Linearantriebe mit Stapelbauweise basieren auf solchen Schrittmotoren, einer Art Permanentmagnet-Schrittmotoren, die aus zwei übereinander gestapelten Statoren (und damit zwei Spulen) bestehen. Die Pole jedes Stators sind klauenförmig und um die halbe Polteilung versetzt. Der Rotor besteht aus einem Permanentmagneten und besitzt die gleiche Anzahl an Polpaaren wie jede Spule.
Die übereinander angeordneten Statoren (auch als „Dosen“ bezeichnet) ermöglichen vier diskrete Positionen pro Polteilung. Üblicherweise besitzen diese Aktuatoren 24 Pole pro Spule (Phase). Bei 24 Polen um einen 360°-Zylinder beträgt die Polteilung eines einzelnen Stators 15°. Da die beiden Statoren jedoch um die halbe Polteilung versetzt sind, beträgt die Polteilung jedes Stators 7,5° (die Hälfte von 15°). Das bedeutet: Werden die Statoren einzeln angesteuert, dreht sich der Motor mit jedem Ansteuerimpuls um 7,5°. Die Ansteuerreihenfolge der Phasen bestimmt die Drehrichtung, die Impulsfrequenz die Drehzahl.
Um aus einem Schrittmotor in einem Gehäuse einen Linearantrieb herzustellen, wird der Rotor mit einem Gewinde versehen und eine Spindel (typischerweise eine Leitspindel) in den Rotor integriert, sodass sie sich beim Drehen des Motors aus- und einfährt. Es gibt drei gängige Bauformen für Linearantriebe in Gehäusen. Wenn die Spindel durch eine Vorrichtung – entweder innerhalb oder außerhalb des Motors – fixiert ist und ihre Rotation verhindert, spricht man von einem geführten Linearantrieb. Hersteller bieten aber auch freie Linearantriebe an, bei denen sich die Spindel mit dem Motor dreht. Bei einer freien Ausführung wird die Rotation üblicherweise durch die Anwendung verhindert. Bei der dritten Bauform fährt die Spindel nicht aus und ein. Stattdessen befindet sich die Mutter außerhalb des Motors und bewegt sich entlang der Spindel, wenn sich Motor und Spindel gemeinsam drehen.
Wie andere Schrittmotoren werden auch Stapel-Linearantriebe üblicherweise im offenen Regelkreis betrieben. Obwohl Schrittmotoren einen Schrittfehler aufweisen (z. B. ± 0,5 Grad), akkumuliert sich dieser nicht über mehrere Schritte, was eine hohe Positioniergenauigkeit ermöglicht. Viele Ausführungen können zudem im Voll-, Halb- oder Mikroschrittbetrieb betrieben werden. Stapel-Linearantriebe nutzen außerdem das Rastmoment des Schrittmotors, um die Position auch dann zu halten, wenn der Motor nicht mit Strom versorgt wird.
Industrielle Anwendungen für stapelbare Linearantriebe umfassen medizinische Diagnosegeräte und Pumpen. Die Einsatzmöglichkeiten dieser kleinen, präzisen Linearantriebe reichen jedoch von Konsumgeräten wie Druckern und Kopierern bis hin zu militärischen Anwendungen für Radar- und Antennenpositionierung.
Veröffentlichungsdatum: 19. September 2022





