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Technik kurz erklärt Die Entwicklung des Linearmotors

Autor: M.A. Bernhard Richter

In unserer Serie „Technik kurz erklärt“ stellen wir jede Woche ein Meisterwerk der Konstruktion vor. Heute: Der Linearmotor

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Eine experimentelle Schienenkanone der US-Navy - zur Beschleunigung des Projektils wird u. a. Linearmotortechnik genutzt.
Eine experimentelle Schienenkanone der US-Navy - zur Beschleunigung des Projektils wird u. a. Linearmotortechnik genutzt.
(Bild: gemeinfrei / US-Navy / CC0 )

Ein Linearmotor ist ein grundsätzlich ein Elektromotor, dessen Stator und Läufer sozusagen "glattgerollt" wurden. Anstatt eine Rotation zu erzeugen, erzeugt er eine lineare Kraft entlang seiner Länge. Linearmotoren müssen jedoch nicht unbedingt gerade sein. Charakteristisch ist, dass der aktive Abschnitt eines Linearmotors Enden hat, während konventionelle Elektromotoren eine Ringform haben.

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Es gibt viele Konstruktionsideen für Linearmotoren. Die meisten fallen in zwei Hauptkategorien: Linearmotoren mit niedriger und mit hoher Beschleunigung.

Linearmotoren mit niedriger Beschleunigung eignen sich für Magnetschwebebahnen und andere bodengebundene Transportanwendungen. Linearmotoren werden dort vor allem in Werkzeugmaschinen, Positioniersystemen und Handlingsystemen in Bearbeitungszentren verwendet.

Hochbeschleunigungs-Linearmotoren sind in der Regel recht kurz und sind dafür ausgelegt, ein Objekt auf eine sehr hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen. Auch wenn das wie Science-Fiction klingt, finden diese Konstruktionen schon heute Anwendung in experimentellen Waffensystemen wie der Schienenkanone (Railgun).

Typischerweise werden diese Hochbeschleunigungs-Linearmotoren aber für Studien von Kollisionen, wie z.B. die Erforschung der Auswirkungen von Meteoriteneinschlägen genutzt.

Schematische Funktionsweise eines Linearmotors.
Schematische Funktionsweise eines Linearmotors.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Die Anfänge

Die Geschichte des Linearmotors lässt sich bis in die 1840er Jahre zurückverfolgen. Charles Wheatstone forschte am King's College in London an einem Modell, das aber zu ineffizient war um praktikabel zu sein. Der deutsche Ingenieur Hermann Kemper baute 1935 einen nutzbaren Prototypen, der aber in den Wirren des 2. Weltkrieges nicht weiterentwickelt wurde. In den späten 1940er Jahren entwickelte Dr. Eric Laithwaite von der Universität Manchester eine Motor der durch die magnetische Abstoßung den Leiter vom Stator wegdrückt, ihn schweben lässt ihn in Richtung des sich bewegenden Magnetfeldes mit sich trägt. Eine Nutzung als Magnetschwebebahnantrieb war hier abzusehen.

Schneller, höher, weiter

Die Hochgeschwindigkeitsprojekte des Linearmotors sind ungleich komplizierter als die die konventionellen, langsamen Linearmotoren, da sie ungleich mehr Energie verbrauchen und sehr starke Magnetfelder benötigen. Diese Energie muss auch noch innerhalb kürzester Zeit zur verfügung stehen - ein Problem, dem mit der Nutzung von hocheffizienten Kondensatoren begegnet wird. Die US-Navy testet momentan Linearmotor-Katapulte, die die dampfbetriebenen Startkatapulte auf Flugzeugträgern ersetzen sollen.

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Über den Autor

M.A. Bernhard Richter

M.A. Bernhard Richter

Redakteur Online/Print/Video, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht