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| Redakteur: Reinhold Schäfer

Der Einsatz von Linearmotoren nimmt bei Linearantrieben stetig zu. Zum Fräsen und Bohren benötigt man Drehmaschinen, die einen rotatorischen Antrieb haben. Bei Umformarbeiten wie beispielsweise beim...

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( Archiv: Vogel Business Media )

Der Einsatz von Linearmotoren nimmt bei Linearantrieben stetig zu.Zum Fräsen und Bohren benötigt man Drehmaschinen, die einen rotatorischen Antrieb haben. Bei Umformarbeiten wie beispielsweise beim Pressen, Prägen oder Biegen genügen jedoch translatorische also geradlinige Bewegungen. In der Vergangenheit verwendete man Hydraulikantriebe oder drehende Elektroantriebe und setzte die Drehbewegung durch mechanische Gieder in eine translatorische Bewegung um. Viel eleganter lässt sich dies heutzutage mit Linearmotoren verwirklichen. ,,Dabei kann man sich den Linearantrieb als aufgewickelten Drehstrommotor vorstellen", erläutert Prof. Dr.-Ing. Peter F. Brosch von der FH Hannover, Fachbereich Elektro- und Informationstechnik, ,,im Vergleich zu den klassischen Lösungen eröffnen lineare Direktantriebe neue Möglichkeiten bei den Maschinen- und Anlagenkonzepten. Sein großer Vorteil liegt dabei in der hohen Beschleunigung bis zu 6g und einer Verfahrgeschwindigkeit bis 800 m/s, Nachteilig ist jedoch, dass naturgegeben die Kraft direkt aufgebracht werden muss, weil keine Kraftanpassung über Getriebeübersetzungen möglich ist."Mechanische Lösungen sind weniger dynamisch,,Lange standen die elektrischen Linearantriebe im Schatten der Druckluft- oder Hydraulikzylinder", weiß Prof. Brosch, ,,auch heute ist letzterer bei großen Kraftanforderungen und begrenztem Einbauraum noch erste Wahl. Doch besondere wartungsintensive Hilfsaggregate zur Bereitstellung der Antriebsmedien Luft und Öl, aufwendige Energiezufuhr und Leckagen, zum Beispiel bei der Hydraulik begünstigen den Trend weg von der bisherigen Technik. An vielen Stellen übernahmen daher bereits AC-Servomotoren mit Zahnriemen oder Spindeln als Linearreaktoren die Applikationen. Störend bei diesen mechanischen Lösungen sind die drehenden Wandler mit Verschleiß, Spiel und weniger Dynamik."Auch Dr. Werner Philipp, zuständig für den Bereich Entwicklung in der Leitung des Geschäftsbereich Electric Drives and Controls der Bosch Rexroth AG in Lohr, sieht bei linearen Direktantrieben Vorteile: ,,Positionieraufgaben mit hohen Verfahrgeschwindigkeiten oder schnell aufeinanderfolgende kurzhubige Bewegungen mit hohen Beschleunigungen können bei herkömmlichen elektromechanischen Systemen zu Verschleiß der mechanischen Komponenten führen. Lineare Direktantriebe bieten durch ihre Verschleißfreiheit eine hohe Anlagenverfügbarkeit bei gleichzeitig gesteigerter Dynamik. Dabei bleibt die hohe Genauigkeit eines Linearantriebs über der gesamten Maschinenlebensdauer erhalten. Das kann in der Summe zu deutlich reduzierten Kosten führen. Und die sind entscheidend."Auch Dipl.-Ing. Michael Gutmann, Leiter der Abteilung Produktmanagement Servoantriebe (PMA) bei der SEW-Eurodrive GmbH & Co, Bruchsal, schätzt die Vorteile des Linearmotors: ,,Durch die fortschreitenden Kostenoptimierungen und die immer mehr angebotenen Paketlösungen wie Linearmotor plus Führung plus Regler plus Messsystem, hält der Linearmotor auch Einzug in den allgemeinen Maschinenbau und bleibt nicht ein High-Tech-Produkt der Werkzeugmaschinenbranche. Anwendungen sind aber vor allem im Serienproduktionsmaschinenbereich zu sehen."Bestehende Antriebe nicht einfach ändernLiegt keine Neukonstruktion oder wenigstens Teilneukonstruktion vor, hat es wenig Zweck, zum Linearantrieb zu greifen, meint Prof. Brosch. Dann ist es besser den bisherigen Antrieb weiter zu optimieren. Auch Dr. Philipp wiegelt ab: ,,Ob konventioneller Antrieb oder Direktantrieb lässt sich nicht pauschal beantworten. Neuentwicklungen bei Rexroth, wie zum Beispiel das Anheben der ,,D x n Kennwerte" von 100 000 auf 150 000 bei den Star-Kugelgewindetrieben erlauben mittlerweile auch hochdynamische Anwendungen. Für den höchsten Leistungsbereich ist allerdings der Direktantrieb meist die bessere Lösung. Entscheidend für die zu wählende Antriebsart ist letztendlich die Gesamtbetrachtung der Beschaffungs- und Betriebskosten für den jeweiligen Einsatzfall."Technisch gesehen nimmt man heutzutage bei Direktantrieben fast ausschließlich Wechselstrom-Linearantriebe. Dabei verwendet man das Prinzip der Synchronmaschine, das mit Permanentmagneten mit oder ohne Eisen im Primärteil arbeitet. ,,Der Synchronmotor erlaubt mit dem größeren Luftspalt problemlose Einbautoleranzen", erklärt Dr. Philipp, ,,und die Kapselung in Schutzklasse IP65. Damit erreichen wir eine höhere Betriebssicherheit und nehmen dem Maschinenbauer einige Probleme ab. Der Asynchronmotor bietet dies nicht." Prof. Brosch fügt an: ,,Gleichstromantriebe werden nur noch als exotische Sonderlösung verwendet."Michael Gutmann sieht es ähnlich: ,,DC-Linearmotoren werden quasi nicht mehr erzeugt, weil sie einen wichtigen Vorteil des Linearmotors, die Wartungsarmut, beziehungsweise die Wartungsfreiheit durch den Einsatz von Bürsten aufheben. Auch sind die hohen Impulsströme, die ein sehr dynamischer Linearmotor zur Beschleunigung benötigt, dann umso aufwendiger zu übertragen. Der elektronisch kommutierte AC-Servolinearmotor realisiert erst mir einem entsprechenden inkrementellen oder absoluten Längenmesssystem die Vorteile des Linearmotors. Diese Art, in verschiedensten Ausführungsvarianten, ist momentan der am weitesten verbreitete Linearmotortyp."Prof. Brosch verschweigt nicht eine weitere Problematik bei der Auslegung von Maschinen mit Direktantrieb: ,,Beim Einsatz von Linearmotoren kann man nicht einfach die vorhandene Konstruktion ,,austauschen". Das Vorgehen ist aufwendiger, weil sich der Linearmotor ,,in" der Maschine befindet und nicht wie bei der Spindel außerhalb. Die Wicklung des Linearmotors entwickelt eine erhebliche Wärme, die unter Umständen durch Wasser-Kühlung abgeführt werden muss. Das Kühlvermögen begrenzt so den Lastzyklus. Die Verlustwärme muss so abgeführt werde, dass längenkritische Maschinenteile keine Qualitätseinbuße bewirken. "Linearantriebe sind nahtlosin Steuerung integrierbarBei der Linearführung sei zu beachten, dass auf die beiden aktiven Teile des Motors Anziehungskräfte wirken, die sich nur in der so genannten Doppelkammausführung aufheben. Prinzipiell werden ferromagnetische Späne angezogen. Die Verfahrbahn müsse deshalb abgedeckt werden. Die Energiezufuhr vom Servoverstärker zum Primärteil erfolge über ein Kabelschlepp-System, das zusätzlichen Einbauraum benötige.Ein großer Vorteil der Linearantriebe liegt nach Ansicht von Prof. Brosch darin, dass sich die Antriebe nahtlos in die elektrischen Steuerungskonzepte der Maschinen einfügen lassen. Im Bereich der Linearantriebe hat sich laut Dr. Philipp in den letzten Jahren einiges getan: ,,Der Anteil von linearen Direktantriebsmotoren wächst seit einigen Jahren gleichmäßig an, insbesondere für Werkzeugmaschinen." Und er ist sich sicher: ,,Mit der Weiterentwicklung unserer Produktpalette, wie zum Beispiel der Linearmotoren-Generation Rexroth IndraDyn L, gewinnen wir weitere Marktanteile hinzu." Auch Gutmann ist mit der Entwicklung im Linearmotorenbereich mehr als zufrieden: ,,Servolinearmotoren, dies sind für SEW Linearmotoren, die überwiegend in Serienproduktionsmaschinen, wie Werkzeug-, Verpackungs- oder Holzbearbeitungsmaschinen eingesetzt werden, zeigen ein überdurchschnittliches Wachstum. Speziell die in den letzten zwei Jahren immer stärker von den Herstellern realisierte Optimierung hinsichtlich Kraftdichte/Preis fördert die Attraktivität für den allgemeinen Maschinenbau." SEW, das nach Angaben von Gutmann schon viel Erfahrung mit Transportlinearmotoren sammeln konnte, wird in Zukunft ,,technisch interessante Produkte im Servolinearmotorenbereich anbieten. Außerdem verfolgen wir einen weiteren Ausbau ohne jedoch auf jede Neuerung bei dieser noch jungen Technik einzugehen."Weil im Linearmotorenbereich noch vieles in der Entwicklung ist, ist nach Ansicht von Prof. Brosch keine eindeutige Marktrangfolge festlegbar. ,,Es gibt in diesem Bereich nur wenige Hersteller wie Siemens, Rexroth, Mitsubishi, Yaskawa, Praetec, EAT", so Brosch.Technologisch gesehen sieht sich Bosch Rexroth bei translatorischen Direktantrieben als Pionier und Marktführer. Doch Dr. Philipp muss zugeben: ,,Bezüglich der Marktanteile sind wir europa- und weltweit die Nummer zwei." Was die Marktanteile angehe, sei Siemens die Nummer eins.