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LinearmotorenNiedrige Life Cycle Costs

Lineare Direktantriebstechnik etabliert sich vor allem in ­Bereichen von Servoanwendungen wie ­Anwendungen in Kunststoff-, Verpackungs-, Handlings- und Textilmaschinen; auch in Schleif- und Messmaschinen oder Laser- und Wasserstrahl-Schneideanlagen kommt lineare Direktantriebstechnik zum Einsatz. Denn alle diese Anwendungen weisen zumeist kurze Verfahrwege auf, die bei hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen realisiert werden müssen. Außerdem müssen hohe Positioniergenauigkeit und Präzision erreicht werden. Lineare Direktantriebe erfüllen diese Anforderungen.

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Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (MW),: Niedrige Life Cycle Costs

Direktantriebstechnik zeichnet sich prinzipiell durch Vorteile wie eine steife Verbindung zwischen Motor und Last sowie durch die daraus resultierende Elimination des mechanischen Spiels aus. Diese positiven Eigenschaften lassen sich entsprechend auf die lineare Direktantriebstechnik übertragen: Der Linearmotor – bestehend aus Primär- und Sekundärteil – wird als Direktantrieb in die Achse zwischen dem festen und dem zu verfahrenden Maschinenteil integriert. Es kann auf verschleißanfällige Antriebskomponenten wie Getriebe und Zahnriemen verzichtet werden, denn die Krafterzeugung erfolgt bei dieser Art des Antriebs vor allem direkt ohne mechanische Übertragungselemente.

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Konventionelle lineare Antriebe bestehen demgegenüber aus einem rotativen elektrischen Motor und einem mechanischen Übertragungselement. Dieser Aufbau stößt bei den obengenanten Anforderungen zunehmend an seine Grenzen.

Linearer Direktantrieb ­nahezu wartungsfrei

Den prinzipiellen Aufbau eines eisenbehafteten Synchron-Linearmotors kann man sich vereinfacht als einen in der Längsachse aufgeschnittenen und in der Ebene abgewickelten rotativen Synchronmotor vorstellen. Das Primärteil besteht aus einem Eisenkern und einer Drehstromwicklung. Dies entspricht dem Stator eines rotativen Antriebs. Das Sekundärteil – bestehend aus einem Stahlgrundkörper mit aufgeklebtem Permanentmagneten – entspricht dem Rotor. Die Krafterzeugung beim Synchron-Linearmotor erfolgt entsprechend dem Prinzip der Drehmomenterzeugung beim rotativen Synchronmotor. Je nach Anwendung gibt es zwei Varianten: Zum einen kann das Primärteil bei feststehendem Sekundärteil bewegt werden. Diese Variante wird als Kurzstatorprinzip bezeichnet. Beim Langstatorprinzip hingegen wird das Sekundärteil bei feststehendem Primärteil bewegt. Desweiteren wird ein Synchron-Linearmotor mit Komponenten wie Führungssystem, Wegmesssystem und Leistungselektronik wie Servoregler abgerundet.

Der lineare Direktantrieb ist nahezu wartungsfrei. Die direkte Integration des Motors in das Maschinendesign ermöglicht eine äußerst kompakte Bauweise. Durch die besseren Regeleigenschaften eines linearen Direktantriebs erhöht sich grundsätzlich die Qualität der Produkte. Gleichzeitig kann durch die Performancesteigerung in der Regel eine Erhöhung der Produktivität erreicht werden. Die Serviceintervalle werden erheblich verlängert, die Instandhaltungskosten verringert. Dies hat Auswirkungen auf die anfallenden Life Cycle Costs.

Daher ist zur Ermittlung der Wirtschaftlichkeit von Linearmotoren gegenüber konventionellen linearen Antrieben eine Systembetrachtung über den gesamten Lebenszyklus unerlässlich. Keinesfalls dürfen nur die singulären Anschaffungskosten in die Rechnung einbezogen werden. Lineare Direktantriebstechnik kommt in Anwendungen zum Einsatz, deren Anforderungen andere Antriebe nicht erfüllen. Auf längere Sicht wird die Wirtschaftlichkeit von Linearmotoren noch deutlicher. Aus dem Wegfall beispielsweise eines Getriebes ergeben sich geringere Lebenszykluskosten wie Reduzierung der Servicekosten, Reduzierung der Lagerhaltungskosten, Erhöhung des Wirkungsgrades, geringere Aufstandsfläche und Geräuschreduzierung. Aus den reduzierten Inbetriebnahme- und Prozesszeiten ergeben sich klare Marktvorteile. Wettbewerbsvorteile resultieren aus der Erhöhung der Produktqualität in Folge hoher Positioniersteifigkeit und -genauigkeit. Der Spielraum für die Maschinenkonstruktion erhöht sich durch die flexible Gestaltung der Bewegungsprofile.

Motoren optional wassergekühlt

Die Linearmotoren der Baumüller Gruppe verfügen über besondere thermische Eigenschaften. Dies ist auf die Kohlefaserlaminierung des Primärteils zurück zu führen. Die Dauerkraft konnte dadurch abhängig von der Motorgröße um fünf bis acht Prozent gegenüber bisherigen Lösungen gleicher Baugröße gesteigert werden. Die eisenbehafteten Linearmotoren der Baumüller Gruppe erreichen Dauerkräfte bis 6.000 N und Spitzenkräfte bis 15.500 N. Die Kohlefaserlaminierung erhöht zusätzlich die Steifigkeit der Baumüller-Motoren.

Eisenbehaftete Linearmotoren werden von Baumüller in ungekühlter wie auch in wassergekühlter Ausführung angeboten. Sie eignen sich besonders für Servoawendungen auf kleinstem Raum und bei höchsten Dauerlastanforderungen. Die Wasserkühlung wird optional integriert. Der Temperaturanstieg in der Anlage kann mit einem zusätzlichen Präzisionskühler auf dem Primärteil beeinflusst werden.

Lineare Direktantriebe reduzieren bislang nur selten die Anschaffungskosten gegenüber konventionellen Antriebe. Den noch bestehenden Preisnachteil kann die Linearantriebstechnik jedoch wettmachen. Auf lange Sicht erhöht sich nämlich die Wirtschaftlichkeit von Synchron-Linearantrieben. Denn während des gesamten Lebenszyklus einer Anlage erhöhen sie die Produktivität der Maschine und senken gleichzeitig wartungsbedingte Betriebskosten und Ausfallzeiten.hs

Zum Thema

Beschleunigungen, die jeden Jet stehen lassen, bieten mit bis zu 20 g die linearen Direktantriebe. Deshalb kommt in der Automatisierungstechnik, wenn kurze Verfahrwege mit einer enormen Dynamik, hoher Positioniergenauigkeit und Präzision umgesetzt werden müssen, zunehmend lineare Direktantriebstechnik zum Einsatz. Konventionelle rotative Antriebe stoßen bei derartigen Anwendungen immer mehr an ihre Grenzen.

Weiterer Vorteil: Die Direktantriebstechnik mit Linearmotoren ist nahezu wartungsfrei.

Autoren:

Dipl.-Wirt. Ing. Markus Britsch, Geschäftsbereichsleiter Kleinsysteme, ­Baumüller.

Claudia Dürr, Pressesprecherin der ­Baumüller Holding.

Belegadresse:

Claudia Dürr

Zentrale Unternehmenskommunikation

Baumüller Holding GmbH & Co. KG

Ostendstraße 80 – 90

90482 Nürnberg

Telefon ++49 (0911) 5432 – 274

Fax ++49 (0911) 5432 – 231

www.baumueller.de

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