Een variant op elektrohydraulica

Ongeacht het type actuator dat men kiest, is er een zeer grote, gevestigde infrastructuur voor hydraulische technologie, die energie omzet in beweging om machines te verplaatsen en te besturen. Onderzoeksaanbieder MarketsandMarkets schat dat de wereldwijde actuatormarkt in 2027 86,6 miljard dollar zal bedragen. Volgens het wereldwijde marktonderzoeksbureau Technavio "zal de wereldwijde markt voor hydraulische actuators tussen 2020 en 2025 met 426,6 miljoen dollar groeien". Volgens sommige schattingen heeft de traditionele hydrauliek meer dan 75% van de markt voor bewegingsbesturing in handen. Toepassingen voor het testen van de structuur van een auto of vliegtuig (of het aandrijven van mobiele machines) vertrouwen op hydraulisch aangedreven actuatie omdat het effectief is bij het bereiken van een hoge energiedichtheid (bijv. 3.000 lbs. per vierkante inch voor industriële toepassingen).

Een groeiende trend is echter het ontwerpen en bouwen van volledig elektrische machines. De markt voor volledig elektrische aandrijving wordt gedomineerd door robots voor toepassingen als puntlassen, het verplaatsen van onderdelen, boren en verven. Onderzoekers van Technavio merkten vorig jaar op dat "de markt voor elektrische actuators het potentieel heeft om te groeien met 3,96 miljard dollar in 2021 tot 2025. De onderzoekers zeggen dat de groei zal komen van industrieën zoals de auto-industrie, water- en afvalwaterzuivering en lucht- en ruimtevaart en defensie. In mobiele markten willen de voorstanders van elektrische aandrijving traditionele hydraulisch aangedreven machines - die werken op gas- of dieselmotoren om hydraulische druk te genereren en die om te zetten in lineaire of roterende beweging - omzetten in eenheden met volledig elektrische aandrijving. Met volledig elektrische aandrijving verbruikt een machine alleen vermogen wanneer de toepassing dat vereist; de eenheid heeft echter niet altijd dezelfde energiedichtheid als zijn volledig hydraulische tegenhanger. De volledig elektrische motion control oplossingen vereisen nog steeds een krachtcentrale aan boord en een manier om elektriciteit op te wekken, of dat nu een dieselmotor of een grote batterij is.

Een derde optie: hybride aandrijving

Naast hydraulische en elektrische aandrijving is er nog een derde keuze: elektrohydraulische aandrijving. Bij een conventionele elektrohydraulische actuator krijgt de actuator hydraulisch vermogen van een door een inductiemotor aangedreven pomp en regelt hij dat vermogen via een servoventiel om de uitgangszuiger te sturen. Een variatie op elektrohydraulische aandrijving is een elektrohydrostatisch aandrijvingssysteem, of EAS. Met EAS heeft een machineontwerper een systeem dat elektrisch vermogen omzet op het punt waar het nodig is. Power on demand betekent dat een borstelloze DC-servomotor en aangesloten pomp alleen stroom gebruiken wanneer het systeem dat nodig heeft. EAS is anders dan een gecentraliseerd systeem dat constant stroom produceert en het ongebruikte als warmte verbrandt. Met EAS kunnen machinebouwers de omvang van het aandrijfsysteem verkleinen en de verspilde warmte elimineren. Wanneer de elektromotor de modulerende snelheid en richting van de EAS regelt, elimineert de toepassing de stand-by of overtollige stroom die niet door een servoventiel gaat, die een traditionele hydraulische actuator regelt. Dat verlies bedraagt ongeveer een derde van het geleverde vermogen bij het piekvermogen van de actuator.

Met EAS kan een machinebouwer of -eigenaar de energiedichtheid van een hydraulische oplossing benutten met de on-demand kostenbesparingen van volledig elektrische machines. Denk aan een traditionele hydraulische pomp, die continu draait. Praktisch gezien heeft de machine slechts een deel van de tijd hydraulische druk nodig, namelijk wanneer hij werkt. In een traditioneel hydraulisch ontwerp is die constante energiestroom naar de pomp niet de meest efficiënte oplossing. Bij een conventionele bouwmachine, zoals een lader, draait de dieselmotor van het voertuig constant om de hydraulische pomp op druk te houden.

Sommige machinebouwers en -operators zien een 'sweet spot' waar ze de energiedichtheid van hydraulische aandrijving kunnen bereiken met elektrisch vermogen. Power on demand is aantrekkelijk wanneer een machinebouwer een servomotor kan combineren met een pomp en actuator (d.w.z. met een spruitstuk om diverse veiligheidsregelingen in op te nemen) in één systeem, waarbij hydrauliek en elektriciteit worden gemengd. Deze klanten hebben gewerkt met zuiver hydraulische bewegingsbesturingssystemen en begrijpen de afwegingen tussen het energieverbruik van hydraulische aandrijving en de krachtbeperkingen van elektrische aandrijving. Misschien zijn ze nog niet klaar om over te stappen op een volledig elektrisch systeem. Of ze willen hun hydraulisch systeem niet opgeven, wat hun vermogen om een machinepark te onderhouden in gevaar zou brengen. In plaats daarvan zien ze enig voordeel in een hybride oplossing, waarbij een elektrisch aangedreven pomp wordt gebruikt om hydraulische vloeistof op verzoek te verplaatsen.

Voor elk van deze aandrijfmethoden valt iets te zeggen. Machinebouwers hebben met succes traditionele hydraulische units gebruikt om stroming te genereren en druk te creëren voor staalfabricage, spuitgieten van kunststoffen en diverse testtoepassingen. Met elektrische actuatoren en motoren bijvoorbeeld, veranderen fabrikanten van compacte bouwmachines deze voorheen volledig hydraulische machines met succes in groenere voertuigen die kantelen, draaien en tractie regelen. De energiekosten zullen natuurlijk invloed hebben op de richting waarin de markt zich ontwikkelt. Maar uiteindelijk zullen klanten en machinefabrikanten de markt sturen in de richting van de grootste bruikbaarheid, duurzaamheid en winst.

-CraigLukomski, Product Market Manager, Simulatie en Test, Moog