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

Linearmotoren – eine genaue Option

Herkömmliche Linearmotoren sind im Grunde genommen ausgerollte und flach ausgelegte Permanentmagnet-Rotationsmotoren. Es ist, als ob Stator und Rotor entlang einer radialen Ebene geschnitten und dann abgerollt würden, damit sie einen linearen Schub liefern könnten. Wenn der stationäre Teil des Motors mit Strom versorgt wird, bewirkt dies eine Bewegung im beweglichen Teil, der leitfähiges Material enthält.

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

Der Nachteil besteht darin, dass Linearmotoren teurer sein können als andere herkömmliche Lösungen. Sie fordern außerdem eine bessere Reaktion der Controller, beispielsweise eine größere Bandbreite und höhere Aktualisierungsraten. Linearmotoren können in der Regel auch nicht so viel Kraft erzeugen wie einige andere Lösungstypen, beispielsweise Kugelumlaufspindeln. Ein weiteres Problem kann die Erwärmung durch I2R-Verluste sein, die möglicherweise besondere Überlegungen zur Kühlung erfordern.

Die Auswahl des besten Linearmotors für eine Anwendung hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter Kraft- und Wärmeaspekte, Belastungen der Lager sowie Platz- und Spielaspekte.

Frühe Linearmotoren waren zylindrisch. Bei diesen Motoren hat der Forcer eine zylindrische Konstruktion und bewegt sich auf einer zylindrischen Stange, in der sich die Magnete befinden, auf und ab. U-Kanal-Linearmotoren verfügen über zwei parallele, einander zugewandte Magnetspuren, wobei sich der Forcer zwischen den Platten befindet. Der Forcer wird durch ein Lagersystem in der Magnetschiene getragen. Schließlich gibt es noch Flachlinearmotoren, bei denen es sich um drei verschiedene Typen handeln kann: eisenloser Motor, eisenloser Motor und geschlitzter Eisenmotor.

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 Drehbewegung in eine lineare Bewegung um. Andere Arten von Linearantrieben erzeugen selbst eine lineare Bewegung, beispielsweise durch Flüssigkeitsdruck (Hydraulik oder Luft). Zu den gängigen Linearantrieben gehören mechanische, elektromechanische, hydraulische, pneumatische und piezoelektrische Antriebe.

Ein Linearantrieb mit rotierender Quelle verwendet typischerweise einen Elektromotor, um seine Eingangsenergie bereitzustellen. Dieser Aktuator kann mithilfe einer Leitspindel die Drehbewegung des Motors in eine geradlinige Bewegung umwandeln.

Die beste Lösung für die Anwendung hängt von Faktoren wie erforderlicher Leistung, Größe und Leistungsbedarf ab. Bei der Auswahl eines Linearantriebs sind mehrere wichtige Faktoren zu berücksichtigen. Zunächst muss der erforderliche Hub bzw. die erforderliche Bewegungslänge bestimmt werden. Wie viel Kraft wird vom Aktuator benötigt? Das heißt, welches Gewicht muss das Objekt haben, das der Aktuator bewegen muss? Wie wird der Antrieb montiert – horizontal oder vertikal?

Linearaktuatoren werden sowohl in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen wie Materialtransportgeräten und Robotik als auch in alltäglichen Verbraucheranwendungen wie Haushaltsgeräten und in Computergeräten wie Druckerköpfen und Scannern eingesetzt.

Linearbewegungs-Rollführungen – für OEM-Designflexibilität

Lineare Wälzführungen sind selbst keine Aktuatoren, sondern die mechanische Komponente, die eine lineare Bewegung führt. Dabei kann es sich um eine Schiene oder eine Welle handeln, die mit einer Art Betätigungsgerät verbunden ist. Rollführungen für Linearbewegungsanwendungen können dazu beitragen, die Reibung in Maschinen zu reduzieren. Sie werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, von fortschrittlichen Halbleiterfertigungsgeräten bis hin zu großen Werkzeugmaschinen oder Baumaschinen.

Lineare Wälzführungen gibt es in verschiedenen Formen, darunter lineare Führungssysteme und lineare Rollenführungssysteme sowie Wellenführungssysteme auf Kugelkeilverzahnungsbasis.

Wichtige Überlegungen bei der Auswahl einer Linearführung sind die Belastung, die statische Belastung, der Hub und die Geschwindigkeit sowie die gewünschte Präzision und Genauigkeit. Abhängig von den Anwendungsanforderungen kann auch ein Vorladen erforderlich sein. Die Schmierung ist ein weiterer wichtiger Aspekt, ebenso wie jede Methode zur Minimierung der Kontamination des Linearführungssystems durch Umwelteinflüsse wie Staub und andere Verunreinigungen mithilfe von Faltenbälgen oder speziellen Dichtungen.