Linearmotor

Ein Linearmotor ist eine elektrische Antriebsmaschine. Im Gegensatz zu den verbreiteten rotierenden Maschinen versetzt ein Linearmotor die mit ihm verbundenen Objekte nicht in eine drehende, sondern in eine geradlinige Bewegung (Translationsbewegung). Dabei ist grundsätzlich entweder eine asynchrone (das Magnetfeld ist nicht fest mit der Bewegung gekoppelt) oder eine synchrone Arbeitsweise (zum Beispiel beim Linearschrittmotor) möglich.

Der Linearmotor wurde vor dem rotatorischen Motor erfunden. 1854 ließ Charles Grafton Page einen Solenoid-Linearmotor mit Schubkurbel patentieren (US-Patent 10480 "Improvement in electro-magnetic engines"). Die Maschine war für den Antrieb von Lokomotiven gedacht.

Schnittdarstellung eines Linearmotors. In der Mitte die Spulen, rechts und links Permanentmagnete. Die Linearbewegung tritt zwischen Spulen und Permanentmagneten auf.

Funktionsprinzip

Linearmotoren folgen demselben Funktionsprinzip wie ein Drehstrommotor, wobei die ursprünglich kreisförmig angeordneten elektrischen Erregerwicklungen (Stator) auf einer ebenen Strecke angeordnet sind. Der "Läufer" oder Rotor, der im Drehstrommotor rotiert, wird beim Linearmotor von dem längs bewegten Magnetfeld über die Fahrstrecke gezogen. Daher rührt auch die vielfach verwendete Bezeichnung Wanderfeldmaschine. Eine Möglichkeit, sich das Konstruktionsprinzip eines Linearmotors bildhaft zu veranschaulichen, ist die "Abwicklung" eines rotierenden Drehstrommotors auf eine Ebene.

Die erforderliche Abstandshaltung zwischen Läufer und Linear-Wicklung kann zum Beispiel mit Rädern, Luftkissen oder durch elektromagnetisch geregeltes Schweben erfolgen.

Ein Linearmotor kann auf eine beliebige Länge gebaut werden, zum Beispiel für Bahnantriebe (Transrapid/RailCab HSST oder auch Achterbahnen). Für weiträumige Bewegungen (zum Beispiel Transportantriebe) kann der Linearmotor auch in gekurvter Form ausgeführt werden. Es gibt auch Linearschrittmotoren.

Einsatz in der Industrie

Praktisch aufgebauter Linearmotor

Linearmotoren kommen zunehmend in Werkzeugmaschinen, sowie bei Positioniersystemen und Handlingsystemen in der Lineartechnik, zum Einsatz. Normalerweise werden Vorschubkräfte von einem sich drehenden Elektromotor erzeugt und in einem Getriebe in eine translatorische Bewegung umgesetzt. Die Bewegung wird also indirekt herbeigeführt. Linearmotoren ermöglichen es, direkt eine translatorische Bewegung darzustellen, man nennt sie deswegen auch Direktantriebe.

Linearmotoren haben in diesem Bereich den Vorteil hoher Beschleunigungen von bis zur sechsfachen Fallbeschleunigung und von Verfahrgeschwindigkeiten bis 800 m/min (48 km/h). Die maximalen Kräfte, die mit asynchronen Polysolenoid-Linearmotoren erreicht werden, liegen derzeit bei 30 kN. Für das Erreichen noch höherer mechanischer Kräfte werden ebenfalls supraleitende Konzepte entwickelt. Außerdem sind sie durch eine Verringerung an reibenden Teilen besser für einen Einsatz im Reinraum geeignet.

Linearmotoren werden auch in zerspanenden Werkzeugmaschinen eingesetzt. Weltweit setzen heute schon viele Hersteller auf diese neue Antriebsmöglichkeit.

Linearmotoren werden auch häufig in Positioniergeräten oder verschiedenen anderen Maschinenarten, etwa bei Ultraschallmikroskopen, Plasmaschneidanlagen, Laserschneidanlagen und Wasserstrahlschneidanlagen, eingesetzt. Linearmotoren eignen sich auch als Pumpen für flüssige Metalle (zum Beispiel Natriumkreislauf in Atomkraftwerken), wobei die Motoren statisch montiert sind und die Felder das flüssige Metall im eingesetzten Durchlaufrohr in Bewegung bringen.

Normsymbol Linearmotor

Verstärkt werden Linearmotoren aufgrund der vielen konstruktiven Vorteile mittlerweile in Haushalts-Elektro-Kleingeräten wie elektrischen Zahnbürsten, elektrischen Rasierern, Mundduschen eingebaut. Als Stator kommen hierbei Magnete aus Neodym-Eisen-Bor zum Einsatz. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ergibt sich als Linator in dem Mikro-KWK mit der Produktbezeichnung lion von der Firma OTAG. Dieses Gerät erzeugt Strom und Wärme für Ein- bis Dreifamilien-Häuser.

Fachliteratur

• Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18.Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, 1989, ISBN 3-8085-3018-9
• Gregor D. Häberle, Heinz O. Häberle: Transformatoren und Elektrische Maschinen in Anlagen der Energietechnik. 2. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 1990, ISBN 3-8085-5002-3
• Günter Boy, Horst Flachmann, Otto Mai: Die Meisterprüfung Elektrische Maschinen und Steuerungstechnik. 4. Auflage, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1983, ISBN 3-8023-0725-9

Weblinks

• Supraleitende Linearmotoren
• Applet zur Visualisierung des Feldes in einer Asynchron-, Synchronmaschine, bzw. in einem Linearmotor
• Flash-Animation zum Transrapidsystem
• Linearantriebe bei Achterbahnen − Artikel mit Prinzipanimationen