Für einen zuverlässigen Betrieb und eine lange Lebensdauer Ihrer Anwendung ist es wichtig, den Linearmotor auszuwählen, der am besten zu Ihren Vorgaben passt und diese ideal erfüllt. Dieses Tutorial unterstützt Sie dabei, die Parameter zu ermitteln, die bei der Auswahl eines Linearmotors von Bedeutung sind. So finden Sie den passenden Linearantrieb aus dem FAULHABER-Portfolio für Ihr Projekt.
Die FAULHABER-Experten zeigen Ihnen Schritt für Schritt, wie sie relevanten Parameter für die Auswahl des passenden Linearmotors ermitteln.
Im Folgenden erfahren Sie:
4. Warum ein Praxistest auch bei genauer Kalkulation unerlässlich ist.
Um einen Linearmotor zu berechnen und den passenden Antrieb auszuwählen benötigen Sie neben der Größe des gesuchten Modells auch Informationen darüber, welche Leistungen der Motor im konkreten Anwendungsfall erbringen kann und soll. Aus diesem Grund ist die frühzeitige Ermittlung eines Geschwindigkeitsprofils unerlässlich: Ausgehend davon können Sie sowohl die erforderlichen Spitzen- und Dauerkräfte als auch die Temperaturentwicklungen des Linearmotors berechnen.
Die Grundlage für die Auswahl eines Linearmotors bildet ein aussagekräftiges Geschwindigkeitsprofil, das die verschiedenen Lastbewegungen der Achse im Anwendungsfall abbildet.
Um die für dieses Profil erforderlichen Eigenschaften der Bewegung zu ermitteln, gilt es daher, zunächst die folgenden vier Fragen zu beantworten:
Anhand dieser Daten können Sie das individuelle Geschwindigkeitsprofil des Linearmotors in der konkreten Anwendungssituation berechnen. Sofern von der Anwendung nicht anderweitig vorgegeben, sind die gängigsten Geschwindigkeitsprofile dreieckig oder trapezförmig. Im folgenden Anwendungsbeispiel wird die Berechnung anhand eines trapezförmigen Profils durchgeführt.
Im vorliegenden Fall setzen wir eine Gesamtmasse von 500 g voraus, die in 100 ms 20 mm weit auf einer Neigung mit einem Steigungswinkel von 20° bewegt werden muss. Für die Auswahl eines Linearmotors für diese Anwendung verwenden wir dabei ein trapezförmiges Geschwindigkeitsprofil.
Detailansicht: Berechnung der Geschwindigkeit und Beschleunigung für Teil 1
Die Spitzenkraft ist die größte Kraft, die während des Bewegungszyklus erreicht wird. Die Dauerkraft hingegen beschreibt die Kraft, die ein Linearmotor im Dauerbetrieb aufbringen kann und muss.
Um zu gewährleisten, dass das ausgewählte Modell sowohl dem langfristigen Einsatz als auch eventuellen Auslastungsspitzen gewachsen ist, ist es ratsam, auch die Spitzen- und Dauerkräfte bei der Auswahl eines Linearmotors im Vorfeld zu berechnen.
Gehen wir weiterhin von einem Linearmotor mit einer Last von 500 g und einem Reibungskoeffizienten von 0,2 aus, ergeben sich für diesen Anwendungsfall zunächst diese drei Kräfte.
Detailansicht: Berechnung der Reibungs- und Beschleunigungskräfte für Teil 1
Da nun die Kräfte der drei Teile des Profils bekannt sind, können in einem nächsten Schritt die erforderlichen Spitzen- und Dauerkräfte des Linearmotors berechnet werden.
Mit diesen beiden Werten ist es nun möglich, den geeigneten Motor für den konkreten Anwendungsfall zu finden. Für die Auswahl eines Linearmotors für unser Anwendungsbeispiel ergibt sich daraus die folgende Berechnung:
Um sowohl die Leistungsfähigkeit des Linearmotors als auch eine lange Lebensdauer der gesamten Anlage sicherzustellen, ist ein korrekter Spulenantrieb unerlässlich.
Von zentraler Bedeutung dafür ist die Temperatur der Spulenwicklung: Läuft die Spule im Dauerbetrieb heiß, steigt schließlich nicht nur der Widerstand, sondern auch das Risiko, dass die Spule durchbrennt. Haben Sie für die Auswahl eines Linearmotors bereits die erforderliche Dauerkraft berechnet, lohnt es sich daher, diese auch zur Prüfung der Temperaturentwicklung an der Spule heranzuziehen.
Für die Berechnung der Temperatur müssen die folgenden Parameter bekannt sein:
Da die Temperatur der Spulenwicklung stets für den Dauerbetrieb – sprich: mit Blick auf die anhaltende Belastung im alltäglichen Betrieb – berechnet wird, sind all diese Werte auf den Nennbetrieb bezogen.
Für das vorliegende Beispiel setzen wir eine Kraftkonstante kF gleich einer Dauerkraft von 6,43 N/A voraus. Die Formel zeigt das Berechungsergebnis des Motordauerstroms.
Mit einem elektrischen Widerstand von 13,17 sowie einem gesamten Wärmewiderstand von 23,2 °C/W (Rth1 + Rth2) und einem reduzierten Wärmewiderstand Rth2 um 55% (0,45 · Rth2), ergibt sich daraus wiederum die folgende Spulentemperatur im Nennbetrieb:
Intensive Vorbereitung und genaue Kalkulation sind für die Auswahl eines Linearmotors zwar unerlässlich, doch selbst die gründlichste Rechnung kann den Praxistest nicht ersetzen: Zahlreiche Umgebungsfaktoren, die sich auf den Betrieb des Linearmotors auswirken können, werden erst in der Anwendung sichtbar.
Wir empfehlen Ihnen daher, bereits während der Vorbereitung auf die Kaufentscheidung alle Parameter der geplanten Anwendung zu dokumentieren – inklusive aller Kalküle, von denen Sie sich bei der Auswahl des Linearmotors leiten lassen. So können Sie eventuelle Diskrepanzen zwischen Ihrem favorisierten Modell und der Anwendungssituation leichter aufdecken und umso schneller einen Linearmotor finden, der den Anforderungen Ihrer Anwendung exakt entspricht.
Sie bereiten sich gerade auf die Auswahl eines Linearmotors vor und benötigen dafür ein Datenblatt, das Sie auf unserer Website nicht finden können? Oder haben Sie bereits ein Geschwindigkeitsprofil, alle erforderlichen Kräfte und auch die Temperaturentwicklung des Linearmotors berechnet, sind aber noch unschlüssig, welcher unserer Motoren diesen Parametern am ehesten entspricht? Kein Problem: Die Experten von FAULHABER beraten Sie gerne in allen Fragen rund um die Auswahl Ihres Linearmotors. Füllen Sie hierzu einfach das Kontaktformular auf unserer Webseite aus und unsere Experten werden sich zeitnah mit Ihnen in Verbindung setzen.
