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. Seine Entwicklung wurde jedoch durch die hohen Kosten und den geringen Wirkungsgrad eingeschränkt. 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 Linearmotoren 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 Bezug genommen.

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 hinsichtlich der dynamischen Reaktion bieten Linearmotoren aufgrund der Probleme mit Bewegungsträgheit, Spiel und Komplexität des Mechanismus absolute Vorteile. Bei der Geschwindigkeitsregelung erreicht der Linearmotor dank seiner schnellen Reaktion und seines größeren Geschwindigkeitsregelbereichs beim Start die höchste Geschwindigkeit und kann bei hoher Geschwindigkeit schnell anhalten. Der Geschwindigkeitsregelbereich kann bis zu 1:10.000 betragen.

2. Energieverbrauch PK:

Der Energieverbrauch eines Linearmotors ist bei gleichem Drehmoment etwa doppelt so hoch wie der eines 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 „Rotationsservomotor + Kugelumlaufspindel“ und leicht zu erreichen. Die Positioniergenauigkeit des Linearmotors kann 0,1 µm erreichen.

„Rotationsservomotor + Kugelumlaufspindel“: Positioniergenauigkeit von bis zu 2–5 µm, erfordert CNC, Servomotor, spielfreie Kupplung, Axiallager, Kühlsystem, hochpräzise Wälzführung, Mutternsitz, Tisch-Geschlossenschleife. Der Getriebeteil des gesamten Systems muss leicht sein und eine hohe Gittergenauigkeit aufweisen. Um eine hohe Stabilität des „Rotationsservomotors + Kugelumlaufspindel“ zu erreichen, ist ein Zweiachsenantrieb erforderlich. Der Linearmotor ist ein Bauteil, das sich stark erwärmt, und erfordert aufwendige Kühlmaßnahmen. Um den gleichen Zweck zu erfüllen, ist ein Linearmotor teurer.

4. Preis PK:

Die beiden Antriebsmethoden Linearmotor und Rotationsservomotor mit Kugelumlaufspindel haben zwar ihre Vorteile, aber auch ihre Schwächen. Beide eignen sich optimal für CNC-Werkzeugmaschinen. Linearmotoren bieten 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 Komponenten mit hoher Zerspanungsleistung in der Luft- und Raumfahrt. Linearmotoren sind deutlich teurer, was ihre breitere Anwendung begrenzt. Künftig wird die Linearmotortechnologie ausgereifter, die Leistung gesteigert, die Kosten gesenkt und die Anwendungsmöglichkeiten erweitert. Aus der Perspektive der Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung, der umweltfreundlichen Herstellung und der Eigenschaften der beiden Strukturen selbst hat der Antrieb „Rotationsservomotor + Kugelumlaufspindel“ jedoch immer noch einen breiten Marktbereich. Während der Linearmotor zur gängigen Antriebsmethode in Hochgeschwindigkeits- (Ultrahochgeschwindigkeits-) und High-End-CNC-Geräten wird, wird „Rotationsservomotor + Kugelumlaufspindel“ weiterhin seine Mainstream-Position in Hochgeschwindigkeits-CNC-Geräten der mittleren Preisklasse behaupten.