Eigenschaften*
Elektrische Zylinder: Kraft, Geschwindigkeit und Kinematik
Die elektrischen Zylinder werden in automatisierten Systemen häufig verwendet, um elektrische Energie in kontrollierte lineare Bewegung umzuwandeln.
Ihre Leistung hängt direkt von den mechanischen Eigenschaften des Motors, des Getriebes und des Schraubensystems ab. Das Verständnis der Beziehungen zwischen Kraft, Geschwindigkeit und Kinematik ist entscheidend für die richtige Dimensionierung.
Nutzkraft
Die Nutzkraft (oder Schubkraft) eines elektrischen Zylinders hängt vom Motordrehmoment und der mechanischen Übertragung ab.
Sie kann durch die Beziehung geschätzt werden:
wo:
- C_{moteur} = couple du moteur (N·m),
- \(R_{réduction}\) = rapport de réduction du réducteur,
- η\etaη = Gesamtwirkungsgrad (mechanisch und Schraube),
- ppp = Steigung der Schraube (m/Umdrehung).
Je höher das Übersetzungsverhältnis oder je kleiner die Schraubensteigung, desto größer ist die entwickelte Kraft, jedoch auf Kosten der Geschwindigkeit.
Bewegungsgeschwindigkeit
Die lineare Geschwindigkeit der Stange hängt von der Drehzahl des Motors und der Schraubensteigung ab:
- où \(N_{moteur}\) est la vitesse de rotation du moteur (tr/min).
- ppp = Steigung der Schraube (m/Umdrehung).
Somit:
eine Schraube mit großer Steigung oder ein geringes Verhältnis bietet eine hohe Geschwindigkeit,
eine Schraube mit kleiner Steigung oder ein hohes Verhältnis bevorzugt die Kraft.
Kompromiss Kraft / Geschwindigkeit / Wirkungsgrad
Die Dimensionierung eines elektrischen Zylinders basiert auf einem permanenten Kompromiss zwischen Kraft und Geschwindigkeit:
| Erhöhter Parameter | Hauptkonsequenz | Auswirkung auf den Wirkungsgrad |
| Übersetzungsverhältnis | + Kraft / – Geschwindigkeit | Wirkungsgrad leicht vermindert |
| Schraubensteigung | + Geschwindigkeit / – Kraft | Wirkungsgrad verbessert |
| Schraubentyp (Kugelgewindetrieb vs Trapezgewinde) | + Wirkungsgrad, + Kosten | Weniger Selbsthemmung |
Die Kugelgewindetriebe bieten einen höheren Wirkungsgrad (≈ 90 %), ideal für schnelle und präzise Bewegungen, während die Trapezgewinde kostengünstiger und selbsthemmend sind, daher besser für gehaltene Positionen ohne Verbrauch geeignet.
Gute Praktiken für Dimensionierung und Nutzung
Vor Ort müssen mehrere Punkte überprüft werden, um die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Zylinders zu gewährleisten:
Lastreserve: einen Sicherheitsfaktor von × 1,3 bis × 1,5 vorsehen, um Reibung, Stöße und mechanische Toleranzen auszugleichen.
Einschaltdauer (Duty Cycle): die Dauerbetriebszeit überprüfen, um eine Überhitzung des Motors und der Elektronik zu vermeiden.
Mechanischer Schutz: die Stange mit einem Faltenbalg oder einem IP-Schutzgrad schützen, der an die Umgebung (Staub, Schlamm, Feuchtigkeit) angepasst ist.
Externe Führung: jegliche seitliche Belastung der Stange vermeiden; der Zylinder sollte nur axiale Kräfte übertragen.
Zusammenfassung
| Parameter | Haupteinfluss | Anmerkungen |
| Übersetzungsverhältnis ↑ | Kraft ↑ / Geschwindigkeit ↓ | Gesamtwirkungsgrad sinkt leicht |
| Schraubensteigung ↑ | Geschwindigkeit ↑ / Kraft ↓ | Besserer Wirkungsgrad, aber reduzierte Selbsthemmung |
| Schraubentyp | Kugeln = hoher Wirkungsgrad, Trapez = selbsthemmend | Wahl je nach Anwendung |
| Lastreserve | ×1,3 bis ×1,5 | Für Reibung und Lastspitzen |
| Einschaltdauer | Motortemperatur | Bei intensiver Nutzung zu überprüfen |
*: Die in diesem Artikel präsentierten technischen Informationen sind unverbindlich. Sie ersetzen nicht die offiziellen Anleitungen der Hersteller. Vor jeder Installation, Handhabung oder Nutzung konsultieren Sie bitte die Produktdokumentation und beachten Sie die Sicherheitsanweisungen. Die Website Torque.works kann nicht für eine unsachgemäße Verwendung oder eine falsche Interpretation der bereitgestellten Informationen verantwortlich gemacht werden.