Die Digitalisierung spielt in der heutigen Industrie eine große Rolle.
Sie bietet Möglichkeiten für eine bessere Überwachung, Sicherheit und Kontrolle von Produkten und Systemen. Im Bereich der Schlösser wird der physische Schlüssel langsam durch Software ersetzt.
Der Vorteil von Software besteht darin, dass viele verschiedene und einfache Schnittstellen zum Sperren oder Entsperren verwendet werden können: NFC mit RFID-Karten oder Smartphones, Bluetooth, QR-Codes, biometrisch mit Fingerabdruck, PIN-Code, Fernbedienung oder einfach mit einem Remote-Computer. Darüber hinaus kann Software beispielsweise über ein API-Protokoll einfach mit dem Schließsystem verbunden werden.
Bei industriellen Verschlüssen bedeutet der Übergang von mechanisch zu elektronisch, dass verschiedene Variablen beim (Produkt-) Design eine Rolle spielen. Neben der Lebensdauer sind auch der Festigkeitswert, die mechanische Festigkeit, die Korrosion und die Materialauswahl, der Energieverbrauch, die Feuchtigkeitsbeständigkeit, der Stromausfall, Fehler und die Konnektivität von großer Bedeutung. Um alle Anforderungen zu erfüllen, ist es wichtig, die Funktionsweise elektronisch gesteuerter Verschlüsse zu verstehen, bevor die richtige Wahl für eine bestimmte Anwendung getroffen wird.
Magnetspule versus Motorantrieb
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine mechanische Verriegelung mit einer elektronischen Steuerung zu realisieren. Derzeit gibt es zwei gängige Techniken auf dem Markt:
Magnetspulenverschluss (Solenoid):
Funktioniert auf der Grundlage des Elektromagnetismus. Sie bestehen in der Regel aus einer spiralförmigen Spule, die konzentrisch um eine bewegliche Achse gewickelt ist. Die Achse besteht aus einem ferromagnetischen Material wie Eisen oder Stahl. Wenn Strom durch die Spule fließt, erzeugt er ein Magnetfeld in der Spule, so dass die Metallachse zur Mitte des Magneten gezogen wird. Diese lineare Bewegung wird beim Entriegeln des Verschlusses verwendet. Dies ist ein einfaches und kostengünstiges System. Je mehr Kraft zum Schließen oder Entsperren einer Anwendung erforderlich ist, desto höher ist der Stromverbrauch. Um eine Anwendung offen zu halten, muss die Spule permanent mit Strom versorgt werden und daher wird weiterhin Strom verbraucht.
Abbildung 1: Magnetspulenverschluss
Motorantrieb:
Durch die Kombination eines kompakten Gleichstrommotors mit einem einfachen Getriebe lässt sich eine Drehbewegung sehr leicht in eine lineare Bewegung umwandeln. Die Wahl des richtigen Übersetzungsverhältnisses erzeugt die erforderliche Drehzahl und damit ein bestimmtes Drehmoment, das in eine hohe Linearkraft umgewandelt wird. Diese kraftvolle, lineare Bewegung wird verwendet, um die mechanische Verriegelung zu lösen.
Abbildung 2: Explosionszeichnung Elektromotor
Vorteile des Motorenantriebes
Für den Einsatz in industriellen Bereichen haben Verschlüsse mit Motorantrieb eine Reihe von Vorteilen gegenüber Magnetspulenverschlüssen.
Zuverlässig
Die Umwandlung der Rotation in eine lineare Bewegung erfolgt durch Zahnräder, Nocken usw. Dieses Getriebe ist darauf ausgelegt, eine große Last mit minimaler Kraft zu bewegen. Denken Sie an die Verwendung von Riemenscheiben oder die Schaltung eines Fahrrads.
Wenn die bewegliche Metallachse eines Magnetspulenverschlusses (leicht) blockiert ist, reicht die Kraft des Magnetfeldes oft nicht aus, um die Welle zu bewegen. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn sich aufgrund von Kondensation Eis zwischen der Achse und den Metallspindeln bildet. Die Eisbildung erzeugt zusätzliche Reibung und behindert die Bewegung des Riegels, wodurch der Verschluss blockiert wird. Der Schließvorgang gilt dann als unzuverlässig.
In der Praxis bedeutet dies, dass ein Verschluss mit Motorantrieb, zuverlässiger ist als ein Magnetspulenverschluss, wenn eine Kraft auf den Verschlussriegel ausgeübt wird. Eine einfache Möglichkeit, dies zu testen, besteht darin, Kraft auf den Riegel des Verschlusses auszuüben und gleichzeitig zu versuchen, ihn elektronisch zu öffnen.
Niedriger Stromverbrauch
Ein weiterer Nachteil des Magnetspulenverschlusses besteht darin, dass er stets Strom benötigt, wenn der Verschluss blockiert ist. Dies kann zu einem erheblichen Temperaturanstieg innerhalb des Verschlusses führen, der zum Durchbrennen der Kabel und zur irreparablen Beschädigung der elektrischen Spule führen kann. Um mehr Leistung aus einer Magnetspule zu erhalten, muss die Spule vergrößert werden. Dies hat zur Folge, dass leistungsstarke Magnetverschlüsse sehr groß sind. Ein motorbetriebener Aktuator kann mit dem richtigen Getriebe die gleiche oder sogar eine höhere Kraft erzeugen und dabei kompakte Einbaumaße beibehalten.
Um ein Schloss zu öffnen, muss der Elektromotor oft nur eine Umdrehung oder einen Zyklus ausführen. Das bedeutet, dass der Elektromotor nur kurzzeitig mit Strom versorgt werden muss. Dies wirkt sich positiv auf den Stromverbrauch aus. Das Schloss bleibt geöffnet, bis die Anwendung manuell wieder geschlossen wird, ohne Strom zu verbrauchen. Um einen Magneten entriegelt zu halten, ist oft eine kontinuierliche Spannung erforderlich. Denken Sie an eine Gegensprechanlage, mit der die zentrale Eingangstür eines Mehrfamilienhauses aus der Ferne entriegelt wird und für einige Zeit unverriegelt bleiben muss. Außerdem ist die Spitzenlast von Magnetschlössern oft erheblich höher.
Aufgrund des begrenzten und kurzfristigen Stromverbrauchs des Verschlusses mit einem motorgetriebenen Aktuator eignet sich das Verriegelungssystem auch sehr gut für Anwendungen mit Batterien oder Akkustrom.
Abbildung 3: Motorbetriebener Aktuator (wie bei elektromechanischen Schnappverschlüssen verwendet)
Fazit
Während magnetisch angetriebene Verschlüsse oft billiger sind, ist ihre Verwendung nicht immer zuverlässig. Wenn der Verschluss blockiert ist, funktioniert er nicht und es besteht die Gefahr des Durchbrennens oder einer mechanischen Beschädigung.
Dies wirkt sich nachteilig auf die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Systems aus. Der Stromverbrauch des Magneten ist nicht bei allen Anwendungen gleich kritisch, kann jedoch in einigen Fällen ein guter Grund sein, sich für einen elektromotorisch angetriebenen Verschluss zu entscheiden. Elektromotorisch angetriebene Verschlüsse benötigen nur bei Bedarf Strom und haben daher einen geringen Stromverbrauch.
Dadurch sind sie auch für (mobile) Anwendungen geeignet, bei denen die Stromversorgung über eine Batterie oder einen Akku erfolgt.
