Wie funktionieren Elektrozylinder, in welchen Bereichen werden sie genutzt und warum sind sie eine Alternativlösung zu hydraulischen oder pneumatischen Komponenten?

Wer schon einmal in einem Krankenhausbett oder auf der Liege eines MRT-Gerätes gelegen hat, weiß zumindest, wie Elektrozylinder funktionieren. Sie sind es nämlich, die dafür sorgen, dass sich Betten und Liegen stufenlos verstellen lassen, sodass man bequem liegt. Auch in der Agrar- und Medientechnik sowie im Maschinenbau finden die Verstellaggregate Anwendung.

Aufbau und Funktion eines Elektrozylinders – viel Technik auf kleinstem Raum

Damit sich das Aggregat möglichst unkompliziert in größere Gesamtkonstruktionen installieren lässt, haben die Entwickler ihm eine kompakte Bauform, meist aus dem robusten Werkstoff Aluminium, gegeben. Die Hauptkomponenten beim Elektrozylinder sind:

  • Motor (als Gleich- oder Wechselstrommotoren bzw. Servomotor-Flansch)
  • Getriebe (als 1-, 2- oder 3-stufiges Planetengetriebe erhältlich)
  • Spindel (z. B. Trapezgewindespindel oder Kugelgewindespindel)
  • Endschalter (in übergeordnete Steuerungselemente integrierbar)

Um das Aggregat zu aktivieren, ist lediglich eine Stromzufuhr notwendig. Hier liegt der große Unterschied zu pneumatischen und hydraulischen Zylindern. Damit sie funktionieren, sind Luftschläuche bzw. Hochdruckluftschläuche nötig, die deutlich kostenintensiver sind. Die meisten Elektrozylinder sind mit einer sogenannten Selbsthemmung ausgestattet. Durch sie muss das Aggregat bei Stillstand nicht mit Energie versorgt werden. Das sorgt ebenfalls für geringere Kosten.

Zur einfacheren Bedienbarkeit des Zylinders lassen sich die Signale des Endschalters in den Regelkreis von übergeordneten SPS-Steuereinheiten integrieren. Die Schläuche von pneumatischen und hydraulischen Zylindern weisen immer wieder Undichtigkeiten (auch als Leckagen bezeichnet) auf. Solche sind zwar beim Elektrozylinder theoretisch denkbar, konstruktionsbedingt aber sehr unwahrscheinlich.

Antriebstechnik für unterschiedliche Anforderungen

Beim Elektrozylinder lassen sich die sogenannten Schubrohre linear ein- oder ausfahren, es sind Hublängen zwischen 50 mm und 600 mm möglich. Außerdem sind die Zylinder mit verschiedenen Motorleistungen erhältlich. Bei der Installation der Elektrozylinder kann meist zwischen koaxialer (Spindel ist mit den anderen Komponenten „in Achse“ installiert) und paralleler (Spindel und Motor verlaufen parallel zueinander) Ausführung gewählt werden.

Die Elektrozylinder sind vielseitig einsetzbar, weil sie ein sehr stabiles und auf Wunsch spritzwassergeschütztes Gehäuse mit der Schutzart „International Protection Code“ IP54 besitzen. Auch das Eindringen von Fremdkörpern mit einem Durchmesser bis zu 1 mm wird verhindert. Dadurch können sie nicht nur in geschlossenen Räumen eingesetzt werden, sondern eignen sich auch für die Verwendung im Außenbereich, z. B. in der Agrartechnik.

So kann man Elektrozylinder verwenden

Die nach der EG-Maschinenrichtlinie 98/37/EG – Anhang II B für den nachträglichen Einbau in Gesamtkonstruktionen bestimmten Elektrozylinder sind sehr vielseitig einsetzbar. Hauptsächlich finden sie Verwendung für die Verstellung und den Antrieb von:

  • Krankenhaus- und Pflegebetten
  • Untersuchungs- und Massageliegen
  • Liegeflächen in Bestrahlungs- und Röntgengeräten
  • Gestängen bei Ernte- und Düngungsmaschinen
  • Sieben von Mähdreschern und Schnittbreitevorrichtungen
  • Displays, Beamern und Overhead-Projektoren in Büros oder Eigenheimen
  • Bearbeitungsmaschinen
  • Zusatzaggregaten von Maschinen
  • Ferngesteuerten Manipulatoren in Gefahrenzonen

Nutzung in der Medizintechnik

Vor allem für die Verwendung im medizinischen Bereich sind Elektrozylinder vorteilhaft. Der Grund hierfür liegt in der Notwendigkeit, sicherzustellen, dass beispielsweise Patienten in kritischem Zustand sehr vorsichtig bewegt werden. Bei elektrischen Zylindern lässt sich die sogenannte Verfahrbewegung vollkommen stufenlos auf jede Position der zur Verfügung stehenden Hublänge einstellen. Auf diese Weise können ruckartige, abbremsende Bewegungen vermieden werden, die beim Patienten eventuell zu Schmerzen führen könnten.

Auch das stufenlose Positionieren einer Untersuchungsliege beim MRT oder einem anderen Diagnosesystem entlastet das medizinische Personal und den Patienten. Durch die Schaffung der Möglichkeit, sich in einer bequemen Höhe zu setzen oder hinzulegen, unterstützen die integrierten Elektrozylinder alle am Untersuchungsprozess Beteiligten.

Einsatz in der Bau- Agrartechnik

Neben der Medizintechnik gilt die Agrartechnik als Haupteinsatzort für Elektrozylinder. Dort sind sie in allen wichtigen Maschinen installiert, z. B. in:

  • Baggern
  • Düngerstreuern
  • Mähdreschern
  • Sämaschinen
  • Spritzmaschinen
  • Traktoren

Die Elektrozylinder werden etwa zur schnellen und stufenlosen Verstellung von Außenspiegeln, Lenkrädern oder Fenstern benötigt. Durch ihre einfache Steuerung und präzise Funktion sorgen sie für eine optimal angepasste Ausrüstung und mehr Komfort währen der oft harten Arbeit in der Landwirtschaft oder Baubranche. Im Bereich Maschinenbau unterstützen die Elektrozylinder, etwa als Formatverstellung, die präzise Arbeit von Bearbeitungsmaschinen. Auch zum Anheben oder Absenken von Maschinengestellen werden die Zylinder verwendet.

Elektrozylinder in der modernen Medientechnik

Musste man früher noch mühsam den berühmten Medienschrank ins Klassen- oder Konferenzzimmer rollen, kann heute technische Geräte wie Fernseher, Screens, Displays, Beamer oder Overhead-Projektoren mithilfe der Elektrozylinder innerhalb des Raumes unauffällig verbergen, z. B. unter der Decke oder in einem Side-Board. Benötigt man sie, lassen sie sich durch Aktivierung der Zylinder so positionieren, dass sie einsatzbereit sind.

Abhängig vom zu bewegenden Gewicht bietet der Handel vom Kurzhubzylinder bis zum Schwerlastzylinder unterschiedliche Varianten im Bereich Elektrozylinder an. So wird gewährleistet, dass die vom Zylinder ausgeführte Bewegung nicht nur präzise, sondern auch in hohem Maße dynamisch ausgeführt wird.

Präzision der Elektrozylinder als Garant für erfolgreiche Arbeit

In vielen Branchen kommt es nicht nur auf Leistungsstärke an, sondern vor allem auf Präzision. Aus diesem Grund ist das präzise Ausführen der Steuerbefehle eine Grundanforderung an jeden Elektrozylinder. Arbeitet das Aggregat nämlich nicht 100 Prozent exakt, können die Maschinen ihr Ladegut, etwa Beton, Chemikalien, Dünger oder Sand, nicht in der notwendigen Menge und am korrekten Ort abladen.

Die Folge nicht präziser Arbeit könnten Ernteeinbußen für Landwirte oder Baummängel bei einem Bauprojekt sein. Um eine größtmögliche Präzision zu gewährleisten, können die Zylinder mit speziellen Sensoren nachgerüstet werden. Diese zeigen beispielsweise an, ob die Position der Maschine stimmt oder ob die korrekte Menge entladen wurde. Zwar gelten Elektrozylinder gegenüber ihren pneumatischen und hydraulischen Verwandten als weniger hub- und leistungsstark, dies gleichen sie aber durch ihre Langlebigkeit und hohe Präzision mehr als aus.