Wenn man „Motor“ sagt, denken die meisten Menschen an etwas, das sich dreht. Motoren können jedoch verschiedene Formen annehmen, beispielsweise Linearmotoren.

Der Linearmotor wurde Ende der 1940er-Jahre von Dr. Eric Laithwaite an der Universität Manchester erfunden. Anfänglich für geringe Beschleunigungen konzipiert, ermöglicht die Technologie heute extrem hohe Geschwindigkeiten im Automatisierungsbereich. Sie bildet zudem die Grundlage für Magnetschwebebahnen.

Konstruktion

Im Gegensatz zu Rotationsmotoren verfügen Linearmotoren nicht über einen Rotor, der sich innerhalb eines Stators dreht, sondern über einen Schlitten, der sich entlang einer Schiene hin und her bewegt.

Der Aufbau eines Linearmotors entspricht dem eines Drehstrommotors, ist jedoch geöffnet und abgeflacht. Die Konfiguration eines Servoantriebs für einen Linearmotor ist identisch mit der Konfiguration eines Antriebs für einen Drehstrommotor.

Ein Linearmotor besteht aus Permanentmagneten mit abwechselnder Polarität und einem beweglichen Schlitten mit drei Spulenphasen. Die Stromrichtung in diesen Spulen magnetisiert die Phasen nach Norden oder Süden, wodurch sie entlang der Motorbahn gezogen bzw. geschoben werden.

Anwendungen im Vergleich zu Linearantrieben

Linearmotoren sind nicht die einzige Möglichkeit zur Steuerung linearer Bewegungen. In vielen Fällen lässt sich dieselbe Bewegung auch mit einem Rotationsmotor und einer Kugelumlaufspindel oder einem Linearantrieb realisieren. Kugelumlaufspindeln und Linearantriebe sind in der Regel deutlich günstiger als Linearmotoren, daher stellt sich die Frage:

Warum sollte man einen Linearmotor anstelle einer Kugelumlaufspindel oder eines Linearantriebs verwenden?

Kurz gesagt: Linearmotoren eignen sich für schnelle Bewegungen, Beschleunigung und sehr hohe Genauigkeit. Kugelgewindetriebe und Linearantriebe hingegen sind für hohe Kräfte und geringere Kosten ausgelegt.

Ausführliche Antwort: Wie bereits erwähnt, ist ein Linearmotor ähnlich aufgebaut wie ein bürstenloser Rotationsmotor, nur flach. Im Einsatz wird die Last am Schlitten befestigt, der sich entlang der Permanentmagnete bewegt. Da kein Getriebe vorhanden ist, handelt es sich um einen Direktantrieb, der eine außergewöhnliche Reaktionsfähigkeit und Geschwindigkeit ohne Spiel ermöglicht. Der Nachteil besteht darin, dass die Kraft durch die Stärke der Magnetkräfte und die maximale Leistung der Motorspulen begrenzt ist.

Kugelgewindetriebe und Linearantriebe hingegen nutzen Rotationsmotoren, die mit einem mechanischen Getriebe verbunden sind, welches die Drehbewegung in eine Linearbewegung umwandelt. Durch das Getriebe ist die verfügbare Kraft deutlich höher als bei einem Linearmotor. Je kürzer die Steigung des Kugelgewindetriebs, desto mehr Kraft kann erzeugt werden, allerdings auf Kosten der Geschwindigkeit. Zudem tritt bei vielen dieser Systeme Spiel auf, was die Genauigkeit beeinträchtigt.

Linearmotoren werden in Direktantriebsanwendungen eingesetzt, bei denen die Anforderungen an Geschwindigkeit und Genauigkeit höher sind als die, die ein Drehmotor und ein mechanischer Aktor bieten können, wie beispielsweise bei industriellen 3D-Druckern, wo eine Geschwindigkeit und Beschleunigung mit einer Kugelumlaufspindel oder einem Linearantrieb wahrscheinlich nicht möglich ist.