Linearmotor

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Ein Linearmotor (englisch Linear Motor) ist eine elektrische Antriebsmaschine. Anders als die verbreiteten rotierenden Maschinen versetzt ein Linearmotor die von ihm getriebenen Objekte nicht in eine drehende Bewegung, sondern schiebt sie auf geradliniger oder gekurvter Bahn (Translationsbewegung). Der Begriff des Linearmotors wird auch für Antriebe verwendet, bei denen der Läufer sich dreht, aber nur zum Teil vom Stator umgeben ist (zum Beispiel Plattenteller- oder Waschtrommelantriebe). Antriebe für Linearbewegungen wie Elektromagneten oder Schwingspulen, deren Prinzip keine beliebige Verlängerung zulässt, werden nicht als Linearmotoren bezeichnet, sondern nur unter dem weiteren Begriff Linearaktuator mit den Linearmotoren zusammengenommen.

Der Linearmotor wurde vor dem rotatorischen Motor erfunden. 1854 ließ Charles Grafton Page einen Solenoid-Linearmotor mit Schubkurbel patentieren (US-Patent 10480 "Improvement in electro-magnetic engines"). Die Maschine war für den Antrieb von Lokomotiven gedacht.

Schnittdarstellung eines Linearmotors. In der Mitte die Spulen, rechts und links Permanentmagnete. Die Linearbewegung tritt zwischen Spulen und Permanentmagneten auf.

Funktionsprinzip[Bearbeiten]

Von der rotierenden Maschine zum Linearmotor

Grundsätzlich könnten rotative Motoren aller Prinzipien durch eine Projektion, die den runden Luftspalt auf eine Gerade abbildet, in Linearmotoren verwandelt werden, wobei die ursprünglich kreisförmig angeordneten elektrischen Erregerwicklungen (Stator) auf einer ebenen Strecke angeordnet sind. Der Läufer, der im Drehstrommotor rotiert, wird beim Linearmotor von dem längs bewegten Magnetfeld über die Fahrstrecke gezogen. Daher rührt auch die vielfach verwendete Bezeichnung Wanderfeldmaschine.

In der Praxis werden grundsätzlich entweder Drehstrom-Asynchronmaschine (das Magnetfeld ist nicht fest mit der Bewegung gekoppelt) oder Drehstrom-Synchronmaschine im weiteren Sinne verwendet (was auch lineare Reluktanzmaschinen und Linearschrittmotor einschließt). Die Verwendung kommutierter Gleichstrommaschinen ist zwar möglich, aber eher unüblich.

Der erforderliche Abstand zwischen Läufer und Linear-Wicklung kann zum Beispiel mit Rädern, Luftkissen gehalten werden oder durch Schweben auf einem geregelten Elektromagneten.

Einsatz in der Industrie[Bearbeiten]

Praktisch aufgebauter Linearmotor

Linearmotoren werden in Werkzeugmaschinen, Positioniersystemen und Handlingsystemen in Bearbeitungszentren verwendet. Herkömmlich werden Vorschubkräfte von einem sich drehenden Elektromotor erzeugt und in einem Getriebe in eine translatorische Bewegung umgesetzt. Die Bewegung wird also indirekt herbeigeführt. Linearmotoren ermöglichen es hingegen, direkt eine translatorische Bewegung darzustellen, man nennt sie deswegen auch Direktantriebe.

Linearmotoren haben in diesem Bereich den Vorteil hoher Beschleunigungen von bis zu 6 g und von Verfahrgeschwindigkeiten bis 800 m/min (48 km/h). Die maximalen Kräfte, die mit asynchronen Polysolenoid-Linearmotoren erreicht werden, liegen derzeit bei 30 kN. Für das Erreichen noch höherer mechanischer Kräfte werden ebenfalls Konzepte mit gekühlten, supraleitenden Spulen entwickelt. Außerdem sind sie wegen der wenigen aufeinander reibenden Teilen besser für einen Einsatz in Reinräumen geeignet.

Linearmotoren werden auch häufig in Positioniergeräten oder verschiedenen anderen Maschinenarten, etwa bei Ultraschallmikroskopen, Plasmaschneidanlagen, Laserschneidanlagen und Wasserstrahlschneidanlagen, eingesetzt. Linearmotoren eignen sich auch als Pumpen für flüssige Metalle (zum Beispiel Natriumkreislauf in Atomkraftwerken), wobei die Spulen fest montiert sind und das flüssige Metall selbst als Läufer im Durchlaufrohr in Bewegung bringen.

Linearmotoren werden auch für Bahnantriebe (Transrapid/RailCab HSST oder auch Achterbahnen) eingesetzt.

Normsymbol Linearmotor

Verstärkt werden Linearmotoren wegen der vielen konstruktiven Vorteile mittlerweile in Haushalts-Elektro-Kleingeräten wie elektrischen Zahnbürsten, elektrischen Rasierern, Mundduschen eingebaut. Als Stator kommen hierbei Magnete aus Neodym-Eisen-Bor zum Einsatz.

Einsatz in der Technik der Datenverarbeitung[Bearbeiten]

Mit dem sogenannten "Winchester-Wechselplattensystem" IBM-3330 kamen Linearmotoren als Ersatz für die bisherigen hydraulischen Antriebe der Festplattenansteuerung zum Einsatz.[1]

Fachliteratur[Bearbeiten]

  • Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18.Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, 1989, ISBN 3-8085-3018-9
  • Gregor D. Häberle, Heinz O. Häberle: Transformatoren und Elektrische Maschinen in Anlagen der Energietechnik. 2. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 1990, ISBN 3-8085-5002-3
  • Günter Boy, Horst Flachmann, Otto Mai: Die Meisterprüfung Elektrische Maschinen und Steuerungstechnik. 4. Auflage, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1983, ISBN 3-8023-0725-9

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Linearmotor – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Kurt Gerecke und Klemens Poschke IBM Storage System Kompendium (eingesehen am 29. Oktober 2012)