Einer der wichtigsten Schritte bei der Auswahl eines Linearantriebs ist die Wahl der passenden Kraft. Das ist recht einfach, wenn die Anwendung eine Last vertikal anheben soll, wobei das Gewicht der gehobenen Last der vom Aktuator benötigten Kraft entspricht. Anspruchsvoller wird es bei einer Scharnier-Anwendung, wie man sie häufig bei Deckeln, Falltüren und Fenstern sieht.
In diesem Artikel nutze ich eine Falltür als Beispiel, um grundlegende Kraftkonzepte zu zeigen. Ziel ist es, die Auswirkungen der Montageposition des Aktuators auf die tatsächlich benötigte Kraft visuell hervorzuheben. So können Sie Ihren Aktuator möglichst effizient montieren oder sich bei weniger effizienten Montagepositionen für einen Aktuator mit höherer Kraft entscheiden.
Gewicht der Falltür
In unserer Falltür-Anwendung ist die Last die Tür selbst. Geht man davon aus, dass die Tür ein symmetrisches Objekt ist, liegt der Schwerpunkt genau in ihrer Mitte. Dort greift die Gewichtskraft an. Diese Kraft muss überwunden werden, um die Tür zu öffnen.
Der Winkel der Gewichtskraft
Stellen Sie sich vor, Sie stehen unter der Tür und müssen sie aufdrücken. Am meisten Kraft wird benötigt, wenn sie vollständig geschlossen ist. Beim Öffnen nimmt die erforderliche Kraft allmählich ab, bis sie vollständig geöffnet ist und Sie kaum noch Kraft benötigen, um sie oben zu halten.
Das liegt daran, dass sich die Gewichtskraft auf die Tür in zwei Komponenten zerlegen lässt, wie in der Abbildung unten zu sehen. Beachten Sie, dass die Größe der Pfeile die jeweils erforderliche Kraft relativ zu den anderen Kräften darstellt.
In diesem Szenario muss die Kraft Ihrer Hand nur der Kraft entsprechen, die senkrecht zur Tür wirkt, wie durch die gelben Pfeile dargestellt. Diese Kraft ist anfangs gleich der Gewichtskraft, wenn die Tür vollständig geschlossen ist, und sinkt auf null, wenn die Tür vollständig geöffnet ist. Dasselbe gilt, wenn Sie einen Linearantrieb installieren. Das bedeutet, die größte Kraft wird in dieser Anwendung benötigt, wenn sie vollständig geschlossen ist.
Ort der Kraft an der Falltür
In der obigen Abbildung stellen die gelben Pfeile die Kräfte dar, die zum Bewegen der Tür erforderlich sind, wenn die Tür an diesem Punkt gedrückt wird. Für diese Anwendung wirkt die Tür als Hebel. Das bedeutet: Wenn Sie die Kraft weiter vom Scharnier entfernt ansetzen als die Gewichtskraft, dann benötigen Sie weniger Kraft.
Der Winkel der Aktuator-Kraft
Wie bereits erwähnt, variiert die zum Öffnen der Tür erforderliche Kraft je nach Winkel der Tür. Dasselbe Konzept gilt für den Winkel des Aktuators. Die vom Aktuator aufgebrachte Kraft wird – wie in der Abbildung oben – in zwei Komponenten aufgeteilt.
Nur die zur Richtung des Aktuators senkrechte Komponente (gelb) bewegt die Tür. Wenn der Aktuator parallel zur Tür verläuft, öffnet sich die Tür trotz großer aufgebrachter Kraft nicht. Ist der Aktuator hingegen senkrecht zur Tür, kann er 100 % der aufgebrachten Kraft zum Öffnen nutzen. Kurz gesagt: Alle Kräfte, die parallel zur Tür sind, sind wirkungslos.
Zusammenfassend ist die effizienteste Montageposition für den Aktuator am äußersten Ende der Tür (maximiert den Hebel) und senkrecht zur Tür (maximiert die auf die Tür übertragene Aktuator-Kraft).
Zu berücksichtigen ist außerdem die Hublänge des Aktuators, die benötigt wird, um die Tür auf die gewünschte Höhe zu öffnen. Wird der Aktuator näher am Scharnier montiert (erfordert mehr Kraft), ist eine deutlich kürzere Hubbewegung erforderlich. In diesem Fall geht es um einen Kompromiss zwischen Krafteffizienz und Platzeffizienz.
Ich hoffe, dieser Artikel war hilfreich auf Ihrem Weg zur Auswahl des idealen Linearantriebs für Ihre Anwendung. Wir empfehlen Ihnen, uns anzurufen und mit einem unserer hilfsbereiten Ingenieure unter 1-800-676-6123 zu sprechen.
