Die kostengünstige Anwendung für Ihr eigenes Design.

Obwohl eisenlose Linearmotoren seit über einem Jahrzehnt in Halbleiter- und Elektronikanwendungen eingesetzt werden, gelten sie bei vielen Entwicklern und OEMs immer noch als Nischenprodukte. Die Wahrnehmung von Linearmotoren als kostenintensive Lösung für spezielle Anwendungen ändert sich jedoch langsam, da immer mehr Branchen sie als Ersatz für Kugelumlaufspindeln in Verpackungs-, Montage- und Teilebestückungsanwendungen einsetzen. Obwohl die Kosten für Linearmotortechnologie in den letzten zehn Jahren gesunken sind, muss die Wahl zwischen einem Linearmotor und einer Kugelumlaufspindel sowohl die Leistungsanforderungen der Anwendung als auch die Gesamtbetriebskosten über die gesamte Lebensdauer der Maschine oder Anlage berücksichtigen. Im Folgenden finden Sie einige der wichtigsten Parameter, die beim Vergleich und der Auswahl zwischen Kugelumlaufspindeln und Linearmotoren zu berücksichtigen sind.

Wo Linearmotoren überzeugen

Ein Linearmotor ist im Wesentlichen ein „abgerollter“ Servomotor, bei dem der Rotor mit Permanentmagneten der feststehende Teil (auch Sekundärteil genannt) und der Stator der bewegliche Teil (auch Primärteil oder Forcer genannt) ist, wobei die Spulen in Epoxidharz eingekapselt sind. Der bekannteste Vorteil von Linearmotoren ist das Fehlen beweglicher Teile, wodurch sie eine viel höhere Positioniergenauigkeit und Wiederholbarkeit als Kugelumlaufspindeln erreichen. Ein weiterer Vorteil hinsichtlich der Positioniergenauigkeit ist der Encoder. Während Kugelumlaufspindeln üblicherweise einen am Motor montierten Drehencoder zur Positionsrückmeldung verwenden, nutzen Linearmotoren eine magnetische oder optische lineare Skala zur Positionsrückmeldung. Die lineare Skala misst die Position an der Last, wodurch eine genauere Messung der tatsächlichen Position möglich wird. Bei hochpräzisen Anwendungen kann diese genauere Positionsrückmeldung den Unterschied zwischen einem Teil, das die Spezifikationen erfüllt, und einem Teil, das nachbearbeitet werden muss oder Ausschuss wird, ausmachen.

Rotierender Linearmotor

In einem früheren Artikel haben wir den Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Verfahrweg bei Kugelumlaufspindeln erörtert. Auch hier bieten Linearmotoren Vorteile. Der zulässige Verfahrweg von Linearmotoren ist theoretisch unbegrenzt, da andere Systemkomponenten – Linearlager, Kabelführung und Encoder – den maximalen Verfahrweg bestimmen. Auch die maximale Geschwindigkeit und Beschleunigung von Linearmotoren ist deutlich höher als die von Kugelumlaufspindeln. Typische Werte liegen bei Geschwindigkeiten bis zu 10 m/s und Beschleunigungen bis zu 10 g, sofern die anderen Systemkomponenten entsprechend dimensioniert sind. Trotz der durch andere Systemkomponenten vorgegebenen Grenzen übertreffen Linearmotoren Kugelumlaufspindeln in Anwendungen, die sowohl große Verfahrwege als auch hohe Geschwindigkeiten erfordern, immer noch. Sie bieten zudem den Vorteil, dass unabhängig voneinander angetriebene Schlitten (Primärteile) auf demselben Sekundärteil angeordnet werden können. Dies ist besonders bei Verpackungsanwendungen nützlich, bei denen das zu verpackende Material vor dem Einfüllen in das Verpackungsmedium komprimiert werden muss (denken Sie an Windeln in einem Plastikbeutel).

Gesamtbetriebskostenfaktoren

Wartung und Zuverlässigkeit sind wichtige Kriterien bei der Gesamtbetriebskostenanalyse, und Linearmotoren bieten über die gesamte Lebensdauer des Systems hinweg mehrere Vorteile. Da Linearmotoren keine beweglichen mechanischen Teile enthalten, sind sie wartungsfrei. Lediglich die Linearlager müssen regelmäßig geschmiert werden. Viele Lager werden mittlerweile mit Langzeitschmierung oder Lebensdauerschmierung angeboten. Das Fehlen beweglicher Teile im Antriebssystem verbessert zudem die Zuverlässigkeit, da keine Wälzkörper, Laufbahnen oder Dichtungen vorhanden sind, die sich mit der Zeit abnutzen und ausgetauscht werden müssen.

Bei jedem Linearsystem ist es wichtig, die Umgebungsbedingungen sowie den Bedarf an Dichtungen und Schutzabdeckungen zu berücksichtigen. Linearmotoren bilden hier keine Ausnahme, da sie schwieriger zu umschließen und zu schützen sein können als herkömmliche Kugelumlaufspindeln. In vielen Fällen können Linearmotoren jedoch aggressiveren Verunreinigungen standhalten als Kugelumlaufspindeln, sofern die Linearlager entsprechend der Arbeitsumgebung abgedichtet sind.

Bei Linearmotoren ist die Temperatur der kritischere Umgebungsfaktor. Da das Epoxidharz, mit dem die Spulen eines eisenlosen Linearmotors umhüllt sind, die Wärme nicht optimal ableitet, kann eine Kühlung – entweder mit Druckluft oder Wasser – erforderlich sein, um eine akzeptable Betriebstemperatur für Motor und Montagestruktur aufrechtzuerhalten. Einige Hersteller verwenden Epoxidharze mit hoher Wärmeableitungskapazität. Es ist jedoch wichtig, die Wärmeableitung des Motors und den Einfluss der Temperatur auf die verfügbare Motorkraft zu überprüfen.

Immer mehr Branchen und Anwendungen erfordern lange Verfahrwege, hohe Geschwindigkeiten und hohe Positioniergenauigkeit. Während viele Linearsysteme zwei dieser drei Kriterien erfüllen können, sind Linearmotoren die einzige Technologie, die alle drei Kriterien kompromisslos erfüllt. Da Durchsatz und Gesamtbetriebskosten zu den entscheidenden Faktoren bei der Technologieauswahl werden, setzen sich Konstrukteure und OEMs immer stärker mit Linearmotortechnologien auseinander und unterstützen diese dabei, sich neben Riemen, Zahnstangen und sogar Kugelumlaufspindeln vom Nischenmarkt zum Mainstream zu entwickeln.