Bei linearen Bewegungsdesigns werden lineare Direktantriebe immer häufiger eingesetzt

By Lisa Eitel | June 21, 2018

Laut Marktforschung der ARC Advisory Group handelt es sich bei Direktantrieben um eine Bewegungssteuerungstechnologie, deren Verbreitung in den kommenden Jahren voraussichtlich stark zunehmen wird. Dies ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass eine Reihe von Branchen einen höheren Durchsatz und genauere Prozesse anstreben.

Laut Brian Scott, Anwendungsingenieur bei Nippon Pulse America Inc., übertreffen Linearwellenmotoren industrielle Fertigungsmaschinen und hochpräzise und hochauflösende Messanwendungen.

„Aus Verkäufen und Anwendungen sehen wir, dass jetzt erhebliche Anstrengungen unternommen werden, um von der Drehbewegungsmechanik auf lineare Direktantriebe umzusteigen. Rohrlinearmotoren mit hoher Kraftdichte sind hier eine Option. Einfachere Mechanik und der Wunsch, Komponenten zu reduzieren, sind die Hauptkräfte des Marktes; Andere umfassen eine bessere lineare Steuerung und Reaktion, weniger Fehlermodi und eine geringere Anzahl von Zulieferern. Mit der Weiterentwicklung der Branche wird es zunehmend zu einer Umstellung auf lineare Bewegungen mit Direktantrieb kommen.“

Nippon Pulse SLP Linearwellentische integrieren einen Linearwellenmotor, einen Encoder und eine Linearwellenunterstützung, um bestimmte herkömmliche Kugelumlaufspindelsysteme für Servoanwendungen zu ersetzen. Ein hohes Kraft-Volumen-Verhältnis und eine kleinere Totzone sorgen für eine kompakte Bauweise. Zu den Variationen gehören Acculine SLP-Tische und Nanopositionierungs-SCR-Tische.

Auch batteriebetriebene Konstruktionen profitieren von Direktantrieben an Linearachsen. Für solche Systeme prognostiziert Steven Feketa von LinMot USA Inc., dass sich Direktantriebsmotoren weiter entwickeln werden, um kleiner und kompakter zu werden – mit Leistungseigenschaften, die für den Einsatz in mobilen Designs geeignet sind. Dies war oft die Domäne von fluidbetriebenen Systemen – Feketa betont jedoch, dass elektrische Systeme oft weniger verschwenderisch und leistungsstärker sind.

Miniatur-Positionierer der mSR-Serie sind Linearsysteme mit quadratischen Schienen aus der Electromechanical & Drives Division von Parker Hannifin, die eine Präzision im Submikrometerbereich bieten. Vierkant-Lagerpaar mit linearem Servomotor; wählbare Ebenen von Linearencodern können entsprechend den Anwendungsanforderungen konfiguriert werden. Die Positionierer verfügen über zwei Linearmotortechnologien – so ist der mSR 80 (hier im Ausschnitt gezeigt) mit einem Miniatur-Linearmotor mit Eisenkern ausgestattet und der mSR100 ist mit einem eisenlosen Linearmotor mL-18 ausgestattet.

„Wir beschäftigen uns seit mehr als 30 Jahren mit direkt angetriebenen Dreh- und Linearpositionierern und haben den Wandel von einer neuartigen Antriebstechnologie zu etwas erlebt, das in Positionierungsanwendungen allgegenwärtig ist“, sagte Brian O'Connor, Direktor für Produkt und Markt Entwicklung bei Aerotech Inc. Daher sei es mittlerweile üblich, Direktantriebskonstruktionen in hochpräzisen Anwendungen wie der Halbleiter- und Unterhaltungselektronik zu sehen – und sogar in weniger präzisen Anwendungen wie Etikettier- und Produktverpackungsmontagelinien, fügte O'Connor hinzu.

Einige Linearmotoren ermöglichen die Vorintegration von Washdown-Funktionen, um kompakte Aktuatoren zu erhalten, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen. Die Edelstahl-Linearmotoren von LinMot sind AISI 316 und IP69K-zertifiziert; Sie verfügen über hygienisch gestaltete Gehäuse, die den in der Lebensmittel-, Pharma- und Verpackungsindustrie üblichen chemischen und Hochdruckreinigungen standhalten. Die linearen Kräfte betragen 47,2 bis 200 Pfund.

In einigen Fällen können Direktantriebsoptionen für lineare Anwendungen eine umfassendere Anpassung an bestimmte Anwendungen ermöglichen. Bedenken Sie, dass einige IP69K-Linearmotoren alle lasergeschweißt sind, um Dichtungen und Eintrittspunkte zu vermeiden – und so eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. „Ein weiteres Beispiel sind die Linear-Rotations-Aktuatoren PR02 von LinMot, die zwei Bewegungsarten liefern (um die Integration zu vereinfachen) und über integrierte Kraftmesszellen für präzise Drehmomentmessungen bei Verschluss- und Gewindeschneidanwendungen verfügen“, fügte Feketa hinzu.

Aerotech ECO-Lineartische eignen sich für Positionierungsanwendungen, die eine hohe Steifigkeit und dynamische Reaktionsfähigkeit erfordern. Umlaufende Linearlager und berührungslose Linear-Encoder ermöglichen inkrementelle Bewegungen bis zu 10 nm mit Wiederholgenauigkeit im µm-Bereich. Die optionale HALAR-Kalibrierung erhöht die Positionierungsgenauigkeit auf ±1,5 µm. Eine eisenlose Kraftspule gibt eine hohe Kraft ohne Rasten oder Windup und eine genaue Positionskontrolle ab – der Schlüssel für Anwendungen, die eine gleichmäßige Geschwindigkeitsprofilierung oder eine hohe Konturgenauigkeit erfordern.

Durch koordinierte technische Anstrengungen mit der Lieferkette und den Design-Engineering-Teams entstehen solche anwendungsspezifischen Produkte, fügte Feketa hinzu. „Ein weiteres Beispiel ist die Verkürzung der Linear-Drehantriebe der PR02-Serie – die wir vorgenommen haben, damit sie unter Abzugshauben in pharmazeutischen Anwendungen passen.“

Rohrförmige Linear-Rotationsmotoren von LinMot finden auch an Achsen automatischer Lagereinrichtungen Anwendung – einschließlich Umlenk-, Ausschleus- und Handlingsachsen. In Pick-and-Place- und Positionierungssystemen für Verpackung und automatisierte Montage arbeiten die Aktuatoren in XY-, XY-Theta-, XYZ-, XYZ-Theta- und X-X'-YZ-Aufstellungen. Bei kollaborativen Robotern betätigen die Linear-Rotationsmotoren Endeffektoren und andere Leichtlastachsen.

Gebogene Varianten von Linearmotoren sind eine neuere Variante mit Direktantrieb. „Diese funktionieren am besten bei Anwendungen, die nur halbkreisförmige Bewegungen erfordern … oder bei Achsen mit großen Durchmessern … und nicht das gesamte Drehmoment benötigen, das ein großer Motor liefern würde“, sagte Brian Zlotorzycki, Produktspezialist bei ETEL Motors. „Hier können die Vorteile von Direktantriebsmotoren unkonventionellen Konfigurationen mit geringerer Gesamtfläche zugutekommen, die eine einfachere Installation und weniger Reparaturen erfordern.“

Im medizinischen Bereich werden gebogene Linearmotorschienen bereits bei C-Arm- und CT-Scangeräten eingesetzt, wo ein Torquemotor zu unintuitiv wäre.

Hier sind Eisenkern-Linearmotoroptionen von Chieftek Precision USA abgebildet.