Technische Zusammenfassung

Die Linearbewegung ist ein Bereich der Bewegungssteuerung, der verschiedene Technologien umfasst, darunter Linearmotoren, Linearantriebe sowie lineare Wälzführungen und Lager.

Linearmotoren – eine präzise Option

Herkömmliche Linearmotoren sind im Prinzip Permanentmagnet-Rotationsmotoren, die flach ausgerollt werden. Man kann sich das so vorstellen, als wären Stator und Rotor radial aufgeschnitten und anschließend abgerollt worden, um eine lineare Schubkraft zu erzeugen. Wird der stationäre Teil des Motors mit Strom versorgt, versetzt er den beweglichen Teil, der ein leitfähiges Material enthält, in Bewegung.

Zu den Vorteilen von Linearmotoren gehören hohe Geschwindigkeiten und schnelle Reaktionszeiten, hohe Präzision und Steifigkeit sowie, da keine mechanischen Übertragungskomponenten vorhanden sind, die Vermeidung von Spiel.

Nachteilig ist, dass Linearmotoren teurer sein können als andere herkömmliche Lösungen. Sie erfordern zudem eine reaktionsschnellere Steuerung, beispielsweise mit höherer Bandbreite und schnelleren Aktualisierungsraten. Linearmotoren können typischerweise auch nicht so viel Kraft erzeugen wie andere Lösungen, etwa Kugelgewindetriebe. Ein weiteres Problem kann die Erwärmung durch I²R-Verluste sein, die gegebenenfalls spezielle Kühlmaßnahmen erfordert.

Bei der Auswahl des besten Linearmotors für eine Anwendung spielen eine Reihe von Faktoren eine Rolle, darunter Kraft- und Wärmebetrachtungen, Belastungen der Lager sowie Platz- und Freiraumaspekte.

Frühe Linearmotoren waren zylindrisch. Bei diesen Motoren ist der Kraftgeber zylindrisch und bewegt sich auf einer zylindrischen Stange, die die Magnete aufnimmt, auf und ab. U-förmige Linearmotoren besitzen zwei parallele, einander gegenüberliegende Magnetbahnen, zwischen denen sich der Kraftgeber befindet. Dieser wird in der Magnetbahn durch ein Lagersystem gestützt. Schließlich gibt es noch flache Linearmotoren, die in drei verschiedenen Ausführungen erhältlich sind: nutenlose, eisenfreie und genutete Eisenmotoren.

Linearantriebe – integrierte Systeme mit herkömmlichen Bewegungskomponenten

Linearantriebe erzeugen im Wesentlichen eine lineare Bewegung. Manchmal ist die primäre Bewegungsquelle nichtlinear oder rotatorisch, wie beispielsweise ein Motor. In diesem Fall wandeln andere mechanische Mittel wie Riemen, Rollen, Ketten oder andere Bauteile die Drehbewegung in eine lineare Bewegung um. Andere Arten von Linearantrieben erzeugen die lineare Bewegung von selbst, beispielsweise durch Fluiddruck (Hydraulik oder Luft). Gängige Linearantriebe sind mechanische, elektromechanische, hydraulische, pneumatische und piezoelektrische.

Ein linearer Drehantrieb nutzt typischerweise einen Elektromotor zur Energieversorgung. Dieser Antrieb kann eine Gewindespindel verwenden, um die Drehbewegung des Motors in eine geradlinige Bewegung umzuwandeln.

Die optimale Lösung für die jeweilige Anwendung hängt von Faktoren wie der benötigten Leistung, der Größe und dem Leistungsbedarf ab. Bei der Auswahl eines Linearantriebs sind mehrere wichtige Aspekte zu berücksichtigen. Zunächst muss der benötigte Hub bzw. die Bewegungslänge bestimmt werden. Anschließend ist zu klären, welche Kraft der Antrieb benötigt. Das heißt, wie schwer ist das Objekt, das der Antrieb bewegen soll? Und wie wird der Antrieb montiert – horizontal oder vertikal?

Linearantriebe werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, sowohl in der Industrie, beispielsweise in Materialhandhabungsgeräten und Robotern, als auch im alltäglichen Konsumbereich, etwa in Haushaltsgeräten, und in Computergeräten wie Druckköpfen und Scannern.

Lineare Rollenführungen – für mehr Flexibilität im OEM-Design

Lineare Rollenführungen sind selbst keine Aktuatoren, sondern mechanische Komponenten, die eine lineare Bewegung ermöglichen. Dabei kann es sich um eine Schiene oder eine Welle handeln, die mit einem Aktor verbunden ist. Rollenführungen für lineare Bewegungsanwendungen tragen zur Reibungsreduzierung in Maschinen bei. Sie finden in verschiedenen Bereichen Anwendung, von modernen Halbleiterfertigungsanlagen bis hin zu großen Werkzeugmaschinen und Baumaschinen.

Lineare Rollenführungen gibt es in verschiedenen Ausführungen, darunter lineare Führungsbahnen und lineare Rollenführungssysteme sowie kugelgelagerte Wellenführungssysteme.

Bei der Auswahl einer Linearführung sind die Belastung, die statische Belastung, der Hub und die Geschwindigkeit sowie die gewünschte Präzision und Genauigkeit wichtige Kriterien. Je nach Anwendungsanforderungen kann eine Vorspannung erforderlich sein. Auch die Schmierung ist ein wichtiger Aspekt, ebenso wie jegliche Maßnahmen zur Minimierung der Verschmutzung des Linearführungssystems durch Umwelteinflüsse wie Staub und andere Verunreinigungen mithilfe von Faltenbälgen oder Spezialdichtungen.