Sähkösylinteri – tulevaisuuden lineaaritoimilaite?
Lineaariliikettä tuottavia toimilaitteita on nykypäivän teollisuudessa laajalti käytössä tuotannossa sekä koneenrakentamisessa. Perinteisesti teollisuuden ratkaisut on toteutettu paineilmasylinterien avulla niiden tarjotessa nopeaa liikettä sekä komponenttien edullisuuden vuoksi. Paineilmasylinterissä on kuitenkin suurimpana ongelmana sen suuri energiankulutus johtuen paineilmajärjestelmän huonosta hyötysuhteesta, joka on huonoimmillaan jopa alle 5 %. Sähkösylinterin avulla pyritään ratkaisemaan paineilmasylinterin tuomia haasteita.
Kun puhutaan sähkösylinteristä tässä artikkelissa, tarkoitetaan sillä sähkömekaanista servo-ohjattua lineaaritoimilaitetta, jonka avulla saadaan muutettua pyörivä liike lineaariliikkeeksi. Sähkösylinterit koostuvat servomoottorista, lineaarivaihteesta sekä ohjauspiiristä. Yleisimmät käytössä olevat lineaarivaihteet ovat kuula- sekä trapetsikierteinen ruuvi.
Sähkösylinterit tarvitsevat toimiakseen vain virransyötön sekä ohjaussignaalin, jonka ansiosta kokonaisjärjestelmä saadaan yksinkertaiseksi verrattuna paineilmajärjestelmään. Ohjaus voidaan toteuttaa yksinkertaisimmillaan logiikan avulla tai vaihtoehtoisesti älykkäällä IO-link -liitännällä. Sen avulla liittäminen on mahdollista suoraan kenttäväylään. Monet sähkösylinterit omaavat sisäänrakennetun ohjauspiirin, jolloin sylinterin käyttö ja integroiminen olemassa olevaan järjestelmään on mahdollisimman vaivatonta.
Saavutettavat edut
Yksi suurimmista sähkösylinterillä saavutettavista eduista on sen energiatehokkuus sekä ympäristöystävällisyys. Paineilmajärjestelmän hyötysuhde todettiin jo aikaisemmin surkeaksi, mikä johtuu enimmäkseen järjestelmässä olevista vuodoista.
Paineilmajärjestelmä koostuu monista komponenteista sekä usein pitkistä linjastoista. Jokainen liitos on mahdollinen vuotopaikka ja mitä enemmän komponentteja järjestelmässä on, sitä enemmän liitoksia. Myös jokaisessa komponentissa sekä putkistossa aiheutuu häviötä, joka joudutaan kompensoimaan tuottamalla lisää paineilmaa kompressorilla. Vuotojen takia kompressori joutuu tuottamaan paineilmaa, vaikka toimilaitteita ei käytettäisi, mikä taas kuluttaa energiaa ja kompressoria jatkuvasti.
Sähkösylinterin hyötysuhde vaihtelee riippuen käytetyistä komponenteista, mutta tyypillisesti sillä saavutetaan 80–90 % hyötysuhde. Sähkösylinterin avulla voidaan säästää huomattavasti energiaa myös siksi, että energiaa tarvitsee käyttää vain silloin, kun toimilaitetta käytetään.
Sähköllä toteutettu järjestelmä on myös huomattavasti yksinkertaisempi kuin paineilmajärjestelmä. Tarvitaan vain toimilaite, virransyöttö sekä ohjaussignaali. Useimmiten voidaan käyttää samaa ohjausjärjestelmää, mitä on käytetty paineilmasylinterille. Sähkösylinterin asennukseen tarvitaan yleensä vain siis itse sylinteri sekä sille virransyöttö silloin kun vaihdetaan paineilmasta sähköön.
Paineilmasylinteri ei ole kovin tarkka toimilaite ja sillä on vain kaksi tarkkaa paikoituspistettä, jotka ovat joko varsi täysin ulkona tai sisällä. Sylinteri on mahdollista paikoittaa liikeradalla eri pisteisiin, mutta silloinkin liikkuminen tulee estää mekaanisesti. Ilman kokoonpuristuvuuden vuoksi sylinteri voi liikkua, kun siihen kohdistuu ulkopuolista voimaa. Sähkösylinterillä paikoittaminen onnistuu missä tahansa liikeradan kohdassa jopa sadasosa millimetrin tarkkuudella. Paikoituspisteessä sylinterin varsi voidaan automaattisesti lukita sähköisesti moottorin avulla.
Paineilmasylinterin paikoitus on usein toteutettu mekaanisilla esteillä, joita operaattori käy asentamassa sylinterin varteen tai sen liikeradalle pysäyttämään sylinterin liikkeen haluttuun kohtaan. Tällaisella paikoituksella ei voida kuitenkaan saavuttaa useita paikkapisteitä sekä asennustyön ajaksi tuotanto pitää keskeyttää. Sähkösylinteri on erinomainen valinta, kun tarvitaan useita paikoituspisteitä ja sellaisissa sovelluksissa, joissa paikoitusta on tarpeen muuttaa useasti.
Yhteenveto keskeisimmistä eduista
- Tarkka ja monipuolinen paikoitettavuus
- Energiatehokkuus
- Kokonaisjärjestelmän yksinkertaisuus
- Integroitavuus muun järjestelmän kanssa
- Hygieenisyys esimerkiksi elintarviketeollisuudessa
- Vähäinen huollontarve
Tulevaisuuden mahdollisuudet
Sähkösylinteri on nykypäivän teollisuudessa uudenlaista teknologiaa, eivätkä ne ole vielä saavuttaneet samanlaista suosiota, kuin paineilmasylinterit tai hydraulisylinterit. Ne ovat kuitenkin mielenkiintoista teknologiaa, jonka avulla voidaan luoda yhä älykkäämpiä järjestelmiä sekä tuottaa lineaariliikettä energiatehokkaammin. Tällä hetkellä suurimpana esteenä monelle on varmastikin sähkösylintereiden korkea hankintahinta ja tehdyt investoinnit olemassa olevaan paineilmajärjestelmään.
Lähteet
Heikkilä, K. 2024. Sähkösylinterin lanseeraus – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.
Homa Appliances. 2024. Artikkelikuva. https://unsplash.com/photos/a-machine-that-is-working-on-some-kind-of-thing-sz1CHL7Pky0