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Linearaktuator

Integrierte Elektronik – mehr Sicherheit und Intelligenz für Linearaktuatoren

| Autor/ Redakteur: Hakan Persson* / Ute Drescher

Die Unterstützung für den SAE J1939-CAN-Bus-Standard eröffnet neue Möglichkeiten zur Integration elektro- mechanischer Aktuatoren in mobile Arbeitsmaschinen.

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Der neue, elektrische Linearaktuator Electrak HD von Thomson Industries ist mit seiner integrierten „Bord-Elektronik“ inklusive optional eingebauter J1939-CAN-Bus-Unterstützung wegweisend. Separate Steuereinheiten werden überflüssig, die Steuerungsmöglichkeit ist verbessert und das Maschinendesign einfacher.
Der neue, elektrische Linearaktuator Electrak HD von Thomson Industries ist mit seiner integrierten „Bord-Elektronik“ inklusive optional eingebauter J1939-CAN-Bus-Unterstützung wegweisend. Separate Steuereinheiten werden überflüssig, die Steuerungsmöglichkeit ist verbessert und das Maschinendesign einfacher.
( Bild: Thomson )

Elektro-Linearaktuatoren waren lange Zeit nur einfachen Maschinenfunktionen vorbehalten – wie dem Schieben oder Ziehen eines Bauteils auf Knopfdruck. Dank vermehrter Integration moderner Elektronik werden heutige Aktuatoren immer sicherer und intelligenter. Zudem lassen sie sich einfacher in die Bordnetze von Fahrzeugen und Maschinen einbinden. Moderne Linearaktuatoren überwachen eigenständig kritische Parameter und reagieren automatisch auf Veränderungen. Sie liefern zu geringen Kosten ihren Betriebsstatus in Echtzeit und vernetzen sich flexibel mit anderen Systemen.

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Bei einem herkömmlichen elektrischen Aktuator kann eine dauerhafte Überlastung den Motor und weitere Komponenten beschädigen. Fällt er zu einem ungünstigen Zeitpunkt aus, kann dies nicht nur mechanische Schäden hervorrufen – in Schwerlastmaschinen der Land- und Bauwirtschaft stellt er auch ein Sicherheitsrisiko dar.

Eine eingebaute Elektronik verhindert derartige Situationen: Parameter wie Stromstärke, Spannung, Last sowie Temperatur werden kontinuierlich überwacht und das System wird sicher abgeschaltet, bevor es kritische Grenzwerte überschreitet. Ist beispielsweise die gemessene Temperatur höher als die Nenntemperatur des Aktuators, bringt die Elektronik das System zu einem sicheren Stillstand.

Darüber hinaus überwacht die Elektronik das System auf gefährliche Überlastung. Tritt an einem Aktuator, der zum Bewegen einer Last von 1000 kg mit einer Stromstärke von 18 A ausgelegt ist, ein Ampere-Wert auf, der über einem werksseitig kalibrierten Auslösepunkt liegt, schaltet die Elektronik an diesem Punkt jedes Mal die Komponente ab. Um Einbußen der Produktivität durch Fehlabschaltungen auszuschließen, berücksichtigt die Elektronik sogar den Betrieb bei niedrigeren Umgebungstemperaturen.

Steuerungsmöglichkeiten erweitert

Zusätzlich zur Zustandsüberwachung verbessert die integrierte Elektronik die Ansteuerung der einzelnen Verstellbewegungen. Daher sind in elektromechanischen Aktuatoren die folgenden Funktionen immer häufiger zu finden:

  • Niederstromschalten: Herkömmliche Aktuatoren benötigen zum Ausfahren, Einfahren oder Anhalten häufig sperrige, unwirtschaftliche Relais oder separate Steuereinheiten. Durch die Verwendung der integrierten Elektronik sinkt die erforderliche Stromstärke an den Schaltern oder Kontakten von 20 A auf unter 22 mA, was ein deutlich einfacheres und kostengünstigeres Systemdesign ermöglicht.
  • Analoge Positionsrückmeldung: Hierbei gibt ein berührungsloser Potentiometer über ein Spannungssignal die Position, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Aktuators aus.
  • Digitale Positionsrückmeldung: Ein Encoder mit einkanaliger Impulsfolge kann genutzt werden, um mehrere Aktuatoren miteinander zu synchronisieren oder Position und Geschwindigkeit an das übergeordnete System auszugeben.
  • Dynamisches Bremsen: Wird die Stromversorgung zu einem Aktuator mit einer Hilfslast unterbrochen, die in Richtung der Bewegung wirkt, kann es zum Nachlaufen des Aktuators und damit zur Beeinträchtigung der Wiederholgenauigkeit und Präzision kommen. Die integrierte Elektronik verhindert diesen Effekt durch ein dynamisches Abbremsen, das den Aktuator bei Wegfall der Spannung zu einem definierten Stopp bringt.
  • Endlagen-Ausgang: Zu wissen, wann der Aktuator das Ende seines Hubwegs erreicht hat, ist besonders aus Gründen der Sicherheit und Leistungsfähigkeit wichtig. Wenn ein Aktuator z.B. dazu dient, ein Gerät an seinem Platz zu sichern, kann der Bediener durch eine einfache, vom Ausgang geschaltete LED-Anzeige vor gefährlichen Situationen geschützt werden. Darüber hinaus schützt dieser Endlagen-Ausgang den Aktuator selbst sowie die mechanisch mit ihm verbundenen Bauteile.
  • Interne Endlagenschalter: Diese Vorrichtungen schalten den Aktuator am Hub-Ende automatisch ab, sodass keine mechanischen Kupplungsklinken an den Enden des Hubwegs notwendig sind und sich zudem die Lebensdauer des Aktuators erhöht.

SAE J1939 schafft Flexibilität

Die CAN-Bus-Kommunikation über den Protokollstandard SAE J1939 hat sich in den vergangenen 15 Jahren im Bereich der Land- und Baumaschinen immer mehr durchgesetzt. Durch den Einsatz von Elektro-Aktuatoren mit J1939-Kompatibilität profitieren Konstrukteure und Anwender gleichermaßen von den Vorteilen der Zustandsüberwachung und erweiterten Steuerungsmöglichkeiten.

Mit Einhaltung dieser Norm „spricht“ der Aktuator dieselbe Sprache wie das elektronische Steuergerät der Maschine, sodass eine Kommunikation über das Bordnetz aus verdrillten Doppelleitern, sogenanntem „Twisted Pair“, einfach zu realisieren ist. Herkömmliche Elektro-Aktuatoren benötigen dagegen für ihren Betrieb ein separates Steuergerät.

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