Vor dem Hintergrund des notwendigen Ausstiegs aus der Nutzung fossiler Brennstoffe, den wiederholten Turbulenzen bei der Versorgung mit Öl und Gas und dem technischen Fortschritt bei gleichzeitig sinkenden Kosten für elektrische Systeme bedeutet die zunehmende Elektrifizierung einen grundlegenden Wandel unserer Lebens- und Arbeitsweise.
Für viele Menschen ist der Trend zu elektrischen Systemen am offensichtlichsten an der zunehmenden Zahl an Elektrofahrzeugen im Straßenverkehr zu erkennen. Allerdings sind die Veränderungen in Branchen wie der Landwirtschaft, dem Bergbau und der Erzeugung von sowohl herkömmlichen als auch erneuerbaren Energien wahrscheinlich noch viel ausgeprägter. In nahezu allen Branchen, in denen lineare Bewegungen eine Rolle spielen, ist der Austausch von hydraulischen Antrieben durch gleichwertige elektrische Aktuatoren eine hervorragende Möglichkeit, die Vorteile moderner elektrischer Systeme zu nutzen.
Bei einer elektrischen Linearbetätigung wird die von einem Elektromotor erzeugte Drehbewegung mithilfe einer Kugelgewindespindel, einer Zahnstange, eines Förderbandes oder ähnlicher Übertragungselemente in eine lineare Bewegung umgewandelt. Mit dieser Technologie lassen sich einfach Hydrauliksysteme ersetzen, bei denen ein Hydraulikaggregat zur Erzeugung des Öldrucks, Schläuche und Armaturen zur Förderung des Öls, Ventile zur Steuerung des Öldurchflusses und Hydraulikzylinder zur Aufnahme des Öls zum Einsatz kommen, um die Last in Abhängigkeit vom variierenden Öldruck in den Kolben zu bewegen.
Die Nutzung hydraulischer Systeme zur Ausführung von Arbeiten reicht mehrere tausend Jahre zurück, und die erste hydraulische Presse – der Prototyp der heutigen hydraulischen Aktuatoren – wurde bereits 1795 patentiert. Diese hydraulischen Systeme gelten als effizient und relativ zuverlässig. Warum werden also elektrische Antriebe oft bevorzugt und warum rüsten so viele Branchen auf elektrische Antriebe um?
Effizienz
Hydraulikaggregate benötigen Strom. Bei der Umwandlung von elektrischer Energie in physische Arbeit sind sie jedoch nur halb so effizient wie elektrische lineare Aktuatoren. Außerdem muss ein Hydraulikaggregat zur Aufrechterhaltung des Drucks die ganze Zeit über laufen, während ein Elektromotor nur wenig oder gar keinen Strom verbraucht, wenn er nicht läuft. Viele lineare Bewegungsanwendungen erfolgen nur intermittierend. Eine Umstellung von hydraulischen auf elektrische Antriebe ermöglicht somit enorme Einsparungen bei Energieverbrauch und Kosten.
Bessere Kontrolle und Präzision
Hydraulische Aktuatoren können keine fein abgestimmten Bewegungen ausführen. Der Kolben hat einen nur begrenzten, durch die Länge des Zylinders definierten Bewegungsbereich, und Schwankungen bei Öldruck und Viskosität verhindern eine hochpräzise Positionierung. Im Gegensatz dazu können Servomotoren, die mit hochwertigen linearen Aktuatoren betrieben werden, äußerst präzise Positionierungen vornehmen, und der Aktuator kann nahezu jede für die Anwendung benötigte Länge annehmen.
Weniger Wartungsaufwand und höhere Zuverlässigkeit
Hydraulische Systeme bestehen aus vielen Komponenten, die regelmäßig gewartet werden müssen und bei denen häufig Leistungsprobleme oder sogar Totalausfälle auftreten. Das Hydraulikaggregat selbst ist schon ein kompliziertes Gebilde, und dann wären da noch die vielen weiteren Komponenten wie Zylinder, Steuerventile, Ölfilter, Schläuche, Armaturen und mehr – all dies sind mögliche Problemquellen. Öl kann verschmutzen, schwankende Temperaturen können Auswirkungen auf dessen Viskosität haben, und Leckagen treten immer wieder auf. Die Wartung dieser Systeme ist kostspielig, nicht zu vergessen die potenziell verheerenden Kosten, die durch Ausfallzeiten entstehen können.
Elektromotoren und lineare Aktuatoren sind dagegen relativ einfache Apparate, deren Wartungsaufwand nur sehr gering ist. Und bei entsprechender Konfiguration sind sie unter zahlreichen Bedingungen wesentlich zuverlässiger — auch bei extremen Temperaturen, Waschvorgängen, bei der Anwendung unter widrigen Witterungsbedingungen und in gefährlichen Atmosphären.
Verantwortung für die Umwelt
Wie bereits erwähnt, sind Hydraulikaggregate bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Arbeitsleistung höchst ineffizient. Aber das ist noch nicht alles. Bei Anwendungen im Freien erfolgt die Stromversorgung in der Regel über einen umweltschädlichen, lauten Dieselgenerator. Auch das Hydraulikaggregat selbst ist eine bedeutende Lärmquelle. Für die Umwelt besonders bedenklich ist, dass praktisch alle jemals gebauten Hydrauliksysteme irgendwann einmal undicht werden — manchmal mit katastrophalen Folgen. In industriellen Umgebungen können Leckagen Produkte und Prozesse verunreinigen, im Freien hingegen gefährden sie die Bevölkerung, die Tierwelt, die Wasserversorgung und vieles mehr.
Elektrische Aktuatoren sind weitaus energieeffizienter. Bei Anwendungen im Freien lassen sie sich mit einer kleineren, leiseren Stromquelle oder sogar mit Akkus betreiben. Elektromotoren sind sehr leise – vor allem im Vergleich zu Hydraulikaggregaten. Außerdem benötigen elektrische Aktuatoren keine unter Druck stehenden Flüssigkeiten. Leckagen sind also ausgeschlossen.
Gesamtkosten
Die Anschaffungskosten eines elektrischen Antriebssystems können abhängig von der gewählten Architektur der Lösung über denen eines hydraulischen Systems liegen. Allerdings machen die Vorteile der elektrischen Antriebstechnik im Hinblick auf die wesentlich geringeren Kosten für Energie, Wartung, Ausfallzeiten und Umweltsanierung sie zum eindeutigen Gewinner, wenn es um die langfristige Wirtschaftlichkeit im laufenden Betrieb geht.
Innovative Möglichkeiten
Jeder hydraulische Aktuator stellt im Grunde ein eigenes, isoliertes System dar. Die Koordination von Bewegungen zwischen mehreren hydraulischen Systemen lässt sich nur auf vergleichsweise niedrigem Niveau durchführen – nicht mit der Präzision, die für hochintegrierte industrielle Anwendungen, autonom gesteuerte mobile Systeme, kollaborative Roboter und viele andere innovative Lösungen erforderlich ist, die die moderne Welt verändern.
Darüber hinaus sind Druckluft- oder Hydraulikpumpen in bestimmten Umgebungen oder Situationen nicht immer verfügbar oder deren Einsatz zusammen mit bestimmten Maschinen nicht immer sinnvoll. Hingegen ist Strom für den Betrieb von Schalttafeln, Sensoren, Anzeigen, SPS und anderen Geräten, die in Hochleistungssystemen zum Einsatz kommen, fast immer verfügbar. Daher liegt es nahe, zur Vereinfachung Ihrer Maschinen die gleiche Stromquelle zu nutzen und somit gleichzeitig auch noch eine präzisere, koordinierte Bewegungssteuerung zu ermöglichen. Elektroantriebe sind die Zukunft – hydraulische Antriebe gehören der Vergangenheit an.
Der Wechsel zu Spitzenleistungen mittels Elektroantrieben ist einfach
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