Kapitel 2: Aufbau eines elektrischen Linearmotors

Willkommen zu Teil Zwei unserer sechsteiligen Serie über die Grundlagen von elektrischen Linearantrieben und wichtige Überlegungen bei der Auswahl eines elektrischen Bewegungssystems.

Falls Sie Teil Eins verpasst haben – „ Was ist ein elektrischer Linearmotor? Definition und Typen erklärt “ – empfehlen wir Ihnen, diesen nachzuholen. In diesem Abschnitt haben wir die Grundlagen von elektrischen Linearantrieben behandelt, einschließlich ihrer Funktionsweise, der verschiedenen Typen und hilfreicher Tipps zur Auswahl des richtigen Aktuators für Ihre spezifischen Anforderungen. Verpassen Sie nicht diese essenzielle Grundlage, bevor wir in Teil Zwei tiefer in die Details eintauchen.

Elektrische Linearantriebe sind elektromechanische Geräte, die elektrische Energie in lineare Bewegung umwandeln und eine zentrale Rolle in verschiedenen Branchen wie dem Gesundheitswesen, der industriellen Automatisierung und der Hausautomation spielen. Um die Funktionsweise dieser Systeme vollständig zu verstehen, ist es entscheidend, sich mit ihrem Linearmotor Aufbau zu beschäftigen. Dieser Artikel beleuchtet die wichtigsten Komponenten eines elektrischen Linearantriebs, ihre Funktionen und ihren Beitrag zur Gesamtleistung des Aktuators.

Vorteile des Verständnisses des Linearmotor Aufbaus

Optimiertes Systemdesign

Ein tiefes Verständnis der Komponenten eines elektrischen Linearantriebs ermöglicht Ingenieuren und Designern, den idealen Aktuator für ihre spezifischen Anwendungen auszuwählen. Kenntnisse über die Stärken, Einschränkungen und Kompatibilität von Bauteilen wie Motoren, Spindeln und Rückmeldesensoren stellen sicher, dass der Aktuator die betrieblichen Anforderungen effektiv erfüllt.

Kosteneffizienz

Das Wissen über den Linearmotor Aufbau und die zugehörigen Komponenten unterstützt nicht nur ein besseres Design, sondern trägt auch zu langfristigen Kosteneinsparungen bei. Richtig ausgewählte Komponenten minimieren die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen und verlängern die Lebensdauer des Aktuators.

Anpassungspotenzial

Ein detailliertes Verständnis der Aktuatorkomponenten eröffnet die Möglichkeit, maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen. Ob es darum geht, einen bestimmten Typ von Rückmeldesensor für präzise Steuerung zu integrieren oder ein kompaktes Gehäuse für begrenzten Platzbedarf zu entwerfen – Anpassungen sorgen dafür, dass der Aktuator nahtlos in das System passt. Diese Flexibilität ist besonders in Branchen wie Robotik oder Medizintechnik von unschätzbarem Wert, wo Präzision und Anpassungsfähigkeit entscheidend sind. Durch das Verständnis der Funktionalitäten einzelner Komponenten können Hersteller mit Lieferanten von Aktuatoren zusammenarbeiten, um maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln, die Leistung und Zuverlässigkeit maximieren.

Wichtige Komponenten eines elektrischen Linearantriebs und ihre Funktionen

A. Die Befestigung vorne/hinten

Die Befestigung ist ein U-förmiges Metallstück mit Löchern an beiden Enden, durch die ein Stift oder eine Schraube geführt wird. Gabelkopfbefestigungen an der Vorder- und Rückseite des Linearantriebs ermöglichen die Montage an der Anwendung.

TiMOTION-Befestigungselemente sind rund, U-förmig (oder geschlitzt) oder mit einem Loch versehen. TiMOTION passt die Gabelköpfe für jede Anwendung individuell an.

B.Das äußere Rohr

Dieses auch als Außenprofil bezeichnete Rohr aus stranggepresstem Aluminium schützt die Außenseite des Antriebs und umfasst alle internen Komponenten des Elektrozylinders.

C. Das Innenrohr

Das Innenrohr, das auch als Verlängerungsrohr, Antriebsrohr, Übertragungsrohr oder Kolben bezeichnet wird, besteht in der Regel aus Aluminium oder rostfreiem Stahl. Im eingefahrenen Zustand umschließt das Innenrohr das Schneckengetriebe. Dieses Rohr ist an einer Gewindemutter befestigt und fährt aus oder ein, wenn sich die Mutter entlang der Schnecke bewegt.

D. Die Schnecke

Die Schnecke, die auch als Leitspindel, Drehspindel oder Hubspindel bezeichnet wird, ist eine lange gerade Stange, die sich in einer Maschine oder einem Werkzeug dreht. Bei ihrer Drehung bewegt sich die Mutter mit und zieht so das Innenrohr aus oder ein, um eine lineare Bewegung zu erreichen.

E. Der Sicherheitsstopp

Der Sicherheitsstopp befindet sich am Ende des Schneckengetriebes und soll ein Überdehnen des Innenrohrs verhindern.

F. Die Dichtung

Die Dichtung ist ein Bestandteil des Linearzylinders, die am Ende des Außenrohrs angebracht ist und verhindert, dass feste und flüssige Verunreinigungen in das Innenrohr gelangen. Sie sorgt für eine gute Abdichtung zwischen dem Innen- und Außenrohr und beeinflusst die Schutzart (IP) des elektrischen Linearantriebs.

Die elektrischen Linearantriebe von TiMOTION können in den Schutzarten IP54, IP66, IP67, IP68 und IP69K ausgeführt werden.

G. Die Mutter

Die Mutter, entweder eine ACME- oder eine Kugelmutter, ist am Innenrohr befestigt und bewegt sich entlang des Schneckengetriebes, wodurch das Innenrohr aus- oder eingefahren werden kann. Sie kann aus Metall oder Kunststoff bestehen und ist manchmal verkeilt, um ein Verdrehen des Innenrohrs zu verhindern.

H. Endschalter

Die Endschalter steuern die Position des Innenrohrs, wenn es vollständig aus- oder eingefahren ist, indem sie ein Signal senden und/oder den Motor elektrisch abschalten. Diese Schalter verhindern, dass der Elektrozylinder zu weit aus- oder einfährt.

I. Zahnräder

Ein Zahnrad besteht aus Stahl oder Kunststoff und ist mit anderen Zahnrädern gekoppelt, die das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit eines Antriebsmechanismus (z. B. eines Automotors) und der Geschwindigkeit der angetriebenen Teile (der Fahrzeugräder) verändert. Das Getriebe, das direkt mit dem Motor verbunden ist, wird als Antriebsrad bezeichnet. TiMOTION bietet je nach Anwendungsfall unterschiedliche Verzahnungsvarianten (Schnecken- oder Stirnradgetriebe).

J. Das Motorgehäuse

Das Motorgehäuse enthält alle internen Komponenten des Getriebemotors und schützt diese vor Beschädigungen. Das TiMOTION-Motorgehäuse besteht in der Regel aus hochwertigem Kunststoff, außer bei den Industriemodellen, bei denen das Motorgehäuse aus Gussaluminium gefertigt ist.

K. Gleichstrommotor

Der Gleichstrommotor erzeugt die gesamte für den Betrieb des Elektrozylinders erforderliche Energie. Es gibt verschiedene Arten von Gleichstrommotoren, TiMOTION verwendet jedoch Bürstenmotoren, die sich wie folgt zusammensetzen:

• Der Stator

Dieser äußere Teil ist feststehend und besteht aus dem Motorgehäuse, zwei Permanentmagneten und Motorkappen. Der Stator erzeugt ein kontinuierliches Magnetfeld, das den Rotor umgibt.

• Der Rotor

Der Rotor, auch Anker genannt, ist der innere Teil des Motors. Dieser Teil ist beweglich (er dreht sich) und besteht hauptsächlich aus einem Silizium Stahlblech, einer Motorwelle, einem Kommutator und Kupferspulen.

• Der Schalter

Der Schalter besteht aus einem Paar von Platten, die an der Motorwelle befestigt sind. Diese Platten bieten zwei Anschlüsse für die Magnetspule. Der Schalter dient dazu, die Polarität des Motors umzupolen und ermöglicht es dem Motor, ohne Drehmomentverlust zu laufen.

• Kohlebürsten

Kohlebürsten übertragen durch Gleitreibung den elektrischen Strom vom Stator auf den Rotor des Motors.

• Die Motorwelle

Die Motorwelle verbindet den Getriebemotor mit dem unteren Teil des Stators.

Hinweis: TiMOTION stellt auch Wechselstrommotoren (AC) her. Dieser Motortyp ist zum Beispiel für den MA1-Industrie-Elektrozylinder erhältlich.

L. Endschalter und Positionsrückmeldesensoren

Die Sensoren werden verwendet, um die Position des elektrischen Zylinderhubs an den MCU (Mikrocontroller) zu übermitteln. Elektrische Linearzylinder erfordern in der Regel eine Positionsrückmeldung, wenn die Anwendung hohe Funktionen wie die Synchronisierung mehrerer Geräte oder die Positionsspeicherung erfordert. Es gibt verschiedene Arten von Sensoren:

• Hall-Sensor

Das Ausgangssignal von Hall-Sensoren hängt mit der Dichte des Magnetfelds um das System herum zusammen. Wenn dieses Magnetfeld einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, erkennt das System das und erzeugt eine Spannung, die so genannte Hallspannung. Ein elektrischer Linearantrieb mit Positionsrückmeldung bietet Zuverlässigkeit und Genauigkeit, was die Hauptaufgabe des Hall-Sensors ist.

• Das Potentiometer (POT)

Ein POT-Sensor besteht aus einem Schleifer/Schieber und zwei Endanschlüssen, die ein elektrisches Signal ausgeben. Wenn sich die Leitspindel (Spindel) des Linearaktuators dreht, ändert sich der Widerstand zwischen dem Schleifer und den beiden Endanschlüssen. Jeder Widerstandswert entspricht einer Position im Hub des Aktuators.

• Reed-Sensoren

Der Reedsensor ist ein magnetischer Positionssensor. Er verfügt über einen elektrischen Schalter, der durch ein Magnetfeld betätigt wird. Es handelt sich um einen Schalter, der aus einem Paar von Kontakten besteht, die auf eisenhaltigen Metallzungen in einem versiegelten Glasgehäuse montiert sind. Die Kontakte können geöffnet und geschlossen werden, wenn ein Magnetfeld vorhanden ist, und umgekehrt (Schließen des Stromkreises und Unterbrechung der Stromzufuhr zum Elektrozylinder).

Branchenspezifische Konfigurationen von Linearmotor-Komponenten

Medizinische Anwendungen

Im Gesundheitswesen müssen die Komponenten eines elektrischen Linearantriebs strenge Hygiene- und Präzisionsanforderungen erfüllen. Designs mit erhöhter Wasserbeständigkeit sind unerlässlich, um Sterilisationschemikalien standzuhalten und Sauberkeit zu gewährleisten. Integrierte Rückmeldesensoren ermöglichen präzise Anpassungen in Anwendungen wie Krankenhausbetten und OP-Tischen, was den Komfort und die Sicherheit der Patienten sicherstellt. Darüber hinaus werden elektrische Aktuatoren in medizinischen Geräten häufig für einen geräuscharmen Betrieb ausgelegt, um die Lärmbelastung in sensiblen Umgebungen zu minimieren.

Industrielle Automatisierung

Industrielle Umgebungen erfordern robuste Aktuatorkomponenten, die intensiven Kräften und extremen Bedingungen standhalten. Hochfeste Stahlspindeln, robuste Motorengehäuse und fortschrittliche Abdichtungslösungen schützen vor Staub, Feuchtigkeit und extremen Temperaturen. Rückmeldesensoren liefern Echtzeitdaten zur Überwachung und Steuerung von Maschinen in Anwendungen wie Förderbändern und Roboterarmen. Haltbarkeit und Zuverlässigkeit sind entscheidend, da Aktuatoren in solchen Umgebungen konstant unter schweren Lasten und bei repetitiven Zyklen funktionieren müssen.

Prüfstandards für elektrische Linearmotoren

Elektrische Linearmotoren durchlaufen umfassende Tests, um sicherzustellen, dass sie den strengen Branchenstandards in Bezug auf Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit entsprechen. Diese Tests dienen dazu, die Funktionalität des Motors unter verschiedenen Anwendungen und Betriebsbedingungen zu validieren.

Leistung:

Elektrische Linearmotoren werden hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit, Geschwindigkeit und Präzision unter unterschiedlichen Umgebungs- und Betriebsbedingungen getestet. Diese Prüfungen bestätigen, dass der Motor seine spezifizierten Fähigkeiten konstant erfüllen kann, ohne dabei an Funktionalität einzubüßen.

Zuverlässigkeit:

Stresstests simulieren einen längeren Gebrauch, um den Verschleiß kritischer Komponenten wie Motoren, Getriebe und Spindeln zu bewerten. Diese Tests stellen sicher, dass der Motor langlebig ist und minimale Wartung erfordert, was ihn ideal für langfristige Anwendungen macht.

Sicherheit:

Die Sicherheitsprüfung konzentriert sich auf kritische Merkmale wie Überlastschutz, die ordnungsgemäße Funktion von Endschaltern und die Einhaltung von IP-Schutzarten, die Schutz vor Wasser, Staub und anderen Verunreinigungen bieten. Diese Bewertungen sind besonders wichtig in Bereichen wie Gesundheitswesen, industrieller Automatisierung und anderen Umgebungen, in denen Zuverlässigkeit und Sicherheit oberste Priorität haben.

Ein Verständnis des Linearmotor Aufbaus optimiert Anwendungen

Das Verständnis der Komponenten eines elektrischen Linearmotors ist der erste Schritt, um Ihre Anwendungen zu optimieren. Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihnen geholfen hat, ein besseres Verständnis und eine solide Grundlage für elektrische Linearmotoren zu entwickeln.

In unserem nächsten Abschnitt werden wir uns mit den Sicherheitsoptionen befassen, die in einen Aktuator integriert werden können.

TiMOTION bietet maßgeschneiderte, hochwertige Lösungen, die auf vielfältige Anforderungen zugeschnitten sind. Egal, ob Sie Präzision, Langlebigkeit oder fortschrittliche Rückmeldesysteme suchen – TiMOTION verfügt über das Fachwissen, um Sie zu unterstützen.

Kontaktieren Sie uns noch heute, um herauszufinden, wie unsere Komponenten für elektrische Linearmotoren Ihre Systeme auf das nächste Level bringen können!

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Q1: Welche Rolle spielen Rückmeldesensoren in elektrischen Aktuatoren?

A: Rückmeldesensoren liefern wichtige Daten über die Hubposition des Aktuators, was eine präzise Steuerung ermöglicht. Sie sind besonders nützlich in Anwendungen, die Synchronisation oder Speicherpositionierung erfordern.

Q2: Wie verbessert der Wischer die Haltbarkeit eines Aktuators?

A: Der Wischer dichtet den Spindelbereich ab und verhindert, dass Verunreinigungen eindringen, wodurch ein reibungsloser Betrieb gewährleistet wird. Er bestimmt auch die IP-Schutzart des Aktuators, was für Anwendungen in rauen Umgebungen entscheidend ist. Der Wischer ist ein integraler Bestandteil des Linearmotor Aufbaus, der die Langlebigkeit des Systems sichert.

Q3: Warum sind Endschalter unverzichtbar?

A: Endschalter verhindern die Überdehnung oder das Überziehen des Aktuators, was sowohl den Aktuator als auch die Anwendung schützt. Sie verbessern außerdem die Automatisierung, indem sie Signale an Steuerungssysteme senden, um den Betrieb effizienter zu gestalten.

Ein umfassendes Verständnis dieser Komponenten und ihrer Funktionen hilft dabei, den Linearmotor Aufbau für spezifische Anwendungen optimal zu gestalten.