Kapitel 1: Elektrische Linearmotoren: Definition, Funktionsweise und Typen

Elektrische Linearmotoren sind entscheidend für die moderne Maschinentechnik, da sie eine effiziente Lösung zur Umwandlung elektrischer Energie in lineare Bewegung ermöglichen. Von industrieller Automatisierung bis hin zu Haushaltsgeräten treiben diese vielseitigen Geräte eine Menge von Anwendungen an. In der Whitepaper-Serie bieten wir einen umfassenden Einblick in die Grundlagen elektrischer Linearmotoren an, erklären ihre Funktionsweise, Typen und geben Tipps zur Auswahl des richtigen Antriebs für spezifische Anwendungen.

Was versteht man unter elektrischen Linearmotoren?

Linearmotoren sind elektromechanische Geräte, die durch einen Motor, einen Getriebesatz und einen Bewegungsmechanismus in Form eines Schneckenantriebs und einer Rohrkonstruktion arbeiten. Ihre Funktionsweise basiert darauf, die Drehbewegung des Motors mithilfe von Zahnrädern und Schneckengetriebe in eine lineare Bewegung umzuwandeln.

Die Funktionsweise von elektrischen Linearmotoren unterscheidet sich von Rotationsaktuatoren, da sie 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.

Erfahren Sie mehr über die Komponenten eines elektrischen Aktuators in unserer nächsten Whitepaper-Serie.

Elektrische Linearmotoren und ihre Funktionsweise: Wie funktionieren sie?

Der Kernmechanismus von elektrischen Linearmotoren besteht aus einem Motor (DC oder AC), einer Spindel und einer Mutter. Durch die Drehbewegung des Motors wird die Spindel angetrieben, wodurch sich die Mutter entlang der Spindelachse bewegt. Diese lineare Bewegung findet Anwendung beim Öffnen von Fenstern, dem Verstellen von Krankenhausbetten oder der Automatisierung industrieller Prozesse.

Hier finden Sie einen Einblick über die Funktionsweisen der elektrischen Linearmotoren:

1. Stromeingang: Der Aktuator wird mit elektrischer Energie aus einer Stromquelle wie einer Batterie oder Netzstrom versorgt.
2. Motoraktivierung: Der Motor setzt sich die Rotation und erzeugt ein Drehmoment.
3. Spindelmechanismus: Die Drehungbewegung des Motors treibt eine Gewindespindel an, die eine mit der Last verbundene Mutter bewegt.
4. Linearbewegung: Die Bewegung der Mutter wandelt die Drehbewegung in eine lineare Bewegung um, sodass der der Aktuator die Last schieben, ziehen oder heben kann.

Die Funktionsweise moderner elektrischen Linearmotoren wird durch fortschrittliche Technologien wie Positionssensoren, Endschalter und Rückmeldesysteme optimiert. Diese ermöglichen eine präzisere Steuerung und machen elektrische Linearmotoren ideal für anspruchsvolle Anwendungen in der Robotik und Medizintechnik.

Was sind die Vor- und Nachteile von elektrischen Linearmotoren?

1. Vorteile:

• Präzision und Kontrolle: Elektrische Linearmotoren ermöglichen eine exakte und wiederholbare Positionierung, ideal für Automatisierungsaufgaben macht.
• Energieeffizienz: Sie verbrauchen weniger Energie als hydraulische oder pneumatische Aktuatoren, insbesondere bei statischen Haltepositionen.
• Geringer Wartungsaufwand: Dank weniger beweglicher Teile und Verzicht auf Flüssigkeitssysteme ist der Wartungsbedarf minimal.
• Vielseitigkeit: Elektrische Linearmotoren sind flexibel und leicht für komplexe Bewegungen programmierbar.
• Leiser Betrieb: Im Vergleich zu hydraulischen und pneumatischen Systemen arbeiten elektrische Aktuatoren deutlich leiser.

2. Nachteile:

• Begrenzte Kraft: Elektrische Linearmotoren erzeugen weniger Kraft als hydraulische Systeme, was ihre Eignung für Schwerlastanwendungen einschränken kann.
• Stromabhängigkeit: Sie erfordern eine kontinuierliche Stromversorgung, was ihre Einsatz in bestimmten Umgebungen erschweren kann.

Welche Typen von elektrischen Linearmotoren gibt es?

Elektrische Linearmotoren sind in verschiedenen Typen erhältlich, um den Anforderungen  gerecht zu werden. Die Funktionsweise der elektrischen Linearmotoren variiert je nach Bauart, wie Linearantriebe, Hubsäulen, Getriebemotoren, die jeweils spezifische Stärken bieten. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht der verschiedenen Aktuatortypen, die auf die Bedürfnisse von Geräteherstellern abgestimmt sind.

1. Parallelbetrieb elektrischer Linearmotoren

Bei diesem Typ ist der Motor parallel zum Schneckengetriebe angeordnet. Parallele elektrische Linearmotoren nutzen meist Stirnräder, die verschiedene Übersetzungsverhältnisse ermöglichen. Dadurch bieten sie eine größere Bandbreite an Lasten und Geschwindigkeiten, sind jedoch nicht so leise wie Modelle mit Schneckengetrieben.

2. Rechtwinklige oder "L"-förmige elektrische Linearmotoren

Bei diesem Typ ist der Motor senkrecht zum Schneckengetriebe angeordnet. L-förmige elektrische Linearmotoren nutzen Schneckengetriebe, die zwar weniger Übersetzungsverhältnisse als Stirnradmotoren bieten, jedoch leiser und eine höhere irreversible Kraft ermöglichen.

3. Inline elektrische Linearmotoren

Bei Inline-elektrischen Linearmotoren ist der Motor in einer Linie mit dem Schneckengetriebe angeordnet. Dadurch besitzen sie eine längere eingefahrene Länge. Typischerweise werden sie mit einem Satz Planetengetriebe angetrieben und sind speziell für den Einsatz in engen Räumen konzipiert. Allerdings erzeugen sie ein höheres Geräuschniveau.

4. Doppelmotoren

Doppelmotoren können in zwei verschiedenen Richtungen arbeiten– entweder unabhängig voneinander oder synchron. In der Regel werden sie sich durch Getrieben mit Schneckenrad angetrieben, was eine besonders leise Bewegung ermöglicht.

5. Elektrische Schiebestellantriebe

Elektrische Schiebestellantriebe ermöglichen eine lineare Bewegung ohne ein äußeres Rohr. Die vordere Befestigung ist direkt mit der Mutter verbunden, die sich entlang des Schneckengetriebes bewegt.

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6. Getriebemotoren

Getriebemotoren ermöglichen die Entwicklung wirtschaftlicher und vielseitiger Systeme, insbesondere in Kombination mit einer oder mehreren Schnecken. Durch ihre kompakte Bauweise und den typischen Antrieb über Zahnrädern mit einem Schneckenrädern sind sie ideal für die mechanische Synchronisation geeignet.

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7. Elektrisch Ergonomische Hubsäulen mit variabler Höhe

Unsere Hubsäulen basieren auf der präzisen Funktionsweise von Linearmotoren und sind für industrielle, medizinische und ergonomische Anwendungen konzipiert. Sie ermöglichen eine stabile und kontrollierte vertikale Bewegung schwerer Lasten. Besonders in Krankenhausbetten, bariatrische Betten oder höhenverstellbare Industriearbeisplätzen sorgen sie für Sicherheit und Komfort.

Für ergonomische Arbeitsplätze bieten wir Hubsäulen an, die dem BIFMA-Standard für höhenverstellbare Büros entsprechen. Diese sind in verschiedenen Farben, Formen, Konfigurationen erhältlich und als 2- oder 3-stufiges Design verfügbar.

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In welchen Anwendungsbereiche werden elektrische Linearmotoren eingesetzt?

Elektrische Linearmotoren sind äußerst vielseitig einsetzbar und überzeugen durch ihre präzise Funktionsweise. Sie wandeln elektrische Energie direkt in lineare Bewegung um, was sie für zahlreiche Branchen und Anwendungen unverzichtbar macht:

• Hausautomation: Elektrische Linearmotoren ermöglichen die Automatisierung von Möbeln, Fenster und verstellbare Betten , wodurch Komfort und Benutzerfreundlichkeit im Alltag gesteigert werden.
• Medizinische Geräte: In Krankenhausbetten, Patientenliften und OP-Tischen sorgen sie für eine exkate Positionierung und verbessern die Patientenversorgung durch ihre präzise Funktionsweise.
• Industrielle Automatisierung: Elektrische Linearmotoren treiben Roboterarmen, Förderbändern und Montagelinien an und gewährleisten dabei eine hohe Effizienz und Genauigkeit in Fertigungsprozessen.
• Automobilindustrie: Sie kommen in Fahrzeugsitzen, Heckklappen und weiteren verstellbaren Komponenten zum Einsatz, um den Komfort und die Funktionalität für Fahrer und Passagiere zu optimieren.
• Ergonomie am Arbeitsplatz: Als essenzieller Bestandteil von höhenverstellbaren Schreibtischen und Steh-Sitz-Arbeitsstationen verbessern sie die Körperhaltung, reduzieren Gesundheitsrisiken durch langes Sitzen und fördern eine produktive Arbeitsumgebung.

Die präzise Funktionsweise elektrischer Linearmotoren macht sie zu einer Schlüsseltechnologie in vielen Branchen, Ihre Anpassungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Automatisierungsfähigkeit sorgen für eine Optimierung von Prozessen und sichern ihnen eine Spitzenposition in zahlreichen Anwendungsbereichen.

Wie wählt man den richtigen elektrischen Linearmotor aus?

Die Auswahl des richtigen elektrischen Linearmotors ist entscheidend für den Erfolg jedes Entwicklungsprojekts im Bereich elektrischer Geräte. Dank ihrer präzisen Funktionsweise eignen sich Linearmotoren für eine Vielzahl von Anwendungen, doch jedes Projekt stellt spezifische Anforderungen. Um den optimalen elektrischen Linearantrieb zu bestimmen, sollten mehrere essenzielle Faktoren berücksichtigt werden: die Betriebsgeschwindigkeit, die Tragfähigkeit, der Einschaltdauerzyklus, räumliche Einschränkungen sowie die Betriebsumgebung. Die richtige Kombination dieser Parameter gewährleistet eine effiziente Funktionsweise und maximale Leistung der elektrischen Linearmotoren in der jeweiligen Anwendungen.

1. Definieren Sie Ihre Anwendungsziele

• Lastanforderungen: Ermitteln Sie die maximale Last, die der Aktuator bewegen muss. Dimensionierung gewährleistet eine hohe Effizienz und verlängert die Lebensdauer. Stellen Sie sicher, dass der ausgewählte Aktuator die Last bewältigen kann, ohne seine Kapazität zu überlasten.
• Geschwindigkeit: Bestimmen Siedie erforderliche Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators, um die Anwendungsanforderungen optimal zu erfüllen. Eine präzise Steuerung der Geschwindigkeit ist entscheidend für die Gesamtleistung, insbesondere bei zeitkritischen Anwendungen, in denen hohe Präzision gefragt ist.
• Einschaltdauer: Berücksichtigen Sie das Verhältnis von Betriebs- und Ruhezeit, um eine optimale Leistung sicherzustellen.  Ein geeigneter Aktuator sollte die erforderliche Betriebsfrequenz zuverlässig bewältigen, ohne Überhitzung oder vorzeitigen Verschleiß zu riskieren.
• Genauigkeit und Präzision: Bestimmen Sie die erfoderliche Präzision des Aktuators für Ihre Anwendungen. Besonders in der Robotik und Luft- und Raumfahrt sind minimale Abweichungen entscheidend, da sie die Leistung und Sicherheit erheblich beeinflussen können.

2. Analysieren Sie die Betriebsumgebung:

• Umgebung: Berücksichtigen Sie Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit, Staub und korrosive Elemente, denen der Aktuator ausgesetzt ist. Diese Analyse hilft, geeignete Schutzmaßnahmen wie Wasserdichtigkeit oder korrosionsbeständige Materialien auszuwählen.
• Platz- und Montageoptionen: Prüfen Sie die Installationsmaße und stellen Sie sicher, dass der Aktuator optimal in Ihr Systemlayout passt. Besonders kompakte Designs, wie Inline-Elektroaktuatoren, eignen sich 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. Unsere maßgeschneiderten Lösungen kommen Industrie, Medizintechnik, Haushalts- oder Büromöbel zum Einsatz. Besonders unser Linearmotoren überzeugen durch ihre präzise Funktionsweise, die eine zuverlässige, geräuscharme und effiziente Bewegung ermöglicht. Wir entwickeln maßgeschneiderte Lösungen und passen unsere Geräte präzise an die individuellen Anforderungen unserer Kunden an.

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

Häufig gestellte Fragen

F1: Wie warte ich einen elektrischen Linearmotor?

Elektrische Linearmotoren sind weitgehend wartungsarm. Überprüfen Sie regelmäßig den Zustand mechanischer Komponenten, gewährleisten Sie eine einwandfreie Schmierung (falls erforderlich) und halten Sie die elektrische Verbindungen sauber und sicher, um eine optimale Leistung und Langlebigkeit zu gewährleisten.

F2: In welchen Bereichen werden elektrische Linearmotoren eingesetzt?

A: Sie findenvielseitige Anwendung und steigern Effizienz sowie Automatisierung in verschiedenen Branchen:

• Hausautomation: Sie ermöglichen die Verstellung von Komfortbetten und Dunstabzugshauben.
• Gesundheitswesen: Einsatz in Pflege- und Krankenhausbetten, medizinischen Stühlen und Patientenliften zur Verbesserung der Patientenpflege und Mobilität.
• Ergonomie: Höhenverstellbare Schreibtischesowie Bildschirm- und TV-Liftsysteme fördern eine ergnomische Arbeitsumgebung.
• Industrie und Landwirtschaft: Sie steuern Maschinen wie Mähdrescher, Sprühgeräte und Traktoren sowie Belüftungssysteme und Sonnenschutzlösungen wie Pergolen und Lamellenzur Optimierung Umweltbedingungen und Energieeffizienz.

Diese vielfältigen Einsatzmöglichkeiten machen elektrische Linearmotoren zu einer zentralen Technologie für moderne Automatisierungslösung. Erfahren Sie mehr über unsere innovativen Linearantriebslösungen und kompakte Produktinformationen. Laden Sie hier unsere aktuellen Kataloge herunter.

F3: Sind elektrische Linearmotoren energieeffizient?

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

F4: Können elektrische Linearmotoren im Außenbereich eingesetzt werden?

A: Ja, mit geeigneter Abdichtung und hochwertigen Materialien lassen sich elektrische Linearmotoren auch unter anspruchsvollen Außenbedingungen nutzen. Achten Sie auf die passende IP-Schutzart, um optimale Leistung und Langlebigkeit für Ihre Anwendung zu gewährleisten.

→Erfahren Sie mehr über IP-Schutzarten für Linearantriebe

Q5. Welche Sicherheitsfunktionen bieten elektrische Linearmotoren?

A: Elektrische Linearmotoren sind mit integrierten Endschalter, Überlastschutz und Positionssensoren ausgestattet, um einen sicheren Betrieb sowie präzise Bewegungssteuerung zu gewährleisten.

→Erfahren Sie mehr über Sicherheitsoptionen in einem elektrischen Antriebssystem