Der Linearmotor wurde 1845 von den Briten erfunden. Da der Luftspalt des Linearmotors damals jedoch zu groß und der Wirkungsgrad sehr gering war, konnte er nicht eingesetzt werden. Nach den 1970er Jahren kam auch Kollmorgen auf den Markt, dessen Entwicklung jedoch aufgrund der hohen Kosten und des geringen Wirkungsgrads eingeschränkt war. Erst in den 1970er Jahren wurden Linearmotoren schrittweise weiterentwickelt und in einigen Spezialbereichen eingesetzt. In den 1990er Jahren wurden Linearmotoren erstmals im Maschinenbau eingesetzt. Mittlerweile setzen einige technologisch fortschrittliche Hersteller von Bearbeitungszentren weltweit sie in ihren Hochgeschwindigkeitswerkzeugmaschinen ein.

Im Folgenden wird hauptsächlich auf den Vergleich mehrerer Hauptmerkmale der geräuscharmen Hochgeschwindigkeits-Leitspindel und des Linearmotors als Referenz für die jeweilige Branche eingegangen.

1. Geschwindigkeit PK:

Linearmotor – Geschwindigkeit: 300 m/min und Beschleunigung: 10 g

Kugelumlaufspindel – 120 m/min und Beschleunigung: 1,5 g

Im Vergleich zu Geschwindigkeit und Beschleunigung hat die Linearführung einen erheblichen Vorteil, und die Geschwindigkeit des Linearmotors wird weiter verbessert, nachdem das Erwärmungsproblem erfolgreich gelöst wurde, während die Geschwindigkeit des „Rotationsservomotors + Kugelumlaufspindel“ begrenzt ist und sich nur schwer weiter verbessern lässt.

Auch im dynamischen Verhalten bieten Linearmotoren aufgrund der Probleme mit Bewegungsträgheit, Spiel und Komplexität des Mechanismus klare Vorteile. Bei der Drehzahlregelung erreicht der Linearmotor dank seiner schnellen Reaktion und seines größeren Drehzahlregelbereichs beim Anlauf die höchste Geschwindigkeit und kann bei hoher Geschwindigkeit schnell anhalten. Der Drehzahlregelbereich kann bis zu 1:10.000 betragen.

2. Energieverbrauch PK:

Der Energieverbrauch des Linearmotors ist bei gleichem Drehmoment etwa doppelt so hoch wie der des Rotationsservomotors mit Kugelumlaufspindel. Der Rotationsservomotor mit Kugelumlaufspindel ist eine energiesparende und kraftsteigernde Übertragungskomponente, deren Zuverlässigkeit kontrolliert wird. Die Stabilität des Systems hat großen Einfluss auf die Umgebung. Um die Auswirkungen starker Magnetfelder auf die Wälzführung sowie die Ansammlung von Eisenspänen und Magnetstaub zu verhindern, sind wirksame magnetische Isolations- und Schutzmaßnahmen erforderlich.

3. Genauigkeit PK:

In Bezug auf die Genauigkeit reduziert der Linearmotor das Problem der Interpolationsverzögerung aufgrund des einfachen Übertragungsmechanismus. Die Positioniergenauigkeit, Reproduktionsgenauigkeit, absolute Genauigkeit und Rückkopplungssteuerung durch Positionserkennung sind höher als bei einem rotierenden Servomotor mit Kugelumlaufspindel und leicht zu erreichen. Die Positioniergenauigkeit des Linearmotors kann bis zu 0,1 µm erreichen.

Die Positionierungsgenauigkeit des „Rotationsservomotors + Kugelumlaufspindel“ liegt bei 2–5 µm. CNC, Servomotor, spielfreie Kupplung, Axiallager, Kühlsystem, hochpräzise Wälzführung, Mutternsitz und geschlossener Tischkreis sind erforderlich. Der Getriebeteil des Gesamtsystems muss leicht sein und eine hohe Gittergenauigkeit aufweisen. Für eine hohe Stabilität des „Rotationsservomotors + Kugelumlaufspindel“ ist ein Zweiachsenantrieb erforderlich. Der Linearmotor erwärmt sich stark und erfordert daher intensive Kühlmaßnahmen. Für denselben Zweck ist ein Linearmotor teurer.

4. Preis PK:

Die beiden Antriebsmethoden Linearmotor und Rotationsservomotor mit Kugelumlaufspindel haben zwar ihre Vorteile, aber auch ihre Schwächen. Beide sind optimal für CNC-Werkzeugmaschinen geeignet. Der Linearmotorantrieb bietet einzigartige Vorteile in folgenden CNC-Bereichen: Hochgeschwindigkeit, Ultrahochgeschwindigkeit, hohe Beschleunigung, große Produktionschargen, viele Positionierungsbewegungen und häufige Geschwindigkeits- und Richtungswechsel. Beispiele hierfür sind Produktionslinien in der Automobil- und IT-Industrie, die Herstellung präziser und komplexer Formen, große Bearbeitungszentren mit extrem langen Hüben, die Aushöhlung von Leichtmetallen, dünnwandige Bauteile und hochzerspanende Komponenten in der Luft- und Raumfahrt. Linearmotoren sind deutlich teurer, was ihre breite Anwendung begrenzt. Zukünftig wird die Linearmotortechnologie ausgereifter, die Leistung steigt, die Kosten sinken und die Anwendungsmöglichkeiten werden vielfältiger. Aus der Perspektive der Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung, der umweltfreundlichen Fertigung und der Eigenschaften der beiden Strukturen selbst hat der Antrieb „Drehservomotor + Kugelumlaufspindel“ jedoch weiterhin einen breiten Marktbereich. Während sich der Linearmotor zum gängigen Antriebsverfahren in Hochgeschwindigkeits- (Ultrahochgeschwindigkeits-) und High-End-CNC-Geräten entwickeln wird, wird „Drehservomotor + Kugelumlaufspindel“ weiterhin seine Mainstream-Position in Hochgeschwindigkeits-CNC-Geräten der mittleren Preisklasse behaupten.