Technische Zusammenfassung

Lineare Bewegung ist ein Bereich der Bewegungssteuerung, der mehrere Technologien umfasst, darunter unter anderem Linearmotoren, Linearantriebe sowie lineare Wälzführungen und -lager.

Linearmotoren – eine präzise Option

Herkömmliche Linearmotoren sind im Grunde genommen ausgerollte und flachliegende Permanentmagnet-Rotationsmotoren. Stator und Rotor werden radial aufgeschnitten und anschließend abgerollt, um linearen Schub zu erzeugen. Wird der stationäre Teil des Motors mit Strom versorgt, bewirkt dies eine Bewegung im beweglichen Teil, der aus leitfähigem Material besteht.

Zu den Vorteilen von Linearmotoren zählen hohe Geschwindigkeiten und schnelle Reaktionszeiten, hohe Präzision und Steifigkeit sowie die Vermeidung von Spiel, da keine mechanischen Übertragungskomponenten vorhanden sind.

Auf der anderen Seite können Linearmotoren teurer sein als andere herkömmliche Lösungen. Sie erfordern zudem eine bessere Reaktion der Steuerungen, beispielsweise eine höhere Bandbreite und höhere Aktualisierungsraten. Linearmotoren können zudem in der Regel nicht so viel Kraft erzeugen wie andere Lösungen, beispielsweise Kugelumlaufspindeln. Ein weiteres Problem kann die Erwärmung durch I2R-Verluste sein, die spezielle Kühlungskonzepte erfordern kann.

Bei der Auswahl des besten Linearmotors für eine Anwendung spielen zahlreiche Faktoren eine Rolle, darunter Kraft- und Wärmeaspekte, Lagerbelastungen sowie Platz- und Freiraumaspekte.

Frühe Linearmotoren waren zylindrisch. Bei diesen Motoren ist der Treiber zylindrisch aufgebaut und bewegt sich auf einer zylindrischen Stange, die die Magnete beherbergt, auf und ab. U-Kanal-Linearmotoren haben zwei parallele, einander zugewandte Magnetbahnen, wobei der Treiber zwischen den Platten liegt. Der Treiber wird durch ein Lagersystem in der Magnetbahn gelagert. Schließlich gibt es noch flache Linearmotoren, die in drei verschiedenen Ausführungen erhältlich sind: eisenlos, eisenlos und geschlitzt.

Linearantriebe – integrierte Aufbauten mit herkömmlichen Bewegungskomponenten

Linearantriebe erzeugen im Wesentlichen lineare Bewegungen. Manchmal ist die primäre Bewegungsquelle nichtlinear oder rotierend, wie beispielsweise ein Motor. In diesem Fall wandeln andere mechanische Mittel wie Riemen, Riemenscheiben, Ketten oder andere mechanische Komponenten die Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung um. Andere Arten von Linearantrieben erzeugen lineare Bewegungen selbst, beispielsweise durch Flüssigkeitsdruck (Hydraulik oder Luft). Gängige Linearantriebe sind mechanische, elektromechanische, hydraulische, pneumatische und piezoelektrische.

Ein Linearantrieb mit Rotationsquelle verwendet typischerweise einen Elektromotor zur Bereitstellung seiner Eingangsenergie. Dieser Antrieb kann eine Leitspindel verwenden, um die Drehbewegung des Motors in eine geradlinige Bewegung umzuwandeln.

Die optimale Lösung für die Anwendung hängt von Faktoren wie der erforderlichen Leistung, Größe und dem Leistungsbedarf ab. Bei der Auswahl eines Linearantriebs sind mehrere wichtige Faktoren zu berücksichtigen. Zunächst muss der erforderliche Hub bzw. die erforderliche Bewegungslänge bestimmt werden. Wie viel Kraft benötigt der Antrieb? Das heißt, wie schwer ist das Objekt, das der Antrieb bewegen muss? Wie wird der Antrieb montiert – horizontal oder vertikal?

Linearantriebe werden in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in der Materialhandhabung und Robotik, aber auch in alltäglichen Verbraucheranwendungen, beispielsweise in Haushaltsgeräten, und in Computergeräten, beispielsweise in Druckköpfen und Scannern.

Linearführungen mit Rollen – für OEM-Designflexibilität

Lineare Wälzführungen sind keine eigentlichen Antriebe, sondern mechanische Komponenten, die eine lineare Bewegung steuern. Dabei kann es sich um eine Schiene oder eine Welle handeln, die mit einem Antriebselement verbunden ist. Wälzführungen für lineare Bewegungsanwendungen können zur Reibungsreduzierung in Maschinen beitragen. Sie werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, von modernen Halbleiterfertigungsgeräten bis hin zu großen Werkzeugmaschinen und Baumaschinen.

Lineare Wälzführungen gibt es in verschiedenen Formen, darunter Linearführungssysteme und Linearrollenführungssysteme, Schienenführungssysteme und Kugelwellenführungssysteme auf Keilwellenbasis.

Wichtige Kriterien bei der Auswahl einer Linearführung sind die Belastung, die statische Belastung, der Hub und die Geschwindigkeit sowie die gewünschte Präzision und Genauigkeit. Je nach Anwendungsanforderungen kann auch eine Vorspannung erforderlich sein. Die Schmierung ist ein weiterer wichtiger Aspekt, ebenso wie die Minimierung der Verschmutzung des Linearführungssystems durch Umwelteinflüsse wie Staub und andere Verunreinigungen durch Faltenbälge oder spezielle Dichtungen.