Van pneumatische naar elektrische lineaire actuatoren

'Een systeem dat efficiënt met de kostbare energie omgaat'

Lineaire actuatoren kennen een rijke geschiedenis waarin een diversiteit aan uitvoeringen is ontwikkeld. Een vragenrondje langs de diverse ontwikkelaars en leveranciers geeft aan dat de aandacht op dit moment onder meer ligt bij duurzame aandrijvingen en dat roestvaststaal het in deze markt wint aan populariteit. De applicatie bepaalt in vrijwel alle gevallen of de keuze valt op een elektrische, pneumatische of hydraulische lineaire aandrijving.

ing. Marjolein de Wit-Blok - 24 oktober 2025

Typen lineaire aandrijvingen

Kort door de bocht zetten lineaire aandrijvingen een bepaalde energievorm om in een lineaire beweging.

Elektrische actuatoren

De meest bekende uitvoering is de elektrische lineaire aandrijving waarbij een elektromotor (stappen- of servomotor) een spindel, schroefdraadstang of riem aandrijft.

Deze rotatie wordt door een moer of een andere mechanische koppeling omgezet in een lineaire beweging van een stang of plaat. Sommige systemen gebruiken feedbackmechanismen, zoals een encoder, om de positie en snelheid nauwkeurig te regelen. Afhankelijk van de elektromotor zijn hierbij diverse snelheden, krachten en nauwkeurigheden te bereiken.

Elektrische lineaire actuatoren kennen vaak iets hogere initiële kosten wat de aanschaf betreft en hebben een relatief grote voetafdruk (dit vanwege de motor en de montage). Daar staat tegenover dat ze relatief snel te installeren zijn, nauwkeurig aan te sturen en eenvoudig te onderhouden. Daarnaast is de oplossing relatief compact.

Pneumatische actuatoren

Bij pneumatische varianten wordt luchtdruk gebruikt om een lineaire beweging tot stand te brengen. Dit type aandrijving wordt onder meer ingezet in de procesindustrie waar explosieveiligheid een rol speelt. Bijvoorbeeld voor het openen en sluiten van kleppen. Daarnaast zijn ze geschikt voor snelle van punt-naar-puntbewegingen maar kunnen minder goed tegen snelle stops.

Kenmerkend voor deze aandrijvingen zijn verder de lagere initiële kosten en de geringe inbouwgrootte maar er moet wel rekening worden gehouden met hogere exploitatie- en onderhoudskosten. Zoals een van de respondenten beschrijft: “Bij de overweging om een pneumatische actuator wel of niet in te zetten, is onder meer te kijken naar de vraag of de betreffende installatie al gebruik maakt van pneumatiek. Zo ja, dan is het een logische keuze. Zo nee, dan zal de eindoplossing bepalen of een pneumatische variant de meest geschikte is.”

Hydraulische actuatoren

Bij de hydraulische lineaire aandrijving wordt vloeistof (veelal olie maar het kan ook water zijn) gebruikt om via druk een beweging te creëren en een kracht uit te oefenen. Eén van de meest onderscheidende eigenschappen van een hydraulische aandrijving is de hoge vermogensdichtheid. Er zijn dus hoge krachten te genereren vanuit een relatief kleine cilinder.

Door de onsamendrukbaarheid van de olie kunnen deze aandrijvingen bovendien een constante kracht uitoefenen zonder de noodzaak de pomp meer druk te laten leveren. Daarbij zijn de pompen en motoren op een relatief grote afstand van de gebruiker te plaatsen waardoor ter plekke niet onnodig veel ruimte nodig is.

Wel zijn de systemen complexer in de engineeringfase, is er kans op lekkage en kunnen stick/slipeffecten leiden tot het schokkend opstarten van een beweging. De diverse eigenschappen maken hydraulische actuatoren vooral geschikt voor zwaardere toepassingen.

Lineaire motor

Naast de lineaire aandrijvingen zoals boven beschreven, is een lineaire beweging ook tot stand te brengen middels een lineaire motor. Deze directe aandrijving is in feite een uitgerolde elektromotor die direct een lineaire beweging genereert zonder mechanische spindel of riem. Een voorbeeld van een lineaire motor is de aandrijving van de magneetzweeftrein.

Door speciale maatregelen te nemen zijn de aandrijvingen voor uiteenlopende toepassingen in te zetten. Ook in vuile omgevingen, ATEX-omgevingen of cleanrooms.

Duurzaamheid en rvs

Omdat lineaire actuatoren al decennialang bestaan, verwachten de diverse bedrijven geen spectaculaire ontwikkelingen op dit vlak. Toch zijn er zeker grote gemene delers uit alle reacties te filteren. Bijvoorbeeld duurzaamheid: een thema dat terugkomt in de steeds langere levensduur die onder meer te maken heeft met materiaalgebruik en de juiste smering. Vertragingskasten zijn vaak levensduur gesmeerd en vereisen geen specifiek (preventief) onderhoud meer.

Duurzaamheid: een thema dat terugkomt in de steeds langere levensduur die onder meer te maken heeft met materiaalgebruik en de juiste smering

Een gebruiksduur van 30.000 uur is daarbij het uitgangspunt. Een van de leveranciers noemt in het kader van duurzaamheid een module die energie kan terugwinnen en weer terug aan het net kan leveren. “Bij het afremmen van een zware last kan de werking van de motor worden omgezet naar die van een generator. De energie die dan vrijkomt, moet ofwel verbrand worden in een remweerstand maar kan beter worden teruggestuurd in het net waardoor het ‘opnieuw’ kan worden gebruikt.”

Bij andere oplossingen wordt bij het afremmen de vrijgekomen remenergie (deels) opgeslagen in de servoregelaars, die later weer gebruikt wordt bij accelereren van de motoren. Bij stilstand, als vrijwel geen energie nodig is, is de energiebehoefte dan zeer gering.

Duurzaamheid hangt verder uiteraard samen met de energie-efficiëntie van de complete aandrijfunit. Dit start al bij een goed gedimensioneerd ontwerp en breidt zich uit naar een gedegen installatie en – al eerder genoemd – optimale smering.

Daarnaast hangt het van het type aandrijving af welke mogelijkheden er nog meer zijn. Gaat het om pneumatische aandrijvingen dan is er onder meer winst te behalen bij het genereren van de benodigde perslucht en het alert zijn op lekkages – ook de hele kleine.

Bij hydraulische aandrijvingen speelt eveneens de dimensionering een rol, is eventueel ook het terugwinnen van energie mogelijk en draagt de juiste filtratie van de hydraulische olie bij aan een energie-efficiënte en nauwkeurige werking. In het geval van elektrische actuatoren is zeker de keuze voor een elektromotor met een hoog energielabel – IE4 of IE5 – een logische stap.

Tot slot noemen velen de besturing een middel om de efficiëntie van een complete aandrijving te maximaliseren. Door de aandrijvingen aan te sturen vanuit een gecontroleerd motionprofiel, worden overbelastingen van het mechanische systeem vermeden. Er ontstaan geen schokken zoals dit bijvoorbeeld wel bij een eindaanslag van een pneumatische beweging het geval is. Dit verhoogt de levensduur, niet alleen van de lineaire aandrijving zelf, maar ook van de aangedreven last en bijhorende geleiding.

Een leverancier van elektrische aandrijvingen geeft aan: “Elektrische motoren, en dan vooral de vaak gebruikte synchrone motoren, halen heel hoge rendementen die met andere technologieën zoals pneumatiek of hydrauliek niet mogelijk zijn. Koppel daaraan de hoge efficiëntie van een getande riem of een kogelomloopspindel, en dan kom je uit bij een systeem dat efficiënt met de kostbare energie omgaat.”

Roestvaststaal

Bijzonder was het feit dat een groot deel van de leveranciers een opmerking maakte richting het gebruik van roestvaststaal. Door bijvoorbeeld montagemateriaal, lagers en rolgeleiding in rvs uit te voeren, ontstaat een ‘anticorrosie’uitvoering. Dit type aandrijving is onder meer geschikt voor toepassingen in de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie waar hygiëne een belangrijke rol speelt. Tevens zin er units op de markt die volledig van roestvaststaal zijn en voorzien van een FDA blauwe tandriem. Deze units zijn ontworpen conform de EHEDG-normen en volledig open voor een optimale reiniging.

Innovaties

Diverse fabrikanten hebben ook hun noviteiten genoemd op het vlak van lineaire aandrijvingen. Bijvoorbeeld het Lexium™ MC12 Multi Carrier-system waarmee objecten alleen of in groepen zijn te verplaatsen of te positioneren (zie ook afbeeldingen). Het systeem bestaat uit rechte secties en bochten en is flexibel samen te stellen. Daarbij is een maximale snelheid van 4 m/s en herhalingsnauwkeurigheid van 0,03-0,05 mm te realiseren.

Tevens wordt het lineaire XTS-systeem of iTRAK (Intelligent Track Systems) genoemd. Eveneens een modulair systeem waarbij de track waarover movers kunnen bewegen naadloos is af te stemmen op de applicatie. Flexibel te kiezen zijn onder meer de lengte, bochten (binnen- of buitenbochten), montagepositie, aantal movers enzovoort.

De movers kunnen over dit systeem onafhankelijk van elkaar bewegen zonder bedrading op basis van permanente magneten en zijn te voorzien van een actuator. Dezelfde fabrikant levert het planaire motion systeem XPlanar waarbij de movers ook onafhankelijk van elkaar over een vlak kunnen zweven. Het contactloze karakter maakt deze systemen geschikt voor de voedingsindustrie en de farmaceutische industrie.

De ELGD-serie mechanische assen zijn geschikt voor zowel tandriemen als kogelomloopspindels in cartesische handlingsystemen. Door tijdens de ontwikkeling de nadruk te leggen op een vereenvoudigd ontwerp, een hoog draagvermogen, langere levensduur en verhoogde betrouwbaarheid, zijn toepassingen te vinden in diverse industriële handlingsituaties, van zware tot hygiënische omgevingen.

Door de aandrijvingen aan te sturen vanuit een gecontroleerd motion profiel, worden overbelastingen van het mechanische systeem vermeden

In de wereld van schroefvijzels – producten die zich kenmerken door een hoge mate van robuustheid en een hoge nauwkeurigheid – wordt ook meer de nadruk gelegd op roestvaststaal. Bovendien geeft de leverancier aan dat er door deze eigenschappen een toenemende vraag is naar deze producten door Defensie en de nucleaire industrie. Ook voor subsea- en offshoretoepassingen zijn er mogelijkheden omdat de Power Jacks subsea U-serie geschikt is voor toepassingen die 3 km of zelfs dieper op de zeebodem liggen.

De lineaire motoren uit de LMCA-serie, tot slot, zijn speciaal ontwikkeld voor toepassingen waar hoge versnelling, nauwkeurige positionering en betrouwbaarheid noodzakelijk zijn. Toepassingen zijn dan ook onder meer te vinden in lasersnijmachines.

Met medewerking van ABI, Almotion, Axis/Stuifmeel, Beckhoff, Festo, Morskate, Rotero, Routeco,
Schneider Electric en Vansichen Lineairtechniek