Ein Linearmotor versetzt das angetriebene Objekt in eine lineare Bewegung. Das ist oft nötig und verlangt eine bestimmte Konstruktion. Moderne linear arbeitende Motoren werden in der Regel elektrisch betrieben, was zu den Vorteilen des fast wartungsfreien Laufs mit niedrigen Betriebskosten, der einfachen Integration und der hohen Dynamik bei Beschleunigungen und Verzögerungen führt. Allerdings sind teilweise in der Z-Achse lediglich geringe Hubhöhen möglich.
Linearmotor: Begrifflichkeit und Entwicklung
In der Technik taucht der Begriff auch bei Antrieben auf, bei denen ein sich drehender Läufer nur teilweise von einem festen Stator umgeben ist, wie das etwa bei Plattenteller- und Waschtrommelantrieben der Fall ist. Umgekehrt gelten Antriebe für eine Linearbewegung wie etwa Schwingspulen, die prinzipiell nicht verschiedene Geschwindigkeiten ermöglichen, nur als Linearaktoren (nicht -motoren). Der früheste Linearmotor, der noch vor dem Drehmotor für rotatorische Bewegungen erfunden wurde, trieb Lokomotiven an. Das Patent wurde 1854 vom US-Erfinder Charles Grafton Page eingereicht.
Einsatzszenarien für den Linearmotor
Zum Einsatz kommt dieser Motor in Werkzeugmaschinen sowie Handlings- und Positioniersystemen, wie sie Bearbeitungszentren benötigen. Er wird immer dann gebraucht, wenn eine geradlinige Bewegung mit verschiedenen Geschwindigkeiten erforderlich ist und dabei die folgenden Faktoren besonders hoch ausfallen müssen:
- Dynamik
- Beschleunigung
- Hublänge
- Präzision
- Wiederholgenauigkeit
Die geradlinige (translatorische) Bewegung entsteht nicht per Getriebe aus einer Drehbewegung, sondern direkt, weshalb diese Motoren auch Direktantriebe genannt werden. Technische Spitzenleistungen können sein:
- Beschleunigungen bis 6 g
- Verfahrgeschwindigkeiten bis 48 km/h (800 m/min)
- Kräfte bis 30 kN
Diese Leistungsgrenzen schieben die Hersteller immer weiter hinaus, was sich unter anderem durch gekühlte und damit supraleitende Spulen erreichen lässt. Einsatzbereiche sind derzeit unter anderem:
- Positioniergeräte
- Plasma- und Laserschneidanlagen
- Ultraschallmikroskope
- Wasserstrahlschneider
- Pumpen für verflüssigte Metalle (beispielsweise Natriumkreislauf in Kernkraftanlagen)
- Bahnantriebe (Transrapid, Achterbahn)
- elektrische Zahnbürste oder Munddusche
- elektrischer Rasierer
- Festplattenansteuerung
- manche CD-Spieler
Wie funktioniert ein Linearmotor?
Der Läufer und der Stator verfügen über Magnetfelder, die durch die Polung so kombiniert werden, dass der Stator den Läufer zieht und schiebt. Wenn er die Endposition erreicht hat, wird er umgepolt und in die Gegenrichtung gezogen und geschoben. Läufer besitzen zwei leicht versetzte Magnetfeld-Erzeuger, weshalb sich einer der beiden immer mindestens „auf halbem Weg“ befindet. Das ermöglicht die Festlegung der Laufrichtung nach vorn oder hinten. Rotative Motoren lassen sich unabhängig von ihrem Funktionsprinzip ebenfalls in Linearmotoren verwandeln, wenn die kreisförmig angeordnete Erregerwicklung im Stator gerade angeordnet wird. Doch moderne Linearmotoren werden speziell hergestellt. In der Praxis sind es Drehstrom-Asynchron- oder Synchronmaschinen, darunter auch Linearschrittmotoren und lineare Reluktanzmaschinen. Kommutierter Gleichstrommaschinen könnten als Direktantrieb gebaut werden, doch das ist eher unüblich. Es ist erforderlich, einen Mindestabstand zwischen dem Läufer und der Linearwicklung zu realisieren. Das geschieht beispielsweise mit Luftkissen, Rädern oder dem Schweben auf geregelten Magnetfeldern. Allein diese Spezifika machen eine Sonderkonstruktion von Linearmotoren erforderlich, damit sie effizient genug arbeiten. Auch konstruktive Eigenheiten wie die Bewegung des aktiv bestromten Teils erfordern eine spezielle Herstellung.