Kapitel 1: Was ist ein elektrischer Linearmotor? Definition und Typen erklärt

Elektrische Linearmotoren spielen eine entscheidende Rolle in der modernen Maschinentechnik und bieten eine zuverlässige Lösung zur Umwandlung von elektrischer Energie in lineare Bewegung. Von der industriellen Automatisierung bis hin zu Haushaltsgeräten treiben diese vielseitigen Geräte eine Vielzahl von Anwendungen an. In dieser Whitepaper-Serie tauchen wir in die Grundlagen elektrischer Linearmotor ein, erläutern ihre Funktionsprinzipien, Typen und geben Tipps zur Auswahl des richtigen Antriebs für spezifische Anwendungen.

Was ist ein elektrischer Linearmotor?

Ein elektrischer Linearmotor ist ein elektromechanisches Gerät, das hauptsächlich aus einem Motor, einem Getriebesatz und einem Bewegungsmechanismus in Form eines Schneckenantriebs und einer Rohrkonstruktion besteht. Er wandelt die Drehbewegung des Motors in eine lineare Bewegung um, indem er die Zahnräder und das Schneckengetriebe antreibt.

Im Gegensatz zu Rotationsaktuatoren, die eine Drehbewegung erzeugen, sind elektrische Linearmotoren darauf ausgelegt, Objekte entlang einer geraden Linie zu bewegen. Sie werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine präzise Positionierung erfordern, wie zum Beispiel das Heben, Senken, Schieben oder Ziehen von Lasten.

Wenn Sie mehr über die Komponenten eines elektrischen Aktuators erfahren möchten, lesen Sie bitte unsere nächste Whitepaper-Serie.

Wie funktionieren elektrische Linearmotoren?

Der Kernmechanismus eines elektrischen Linearmotoren besteht aus einem Motor (häufig DC oder AC), einer Spindel und einer Mutter. Wenn der Motor rotiert, treibt er die Spindel an, wodurch sich die Mutter entlang der Spindelachse bewegt. Diese Bewegung wird in eine lineare Bewegung umgewandelt, die für Aufgaben wie das Öffnen von Fenstern, das Verstellen von Krankenhausbetten oder die Automatisierung industrieller Prozesse verwendet wird.

Hier eine schrittweise Erklärung, wie sie funktionieren:

1. Stromeingang: Der Aktuator erhält elektrische Energie von einer Stromquelle, wie z. B. einer Batterie oder einer direkten Stromversorgung.
2. Motoraktivierung: Der Motor beginnt zu rotieren und erzeugt ein Drehmoment.
3. Spindelmechanismus: Die Drehung des Motors treibt eine Gewindespindel an, die eine Mutter bewegt, die mit der Last verbunden ist.
4. Linearbewegung: Die Bewegung der Mutter erzeugt eine lineare Bewegung, mit der der Aktuator die Last schieben, ziehen oder heben kann.

Moderne elektrische Linearantriebe verfügen häufig über fortschrittliche Funktionen wie Positionssensoren, Endschalter und Rückmeldesysteme für eine präzisere Steuerung. Dadurch eignen sie sich ideal für hochpräzise Aufgaben in Branchen wie Robotik und Medizintechnik.

Was sind die Vor- und Nachteile von elektrischen Linearmotoren?

1. Vorteile:

• Präzision und Kontrolle: Elektrische Linearmotoren bieten eine genaue und wiederholbare Positionierung, was sie ideal für Automatisierungsaufgaben macht.
• Energieeffizienz: Sie verbrauchen weniger Energie als hydraulische oder pneumatische Aktuatoren, insbesondere bei Anwendungen mit statischen Haltepositionen.
• Geringer Wartungsaufwand: Durch weniger bewegliche Teile und den Verzicht auf Flüssigkeitssysteme ist der Wartungsbedarf minimal.
• Vielseitigkeit: Sie können in verschiedenen Umgebungen betrieben und leicht für komplexe Bewegungen programmiert werden.
• Leiser Betrieb: Im Vergleich zu hydraulischen und pneumatischen Systemen arbeiten elektrische Aktuatoren deutlich leiser.

2. Nachteile:

• Begrenzte Kraft: Elektrische Linearmotoren erzeugen möglicherweise nicht so viel Kraft wie hydraulische Systeme, was ihre Verwendung in Schwerlastanwendungen einschränken kann.
• Abhängigkeit von der Stromversorgung: Eine konstante Stromquelle ist erforderlich, was nicht in allen Umgebungen ideal sein könnte.

Welche Arten von elektrischen Linearmotoren gibt es?

Elektrische Linearmotoren sind in verschiedenen Typen erhältlich, um den vielfältigen Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen gerecht zu werden. Linearantriebe, Hubsäulen, Getriebemotoren und andere Varianten haben jeweils ihre eigenen Besonderheiten und Stärken. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht der verschiedenen Aktuatortypen, die auf die Bedürfnisse von Geräteherstellern abgestimmt sind.

1. Parallele elektrische Linearmotoren

Bei diesem Typ befindet sich der Motor parallel zum Schneckengetriebe. Parallele elektrische Linearmotoren werden in der Regel von Stirnrädern angetrieben, die eine größere Auswahl an Übersetzungsverhältnissen bieten. Diese Aktuatoren ermöglichen ein breiteres Spektrum an Lasten und Geschwindigkeiten, sind jedoch nicht so leise wie Aktuatoren mit Schneckengetrieben.

2. Rechtwinklige oder "L"-förmige elektrische Linearmotoren

Der Motor ist senkrecht zum Schneckengetriebe angeordnet. L-förmige elektrische Linearmotoren werden in der Regel von einem Schneckengetriebe angetrieben. Diese Aktuatoren bieten zwar weniger Auswahlmöglichkeiten bei den Übersetzungsverhältnissen im Vergleich zu Stirnradmotoren, sind jedoch leiser und ermöglichen eine höhere irreversible Kraft.

3. In-line elektrische Linearmotoren

Der Motor ist in einer Linie mit dem Schneckengetriebe angeordnet. Dadurch haben In-line elektrische Linearmotoren eine längere eingefahrene Länge. Sie werden üblicherweise von einem Satz Planetengetriebe angetrieben und sind speziell für den Einsatz in engen Räumen konzipiert. Allerdings weisen sie ein höheres Geräuschniveau auf.

4. Doppelmotoren

Doppelmotoren können in zwei verschiedenen Richtungen arbeiten, entweder unabhängig voneinander oder gleichzeitig. Sie werden in der Regel von Getrieben mit einem Schneckenrad angetrieben und bieten daher eine besonders leise Bewegung.

5. Elektrische Schiebestellantriebe

Elektrische Schiebestellantriebe ermöglichen eine lineare Bewegung ohne die Verwendung eines äußeren Rohrs. Die vordere Befestigung ist mit der Mutter verbunden, die sich entlang des Schneckengetriebes bewegt.

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6. Getriebemotoren

Getriebemotoren ermöglichen die Konstruktion wirtschaftlicher und vielseitiger Systeme, insbesondere in Kombination mit einer oder mehreren Schnecken. Sie sind kompakt und werden üblicherweise von Zahnrädern mit einem Schneckenrad angetrieben, was sie zur idealen Wahl für die mechanische Synchronisation macht.

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7. Elektrische Hubsäulen mit variabler Höhe

Wir fertigen Hubsäulen für industrielle, medizinische und ergonomische Anwendungen. Sie ermöglichen die vertikale Bewegung schwerer Lasten und gewährleisten dabei ein hohes Maß an Stabilität. Unsere industriellen und medizinischen Hubsäulen sind speziell für Anwendungen wie Krankenhausbetten, bariatrische Betten oder höhenverstellbare industrielle Arbeitsstationen konzipiert. So sorgen sie für Sicherheit und Komfort für alle Nutzer.

Wir bieten auch eine Reihe ergonomischer Hubsäulen an, die dem BIFMA-Standard für höhenverstellbare Büros entsprechen. Diese Serie umfasst verschiedene Farben, Formen, Ausrichtungen und ein 2- oder 3-stufiges Design.

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Für welche Anwendungen werden elektrische Linearmotoren eingesetzt?

Elektrische Linearmotoren sind äußerst vielseitig und werden in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen eingesetzt, darunter:

• Hausautomation: Sie treiben intelligente Möbel, automatisierte Fenster und verstellbare Betten an und bieten so verbesserten Komfort und Bequemlichkeit im Alltag.
• Medizinische Geräte: In Krankenhausbetten, Patientenliften und OP-Tischen sorgen sie für präzise Positionierung und verbessern die Patientenversorgung im Gesundheitswesen.
• Industrielle Automatisierung: Elektrische Linearmotoren sind unverzichtbar für den Antrieb von Roboterarmen, Förderbändern und Montagelinien und gewährleisten Effizienz und Genauigkeit in Fertigungsprozessen.
• Automobilindustrie: Sie werden in Fahrzeugsitzen, Heckklappen und anderen verstellbaren Komponenten eingesetzt, um Komfort und Funktionalität für Fahrer und Passagiere zu erhöhen.
• Ergonomie am Arbeitsplatz: Als wesentlicher Bestandteil von höhenverstellbaren Schreibtischen und Steh-Sitz-Arbeitsstationen fördern sie eine bessere Körperhaltung, reduzieren die Gesundheitsrisiken durch langes Sitzen und schaffen eine produktivere Arbeitsumgebung.

Die Anpassungsfähigkeit elektrischer Linearmotoren macht sie in jeder Umgebung unverzichtbar, in der Präzision, Zuverlässigkeit und Automatisierung von entscheidender Bedeutung sind. Ihre Fähigkeit, die Funktionalität zu verbessern und Prozesse zu optimieren, sichert ihnen eine Spitzenposition in zahlreichen Branchen.

Wie wählt man einen elektrischen Linearmotor aus?

Die Auswahl des richtigen elektrischen Linearmotors ist entscheidend für den Erfolg jedes Entwicklungsprojekts für elektrische Geräte. Aktuatoren sind für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet, doch jedes Projekt hat seine eigenen spezifischen Anforderungen. Um den am besten geeigneten elektrischen Linearantrieb zu finden, sollten mehrere wichtige Faktoren berücksichtigt werden: die Betriebsgeschwindigkeit, die Tragfähigkeit, der Einschaltdauerzyklus, räumliche Einschränkungen und die Betriebsumgebung.

1. Definieren Sie Ihre Anwendungsziele

• Lastanforderungen: Bestimmen Sie die maximale Last, die der Aktuator bewegen muss. Dieser Faktor ist entscheidend, da er die Effizienz und Lebensdauer des Aktuators beeinflusst. Stellen Sie sicher, dass der ausgewählte Aktuator die Last bewältigen kann, ohne seine Kapazität zu überlasten.
• Geschwindigkeit: Berücksichtigen Sie, wie schnell sich der Aktuator bewegen muss, um die Anforderungen Ihrer Anwendung zu erfüllen. Die Geschwindigkeit beeinflusst die Steuerung und Präzision des Aktuators, insbesondere bei zeitkritischen Anwendungen.
• Einschaltdauer: Berücksichtigen Sie die Einschaltdauer, also das Verhältnis von aktiver Zeit zu Ruhezeit. Stellen Sie sicher, dass der Aktuator die Betriebsfrequenz Ihrer Anwendung ohne Überhitzung oder vorzeitigen Verschleiß bewältigen kann.
• Genauigkeit und Präzision: Bewerten Sie den Grad der Präzision, der für die Bewegungen des Aktuators erforderlich ist. Hohe Präzision ist in Anwendungen wie Robotik und Luft- und Raumfahrt von entscheidender Bedeutung, bei denen selbst kleine Abweichungen kritisch sein können.

2. Analysieren Sie die Betriebsumgebung:

• Umgebung: Analysieren Sie die Umgebungsbedingungen, denen der Aktuator ausgesetzt ist, wie Temperatur, Feuchtigkeit, Staub und potenziell korrosive Elemente. Diese Bewertung hilft, zusätzliche Funktionen wie Wasserdichtigkeit oder korrosionsbeständige Materialien zu bestimmen.
• Platz- und Montageoptionen: Berücksichtigen Sie die Installationsmaße und stellen Sie sicher, dass der Aktuator in das Layout Ihres Systems passt. Kompakte Designs, wie Inline-Elektroaktuatoren, sind ideal für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot.

Mit mehr als 15 Jahren Erfahrung in der Herstellung elektrischer Antriebssysteme unterstützt TiMOTION Gerätehersteller aus allen Branchen bei ihren Produktentwicklungsprojekten. Ob Industrie, Medizintechnik, Haushalts- oder Büromöbel – wir fertigen komplette Lösungen und passen unsere Geräte individuell an die spezifischen Anforderungen unserer Kunden an.

Möchten Sie mehr über elektrische Linearantriebe erfahren? Kontaktieren Sie einen unserer lokalen Vertriebsmitarbeiter. 

Häufig gestellte Fragen

F1: Wie warte ich einen elektrischen Linearmotor?

A: Elektrische Linearmotoren erfordern nur minimalen Wartungsaufwand. Überprüfen Sie regelmäßig den Verschleiß mechanischer Komponenten, stellen Sie sicher, dass die Schmierung (falls erforderlich) ordnungsgemäß ist, und halten Sie die elektrischen Verbindungen sauber und sicher.

F2: Was sind Beispiele für elektrische Linearmotoren?

A: Aktuatoren finden in vielen Bereichen vielseitige Anwendungen und verbessern Funktionalität und Automatisierung:

• Hausautomation: Sie verstellen Komfortbetten und Dunstabzugshauben.
• Gesundheitswesen: Sie kommen in Pflegebetten, Krankenhausbetten, medizinischen Stühlen und Patientenliften zum Einsatz und erleichtern die Patientenpflege und Mobilität.
• Ergonomie: Sie ermöglichen die Höhenverstellung von Schreibtischen und unterstützen Medieninstallationen wie Bildschirm- und TV-Liftsysteme.
• Industrie: In der Landwirtschaft steuern sie Maschinen wie Mähdrescher, Sprühgeräte und Traktoren sowie Belüftungssysteme und Sonnenschutzanlagen wie Pergolen und Lamellen, um Umweltbedingungen zu optimieren und Energie effizient zu nutzen.

F3: Sind elektrische Linearmotoren energieeffizient?

A: Ja, elektrische Linearmotoren sind äußerst energieeffizient, insbesondere bei Anwendungen, die eine statische Halteposition erfordern, da sie in dieser Position keinen Strom verbrauchen.

F4: Können elektrische Linearmotoren in Außenbereichen eingesetzt werden?

A: Ja, mit der richtigen Abdichtung und Materialien können elektrische Linearmotoren auch unter Außenbedingungen betrieben werden. Achten Sie auf Aktuatoren mit einer IP-Schutzart, die für Ihre Anwendung geeignet ist.

→Erfahren Sie mehr über IP-Schutzarten für Linearantriebe

Q5. Welche Sicherheitsfunktionen sind in elektrischen Linearmotoren integriert?

A: Viele elektrische Linearmotoren verfügen über integrierte Endschalter, Überlastschutz und Positionssensoren, um Sicherheit und Präzision zu gewährleisten.

→Erfahren Sie mehr über Sicherheitsoptionen in einem elektrischen Antriebssystem