Technische Zusammenfassung

Linearbewegung ist ein Bereich der Bewegungssteuerung, der mehrere Technologien umfasst, darunter unter anderem Linearmotoren, Linearantriebe sowie lineare Rollführungen und -lager.

Linearmotoren – eine präzise Option

Herkömmliche Linearmotoren sind im Grunde genommen Permanentmagnet-Rotationsmotoren, die flach aufgerollt werden. Stator und Rotor werden radial aufgeschnitten und anschließend abgerollt, um linearen Schub zu erzeugen. Wird der stationäre Teil des Motors mit Strom versorgt, bewegt sich der bewegliche Teil, der aus leitfähigem Material besteht.

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

Linearmotoren können jedoch teurer sein als herkömmliche Lösungen. Sie erfordern zudem eine bessere Reaktion der Steuerungen, wie z. B. eine höhere Bandbreite und höhere Aktualisierungsraten. Linearmotoren erzeugen in der Regel nicht so viel Kraft wie andere Lösungen, beispielsweise Kugelumlaufspindeln. Ein weiteres Problem kann die Erwärmung durch I2R-Verluste sein, die spezielle Kühlkonzepte erfordern kann.

Bei der Auswahl des besten Linearmotors für eine Anwendung spielen zahlreiche Faktoren eine Rolle, darunter Kraft- und Wärmeaspekte, Lagerbelastungen sowie Platz- und Freiraumaspekte.

Frühe Linearmotoren waren zylindrisch. Bei diesen Motoren ist der Treiber zylindrisch aufgebaut und bewegt sich auf einer zylindrischen Stange, die die Magnete beherbergt, auf und ab. U-Kanal-Linearmotoren haben zwei parallele, einander zugewandte Magnetbahnen, wobei sich der Treiber zwischen den Platten befindet. Der Treiber wird durch ein Lagersystem in der Magnetbahn gehalten. Schließlich gibt es noch Flachlinearmotoren, die in drei verschiedenen Ausführungen erhältlich sind: eisenlos, eisenlos und geschlitzt.

Linearantriebe – integrierte Aufbauten mit herkömmlichen Bewegungskomponenten

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

Ein Linearantrieb mit rotierender Quelle nutzt typischerweise einen Elektromotor zur Energieerzeugung. Dieser Antrieb kann mithilfe einer Leitspindel die Drehbewegung des Motors in eine geradlinige Bewegung umwandeln.

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

Linearantriebe werden in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in der Materialhandhabung und Robotik, aber auch in alltäglichen Verbraucheranwendungen, beispielsweise in Haushaltsgeräten, und in Computergeräten, beispielsweise in Druckköpfen und Scannern.

Linearführungen mit Rollen – für OEM-Designflexibilität

Linearführungen sind keine eigentlichen Aktuatoren, sondern mechanische Komponenten, die eine lineare Bewegung steuern. Dies kann eine Schiene oder eine Welle sein, die mit einem Antriebselement verbunden ist. Linearführungen können zur Reibungsreduzierung in Maschinen beitragen. Sie werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, von der Herstellung moderner Halbleiter bis hin zu großen Werkzeugmaschinen und Baumaschinen.

Lineare Wälzführungen gibt es in verschiedenen Formen, darunter Linearführungssysteme und Linearrollenführungssysteme, Schienenführungssysteme und Kugelwellenführungssysteme auf Keilwellenbasis.

Wichtige Kriterien bei der Auswahl einer Linearführung sind die Belastung, die statische Belastung, der Hub und die Geschwindigkeit sowie die gewünschte Präzision und Genauigkeit. Je nach Anwendungsanforderungen kann auch eine Vorspannung erforderlich sein. Die Schmierung ist ein weiterer wichtiger Aspekt, ebenso wie die Minimierung der Verschmutzung des Linearführungssystems durch Umwelteinflüsse wie Staub und andere Verunreinigungen durch Faltenbälge oder spezielle Dichtungen.