Die Schlüsselantwort ist der Linearmotor.

Linearmotoren ermöglichen präzise Positionierung und hohe Dynamik bei vielen Bewegungssteuerungsaufgaben. Bei Werkzeugmaschinen umfassen sie nicht nur den Eilgang, sondern auch langsame, konstante Bewegungen von Maschinenköpfen, Spindelschlitten, Werkzeugverwaltungssystemen und Teilehandhabungsgeräten.

Trotz ihrer Leistungsfähigkeit haben Linearmotoren jedoch keinen bedeutenden Beitrag zur Entwicklung des modernen Maschinenbaus geleistet, der Quantensprünge in der Steuerungstechnologie mit sich brachte. Vielmehr nutzen moderne Maschinen laut Siemens-Vertretern größtenteils noch immer jahrzehntealte Schlittenantriebstechniken. Die früher üblichen bandgesteuerten NC-Steuerungen, die von Servomotoren und Kugelumlaufspindeln angetrieben wurden, haben sich zu modernen CNC-Steuerungen entwickelt, die CAD-Daten verarbeiten und auf Knopfdruck Maschinenprogramme generieren. Die Schlitten heutiger Maschinen werden jedoch größtenteils noch immer von Servomotoren und Kugelumlaufspindeln angetrieben.

Linearmotoren sind bewährt und wirtschaftlich, und es ist an der Zeit, dass die mechanischen Systeme dieser Maschinen mit der Steuerungstechnik Schritt halten. So kann beispielsweise der Ersatz mechanischer Komponenten durch Linearmotoren laut Unternehmensangaben zu erheblichen Kosteneinsparungen führen. Die Motoren bilden ein komplettes Antriebssystem, das Zuverlässigkeit, Präzision, hohe dynamische Stabilität, geringen Wartungsaufwand und eine schnellere Produktion bietet.

Ein Vorteil von Linearmotoren ist ihre Einfachheit. Zwei Hauptkomponenten – der Primärmotor mit Elektromagneten und der Sekundärmotor mit Permanentmagneten oder magnetfrei – treiben das bewegliche Element an. Dadurch entfallen Servomotoren, Resolver, Drehzahlmesser, Kupplungen, Riemenscheiben, Zahnriemen, Kugelumlaufspindeln und -muttern, Stützlager, Schmier- und Kühlsysteme.

Weitere Vorteile sind hohe Beschleunigungen und Verzögerungen, hohe Geschwindigkeiten über lange Distanzen bei konstanter Drehzahl, spielfreie Positionierung, berührungsloser Betrieb ohne mechanischen Verschleiß und Designflexibilität, da Primärteile stationär oder beweglich sein können.

Dadurch sind Linearmotoren geeignete Kandidaten für den Ersatz von: • Hohlkugelumlaufspindeln mit Kühlsystemen zur thermischen Stabilisierung. • Zahnstangenantrieben mit teuren Drehmomentmotoren und Getrieben. • Kettenantrieben, die Hydraulikmotoren und Hydraulikaggregate mit hohem Drehmoment erfordern.

Eine stationäre Linearmotorschiene (mit oder ohne Magnete) kann mehrere Primärteile tragen, die entweder denselben Schlitten in einer Master-Slave-Konfiguration oder separate Schlitten unabhängig voneinander mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und in unterschiedliche Richtungen bewegen. Dadurch können Konstrukteure Antriebe auf Mehrschlittenmaschinen konsolidieren, um Kosten zu senken und die Produktivität zu steigern. Beispielsweise kann ein Laser, ein Wasserstrahl oder eine Fräse mit zwei Köpfen auf dem von Linearmotoren angetriebenen Portal zwei symmetrische oder spiegelbildliche Teile gleichzeitig schneiden und so erheblich Rohmaterial sparen.

Beim Bewegen großer und schwerer Portalschlitten sorgen mehrere beidseitig montierte Primärteile für die nötige Kraft zum Beschleunigen und Abbremsen des Schlittens. Zusätzlich können mehrere nebeneinander installierte Sekundärschienen die Kraftkapazität erhöhen.

Bei beweglichen Schlitten, bei denen lange Kabel problematisch sind, können ein oder mehrere Primärteile an einer stationären Basis und die Sekundärteile am beweglichen Element befestigt werden. Dies verringert die Belastung des Schlittens und ermöglicht Zyklen mit hohen Schwingungsfrequenzen, die mit herkömmlichen mechanischen Antrieben sonst nicht möglich wären. Außerdem sind kürzere Kabel mit geringerer Biegung möglich.

Führende Hersteller bieten eine breite Palette an Linearmotoren für ein breites Anwendungsspektrum. Spitzenlastmotoren zeichnen sich durch hohe Beschleunigungs-/Verzögerungs- und Geschwindigkeitsraten aus und können für horizontale oder kompensierte vertikale Achsen eingesetzt werden. Typische Anwendungen sind Werkzeugmaschinen mit hochdynamischen Bewegungen, Laserbearbeitung und Materialhandhabungsanlagen.