Magnetischer Aktuator im Lineartechnik-Programm von Jung

Elektrische Antriebstechnik

Magnetischer Aktuator von Jung

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Bild: Jung Antriebstechnik u. Automation
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Die Kompensation von Gewichtskräften und die Erzeugung von hubunabhängigen Konstantkräften sind die primären Einsatzfelder der Magnetfeder MagSpring im Lineartechnik-Programm von Dynamikspezialist Jung (JA² GmbH). Da ihre Funktion allein auf der Wirkung von Permanentmagneten beruht, erfordert ihre Anwendung keine externe Energiezufuhr. Die Magnetfeder stellt eine Alternative zur pneumatischen oder mechanischen Kompensation von Druck- und Zugkräften dar. Bei dem passiven zweiteiligen Konstruktionselement handelt es sich um eine magnetische Feder, deren Funktionsweise auf einem uralten Arbeitsprinzip beruht: Die MagSpring gibt über einen bestimmten Hub eine konstante Kraft ab und erzeugt, basierend auf rein magnetischer Anziehungskraft, über ihren gesamten Nutzhub eine definierte Konstantkraft. Ein ähnlicher Effekt ließe sich zwar auch mit einem Pneumatikzylinder inkl. Druckspeicher und Reduzierventil oder auch mit einer Spiralfeder erreichen. Die erste Variante wäre aber nicht verschleißfrei und nicht frei von Stick-Slip-Effekten. Eine Spiralfeder ist zwar ein kostengünstiges und einfaches Konstruktionselement, genügt aber dem Hookeschen Gesetz, gibt somit keine Konstantkraft ab und eignet sich damit nur zur Gewichtskraftkompensation bei kleineren Hüben.

Die MagSpring besteht im einfachsten Fall aus einem Rohr aus Weicheisen – es bildet den Stator – mit innenliegender Polymer-Gleitführung sowie einem Läufer aus Edelstahl, in dem sich speziell aufmagnetisierte Eisen-Neodym-Magnete befinden. Das Zusammenspiel der beiden Komponenten Stator und Läufer begründet die innere Wirkungsweise der Magnetfeder, also ihre Fähigkeit, über den rein konstruktiv begrenzten Hub eine konstante Kraft zu erzeugen und bereitzustellen. Die Größe dieser Konstantkraft hängt allein von der Magnetfeldstärke der verbauten Magnete ab. Das bei dynamischen Anwendungen wichtige Feature der möglichst geringen bewegten Massen wird auch hierbei konsequent umgesetzt, da der bewegte Läufer einen kleinen Durchmesser besitzt. Nicht vergessen sollte man an dieser Stelle auch, dass sich der Edelstahlläufer in einer auf lange Lebensdauer ausgelegten Polymerbuchse bewegt, weshalb die MagSpring eine praktisch wartungsfreie Fire-and-Forget-Lösung ist.

Das Haupteinsatzgebiet dieser Magnetfeder sind Linearmotorausrüstungen, die bei Anwendungen mit vertikaler Bewegungsrichtung eingesetzt werden und eine Kompensation der Gewichtskraft erfordern. Hierfür gibt es in der Automatisierungstechnik einen großen Bedarf, weshalb die JA² seit der Serieneinführung der MagSpring eine Reihe verschiedener Optionen entwickelt hat, mit denen sich die mechanische Adaption der Magnetfeder an bestehende Aktuatorfamilien sehr einfach realisieren lässt. Ein Paradebeispiel dafür ist die Kombination der MagSpring mit den hochdynamischen Linearmotormodulen HM01 der HighDynamic-Baureihe des Unternehmens. Bei einer solchen lineartechnischen Hubanwendung kompensiert die MagSpring die gesamte vertikal bewegte Masse – bestehend aus der Nutzlast und der Eigenmasse von Motor und Linearmodul – und verhindert absolut sicher, dass der Aktuator bei einem Stromausfall oder einer sicherheitsrelevanten Leistungsabschaltung abstürzt. Darüber hinaus bietet die Magnetfeder dem Anlagenplaner große Vorteile bei der Auslegung des Linearmotors: Durch die Gewichtskraftkompensation der MagSpring kann der Linearmotor im Aktuator erheblich kleiner ausgelegt werden, weil er nicht ständig gegen die Erdanziehungskraft, die die Nutzlast und die Eigenmasse verursachen, ankämpfen muss. Die MagSpring schont also gewissermaßen die Kräfte des Motors, was sich letztlich auch positiv auf dessen Lebensdauer und den Preis auswirkt.

Darüber hinaus sind viele weitere, mitunter ganz anders gelagerte Anwendungen für die MagSpring denkbar. Die Magnetfeder lässt sich beispielsweise in den Aktuatoren der Robotertechnik immer dann sinnvoll verwenden, wo mit einer bestimmten Kraft über einen bestimmten Hub und sozusagen „mit viel Gefühl“ auf ein nachgiebiges Werkstück gedrückt werden soll. Ein weiteres großes Einsatzgebiet ist die zuverlässige Vermeidung des Herunterfallens von Vorrichtungen, Werkstücken, Prüflingen, Klappen, Abdeckungen, Schiebern und ähnlichen Komponenten. Aktuell gibt es die MagSpring in zwei Grundausführungen mit Außendurchmessern von 20 und 37 mm. Das 20-mm-Modell deckt Kräfte von 11 bis 22 N sowie Hübe von 50 bis 290 mm ab; die etwas größere 37-mm-Ausführung ist mit einem Kraftbereich von 40 bis 60 N deutlich stärker und eignet sich für Hübe von 50 bis 350 mm. bec

www.ja2-gmbh.de

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