Wenn jemand „Motor“ sagt, denken die meisten Menschen meist an etwas, das sich dreht. Motoren können jedoch auch andere Formen haben, beispielsweise Linearmotoren.

Der Linearmotor wurde Ende der 1940er Jahre von Dr. Eric Laithwaite von der Universität Manchester erfunden. Ursprünglich waren Linearmotoren mit geringer Beschleunigung im Einsatz, doch heute ermöglicht die Technologie extrem hohe Geschwindigkeiten in der Automatisierung. Sie diente auch als Grundlage für die Magnetschwebebahn.

Konstruktion

Im Gegensatz zu Rotationsmotoren verfügen Linearmotoren nicht über einen Rotor, der sich in einem Stator dreht, sondern über einen Schlitten, der sich entlang einer Schiene vor und zurück 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 Drehmotor.

Ein Linearmotor besteht aus Permanentmagneten mit wechselnder Polarität und einem beweglichen Schlitten mit drei Spulenphasen. Die Stromrichtung durch diese Spulen magnetisiert die Phasen Nord oder Süd und zieht bzw. schiebt sie entlang der Motorschiene.

Anwendungen im Vergleich zu Linearantrieben

Linearmotoren sind nicht die einzige Möglichkeit, lineare Bewegungssteuerung zu erreichen. In vielen Fällen lässt sich die gleiche Bewegung mit einem Rotationsmotor und einer Kugelumlaufspindel oder einem Linearantrieb erreichen. Kugelumlaufspindeln und Linearantriebe sind in der Regel deutlich günstiger als Linearmotoren, daher stellt sich die Frage:

Warum einen Linearmotor anstelle einer Kugelumlaufspindel oder eines Linearantriebs verwenden?

Kurze Antwort: Linearmotoren sorgen für schnelle Bewegungen, Beschleunigung und höchste Genauigkeit. Kugelumlaufspindeln und Linearantriebe hingegen bieten hohe Kraft und sind kostengünstig.

Lange Antwort: Wie wir gesehen haben, ist ein Linearmotor wie ein bürstenloser Rotationsmotor aufgebaut, nur abgeflacht. Bei der Anwendung ist die Last am Schlitten befestigt, der sich entlang der Permanentmagnete bewegt. Da kein Getriebe vorhanden ist, handelt es sich um ein Direktantriebssystem, das eine unglaubliche Reaktionsfähigkeit und Geschwindigkeit ohne Spiel bietet. Der Nachteil ist, dass die Kraft durch die Stärke der Magnetkräfte und die von den Motorspulen übertragene Leistung begrenzt ist.

Kugelumlaufspindeln und Linearantriebe hingegen verwenden Drehmotoren, die mit einem mechanischen Getriebe verbunden sind, das die Drehbewegung in eine Linearbewegung umsetzt. Durch das Getriebe ist die verfügbare Kraft deutlich höher als bei einem Linearmotor. Je kürzer die Steigung der Kugelumlaufspindel, desto mehr Kraft kann erzeugt werden, allerdings geht dies zu Lasten der Geschwindigkeit. Zudem ist bei vielen dieser Systeme Spiel zu berücksichtigen, was die Genauigkeit mindert.

Linearmotoren werden in Direktantriebsanwendungen eingesetzt, bei denen die Anforderungen an Geschwindigkeit und Genauigkeit höher sind als die, die ein Rotationsmotor und ein mechanischer Aktuator bieten können, wie beispielsweise bei industriellen 3D-Druckern, deren Geschwindigkeit und Beschleunigung mit einer Kugelumlaufspindel oder einem Linearaktuator wahrscheinlich nicht erreicht werden.