Eine Alternative zum servo-pneumatischen Aktuator ist die servo-elektrische Betätigung der Schweißzange, allerdings wurden dieser Option als Nachteile die höheren Investitionskosten und der Mangel an Stellkraft vorgehalten, wenn die Baugröße in etwa gleich zum Pneumatik-Zylinder sein soll. Die Investitionskosten des servo-elektrischen Systems lassen sich nicht wegdiskutieren, doch in einer Total-Cost-of-Ownership-Betrachtung können sie sich durch die Energieeinsparung und die Vorteile in Prozesssicherheit, Geschwindigkeitsgewinn und größeren Wartungsintervallen schnell amortisieren. Was den Faktor Stellkraft angeht: Vielfach wird bei der Umsetzung eines rotativen Elektroantriebes in Linearbewegung an klassische Kugelumlaufspindeln gedacht. Bei dieser Bauform liegt die Kritik jedoch in der relativ geringen Belastbarkeit, der Lärmemission, Vibrationen und geringerer Lebensdauer. Geht man mit dem Konstruktionsprinzip zum Beispiel auf Rollengewindespindeln über, die Exlar als Grundlage seiner Linearantriebe verwendet, lassen sich drei Unterschiede im Vergleich zu Kugelumlaufspindeln erkennen: Auf gleicher Längeneinheit liegen weitaus mehr Kontaktpunkte zwischen Rolle und Gewindespindel. Dadurch werden Lasten besser abgetragen und die Reibung verringert, was wiederum die Lebensdauer erhöht. Während Kugeln im Umlauf mehrfach die Richtung wechseln und sogar gegeneinander laufen, bleiben die Rollen immer positioniert und synchron mit der Spindel. Damit lassen sich höhere Umdrehungszahlen und Lineargeschwindigkeiten erreichen und Energieverluste reduzieren. Da keine Kugeln umlaufen, entstehen weniger Vibrationen und Lärmemissionen. Im nächsten Schritt werden Motor und Spindel kompakt in ein Gehäuse integriert. Statt klassischen Kupplungen oder Riementrieb/Getriebe nutzt Exlar das sogenannte Inverted Design. Hier läuft die Planetenrollengewindeeinheit in einem geschliffenen Hohlzylinder. Dieser Hohlzylinder wird als Rotor des Servomotors verwendet und hält die formangepassten Neodym-Eisen-Bor-Magneten. Diese Auslegung verfügt über eine hohe Energiedichte, Hitzefestigkeit und ein geringes Rastmoment. Der Aufbau des Stators (T-Lam) ist zudem mit 80-prozentiger Platzausnutzung vergleichsweise kompakt, weist geringe Verluste in den Rändern und eine Isolationsklasse von 180 (H) auf.
Gleicher Andruck der Schweißzange
Eine Forderung an die Aktuatoren einer Schweißzange ist, dass der Anpressdruck bei jedem Schweißpunkt möglichst gleich sein soll. Hier setzte früher Kritik an, weil sich speziell in der Aufwärm-Phase des Motors die Charakteristik eines elektro-mechanischen Aktuators ändert. Dennoch verspricht Exlar gleichmäßige und verlässliche Schweißpunkte im gesamten Produktionszyklus: Die Andruckkraft seiner GSX40-Aktuatoren für Schweißzangen bewegen sich demnach in einer Breite von 0,75 Prozent oder 50N um die nominale Andruckvorgabe bei einer Umgebungstemperatur von 40°C. Dabei lassen sich die kurzen Aktuatoren von Exlar etwa mit einer elektrischen Bremse oder Druckmesszellen ergänzen. Außerdem benötigen die Systeme keine eigene Kühlung, die Umgebungsluft reicht zur Wärmeabfuhr aus. Insgesamt ist zu erwarten, dass die Technologie trotz oft höherer Initialkosten künftig auch auf Fertigungsarten wie Clinchen, Stanzen, Pressen und Biegen übertragen wird.
