpomp. Daarnaast zijn er verliezen in de pomp zelf, door vloeistofwrijving in de transmissieleidingen en in de actuator. In totaal levert een hydraulisch systeem slechts ongeveer 44 procent van zijn aandrijfvermogen af. Elektromecische systemen verliezen alleen energie door de grenzen van de motorrendementen en door wrijving in de tandwielen en aandrijfelementen. Een elektromecische actuator transporteert doorgaans 80 procent van zijn invoervermogen. Bovendien moeten hydrauliekpompen in de meeste toepassingen continu draaien om een goede reactietijd van de machine te garanderen. Het energieverbruik van elektromecische actuatoren bij niet-gebruik is nul, en ook tijdens bedrijf vraagt hij slechts voor korte momenten zijn maximale energiebehoefte. Zo worden de hogere aanschafkosten van elektrische systemen binnen enkele maanden terugverdiend door energiebesparingen.

2. Verminderde warmteontwikkeling. De energie die in hydraulische machines verloren gaat, wordt omgezet in warmte. Bij precisietoepassingen, zoals bij de productie van kunststofproducten, moet deze warmte worden afgevoerd met behulp van koelsystemen. Dit verhoogt het totale energieverbruik verder. Elektrisch aangedreven machines hebben vanwege hun hogere rendement slechts ongeveer 35 procent van de koelenergie nodig in vergelijking met een hydraulische oplossing.

3. Kortere cyclustijden. Door de hogere snelheid en verbeterde regelbaarheid van elektromecische actuatoren kunnen machines sneller werken en meer vermogen leveren, bijvoorbeeld bij puntlassen in de automobielindustrie. Tussen de laspunten moet de grijper op de robotarm worden geopend zodat de arm naar de volgende lasplek kan bewegen. Hydraulische systemen openen de grijper na elke las volledig. Elektromecische systemen kunnen zo worden geprogrammeerd dat ze zich net zo ver openen dat de grijper opnieuw kan worden gepositioneerd. Toen een Japanse autofabrikant overstapte op een elektromecische lasgrijper in de carrosseriefabricage, verhoogde dit samen met de hogere snelheid van de nieuwe actuatoren de doorvoer met tien procent – dat komt neer op 100 extra carrosserieën per dag.

4. Verbeterd materiaalgebruik. Verbeterde nauwkeurigheid en consistentie betekent dat elektrisch aangedreven machines doorgaans een dubbele herhaalnauwkeurigheid hebben in vergelijking met hydraulische alternatieven. Dit verhoogt de kwaliteit en vermindert het afval. Zelfs bij producten die met minder precisie worden vervaardigd, kunnen de zo behaalde besparingen de hogere kosten van elektromecische systemen in twee jaar of minder overtreffen.

5. Verhoogde bedrijfstijd. Elektromecische systemen hebben minder slijtdelen dan fluidtechnische machines, en alle onderdelen bevinden zich in de kogellager- of tandwielspindel. Hydraulische apparaten daarentegen zijn afhankelijk van een heel netwerk van ventielen, slangen, filters en afdichtingen. Een storing in een onderdeel van het systeem kan de hele installatie stilleggen totdat het probleem is opgespoord en verholpen. Een probleem met een actuator kan de gebruiker meestal snel oplossen door het betreffende apparaat te vervangen. Bedrijfstijd en machinebeschikbaarheid liggen bij elektromecische systemen daarom meestal twee procent hoger dan bij hydraulische systemen. Dit verhoogt de prestaties en verlaagt de productiekosten per stuk.

6. Eenvoudigere onderhoud. Voor elektromecische machines zijn slechts geringe doorlopende bedrijfskosten vereist. Gebruikers hoeven geen olie, filters of afdichtingen te kopen. Ze hoeven machines niet stil te leggen om deze onderdelen te vervangen, noch geld uit te geven om lekkages en uitlopende vloeistoffen te voorkomen of te verwijderen. Elektromecische systemen kunnen bovendien worden uitgerust met volledig geïntegreerde sensoren voor conditiebewaking. Deze waarschuwen het operationele en onderhoudspersoneel voor mogelijke problemen voordat ze leiden tot ongeplande stilstand.

Samengevat maken deze factoren besparingen mogelijk van enkele tienduizenden euro’s per jaar voor een typische productiemachine. Ongeveer de helft van deze besparing komt door het lagere energieverbruik. De andere helft valt in andere gebieden.

Nieuwe generaties elektromecische actuatoren

Ook bij de nieuwste generatie elektromecische actuatoren bouwt Ewellix voort op alle constructieve voordelen van deze componenten en breidt ze uit om zijn producten nog krachtiger, duurzamer en gemakkelijker te integreren te maken.

De CASM-reeks heeft Ewellix bijvoorbeeld ontwikkeld voor veeleisende toepassingen in geautomatiseerde hoogsnelheids- en grootschalige productie. CASM-actuatoren kunnen pneumatische cilinders in bestaande productielijnen vervangen. Ze zijn modulair opgebouwd en verkrijgbaar in alle standaardmaten. Ze kunnen worden bediend met verschillende motortypen. Hierdoor kan de gebruiker alle actuatoren uitrusten met motoren van één fabrikant, wat het vervangingsonderhoud vereenvoudigt. Een breed scala aan opties en accessoires maakt eenvoudige integratie in tal van toepassingen mogelijk.

De CASM-actuatoren zijn ontworpen voor zeer hoge prestaties en lange levensduur. Hoogwaardige lagers en kogel- en spindelstangen zorgen met hun lage wrijving voor energie-efficiëntie en met hun geringe axiale speling voor grote precisie. De apparaten zijn levenslang gesmeerd en daardoor onderhoudsarm. Ze beschikken over geïntegreerde filters en een afschermring om schade door binnendringend stof en vuil te voorkomen. Een magneetring en een gespleten aluminium profielbehuizing vergemakkelijken de installatie van externe sensoren.

Om de machinebesturing en systeemintegratie verder te vereenvoudigen, is de CASM-reeks uitgerust met een borstelloze gelijkstroommotor met Motion Controller, rem en optioneel veldbusinterface. Hierdoor hebben gebruikers geen externe motormanagement meer nodig. Dit verlaagt de installatiekosten en vereenvoudigt de bekabeling, omdat de motoren via één kabel worden gevoed en aangestuurd. Via de grafische gebruikersinterface van de Ewellix-programmeerkit kunnen gebruikers de machines eenvoudig configureren en alle motoreigenschappen instellen. Tot 14 verschillende actuatorposities met bijbehorende snelheden, acceleraties en vertragingen kunnen in de motor worden geladen. De besturing van de machines gebeurt vervolgens via een PLC of eenvoudige schakelaars. Zo ontstaat een zeer kosteneffectief, zelfstandig Motion Control-systeem voor kleinere machines.

De nieuwe actuatoren van de Ewellix LEMC-serie, die geschikt zijn voor toepassingen met hogere belasting, gebruiken een planetenrollenspindel in plaats van een kogelrollenspindel. Hierdoor beschikt de actuator over een hogere vermogensdichtheid dan conventionele uitvoeringen en is hij minder gevoelig voor sterke trillingen uit de omgeving. Net als de CASM-reeks is ook de LEMC-serie modulair opgebouwd en kan worden geconfigureerd voor vele verschillende toepassingen en een reeks motortypen. Naast conventionele servomotoren kunnen ze ook worden aangedreven met een geïntegreerde tandwielkast en een intelligente inductiemotor. Zo krijgt de gebruiker extra veiligheids- en machinedoorschakelfuncties met geïntegreerde softstart. De besturing is ingericht voor NFC (Near Field Communication). Hierdoor kan het onderhoudspersoneel eenvoudig aanpassingen maken met een smartphone.