Elektromekanik aktüatör tasarımcıları gövdelerinin içine elektronik aksam entegre etmeye başladıklarında, bu durum uzun zamandır sadece hidrolik silindirlerin ana alanında olan uygulamalara kapı açan bir kontrol ve verimlilik avantajı sağladı. Aynı elektronikler, elektrikli aktüatörleri yeni uygulamalarda kullanma konusunda yakın zamanda edinilen deneyimle bir araya geldiğinde, elektrikli aktüatörlerin özelleştirilmesini kolaylaştıran ve hidroliklere kıyasla avantajlarını daha da artıran modüler bir tasarım stratejisinin uygulanmasına imkân veriyor.
Hareket kontrolüne modülerlik katılması
Modüler tasarım yaklaşımları pek çok başka pazarda da yaygındır. Örneğin çim ve bahçe pazarında bazı çim biçme makineleri, kullanıcının yaprak üfleyici, kenar düzeltici, döner biçme makinesi veya orijinal biçme makinesini takabileceği temel bir sap, motor ve konektörle birlikte sunulur. Elektronik sektöründe Apple uygulama platformu binlerce yeni üretkenlik ve eğlence seçeneğinin yaratılmasına öncülük etti. Elektrikli aktüatör üreticileri artık aynı türde değiştirilebilir işlevsellik sağlıyor ve bu da makine tasarımcılarına hidrolikten bu alana geçiş yapmaları için daha fazla neden veriyor.
Elektromekanik aktüatörlere elektronik eklenmesi, modülerlikte bir atılım niteliğindeydi ve hidrolikle mümkün olmayan kontrol, analiz, teşhis ve diğer birçok yeteneği sağlamak üzere yazılıma yönelik sayısız seçeneğin kapısını açtı. Bu zeka, adaptörler ve kablo demetleri gibi diğer özelleştirilebilir bileşenlerle bir araya geldiğinde aksesuar, donanım ve yazılım eklemeyi daha kolay ve çok daha uygun maliyetli hale getiriyor. Bir çekirdekli elektrikli aktüatöre kolayca eklenebilecek modüllere dair üç daha yeni örnek arasında kuvvet geri bildirimi, yük sönümleme ve manuel serbest bırakma ve geçersiz kılma gösterilebilir.
Kuvvet geri bildiriminin eklenmesi
Bir aktüatörün ne kadar zorlanmaya maruz kaldığının bilinmesi, kontrol ve bakım da dahil olmak üzere birçok nedenden dolayı kullanıcılar için önemlidir. Hidrolik bir sisteme kuvvet geri bildirimi eklemek mümkündür ancak bu karmaşık bir süreçtir. Hidrolik teknoloji tasarımı oldukça gelişmiş durumdadır ve yapılacak değişiklikler yalnızca anlık uygulamaya ilişkin çok sayıda bileşenin yeniden tasarlanmasını gerektirecektir. Elektronik olmadan, sistem tasarımcıları bir pompadaki akım akışındaki değişikliklerden basıncı hesaplamak gibi daha az gelişmiş ölçüm teknikleri kullanmak zorunda kalmaktadır.
Geleneksel bir elektromekanik aktüatöre kuvvet geri bildirimi eklemek de zorlu bir görevdir. Bu tip bir işlevsellik genellikle aktüatörün baştan aşağı yeniden tasarlanmasını gerektirir. Üretici mevcut bir yapıyla başlayabilir, ancak boyut, şekil veya başka unsurlarda ayarlamalar yapmak zorunda kalacaktır. Tasarımcılar nihayetinde özel bir çözüm geliştirseler de çözüme ulaşmak zordur, bileşenler potansiyel olarak daha pahalıdır ve çözümün diğer uygulamalara uyarlanması da muhtemelen kolay olmaz.
Akıllı bir aktüatör ile gelecekte uyarlamaya imkân tanıyacak bir tasarım yapmak çok daha kolaydır. Akıllı aktüatörlerin teknolojisinin yaklaşık yüzde 80'i, birden fazla uygulamada aynı olabilen çekirdek teknolojisidir. (Şekil 1) Önde gelen üreticiler, bu temel teknolojiyi kuvvet geri bildirimi fonksiyonundan ayrı olarak, örneğin motordan çekilen akıma güvenmek yerine basıncın daha temsili bir ölçüsü olan gerinim ölçer gibi bir cihaz kullanarak tasarlamaktadır. Gerinim ölçerin bağlanması, hidrolik bir sistemdeki basıncı ölçmek için karmaşık bileşenler eklemek yerine, aktüatörden kontrol sistemine birkaç kablo takmak kadar basittir.
Şekil 1. Akıllı elektrikli aktüatörlerle, değerli zamanınızı kablolama, kurulum ve test işlemlerine harcamak yerine, anında kuvvet geri bildirimi gibi tak-çalıştır kontrol işlevlerinden yararlanabilirsiniz. (Görüntü Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır)
Yük sönümleme
Aynı çekirdek teknolojisi, yük sönümlemesi sağlamak için kullanıldığında da değişmeden kalır. Darbeli yüklere dayanma yeteneği uzun zamandır hidroliğin ilgi alanında olmuştur. Hidrolik sıvısının sıkıştırılamaz olması darbenin sönümlenmesine yardımcı olur ve titreşimin diğer sistem bileşenlerine zarar vermesini önler. Neyse ki artık çekirdek yapısını değiştirmeye gerek kalmadan bu darbe sönümleyiciyi bir elektrikli aktüatöre eklemek mümkün.
Aktüatörün arkasındaki bir adaptöre bir sönümleyici takılabilir, bu da bileşenin toplam uzunluğuna ve ağırlığını artıracaktır. (Şekil 2). Bu uyarlama, aktüatörün yük yolunda elastik olarak deforme olan ve enerjiyi dağıtan darbe sönümleyici rondelalardan oluşur. Aktüatör uzatma borusuna bir darbe yükü çarptığında, takılı sönümleyici, darbe yükü kuvvetinin yönüne bağlı olarak uzar veya sıkışır ve daha sonra orijinal konumuna geri döner.
Şekil 2. Sönümleme seçeneği arka adaptör ile gövde arasına monte edilir ve aktüatörün darbe yüklerini emmesini sağlar. (Görüntü Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır)
Hareket mesafesi esas olarak darbenin gücüne bağlıdır, ancak yük boyutu, sıcaklık, darbe yükü hızı ve montaj pozisyonu da bunu etkiler. Sönümleme adaptörü, pozitif ve negatif darbe yüklerinin bilyalı somun, bilyalı vida ve itme rulmanları gibi baskı tertibatının diğer mekanik bileşenlerine etki etmesini önler. Aktüatörün ömrünü uzatır, darbe yüklemesini ortadan kaldırır ve hidrolik için birçok uygulamada rekabet avantajı sağlar.
Manuel fren serbest bırakma ve geçersiz kılma
Çekirdek teknolojisi, aktüatör tasarımlarında giderek daha fazla görülen fırçasız bir motoru içerdiğinde, standart bir çekirdek teknolojisi, hidroliklere kıyasla güvenlik, bakım ve enerji tasarrufu avantajları sağlayan manuel fren serbest bırakma ve geçersiz kılma işlemlerini karşılayabilir.
Manuel fren serbest bırakma modülü, operatörlerin sıkışmış, kırılmış veya başka sorunları olan bir makine bileşenini manuel olarak hareket ettirmelerine imkân verir. Bu modül, makinenin uygulanan yük ve/veya yer çekimi gücü altında hareket etmesini sağlayarak, hareketi kontrol etmeye yardımcı olmak için bir güç kaynağına veya aküye rejeneratif akım sağlar. (Şekil 3)
Şekil 3. Bir makine bileşeninin sıkıştığı, kırıldığı veya uygunsuz bir konumda bulunduğu durumlarda, elektrikli aktüatör, kullanıcıya bakım için erişim sağlayacak bir konuma manuel olarak hareket ettirilebilir. Manuel fren serbest bırakma seçeneği, etkin freni devre dışı bırakarak uzatma borusunun yük altında ve yer çekiminin de desteğiyle istenilen konuma kadar uzamasını veya geri çekilmesini sağlar. (Görüntü Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır)
Bu yeterlikler, fırçasız motor kullanan ve uyarlanabilirlik dikkate alınarak tasarlanmış bir aktüatöre kolaylıkla eklenebilir. Hidrolik sistemlerden bu tür faydaları elde etmek çok zordur, hatta çoğu zaman imkânsızdır. Hidrolik sistemler sürekli olarak çalışır ve sürekli enerji tüketir durumda olmalıdır. Uygulamanın üretkenliğini tehlikeye atmadan bunları bakım için kapatmanın bir yolu yoktur.
Modüler bir dünyada yaşam
Modüler bir dünyada, tasarımcılar tıpkı diğer birçok bileşen türünde olduğu gibi, uygulamalarına uygun eklentileri seçer. Çekirdek tahrik sistemi ihtiyaçlarını belirlemek için parça, voltaj, yük ve strok seçimi yapar ve ardından çevresel koşullar, kontrol ve elektrik gereksinimleri gibi ek seçenekleri eklenti olarak seçerler. Yararlı eklentiler arasında belirli bir üreticinin sunduğu aksesuarlara bağlı olarak yukarıda belirtilen kuvvet geri bildirimi, yük sönümleme ve frenleme/geçersiz kılma seçenekleri de yer alabilir.
Gerçek anlamda modüler bir dünyada, aksesuarları sıfırdan tasarlamak yerine ortak bir teknoloji platformuna yönelik biçimde tasarlama olanağı, daha önce hayal bile edilemeyen yeni işlevlerin yaratılmasını teşvik etmektedir. Bu, elektrikli aktüatör üreticilerinin işine yarayan bir yaklaşımdır. Bu üreticiler, sürekli olarak yeni değer ve daha güçlü çözümler sunmak için sınırları zorlamakta ve yeni motor teknolojileri, alternatif vida teknolojileri ve çok daha fazlasını araştırmaktadırlar.
Fizik bize aktüatörlerin sadece vidayı ve motoru büyüterek daha ağır yükleri hareket ettirebileceğini söylese de asıl zorluk aynı veya daha küçük bir tasarım zarfı içerisinde maksimum çıkış elde etmektir. Modüler tasarımın olanaklarından yararlanmak bu zorluğun üstesinden gelmenin bir yoludur. Eklentilerin kullanılmasının, yaygın hidrolik sistemlerin elektrikli aktüatörlerle değiştirilmesi durumunda en yüksek geri dönüşü sağlaması muhtemeldir