Siłowniki elektryczne – budowa, zasada działania i zastosowanie

Siłowniki elektryczne – budowa

Na początek zajmiemy się konstrukcją i opisując budowę siłowników elektrycznych skupimy się na modelach produkowanych przez Tolomatic. Każdy siłownik elektryczny składa się ze śruby z nakrętką (zwykle jest to śruba kulowa lub rolkowa/planetarna), która bezpośrednio wpływa na ruch tłoczyska. Zarówno śruba jak i tłoczysko zamknięte są w obudowie, która w zależności od przeznaczenia siłownika może przyjmować różne formy i może być wykonana z różnych materiałów. Przykładowo, w branży produkcji żywności i napojów czy w sektorze produkcji leków najbardziej pożądane są siłowniki elektryczne z obudową wykonaną ze stali nierdzewnej i o jak najbardziej obłych kształtach, bez załamań. Celem takiej konstrukcji jest odporność na zmywanie oraz minimalizowanie ryzyka osadzania się zanieczyszczeń. Najpopularniejsze rozwiązania Tolomatic o takiej budowie, charakteryzujące się wymienionymi cechami to siłowniki elektryczne serii ERD Hygienic oraz zintegrowane serwosiłowniki serii IMA.

Dla poprawnego działania siłownika elektrycznego niezbędna jest jednostka napędowa, czyli silnik. Może to być zwykły silnik AC z przekładnią, a także bardziej zaawansowane napędy, takie jak silniki serwo lub silniki krokowe.  Siłowniki elektryczne Tolomatic można połączyć z silnikiem w linii lub prostopadle. W przypadku montażu siłownika w linii cała konstrukcja ulega wydłużeniu, w drugim przypadku jest szersza.  Elementem pożądanym do budowy układu jest również urządzenie zapewniające sprzężenie zwrotne, takie jak enkoder czy potencjometr – często są one wbudowane w silniku.Pozostałe elementy siłownika elektrycznego, zwłaszcza łożyska, wpływają na żywotność urządzenia. Z kolei obecność na śrubie łożyska antyrotacyjnego zapobiega obracaniu się tłoczyska.

Siłowniki elektryczne – zasada działania

Kluczowym słowem w przypadku siłowników elektrycznych jest “kontrola”. Sukces automatyzacji zależy od zdolności układu przenoszenia mocy do zapewnienia jak najbardziej precyzyjnego, kontrolowanego ruchu. Systemy elektryczne z początku XX wieku wykorzystywały pasy, koła pasowe i przekładnie oparte na prostych przełożeniach do kontrolowania prędkości i momentu obrotowego. Wraz z opracowaniem metod budowy systemów hydraulicznych, ludzkość zyskała możliwości lepszego sterowania ruchem obrotowym i liniowym, co przełożyło się na udoskonalenie metod obróbki.

Jednak dopiero pojawienie się systemów elektromechanicznych, szczególnie tych z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego spowodowało, że systemy automatyzacji są dokładniejsze i dopasowane do indywidualnych wymagań aplikacji lepiej niż kiedykolwiek. Oczywiście śruby napędowe stosowane w rozwiązaniach elektryczne mają swoje fizyczne ograniczenia, ale dzięki coraz bardziej zaawansowanym technologicznie urządzeniom sprzężenia zwrotnego można minimalizować błędy wyjściowe, osiągając niemal idealną dokładność i powtarzalność.

Znając budowę siłownika elektrycznego i składające się na niego elementy, łatwiej jest zrozumieć zasadę działania tego urządzenia. Tłoczysko siłownika wysuwa się i wsuwa za sprawą momentu napędowego przekazywanego przez wałek silnika. Różne prędkości i siły osiągane są poprzez zastosowanie różnych przełożeń w układzie przekładni siłownika elektrycznego. Tłoczysko siłownika może przebyć tak długą “drogę”, jak długa jest śruba i samo tłoczysko. W celu uzyskania żądanego skoku stosuje się elementy różnej długości. Na przykład w standardowych modelach siłowników  np.: siłowników serii RSX Tolomatic, minimalny skok wynosi 75 mm, a maksymalny 890 mm.

Siłowniki elektryczne o takiej budowie można pozycjonować od krańcówki do krańcówki za sprawą czujników indukcyjnych umieszczonych w punktach, w których siłownik ma się zatrzymać. Jednak w aplikacjach przemysłowych najczęściej wymagane jest zatrzymanie siłownika elektryczne w kilku konkretnych punktach z bardzo dużą precyzją. Jest to możliwe dzięki obecności enkodera inkrementalnego lub absolutnego w układzie siłownika elektrycznego.

Siłowniki elektryczne i ich zastosowanie

Możliwości współczesnych siłowników elektrycznych wynikające z precyzji ich budowy sprawiają, że znajdują one zastosowanie właściwie w każdej branży. Po określeniu podstawowych wymagań aplikacji, takich jak obciążenie, siła, droga i prędkość oraz ewentualnych wymagań środowiskowych, np. praca w warunkach zmywania, w dużym zapyleniu, w wysokiej temperaturze, można wybierać siłownik elektrycznego spośród różnych rodzajów. Portfolio siłowników elektrycznych Tolomatic obejmuje modele o sile ciągu od 188 N do nawet 222,4 kN. Użytkownicy mają także wybór pomiędzy różnymi technologiami śruby – Tolomatic zajmuje się budową siłowników ze śrubami kulowymi, trapezowymi oraz, w przypadku bardzo dużych sił nacisku – ze śrubami planetarnymi. Należy pamiętać, że rodzaj wybranej śruby wpływa na cykl pracy i żywotność siłownika.  Więcej na temat wyboru śruby w siłownikach dużej mocy w tym artykule.

Z uwagi na różne sposoby budowy oraz właściwości, nie tylko te dotyczące siły i rodzaju śruby, każdy siłownik dedykowany jest do innych zadań. Na przykład siłowniki elektryczne serii ERD Hygienic rekomendowane są do aplikacji służących do napełniania, cięcia, siekania, otwierania drzwi i pokryw czy pakowania. Dodatkowo higieniczna konstrukcja elektrycznych siłowników tej serii opracowana została z myślą o zastosowaniach w branży produkcji żywności, napojów, leków i innych, w których kluczowa jest sterylność. Natomiast seria RSA, charakteryzująca się dużymi siłami doskonale sprawdzi się w branży material handling, we wtryskarkach, nawijarkach, spawarkach, wytłaczarkach czy ramionach robotycznych. Seria zintegrowanych serwosiłowników elektrycznych IMA czy seria RSX najlepiej będzie służyć w jeszcze innych typach aplikacji.

Przykłady zastosowań, cechujących się różną budową siłowników elektrycznych Tolomatic w branży spożywczej, material handling, motoryzacyjnej i zbrojeniowej opisaliśmy na stronie internetowej w zakładce: 

Realizacje