Hybride vs. traditionelle hydraulische Aktuatorsysteme

Mit HAS haben wir die Steuerbarkeit elektromechanischer Aktuatoren mit der Leistungsdichte, längeren Lebensdauer und Widerstandskraftfähigkeiten herkömmlicher Hydrauliksysteme kombiniert. Der resultierende Hybrid bietet robuste, langlebige Tracking-Lösungen für Solarenergie und Antriebssysteme für Wind-, Wasser- und andere erneuerbare Energiesysteme sowie Anwendungen für fossile Brennstoffe.

Bruce Besch | Parker Hannifin Corporation

Parker Hannifin ist ein Fortune-250-Weltmarktführer im Bereich Bewegungs- und Steuerungstechnologien mit Konzernen, die fast 70 Geschäftsbereiche weltweit umfassen und die unterschiedlichsten Branchen bedienen, darunter Luft- und Raumfahrt und Energie. Bruce Besch ist Vertriebsleiter für Advanced Motion Systems im Geschäftsbereich Zylinder und ist für die Produktentwicklung und den Support für elektrische, mechanische und Hybridprodukte verantwortlich.

Der Bedarf an „Plug-and-Play“-Funktionalität war ein wesentlicher Treiber. Geräte müssen intelligenter und effizienter werden, um in der heutigen Wirtschaft bestehen zu können. Unser Ziel war es, unseren Kunden einen Aktuator zu bieten, der wie ein elektrischer Aktuator aussieht und sich auch so anfühlt, aber über die Leistungsdichte und Ausfallsicherheitssysteme verfügt, die üblicherweise in herkömmlichen Hydrauliksystemen zu finden sind. Wir streben nach Einfachheit, mit drei Betriebsebenen, einer einfachen Ein-/Aus-Steuerung, die häufig in der Solarnachführung verwendet wird, Geschwindigkeits- und Richtungssteuerung zur Verwendung bei der Ventilbetätigung für den Wasser-/Stromerzeugungsmarkt und schließlich Bus-/Netzwerkeinheiten, die einfach funktionieren Schließen Sie es an die Netzwerke des Kunden an, sodass unser Kunde mit ihm sprechen und über einfache 2-Draht-Steuerungen Informationen über den Aktuator abrufen kann.

Der Hauptgrund dafür, dass unser Design überlegen ist, liegt darin, dass wir den „Besten aus beiden Welten“-Ansatz verfolgen und die besten Eigenschaften der beiden traditionellen Technologien optimieren. Mit HAS haben wir die Steuerbarkeit elektromechanischer Aktuatoren mit der Leistungsdichte, längeren Lebensdauer und Widerstandskraftfähigkeiten herkömmlicher Hydrauliksysteme kombiniert. Der resultierende Hybrid bietet robuste, langlebige Tracking-Lösungen für Solarenergie und Antriebssysteme für Wind-, Wasser- und andere erneuerbare Energiesysteme sowie Anwendungen für fossile Brennstoffe. Hier finden Sie Vergleiche zwischen herkömmlichen Hydraulik- und EM-Systemen und unserem Hybriddesign:

Traditionelle hydraulische Antriebssysteme verfolgen eher einen zentralisierten Designansatz mit einer Antriebseinheit, bei der der Elektromotor, das Pumpenreservoir und die zugehörigen Ventile entfernt von den Aktoren angeordnet sind. Sie müssen Schläuche oder Leitungen zum Aktuator verlegen. Hydraulikbehälter sind in der Regel groß und öffnen sich zum Atmen, wenn die Aktuatoren bewegt werden, wobei beim Ausfahren Öl aus dem Behälter angesaugt wird. Verunreinigungen und feuchte Luft werden standardmäßig in den Behälter gesaugt, wobei der Behälter ein häufiger Eintrittspunkt für Verunreinigungen ist. Auf der Oberseite des Behälters kondensiert Feuchtigkeit und es kommt zu Rost und Wasser, das sich mit dem Öl vermischt, wodurch sich die Gesamtsäurezahl (TAN) der Flüssigkeit erhöht. Mit zunehmender TAN nimmt die Lebensdauer der Dichtung ab. Die Steuerung wird durch den Einsatz effektiver Ventile erreicht, und es gibt mehrere an verschiedenen Stellen.

Bei hydraulischen Antriebssystemen benötigen Sie ein Wegeventil zur Richtungssteuerung, ein Durchflussregelventil zur Geschwindigkeitsregulierung und Reduzierventile zur Steuerung des Antriebsschubs. Sie können auf ein Proportionalventil aufrüsten und es in einem gemeinsamen Ventil zusammenfassen. Alle diese Komponenten erzeugen jedoch einen Druckverlust, der Energie verbraucht und Wärme entwickelt, sodass ein zusätzlicher Wärmetauscher erforderlich ist.

Im Gegensatz dazu konsolidiert unser Design des Hybrid Actuators System (HAS) das gesamte Hydrauliksystem in einer einzigen Komponente am Aktuator. Der Benutzer muss lediglich ein paar Kabel lokal am Verwendungsort anschließen. Wir steuern die Richtung, indem wir die Richtung des Elektromotors ändern, die Geschwindigkeit wird durch die Steuerung der Pumpendrehzahl reguliert und der Schub wird durch die Steuerung des Motordrehmoments reguliert. Der Druckverlust wird auf ein Minimum reduziert und es wird keine Energie verschwendet wie bei der herkömmlichen Hydraulik. Unsere HAS-Einheiten sind hydrostatisch, was bedeutet, dass die Flüssigkeit in einem geschlossenen Kreislaufsystem enthalten ist. Die Rücklaufflüssigkeit wird zurück in die Pumpe und nicht in den Behälter geleitet. Da die Stellantriebe aufgrund der Stangenfläche unterschiedliche Volumenanforderungen haben, wird das Frischöl aus unserem integrierten Behälter entnommen/zurückgeführt. Unser zum Patent angemeldetes Reservoirdesign ist mit einer Barriere versiegelt, die sich wie eine Lunge ausdehnt und zusammenzieht und verhindert, dass in der Luft befindliche Verunreinigungen und Feuchtigkeit in das System gelangen. Unser Design reduziert außerdem die Behältergröße von 10 Gallonen auf weniger als eine Gallone Flüssigkeit.

Bei elektromechanischen Konstruktionen es gibt ähnliche Steuerungskonzepte; Geschwindigkeit, Richtung und Schub werden durch die Steuerung des Motors gesteuert. Anstatt jedoch Flüssigkeit zu bewegen, ist der Motor mit einer Schraube gekoppelt und die Stange des Aktuators ist mit der Mutter verbunden. Wenn wir also die Schraube drehen, bewirkt die Mutter, dass sich die Stange aus- und einzieht. Schraubenantriebe haben eine festgelegte Lebensdauer und können bei der Dimensionierung/Auswahl des richtigen Antriebs für die jeweilige Aufgabe kompliziert sein. Sie müssen außerdem geschmiert werden, um diese Lebensdauer aufrechtzuerhalten. Es handelt sich um sehr kantige Geräte, die bei Vibrationen und Stößen leicht beschädigt werden können.

Unser Hybrid-Aktuatorsystem-Design verwendet die gleichen Motorsteuerungskonzepte wie ein elektromechanisches Design, aber anstatt eine Schraube zu drehen, drehen wir eine Pumpe und nutzen die Flüssigkeitsübertragung, um den Aktuator zu bewegen. Die Flüssigkeit weist eine leichte Kompressibilität auf und dämpft Stöße und Vibrationen, wodurch sie für raue Anwendungen geeignet ist.

Reduzierte Ausfallzeiten sind ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal. Bei der herkömmlichen Hydraulik gibt es, wie oben erwähnt, mehrere Komponenten im System, die zusammenarbeiten müssen, um eine Bewegung zu erreichen. Wenn eine Komponente ausfällt, sind bestimmte Fähigkeiten erforderlich, um festzustellen, welche Komponente ausgefallen ist, und sie zu ersetzen. Dies geschieht meist durch Versuch und Irrtum, und die Maschine ist tagelang ausgefallen. Bei elektromechanischen Aktoren wird der komplette Aktor außer Betrieb genommen und eine neue komplette Baugruppe eingebaut. Wir bezeichnen dies als Line-of-Use-Ersatz, und es ist genau dieses Merkmal des Hybriddesigns, das HAS die „Beste aus beiden Welten“-Funktionalität in einem einzigen neuen Design bietet.

Leistungsdichte… In puncto Leistung pro Größe gibt es nichts Besseres als hydraulische Konstruktionen. Hydraulische Aktuatoren sind typischerweise nur ein Drittel so groß wie ihre EM-Gegenstücke. Der HAS hat die Leistungsdichtefunktionalität in seinem Hybriddesign vollständig übernommen.

Wenn es um Kosten geht, gibt es viele Punkte zu beachten; Installationskosten, Wartungskosten, Austauschkosten usw. Beim Vergleich der Einheitskosten mit einem zentralen Hydrauliksystem ist die HAS-Einheit im Vergleich zu einer 1-2-Achsen-Steuerung günstiger. Wenn mehr als zwei Aktuatoren vorhanden sind und die Leitungen (Schläuche/Leitungen) an der Maschine begrenzt sind, ist eine zentralisierte Maschine günstiger, da die Pumpen und Motoren nicht doppelt vorhanden sind. Wenn Ihre Betätigung jedoch über eine große Distanz verteilt ist und lange Schlauchwege erfordert, wie bei Klappen- und Umlenksteuerungen, ist die Ventilbetätigung anstelle eines lokalen Energiesystems attraktiver, da es einfacher ist, an Drähten als an Schläuchen und Rohren zu ziehen Senkung Ihrer Installationskosten.

Bei Solar-Tracking-Anwendungen kann das Parker HAS-Design im Vergleich zu Low-End-Elektrozylindern mit geringer Schubkraft, die in großen Mengen gekauft werden und für die Verfolgung von vierzig Modulen oder weniger verwendet werden, teurer sein. Allerdings eignen sich HAS-Einheiten am effektivsten für größere Anwendungen, beginnend bei 100 Panels (am kleinsten) und in der Lage, mehr als 1200 Panels zu bewegen. Dies reduziert den Installations- und Wartungsaufwand erheblich. Der versiegelte Behälter des HAS ist praktisch wartungsfrei. Es ist nur alle 5 Jahre eine Ölanalyse erforderlich, um festzustellen, ob ein Flüssigkeitswechsel erforderlich ist, ähnlich wie bei Ihrem Auto. Mit HAS-Tracking-Aktuatoren müssen OEMs keine Stoßdämpfer und andere Dämpfungsgeräte hinzufügen, da die HAS-Einheiten selbstdämpfend sind, was zusätzliche Einsparungen ermöglicht.

HAS-Einheiten wurden kürzlich in die zweiachsige Solarnachführung eingeführt und auf eine einachsige erweitert. Zuvor kam es häufig zu Ausfällen der elektrischen Nachführaktuatoren. Zur Konstruktion und Robustheit der Aktuatoren haben wir ausschließlich positive Rückmeldungen erhalten.

Kürzlich haben wir unser Angebot um Versionen erweitert, die für Dämpfer- und Ventilbetätigungssteuerungen entwickelt wurden. Die minimale Reservoirgröße und die einfache ausfallsichere Ergänzung sind bei der Hydro-Pelton- und Turgo-Turbinensteuerung attraktiv.

Klicken Sie hier für weitere Informationen zur Antriebslösung von Parker.

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