Linearmotor Funktionsprinzip und Anwendungsmöglichkeiten von Linearmotoren

Linearmotoren, die geradlinige Bewegungen erzeugen, kommen derzeit vor allem in Positionier- und Handlingsystemen zum Einsatz. Wie Linearmotoren funktionieren, wo die Vorteile dieser Antriebstechnologie liegen, und welche Lösungen der Lineartechnikspezialist Hiwin Anwendern zur Verfügung stellt, behandelt der folgende Artikel.

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Vorschubkräfte werden in vielen Anwendungen von einem Elektromotor erzeugt und mittels eines Getriebes von einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung umgesetzt – die Bewegung wird also indirekt herbeigeführt. Im Gegensatz dazu ermöglichen es Linear-motoren, direkt eine translatorische Bewegung zu erzeugen.

Linearmotoren basieren auf demselben Funktionsprinzip wie Drehstrommotoren, allerdings sind die beim Drehstrommotor kreisförmig angeordneten elektrischen Erregerwicklungen (Stator) bei Linearmotoren auf einer ebenen Strecke angeordnet, d.h. der Drehstrommotor ist auf die Ebene „abgewickelt“.

Der Läufer, der im Drehstrommotor in Rotation versetzt wird, wird beim Linearmotor also von dem längs bewegten Magnetfeld über die Fahrstrecke gezogen. Der erforderliche Abstand zwischen Läufer und Linearwicklung kann z.B. mittels Profilschienenführungen, Luftlagern oder durch elektromagnetisch geregeltes Schweben gewährleistet werden.

Anwendungsmöglichkeiten en masse

Neben den bereits erwähnten Applikationen eignen sich Linearmotoren aufgrund ihrer Konstruktionsweise auch für andere Anwendungsbereiche. Da sie weniger reibende Teile enthalten als herkömmliche Antriebslösungen, sind sie beispielsweise besser für den Einsatz in Reinraumanwendungen geeignet. Weitere Einsatzbeispiele sind unter anderem Anwendungen in der Kunststoffbearbeitung, Fertigungsautomatisierung und Materialflusstechnik.

Leistungsstarke Linearmotorkomponenten mit vielen Features

Der Lineartechnikspezialist Hiwin hat drei Baureihen von eisenbehafteten Synchron-Linearmotoren im Programm. Die Serie LMS ist optimiert für Positionierachsen mit dynamischer Punkt-zu-Punkt-Bewegung. Die Serie LMF bietet UL-zertifizierte Motoren mit Anschlussmöglichkeit für eine Wasserkühlung. Dank extrem geringer Rastkraft mit hohen Kräften eignet sie sich speziell für den Einsatz in Werkzeugmaschinen und großen Positioniersystemen.

Diese Motoren bestehen aus einem Primärteil (Forcer) mit bewickeltem Blechpaket und einem Sekundärteil mit Permanentmagneten (Stator). Durch die Kombination mehrerer Statoren lassen sich beliebig lange Verfahrwege realisieren.

Ähnlich aufgebaut ist die Baureihe LMT, bei der sich dank der Anordnung des Forcers zwischen zwei Statoren die magnetischen Anziehungskräfte aufheben. Dadurch wird die Führungsschiene entlastet und eine hohe Kraftdichte bei relativ kurzem Verfahrschlitten erreicht.

LMC-Linearmotoren sind dank ihrer eisenlosen Primärteile leicht und dynamisch und gewährleisten so einen guten Gleichlauf und hohe Geschwindigkeitskonstanz. Ihr U-förmiger Stator besteht aus einem Permanentmagneten. Sie eignen sich speziell für Anwendungen wie z.B. Scanner, optische Inspektionssysteme oder Anwendungen in der Mikrosystemtechnik. Weitere Vorteile sind eine geringe Bauhöhe sowie die Option, mehrere Forcer auf einem Stator einzusetzen.

Komplette Lineartechniklösungen für den Konstrukteur

Neben Linearmotorkomponenten bietet Hiwin mit einer breiten Auswahl an Linearmotorachsen auch komplette, anschlussfertige Positioniersysteme inklusive Führung, Antrieb und Wegmesssystem. Diese Paketlösungen ermöglichen Anwendern eine vereinfachte Projektierung, Montage und Inbetriebnahme, da die einzelnen Komponenten bereits aufeinander abgestimmt sind.

Zum Lieferumfang von Hiwin gehören außerdem auch standardisierte Mehrachssysteme (als Gantry- bzw. Kreuztischausführungen) sowie kundenspezifische Sonderanfertigungen. Linearmotorachsen von Hiwin sind mit vorkonfektionierten Steckern und einer Energiekette ausgestattet und mit eisenbehafteten oder eisenlosen Linearmotoren lieferbar.

Die Linearmotorachsen eignen sich besonders für Handling- und Automatisierungsaufgaben, in denen hohe Genauigkeit und Dynamik erforderlich sind, sowie für Mikrosystemtechni-kanwendungen und die Montage und Inspektion von Komponenten. Verfügbar sind die Systeme mit oder ohne Antriebsverstärker. Sie erreichen Geschwindigkeiten bis 5 m/s und eine maximale Beschleunigung von 100 m/s²; die Spitzenkraft kann zwischen 75 und 5.000 N gewählt werden.

Anwendungsbeispiel: Linearmotorachsen bringen Laserschneideanlagen in Bewegung

Für anspruchsvolle Anwendungen bietet die Firma Hans von der Heyde Laseranlagen, die höchste Flexibilität und Schärfe gewährleisten. Der LC Hydra 300 beispielsweise, der wahlweise über ein zwei- oder dreiachsiges CNC-System gesteuert wird, kann Kunststoffe, Metalle und nichtmetallische Werkstoffe schneiden, perforieren oder markieren. Die Anlage, die mittels eines 10“-Touchpanels bedient wird, verfügt über eine Durchhangsteuerung zum kontrollierten Einzug und zur Geschwindigkeitssteuerung des Materials.

Zwei an einer Vorschubeinheit befestigte Laserköpfe bewältigen selbst komplexe Konturen bei hohen Beschleunigungen. Optimale Präzision wird dabei durch hochdynamische, servogesteuerte Linearmotorachsen gewährleistet.

Der richtige Schub mit 40 m/s²

Die integrierte Lineartechnik stammt vom Offenburger Lineartechnikexperten Hiwin, der alle Systeme gemäß den Kundenanforderungen zur jeweiligen Anlage vorkonfektioniert liefert. Im Anwendungsfall basieren die Achsen auf den Typen LMX 1L S23 bzw. S27, die sich besonders für den Einsatz als Kreuztisch sowie für Applikationen mit hohen Anforderungen an die Dauerkraft eignen. Sie erreichen eine maximale Geschwindigkeit von 4 m/s sowie eine Beschleunigung bis 40 m/s² – dies ermöglicht schnelle Bewegungsabläufe und eine hohe Wiederholgenauigkeit.

Antriebstechnik – Alles aus einer Hand

Die Linearmotorachsen sind getreu dem Hiwin-Prinzip konstruiert, Antriebstechnik grundsätzlich aus einer Hand zu liefern. Christoph Schultz, Hiwin-Verkaufsleiter für das Vertriebsgebiet Norddeutschland, erklärt: „Wo früher Mechaniker und Elektriker beim jeweils Anderen den Grund für Fehlfunktionen suchten, haben wir Antriebstechnik als Komplettsystem konzipiert. Nicht der Kunde setzt die Einzelteile zu Subsystemen zusammen, sondern die Systeme kommen funktionsgeprüft von uns. Dies ermöglicht es unseren Kunden, sich auf ihr Endprodukt zu konzentrieren. Die Basis dafür legt unsere hocheffiziente Fertigung der Komponenten.“

„Davon profitieren wir als Anwender“, ergänzt Ludger Tälkers, Geschäftsführer bei Hans von der Heyde. „Hiwin-Vertriebsingenieure und Techniker unterstützen uns zudem dabei, die optimale Lösung für die jeweilige Applikation zu erarbeiten. Für Serienmaschinenbauer wie uns ist das ein Schlüsselkriterium bei der Entscheidung für den Antriebstechniklieferanten.“

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