Die kosteneffiziente Anwendung für Ihr eigenes Design.

Obwohl eisenlose Linearmotoren in der Halbleiter- und Elektronikindustrie bereits seit über einem Jahrzehnt eingesetzt werden, gelten sie bei vielen Entwicklern und OEMs immer noch als Nischenprodukte. Die Wahrnehmung von Linearmotoren als kostspielige Lösung für spezielle Anwendungen ändert sich jedoch langsam, da immer mehr Branchen sie als Ersatz für Kugelgewindetriebe in der Verpackung, Montage und Teileverladung einsetzen. Und obwohl die Kosten für Linearmotortechnologie im letzten Jahrzehnt gesunken sind, muss die Wahl zwischen einem Linearmotor und einem Kugelgewindetrieb sowohl die Leistungsanforderungen der Anwendung als auch die Gesamtbetriebskosten über die gesamte Lebensdauer der Maschine oder des Systems berücksichtigen. Im Folgenden sind einige der wichtigsten Parameter aufgeführt, die beim Vergleich und der Auswahl zwischen Kugelgewindetrieben und Linearmotoren zu beachten sind.

Wo Linearmotoren glänzen

Ein Linearmotor ist im Prinzip ein „abgewickelter“ Servomotor. Der Rotor mit Permanentmagneten bildet das stationäre Element (auch Sekundärteil genannt), während der Stator das bewegliche Element (auch Primärteil oder Kraftgeber genannt) darstellt. Die Spulen sind mit Epoxidharz vergossen. Der größte Vorteil von Linearmotoren liegt im Fehlen beweglicher Teile. Dadurch erreichen sie eine deutlich höhere Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit als Kugelgewindetriebe. Ein weiterer Vorteil in puncto Positioniergenauigkeit ergibt sich aus dem Encoder. Während Kugelgewindetriebe typischerweise einen am Motor montierten Drehgeber zur Positionsrückmeldung verwenden, nutzen Linearmotoren eine magnetische oder optische Linearskala. Diese misst die Position unter Last und liefert so einen genaueren Messwert der tatsächlichen Position. Bei Anwendungen mit höchsten Präzisionsanforderungen kann diese präzisere Positionsrückmeldung den entscheidenden Unterschied zwischen einem Bauteil, das den Spezifikationen entspricht, und einem Bauteil, das Nacharbeit oder Ausschuss erfordert, ausmachen.

Linearmotor

In einem früheren Artikel haben wir den Zielkonflikt zwischen Geschwindigkeit und Verfahrweg bei Kugelgewindetrieben erörtert. Auch hier bieten Linearmotoren Vorteile. Der maximal mögliche Verfahrweg von Linearmotoren ist theoretisch unbegrenzt; andere Systemkomponenten – Linearführungen, Kabelmanagement und Encoder – bestimmen den maximalen Verfahrweg. Ebenso sind die maximale Geschwindigkeit und Beschleunigung von Linearmotoren deutlich höher als die von Kugelgewindetrieben. Typische Werte liegen bei bis zu 10 m/s Geschwindigkeit und 10 g Beschleunigung, sofern die anderen Systemkomponenten entsprechend dimensioniert sind. Trotz der durch andere Systemkomponenten bedingten Einschränkungen sind Linearmotoren Kugelgewindetrieben in Anwendungen, die sowohl einen großen Verfahrweg als auch eine hohe Geschwindigkeit erfordern, überlegen. Sie ermöglichen zudem den unabhängigen Antrieb von Schlitten (Primärschlitten) auf demselben Sekundärteil. Dies ist besonders in Verpackungsanwendungen nützlich, bei denen das zu verpackende Material vor dem Einlegen in das Verpackungsmedium komprimiert werden muss (beispielsweise Windeln in einem Polybeutel).

Faktoren der Gesamtbetriebskosten

Wartung und Zuverlässigkeit sind wichtige Kriterien bei der Analyse der Gesamtbetriebskosten, und Linearmotoren bieten über die gesamte Lebensdauer des Systems mehrere Vorteile. Da sie keine beweglichen mechanischen Teile enthalten, benötigen Linearmotoren selbst keine Wartung. Lediglich die Linearlager müssen regelmäßig geschmiert werden, und viele Lager sind mittlerweile mit Langzeitschmierung oder sogar mit Lebensdauerschmierung erhältlich. Das Fehlen beweglicher Teile im Antriebssystem erhöht zudem die Zuverlässigkeit, da keine Wälzkörper, Lagerlaufbahnen oder Dichtungen verschleißen und mit der Zeit ausgetauscht werden müssen.

Bei allen linearen Systemen ist es wichtig, die Umgebungsbedingungen sowie den Bedarf an Dichtungen und Schutzabdeckungen zu berücksichtigen. Linearmotoren bilden hier keine Ausnahme, da sie im Vergleich zu herkömmlichen Kugelgewindetrieben schwieriger zu kapseln und zu schützen sein können. In vielen Fällen sind Linearmotoren jedoch, sofern die Linearlager für die jeweilige Betriebsumgebung ordnungsgemäß abgedichtet sind, unempfindlicher gegenüber Verschmutzungen als Kugelgewindetriebe.

Bei Linearmotoren ist die Temperatur der kritischere Umweltfaktor. Da das Epoxidharz, mit dem die Spulen in einem eisenlosen Linearmotor vergossen sind, Wärme nur schlecht ableitet, kann eine Kühlung – entweder durch Druckluft oder Wasser – erforderlich sein, um eine akzeptable Betriebstemperatur für Motor und Montagevorrichtung zu gewährleisten. Einige Hersteller verwenden Epoxidharze mit hoher Wärmeableitungsfähigkeit. Es ist jedoch wichtig, die Wärmeableitung des Motors und den Einfluss der Temperatur auf die verfügbare Kraft zu überprüfen.

Immer mehr Branchen und Anwendungen fordern große Verfahrwege, hohe Geschwindigkeiten und präzise Positioniergenauigkeit. Viele Linearsysteme erfüllen zwar zwei dieser drei Kriterien, doch nur Linearmotoren bieten alle drei kompromisslos. Da Durchsatz und Gesamtbetriebskosten bei der Technologieauswahl immer wichtiger werden, setzen sich Konstrukteure und OEMs zunehmend mit Linearmotoren auseinander und tragen dazu bei, dass diese sich neben Riemen, Zahnstangenantrieben und Kugelgewindetrieben vom Nischenprodukt zum Standard entwickeln.