완벽한 부식 저항성, 탁월한 오염 방지 기능 등 지능형 전동 액추에이터 활용 방법
액추에이터의 부식은 방치할 경우 성능, 기능, 내구성, 안전성에 영향을 미친다. 또한 유지보수 비용을 증가시키고, 에너지를 낭비하며, 환경에 영향을 미칠 수 있다. 액추에이터 부식의 원인과 이를 방지하는 방법을 이해하면 이러한 문제를 줄이 거나 없앨 수 있다.
액추에이터 설계자들은 첨단 소재, 개선된 밀봉 전략, 극한의 온도를 견딜 수 있는 능력을 활용하여 부식 방지 제품을 점점 더 많이 만들고 있다. 이 차세대 액추에이터는 최소한의 유지보수가 필요하며, 적절하게 지정된 경우 부식 환경에서 공압 및 유압 실린더를 대체할 수 있는 고기능 대체품으로 사용할 수 있다.
부식의 원인은 무엇인가?
습기에 장시간 노출되는 것이 액추에이터 부식의 주요 원인 이다. 액추에이터 샤프트의 인-아웃 모션은 음의 내부 압력을 발생시키는데, 이로 인해 습기 침투를 방지하기 위해 일종의 압력 완화 기능이 필요할 수 있다. 공기중의 산소에 의해 촉진되는 금속 표면과 물에 대한 반응은 금속을 부식시킨다.
해양 또는 해안 환경에서 사용되는 액추에이터는 소금이 금속과 상호 작용하기 때문에 부식에 훨씬 더 취약하다. 극한의 온도, 즉 덥거나 추운 온도는 부식을 악화시킬 수 있으 며, 특히 응축이 많거나 온도가 빠르게 변하는 경우에 그렇다. 더운 환경에서 작동하면 모든 구성 요소의 마모가 가중되고 윤활에 문제가 발생한다.
다른 부식성 화학 물질에 노출되는 것도 부식의 원인이 될 수 있다. 하수 처리장에서 밸브를 열고 닫거나, 비료를 뿌리거나, 살충 제를 뿌리는 것은 적절하게 보호되지 않은 모션 컨트롤 장비를 부식시킬 수 있는 많은 액추에이터 애플리케이션 중 하나이다. 마지막으로, 다른 환경적 요인과 상호 작용하면 부식이 심해질 수 있다. 예를 들어, 습한 해안 지역에서 디젤 연료 엔진을 가동하면 대기 중에 온실 가스가 추가될 뿐만 아니라, 특히 여과되지 않은 해양 응용 분야에서 부식을 촉진한다.
<그림1> 비료/소금 살포기, 선박 등 많은 실외용 제품에는 부식 방지 코팅과 표면 처리가 되어 있어 염도가 높은 환경에서 산화를 방지하는 선형 액추에이터가 필요 하다. IP67(정적), IP69K(정적), IP66(정적/동적) 등급의 Thomson 전기 액추에 이터는 염수, 자외선, 고온/고압 세척 및 기타 여러 잠재적으로 유해한 요소의 부식을 방지한다.
부식 방지
부식 방지는 기본 재료, 코팅, 밀봉, 온도 조절, 적절한 유지 관리 등을 통해서 가능하다. 액추에이터의 부식을 방지하려면 작동 환경에 적합한 재료를 선택하고, 적절한 유지 관리 및 검사 루틴을 구현하고, 환경적 요인으로부터 액추에이터를 보호하기 위해 코팅, 밀봉 또는 인클로저와 같은 보호 조치를 고려하는 것이 중요하다.
재료 및 코팅
스테인리스 스틸은 부식에 대한 저항성이 뛰어나기 때문에 습기, 화학물질 또는 기타 부식성 물질에 노출될 가능성이 있는 분야에서 주로 사용된다. 스테인리스 스틸은 예를 들어 액추에이터 고정 장치와 같이 긁힘이나 기계적 마모의 위험이 있는 경우에 특히 좋은 선택이다.
양극산화 알루미늄은 스테 인리스 스틸에 비해 가볍고 저렴하다. 이 소재는 처리되지 않은 알루미늄보다 훨씬 더 단단하고 마모와 긁힘에 강하다. 밀도가 높고 자가 치유 기능이 있는 알루미늄 산화물 층은 마모와 긁힘에 강해, 밑에 있는 알루미늄을 부식과 산화로부터 보호한다.
그러나 양극산화 알루미늄은 스테인리스 스틸보다 부식에 대한 저항성이 떨어지므로, 가장 혹독하거나 부식성이 강한 환경에 서는 권장되지 않는다. 그러나 양극산화 알루미늄은 스테인리스 스틸보다 열전도율이 더 우수 하므로 고온 작업에 적합하다.
니켈 도금은 어느 정도의 부식 저항성을 제공하지만 긁힘에 취약하다. 일부 액추에이터 제조업체는 부식 저항성 플라스틱을 사용하기도 한다. 폴리에스터, 비닐 에스테르, 에폭시 수지, 폴리에틸렌과 폴리아미드 같은 열가소성 플라스틱과 같은 소재를 사용하면 제조업체가 비용을 절감하면서 적절한 보호 기능을 제공할 수 있다. 그러나 이러한 소재는 여전히 스테인 리스 스틸만큼 보호 기능, 강도, 내구성이 뛰어나다.
부식 방지, 무게, 비용의 적절한 균형을 맞추기 위해 액추에이터 설계자는 여러 가지 재료를 조합할 수 있다. 예를 들어, 앞뒤 고정 장치에는 스테인리스 스틸을 사용하고, 외부 커버 프로파일에는 양극 산화 처리된 알루미늄을 사용하는 식이다.
밀봉
밀봉이 제대로 되지 않으면 재료의 선택은 중요하지 않다. 적절한 밀봉은 화학 물질, 물, 먼지 및 기타 잠재적 침입자에 대한 노출을 방지하여 부식을 방지한다. 대부분의 공급업체는 자사 제품의 IP(침투 보호) 기능을 공개한다. IP65 준수는 재료가 일반적인 작업에 적합하고 먼지, 먼지 및 물 분사로부터 보호된다는 것을 의미한다. 첫 번째 숫자는 액추에이터의 먼지에 대한 밀폐성을 나타내고, 두 번째 숫자는 분사되는 액체 로부터의 보호를 나타낸다. IP66은 강력한 물 분사 세척을 포함하여 수압과 수류에 대한 보호 수준을 높인다.
IP67 및 IP68 준수는 먼지, 분진, 물에 대한 보호 수준을 나타 낸다. IP67은 최대 1미터의 수심에서 최대 30분 동안 견딜 수있으며, IP68은 더 깊은 수심에서 더 오래 견딜 수 있지만, 정확한 사양은 공급업체에 따라 다르다. 그러나 IP67 또는 IP68 준수 테스트만으로는 IP66 수준의 고압 세척에 대한 보호를 제공할 수 없다. IP69K 수준은 고온 및 고압 세척에 대한 보호를 나타낸다.
IP66, IP67/68 및 IP69K의 조합은 최대 침투 저항을 제공한 다. 규격 준수란 밀폐 장치가 다양한 위협에 대해 테스트를 거쳤으며, 염수 분무·먼지·오물·물에 수백 시간 노출되는 것은 물론이고, 비료·산·기름·그리스·세척제 같은 더 공격적인 물질에 장시간 노출되는 것을 포함하여, 장시간 노출과 높은 수압을 견딜 수 있다는 것을 의미한다.
온도 관리
부식 방지 액추에이터는 -40~+185ºF(-40~+85ºC)의 온도를 견딜 수 있다. 넓은 온도 범위는 정상 온도와 극한 온도 모두에서 함께 작동하도록 다양한 재료가 설계되었음을 의미한다.
액추에이터 설계 단계에서 넓은 온도 를 고려하지 않으면 씰에 과도한 부식, 마모 및 침투가 발생할 수 있다. 고급 소재, 밀폐 및 온도 내구성 덕분에 부식 방지 전기 액추 에이터는 유지보수가 거의 필요하지 않다. Thomson Max Jac과 같은 액추에이터의 경우, 최대 100% 듀티 사이클과 최대 50만 사이클의 유지보수 없는 작동을 기대할 수 있다.
<그림2> 40일간의 Thomson 테스트 플랫폼은 액추에이터를 가장 혹독한 조건의 일부를 통과하게 한다. 뜨겁고 차갑고, 습하고 먼지가 많고, 심한 진동과 바닥에 떨어뜨리는 등과 같은 테스트를 통해 액추에이터가 가장 까다로운 문제도 처리할수 있도록 준비한다.
유체 기반 액추에이터
이 액추에이터는 부식 저항성을 희생하지 않고도 컴팩트한 상태를 유지하면서 높은 부하를 처리할 수 있다. 리드 스크류 대신 볼 스크류를 사용하는 전기 액추에이터를 지정하면 강도가 향상되고 효율성이 증가하며, 전류 소모 증가 없이 속도나 힘을 추가로 제공할 수 있다.
산업용 등급 액추에이터는 최대 100mm/s의 속도를 달성할수 있다. 그보다 더 빠른 속도 요구 사항은 부식성 환경에서 요구되는 특성인 밸브 개폐 및 기타 조정 작업이 아닌 고속 픽앤 플레이스 작업과 같은 응용 분야에 더 많이 적용될 가능성이 높다. 이 견고한 액추에이터는 위치 피드백, 에너지 효율성및 자동화 호환성을 포함하여 공압 및 유압 실린더가 할 수 없는 부식성 환경에서 기능을 제공한다.
위치 피드백
과중한 업무가 어디에 있는지 정확히 아는 것은 어려운 환경에서 성공하기 위해 매우 중요하다. 온보드 전자장치를 사용하면 전기 액추에이터가 언제든지 스트로크의 정확한 위치를 계산 하고 공유할 수 있으므로, 작업자가 위험한 구역에 들어갈 필요가 없다. 반면에 유체 기반 액추에이터는 위치 피드백을 얻기 위해 복잡하고 유지보수가 많이 필요한 인프라가 필요하다.
에너지 효율
공기압식 액추에이터는 추운 기후에서 응축이 얼지 않도록 공기를 건조시키는 데 건조제가 필요할 수 있지만, 전기식 액추에이터는 그렇지 않다. 유압식 액추에이터는 적절한 오일 농도를 유지하기 위해 지속적으로 작동해야 하므로 기생 에너지 손실이 발생한다. 전기식 액추에이터는 공기압식 액추에 이터보다 에너지 효율이 10배 더 높고, 유압식 액추에이터보다 2~3배 더 효율적이다.
자동화 호환성
인더스트리 4.0이 프로세스 자동화의 범위를 확장함에 따라, 이전에는 자동화의 대상이 되지 않았던 부식성 환경이 이제그 범위에 포함되고 있다. 이러한 새로운 기회를 최대한 활용 하기 위해서는 부식 방지 기능과 지능형 기능이 필요하다. 예를 들어, 농업 분야에서 농부들이 비료를 뿌린 밭에 여러 번트랙터를 타고 가서 살포기 설정을 조정하는 대신, 부식 가능 성이 있는 작업을 AGV나 이동식 로봇에 맡길 가능성이 높다. 이 솔루션에는 더 스마트한 장치로만 가능한 기술 통합이 필요하며, 전기 액추에이터가 이 작업에 훨씬 더 적합하다.
부식 방지 액추에이터
<그림3> Thomson Max Jac 부식 방지 견고한 선형 액추에이터는 첨단 소재, 밀봉 및 온도 허용 범위를 사용하여 열악한 환경에서 유지보수 없이 50만회 작동할수 있다.
전 세계 기후 패턴이 점점 더 극단적으로 변함에 따라, 부식을 촉진하는 조건이 증가할 가능성이 커지고 있으며, 이에 대응하기 위해 중부하 전기 액추에이터가 준비되어 있다. 스테 인리스강으로 제작되어 밀폐되어 있고, 극단적인 온도 변화 에도 견딜 수 있는 이 새로운 부식 방지, 유지보수 불필요 액추에이터는 부식 환경에서 가장 일반적으로 발견되는 하중과 속도를 지원할 수 있다.
공기압 실린더나 유압 실린더에 비해, 부식 방지 전기 액추에이터는 비용 효율적으로 위치 피드백을 제공하고, 에너지 소비가 현저히 적으며, 미래의 첨단 자동화 체계와 더 잘 통합될 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
자료제공: Thomson(www.thomsonlinear.com)
