Leitfaden zur Auswahl von Netzteilen für elektrische Linearantriebe

Um das Potenzial elektrischer Linearantriebe vollständig auszuschöpfen, ist es entscheidend, sie zu verstehen und mit der richtigen Stromversorgung zu kombinieren. Durch die Auswahl geeigneter Netzteile für elektrische Linearantriebe profitieren Anwendungen von höherer Zuverlässigkeit, mehr Benutzerfreundlichkeit und optimierter Leistung.

Dieser Leitfaden zur Stromversorgung erklärt die verschiedenen Arten von Netzteilen für elektrische Linearantriebe, wie sie funktionieren, welche Vorteile sie bieten und wie Sie das beste Netzteil für die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung auswählen.

Aktuatoren sind grundlegende Komponenten in verschiedenen mechanischen Systemen und spielen eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung von Energie in Bewegung. Im Kern nimmt ein Aktuator eine Energiequelle auf und wandelt sie in eine physische Bewegung um. Diese Fähigkeit ist ein integraler Bestandteil unzähliger Anwendungen, von Industriemaschinen über Verbraucherelektronik bis hin zur fortgeschrittenen Robotik. Das Grundprinzip von Aktuatoren besteht in der Umwandlung von Energie, typischerweise elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer in mechanische Bewegung. Dies wird je nach Aktuatortyp durch unterschiedliche Komponenten und Mechanismen erreicht. So können elektrische Aktuatoren Gleichstrommotoren mit Bürsten verwenden, während hydraulische Aktuatoren flüssigkeitsgefüllte Kolben nutzen, um Bewegung zu erzeugen.

In elektrischen Linearantrieben wird elektrischer Strom aus einer Quelle wie einer Stromversorgung oder einem Controller genutzt, um in einem Elektromotor eine Drehbewegung zu erzeugen, der mechanisch mit einem Getriebe gekoppelt ist und eine Gewindespindel nutzt, um die Welle des Aktuators zu bewegen, die an einer ACME-Gewindemutter befestigt ist, wodurch lineare Bewegung entsteht. Elektrische Linearantriebe sind in der heutigen Automatisierungslandschaft unverzichtbar – von Industrieanlagen und Hausautomation über Robotik, Fahrzeugsysteme bis hin zu medizinischen Geräten. Elektrische Linearantriebe lassen sich auf verschiedene Arten steuern:

• Manuelle, kabelgebundene Schalter (DPDT-Wippschalter, Joysticks usw.)
  
• Drahtlose Steuerboxen
  
• Steuersysteme mit integrierten Relais, programmierten Funktionen, Timern oder Logik
  
• Intelligente Systeme mit Wi-Fi/Bluetooth oder SPS
  

Wichtigkeit, Aktuatoren mit der richtigen Stromversorgung zu kombinieren

Die Leistung eines elektrischen Aktuators ist nur so gut wie die Stromversorgung, an die er angeschlossen ist. Diese Systeme benötigen eine konstante und korrekt dimensionierte elektrische Leistung, wodurch die Stromversorgung zu einer zentralen Integrationskomponente in Systemen mit elektrischen Linearantrieben wird. Ob Sie Entwicklungsingenieur, Integrator oder erfahrener DIY-Bauer sind – die Auswahl der passenden Stromversorgung ist entscheidend, um:

• die Leistung zu maximieren
• Schäden an Komponenten zu verhindern
• effiziente, sichere und gleichmäßige Bewegung zu ermöglichen
• die langfristige Systemzuverlässigkeit sicherzustellen

Bevor Sie ein Netzteil auswählen, hilft ein grundlegendes Verständnis der wichtigsten Komponenten im Inneren und ihres Zusammenspiels, die Funktionsweise besser zu verstehen und es später mit Linearantrieben zu verwenden. Ein Netzteil ist dafür ausgelegt, Hochvolt‑Wechselspannung (AC) aus der Steckdose im Bereich von 110 VAC bis 230 VAC in eine Niedervolt‑Gleichspannung (DC) umzuwandeln, die für Linearantriebe geeignet ist (typischerweise 12 VDC oder 24 VDC). Im Folgenden sind gängige Komponenten aufgeführt, die sich in einem Netzteil befinden:

1. Eingangsspannungswähler: Schiebeschalter, mit dem sich das Netzteil je nach Region oder Systemanforderungen auf 110 VAC oder 220 VAC Eingang einstellen lässt. Bei manchen Netzteilen sitzt dieser Schalter im Gehäuse und ist über Öffnungen mit einem Schraubendreher erreichbar, bei anderen befindet er sich außen am Gehäuse.
   
2. AC‑Eingangsspannung: Schraubklemmen zum Anschluss von Hochvolt‑Wechselspannung aus einer Steckdose oder der Hauptzuleitung. Achten Sie bei der Installation auf die korrekte Polung gemäß Beschriftung.
   
3. DC‑Ausgangsspannung: Schraubklemmen, die eine geregelte DC‑Ausgangsspannung an nachgelagerte Geräte wie Linearantriebe oder Steuerboxen bereitstellen. Achten Sie bei der Installation auf die korrekte Polung gemäß Beschriftung.
   
4. Potentiometer mit Einstellknopf für die DC‑Spannung: Variabler Widerstand, der eine manuelle Feinabstimmung der DC‑Ausgangsspannung ermöglicht, typischerweise innerhalb von ±10 % des Nennwerts, um die Anforderungen empfindlicher Komponenten zu erfüllen.
   
5. Leuchtanzeige: Zeigt den Betriebsstatus des Netzteils an—leuchtet in der Regel, wenn es eingeschaltet ist und die Ausgangsspannung stabil ist.
   
6. Sicherung: Schützt die Netzteilschaltung, indem sie die Verbindung unterbricht, wenn ein Kurzschluss oder ein signifikanter Anstieg des elektrischen Stroms auftritt.
   
7. Eingangs‑Gleichtaktdrossel: Eine Induktivität, die als Eingangsfilter dient, um hochfrequentes Rauschen und elektromagnetische Störungen (EMI) zu reduzieren, die über die AC‑Versorgungsleitungen ein- oder ausgekoppelt werden können.
   
8. Gleichrichter: Wandelt die an der Eingangs‑Gleichtaktdrossel anliegende AC‑Eingangsspannung mittels einer Brückenkonfiguration aus Dioden in eine pulsierende DC‑Spannung um, wobei jede Diode einen unidirektionalen Stromfluss zulässt.
   
9. Kondensator (Eingangsseite): Hilft, die vom Gleichrichter kommende pulsierende DC‑Spannungsform zu glätten, indem er sich bei Spannungsspitzen auflädt und bei Einbrüchen entlädt, wodurch die Spannungswelligkeit vor der Regelstufe verringert wird.
   
10. MOSFET & Kühlkörper: Der Metall‑Oxid‑Halbleiter‑Feldeffekttransistor (MOSFET) fungiert als Hochgeschwindigkeits‑Schaltelement zur Steuerung der Energiezufuhr zur nachgeschalteten Induktivität, während der in physischem Kontakt stehende Kühlkörper die während des Betriebs entstehende Wärme abführt.
    
11. Induktivität: Speichert während des Schaltvorgangs vorübergehend Energie in einem Magnetfeld, glättet den Strom und reduziert die Spannungswelligkeit. Sie arbeitet im Tandem mit dem MOSFET, um den Energiefluss zu regeln und den Ausgang zu stabilisieren.
    
12. Diode & Kühlkörper: Die Diode lässt Strom nur in eine Richtung fließen und verhindert so einen Rückfluss von Energie vom Ausgang der Induktivität, während der Kühlkörper die bei der Leistungsabgabe entstehende Wärme abführt, um sichere Betriebstemperaturen aufrechtzuerhalten.
    
13. Induktivität mit Eisenpulverkern: Eine spezialisierte Induktivität mit Eisenpulverkernen, ausgelegt für hochfrequentes Schalten bei minimalen Kernverlusten. Sie dient der weiteren Filterung der DC‑Ausgangsspannung, erhält die thermische Stabilität und reduziert elektromagnetische Störungen (EMI).
    
14. DC‑Filterkondensatoren: In der Nähe der Ausgangsstufe angeordnet; diese Kondensatoren glätten die DC‑Spannung weiter, um eine stabile, saubere Versorgung für angeschlossene Geräte sicherzustellen.
    
15. Entladewiderstände: Im gesamten Netzteil platziert; diese Widerstände werden häufig verwendet, um nach dem Ausschalten die in Kondensatoren gespeicherte Spannung aus Sicherheitsgründen zu entladen und Funkenbildung zu vermeiden.
    

Zusammen bilden diese Komponenten eine umfassende Netzteileinheit, in der jedes Element eine spezifische Aufgabe erfüllt und so zur Gesamtwirksamkeit und Effizienz der elektrischen Ausgangsleistung beiträgt. Dieses System ermöglicht nicht nur eine AC‑zu‑DC‑Abwärtsspannungswandlung, sondern erhöht durch integrierte Sicherheitsmechanismen und Redundanzen auch die Sicherheit für Bediener.

Eigenständige Gleichstrom-Netzteile liefern feste 12 VDC- oder 24 VDC-Ausgänge und werden häufig in einfachen, manuell bedienten Systemen eingesetzt, um Linearantriebe zu versorgen, die direkt über Relais, Wippschalter oder Joysticks., Sie werden auch als externe Stromversorgung für viele Steuerboxen verwendet, die eine externe AC-zu-DC-Stromversorgung benötigen, da die Steuerbox möglicherweise nur 12 VDC oder 24 VDC akzeptiert. Bei der Auswahl einer Stromversorgung für Ihr System aus elektrischen Linearantrieben und Steuerungen gibt es einige Parameter und Merkmale zu berücksichtigen, wie zum Beispiel:

• Nennwerte für Eingangs- & Ausgangsspannung
• Nennwerte der Stromaufnahme
• Schutzart (IP)
• Überlegungen zu Größe & Gewicht
• Sicherheitsfunktionen
• Anforderungen an die Rückmeldungssteuerung

Nennwerte für Eingangs- & Ausgangsspannung

Die Eingangs-Spannungsnennwerte der gewählten Stromversorgung müssen einem ähnlichen Wert wie die Wechselspannung Ihrer Steckdose entsprechen, während die Ausgangsspannungsnennwerte den Anforderungen Ihrer Lastkomponenten entsprechen sollten, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Zu den Lasten in Ihrem System zählen Ihre Linearantriebe, Relais, Steuerungen und alle anderen Geräte, die Strom aus der Stromquelle beziehen. Prüfen Sie die Steuerboxen und/oder die Spannungsanforderungen der Linearantriebe in den Datenblatt-Spezifikationen, um sicherzustellen, dass die Stromversorgung eine Spannung ausgibt, die übereinstimmt oder sich innerhalb eines tolerierbaren Bereichs ihrer Betriebskompatibilität befindet. In einigen Anwendungsfällen, die keine hohe Präzision erfordern und eine eingebaute Toleranz besitzen, die leichte Änderungen bei Kraft und Geschwindigkeit zulässt, kann eine Spannungstoleranz von ±10 % akzeptabel sein.

Beispiel: 12 VDC × ±10 % = ±1,2 VDC

Nicht präzisionskritische 12-VDC-Anwendungen könnten eine Versorgung von 10,8 VDC bis 13,2 VDC akzeptieren

Nennwerte der Stromaufnahme

Die von Ihnen verwendete Stromversorgung muss mindestens die maximale Stromaufnahme des Linearantriebs liefern können. Selbst wenn der Linearantrieb eine geringe Dauerstromaufnahme hat, tritt beim Motorstart ein Einschaltstrom auf, der Spitzen erreichen und ähnliche Anforderungen wie die Stromaufnahme-Nennwerte bei Volllast des Linearantriebs haben kann. Andere Geräte, wie Steuerungen und Relais, können im Vergleich zu den Linearantrieben geringe Stromaufnahmeanforderungen haben, weisen aber dennoch eine Stromaufnahme auf, die addiert und bei der Auswahl einer Stromversorgung berücksichtigt werden muss. Die Stromaufnahme (Ampere) und die Spannung (VDC) werden verwendet, um die elektrische Leistungsanforderung zu berechnen (Watt); das ist nützlich, um die Energieeffizienz verschiedener Modelle elektrischer Geräte mit ähnlicher Ausgangsleistung zu vergleichen.

Watt = Spannung × Strom

Sicherheitsmarge hinzufügen (typischerweise sind 30 % ideal)

Schutzart (IP)

Standard-Netzteile, oft mit niedriger IP-Schutzart (oder ganz ohne Einstufung), sind häufig mit IP20 oder IP30 gekennzeichnet und eignen sich besser für trockene Innenanwendungen. Für den Außeneinsatz können wasserdichte Schutzgehäuse und Abdeckungen dazu beitragen, Wasserschäden oder Schmutz fernzuhalten, die den Betrieb des Netzteils beeinträchtigen könnten. Idealerweise sollte ein Netzteil für den Außengebrauch mindestens die Schutzart IP65 oder höher aufweisen. Die PS-20-12-67 (100–120 VAC Eingang, 12 VDC Ausgang) und PS-10-24-67 (100–120 VAC Eingang, 24 VDC Ausgang) sind beide mit IP67 eingestuft und können zeitweiliges Eintauchen in Wasser verkraften.

Überlegungen zu Größe und Gewicht

Wenn der Platz begrenzt ist, ist die Wahl eines Netzteils mit kompakter Bauform entscheidend, insbesondere für die Integration in enge Gehäuse, mobile Plattformen oder eingebettete Systeme. Miniaturisierte oder für die DIN-Hutschienenmontage geeignete Netzteile sind ideal für Schaltschränke, in denen jeder Zentimeter zählt.

Das Gewicht ist ein weiterer Faktor, insbesondere bei modularen Aufbauten oder tragbaren Systemen wie mobile Stehschreibtische oder Geräten mit eingeschränkter Mobilität. Das Portable FLT Battery Pack ist zum Beispiel speziell leicht und kompakt für mobile Stehschreibtische ausgelegt. Leichtere Netzteile verringern die Belastung der Montagestrukturen und erleichtern Transport und Montage. Achten Sie bei der Auswahl eines Netzteils für beengte oder dynamische Umgebungen auf die Abmessungen und Gewichtsangaben.

Sicherheitsmerkmale

Netzteile sollten grundlegende, integrierte Sicherheitsmechanismen enthalten, um sowohl das Netzteil selbst als auch die angeschlossenen Geräte zu schützen. Aus Sicht von Linearantrieben sollten Sie auf folgende Funktionen achten:

• Überstromschutz: Verhindert Schäden durch übermäßige Stromaufnahme oder Kurzschlüsse.
  
• Überspannungsschutz: Schaltet ab oder begrenzt die Ausgangsspannung, wenn der Spannungswert sichere Schwellwerte überschreitet.
  
• Überhitzungsschutz: Aktiviert die Kühlung oder schaltet das Gerät bei thermischer Überlastung ab. Für Anwendungen mit hohem Strom ist zur Aufrechterhaltung der thermischen Stabilität auch aktive Kühlung (z. B. integrierte Lüfter oder Kühlkörper) zu empfehlen.
  
• Einschaltstrombegrenzung: Verhindert Stromspitzen beim Einschalten, die Sicherungen auslösen oder Komponenten beschädigen könnten.
  
• EMI-Filterung und Überspannungsschutz: Schützt vor elektrischen Störgeräuschen und Spannungstransienten aus dem Wechselstromnetz.
  

Anforderungen an die Rückmelde-Steuerung

Bestimmte Steuerboxen können auch integrierte Netzteile haben, die die Wechselspannung (AC) der Eingangsseite in eine Gleichspannung (DC) umwandeln, welche anschließend die Linearantriebe ansteuert. In diesem Fall ist möglicherweise kein zusätzliches externes Netzteil erforderlich. Für Linearantriebssysteme, die mit Hall-Sensoren oder anderen Geräten zur Positionsrückmeldung arbeiten, sind Steuerboxen/-systeme mit fortgeschrittenerer Programmierlogik erforderlich, um Funktionen wie folgende zu ermöglichen:

• Synchroner Bewegungsablauf mehrerer Linearantriebe
• Gespeicherte Voreinstellpositionen
• Positionsanzeigefunktionen
• Bewegungen mit höherer Genauigkeit und Präzision

Unsere Vergleichstabelle für Steuerboxen hebt die kompatiblen Netzteile hervor, die wir für jede unserer Steuerboxen im Abschnitt „Optionen für Wechselstromversorgung (AC)“ anbieten. Welche unserer Steuerboxen und Linearantriebe miteinander kompatibel sind, erfahren Sie in unserer Kompatibilitätstabelle für Steuerboxen sowie in der Vergleichstabelle für Steuerboxen mit weiteren Informationen.

Eine korrekte Installation und laufende Wartung sind entscheidend, um einen sicheren, effizienten und langlebigen Betrieb Ihres Netzteils und Ihres elektrischen Linearantriebssystems zu gewährleisten. Nachfolgend finden Sie wesentliche Tipps und Techniken, denen Sie während des gesamten Lebenszyklus Ihrer Anlage folgen sollten.

Tipps zur regelmäßigen Wartung

Fortlaufende Wartung ist entscheidend, um Probleme zu vermeiden und die Lebensdauer des Systems zu maximieren. Planen Sie regelmäßige Prüfungen ein, die Folgendes umfassen:

• Sichere Montagepunkte: Überprüfen Sie regelmäßig die physische Montage der Stromversorgung, um sicherzustellen, dass sie fest am Rahmen oder Gehäuse befestigt bleibt. Ziehen Sie alle losen Befestigungselemente nach, um mechanische Vibrationen oder Stoßschäden zu verhindern.
  
• Belüftung prüfen: Stellen Sie sicher, dass die Stromversorgung über ausreichenden Luftstrom verfügt, um Überhitzung zu vermeiden, indem Sie die Lüftungsöffnungen reinigen und frei von Staub und Hindernissen halten.
  
• Lastkomponenten bewerten: Beobachten Sie das Verhalten von Linearantrieb und Steuergerät auf Anzeichen von Problemen, wie unregelmäßige Bewegungen, übermäßige Wärmeentwicklung oder uneinheitlichen Betrieb. Dies kann auf eine ausfallende Komponente oder eine übermäßige Last auf der Stromversorgung hinweisen.
  
• Klemmen/Kontaktpunkte reinigen: Entfernen Sie Verunreinigungen, Staub und Oxidation von Steckverbindern, um eine gute elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten.
  
• Verkabelung & Steckverbinder inspizieren: Achten Sie auf Anzeichen von Verschleiß, Korrosion, Aufscheuern oder losen Klemmen. Beschädigte Steckverbinder ersetzen oder beschädigte Verkabelung umgehend austauschen, um elektrische Fehler zu verhindern und eine zuverlässige Leistung sicherzustellen.
  
• Elektrischen Ausgang überwachen: Messen Sie regelmäßig Spannung und Strom, während das System unter Last steht, um zu bestätigen, dass die Werte innerhalb der angegebenen Grenzwerte bleiben.
  

Richtige Verdrahtungstechniken

Die Befolgung korrekter Verdrahtungstechniken ist entscheidend für die Systemzuverlässigkeit und den Schutz. Befolgen Sie diese Best Practices, um Spannungsabfälle, Störungen oder Schäden zu vermeiden:

• Den richtigen Leitungsquerschnitt (AWG) wählen: Wählen Sie Leiterquerschnitte, die den von Ihren Linearantrieben benötigten Strom sicher führen können, insbesondere über längere Strecken. Zu dünne Leitungen können überhitzen oder einen Spannungsabfall verursachen, was die Leistung des Linearantriebs beeinträchtigt.
  
• Hochwertige Verbindungen verwenden: Sichern Sie die gesamte Verkabelung mit Lötverbindungen oder Schrumpfverbindern, um mit der Zeit Unterbrechungen oder Kurzschlüsse zu verhindern.
  
• Polarität einhalten: Vertauschte Polarität kann Linearantriebe und Stromversorgungen beschädigen. Überprüfen Sie Schaltpläne und Beschriftungen immer doppelt.
  
• Überstromschutz hinzufügen: Installieren Sie in der Leitung Sicherungen oder Leitungsschutzschalter, um vor elektrischen Fehlern und Kurzschlüssen zu schützen.
  
• EMI (elektromagnetische Störungen) reduzieren: Verwenden Sie geschirmte Kabel und halten Sie Leitungswege so kurz wie möglich, um Störrauschen in rauschempfindlichen Anwendungen zu minimieren.
  
• Überlegungen zur Notstromversorgung: Bei kritischen Anwendungen integrieren Sie eine Notstromquelle wie ein Batteriesystem oder einen Generator, um die Funktionalität bei einem Stromausfall aufrechtzuerhalten.
  

Netzteile sind das Rückgrat jedes elektrischen Stellantriebssystems. Im Laufe der Jahre haben technologische Fortschritte Netzteile immer kompakter, effizienter und zuverlässiger gemacht. Wer ihre Funktion versteht und den richtigen Typ wählt, stellt eine optimale Leistung der Antriebe, eine längere Lebensdauer und eine nahtlose Integration in eine Vielzahl von Automatisierungsanwendungen sicher.

Wir hoffen, dass Sie diesen Leitfaden zu Netzteilen ebenso informativ und interessant fanden wie wir – besonders, wenn Sie nach Orientierung bei der Auswahl geeigneter Netzteile für Ihre elektrischen Linearantriebe und Steuerboxen gesucht haben. Wenn Sie Fragen zu unseren Produkten haben oder Schwierigkeiten haben, die passenden Netzteile und elektrischen Linearantriebe für Ihre Anforderungen auszuwählen, kontaktieren Sie uns jederzeit! Wir sind Experten auf unserem Gebiet und helfen Ihnen gerne bei allen Fragen!

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