Linearmotor Im Sekundärteil magnetfrei

Bild 1. Ihr magnetfreies und dadurch in allen Belangen kosteneffizientes Sekundärteil prädestiniert die Synchron-Linearmotoren »1FN6« von Siemens vor allem für Anwendungen mit langen Verfahrwegen.

Mit einem magnetfreien Sekundärteil ist der neue Synchron-Linearmotor von Siemens einfacher zu montieren sowie robuster und kosteneffizienter als die bisherigen Konstruktionen. Mit seiner prinzipbedingt guten Regelbarkeit, der hohen Kraftdichte und Präzision bei maximaler Dynamik ist der synchrone Linearmotor prädestiniert für Antriebsanwendungen mit langen Verfahrwegen.

Die Realisierung längerer Verfahrwege an Werkzeugmaschinen oder Transfersystemen kann auf gewisse Hindernisse stoßen: Klassische Antriebslösungen mit mechanischen Übertragungselementen wie Getrieben, Riemen, Zahnstangen oder Kugelrollspindeln sind um so schwingungsanfälliger, je länger sie bauen. Sie verschleißen früher und sind im Vergleich zu elektronischen Systemen auch weniger flexibel.

Andererseits sind herkömmliche, für die Aufgaben an sich geeignete Linearmotoren aufgrund der Kosten für die Permanentmagnete nicht die wirtschaftlichste Alternative für längere Verfahrstrecken. Unabhängig davon erlauben bestimmte Anwendungen einfach keine dauermagnetischen Komponenten, beziehungsweise ist es schwierig und aufwendig, längere magnetische Sekundärteilspuren vor Verschmutzung zu schützen. Die verfügbaren magnetfreien Asynchron-Linearmotoren haben eine begrenzte Kraftdichte und Dynamik, sind schwieriger zu regeln, dadurch begrenzt in ihrer Präzision, und die Energieverluste sind relativ hoch.

Magnetlos zur Lösung

Die Direktantriebsspezialisten der Business Unit Motion Control Systems (MC) der Siemens Division Drive Technologies haben diese Hürden überwunden und eine technisch innovative und wirtschaftliche Lösung für die genannten Aufgaben entwickelt: permanentmagneterregte Synchron- Linearmotoren der Baureihe »1FN6«. Die elektromagnetische Auslegung des Motors ist auf hohe Kraftdichte bei großen Luftspalten optimiert. Durch die Integration der Magnete im Primärteil wurde ein passives Sekundärteil in Form der gezahnten Eisenstruktur realisiert: ohne Permanentmagnete und ohne Verlustleistung.

Da das Sekundärteil des neuen Linearmotors keine Permanentmagnete mehr enthält, sind Herstellung, Montage und auch Wartung wesentlich vereinfacht und die Gesamtkosten entsprechend reduziert. Damit sind auch Anwendungen mit Verfahrwegen ab 4 m aufwärts und offen liegende Strecken wirtschaftlich ausführbar – oder eben Anwendungen, die mit magnetischen Sekundärteilen schlicht undenkbar waren. Die großen Luftspalte erlauben Einbautoleranzen von ±0,3 mm. Das senkt die Anforderungen an die Vorbereitung von Montageflächen und macht noch unempfindlicher gegenüber Schmutz und Temperatureinflüssen. Wegen seiner nahezu vollständigen mechanischen Verschleißfreiheit ist das System auch extrem robust und kann über lange Zeiträume ohne Wartung (Nachjustieren) betrieben werden. Die zugehörigen Primärteile sind in einem metallischen, rostfreien Gehäuse gekapselt und somit ebenfalls für den Einsatz im Umfeld von Werkzeugmaschinen ausgelegt.

Dabei verfügt der innovative Neuansatz über sämtliche Eigenschaften eines Synchron-Direktantriebes, insbesondere hohe Kraftdichte und Präzision bei höchster Dynamik. Die Kraftdichte ist wesentlich höher als bei herkömmlichen Asynchron-Linearmotoren, so dass sich bei gleicher Kraft ein deutlich kompakterer Aufbau ergibt. Hinzu kommt eine höhere Effizienz dank geringerer Energieverluste. Das Produktspektrum der ersten selbstgekühlten Ausführung des »1FN6« bietet dauerhaft hohe Bemessungskräfte (FN) von ca. 250 bis 3200 N (abhängig von den jeweiligen Einbau- und Umgebungsbedingungen), wobei die Maximalgeschwindigkeiten (vmax) zwischen 170 und 540 m/min betragen. Die kurzzeitig erreichbaren Maximalkräfte (Fmax) sind mit 900 bis 8080 N um ein Vielfaches höher als bei den herkömmlichen Antrieben. Mit geeigneten Messsystemen und unter entsprechenden Temperaturbedingungen werden Positioniergenauigkeiten im Nanometerbereich erreicht.