Servomotor

Was ist ein Servomotor?

Definition eines Servomotors

Der Begriff "Servo" bezieht sich auf den Steuerungsmechanismus und kommt von "servus", dem lateinischen Wort für Sklave. Servomotoren haben ihren Namen von der Tatsache, dass man sich darauf verlassen kann, dass sie "genau nach Anweisung" arbeiten.
Ein Motor, der Parameter wie Position und Geschwindigkeit steuern kann, wird als Servomotor bezeichnet, unabhängig davon, wie diese Steuerung erreicht wird. Daher wird der Begriff manchmal auch für Schrittmotoren und kernlose Motoren verwendet.
Im Zusammenhang mit unseren Absichten wird ein Servomotor jedoch als ein Motor mit einem Encoder (Drehbewegungsdetektor) und einem Treiber definiert, der die Informationen dieses Encoders zur Steuerung von Geschwindigkeit und Position (Drehwinkel) verwendet.

Unterschiede zwischen Servomotoren und Schrittmotoren

Wie Servomotoren sind auch Schrittmotoren in der Lage, ihren Drehwinkel in Reaktion auf externe Eingaben zu steuern. Sie können daher auch für die Positionierung von Maschinen und ähnliche Anwendungen eingesetzt werden. Es gibt jedoch zahlreiche Unterschiede zwischen diesen beiden Motortypen.

1. Der Steuermechanismus

Servomotoren verfügen über einen Encoder (Drehbewegungsdetektor), der ihre Drehposition ermittelt und eine Rückmeldung über die Motorposition liefert. Auf diese Weise wird eine präzise Anhaltegenauigkeit gewährleistet, und der Motor ist in der Lage, im Falle einer Abweichung von der Motorposition zum Zeitpunkt des Anhaltens in seine ursprüngliche Position zurückzukehren. Im Gegensatz dazu steht bei Schrittmotoren der Drehwinkel des Motors im Verhältnis zur Anzahl der Eingangsimpulse. Daher wird die Position durch die Anzahl der von der Steuerung empfangenen Eingangsimpulse gesteuert. Zwar wird kein Positionssensor benötigt, aber es fehlt auch ein Mittel zur Erkennung von Positionsabweichungen. Unerwartete Laständerungen können beispielsweise dazu führen, dass der Motor desynchronisiert wird (d. h., dass sich der Motor in einem anderen Winkel als dem vom Eingang vorgegebenen dreht).

2. Drehmoment und Geschwindigkeit

Servomotoren können mit hohen Drehzahlen betrieben werden und liefern ein zuverlässiges Drehmoment über einen breiten Drehzahlbereich von niedrig bis hoch. Schrittmotoren können bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment liefern, aber ihr Drehmoment nimmt mit steigender Drehzahl ab, so dass sie für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb weniger geeignet sind.

3. Kosten

Da Servomotoren einen Drehgeber und einen Servocontroller (Treiber) benötigen, sind sie teurer als Schrittmotoren.

Um mehr Details über Servo- und Schrittmotoren zu erfahren, klicken Sie bitte auf: Servomotor vs. Schrittmotor.

Geschichte der Servomotoren

Ab den 1950er Jahren wuchs in den Vereinigten Staaten das Interesse an der Fabrikautomation, zunächst in Bereichen wie Förderbändern, automatischen Maschinen und Industrierobotern. Frühe automatisierte Maschinen und Industrieroboter neigten dazu, hydraulische oder pneumatische Techniken zur Steuerung der Positionierung von Aktuatoren zu verwenden, aber sie litten unter Problemen in Bezug auf Genauigkeit, Betriebssicherheit, zugehörige Rohrleitungen, Hydrauliköl oder Luftleckagen.
In den 1950er und 1960er Jahren wurden mit der Verbesserung der Technologie zunehmend Gleichstrom-Servomotoren eingesetzt, die in Industrierobotern anstelle der problematischen hydraulischen und pneumatischen Mechanismen eingesetzt wurden.
Mit den Fortschritten bei den Industrierobotern kamen auch große technologische Fortschritte bei den Servomotoren. AC-Servomotoren wurden in den 1980er Jahren verfügbar. Zu ihren praktischen Vorteilen gehört, dass die Roboter kleiner und leichter werden, weshalb Servomotoren in modernen Industriemaschinen weit verbreitet sind.

Arten von Servomotoren

Servomotoren können in Gleichstrom-Servomotoren und Wechselstrom-Servomotoren unterteilt werden.

1. Gleichstrom-Servomotoren

Es handelt sich um Servomotoren, die von bürstenbehafteten Gleichstrommotoren (DC) angetrieben werden. Gleichstrommotoren sind leichter zu steuern als Wechselstrommotoren. Sie sind wegen ihrer geringen Größe und niedrigen Kosten weit verbreitet, aber die Verwendung von Gleichstrommotoren ist in letzter Zeit aufgrund von Fortschritten in der AC-Motorsteuerungstechnologie zurückgegangen.

2. AC-Servomotoren

Dies sind Servomotoren, die von Wechselstrommotoren (AC) angetrieben werden. Sie sind zwar komplizierter zu steuern als Gleichstrommotoren, aber dank der Fortschritte in der Steuerungstechnik sind sie heute der häufigste Servomotorentyp.
Abhängig von ihrem Antriebsmechanismus können AC-Servomotoren in Synchronmotoren (SM) und Induktionsmotoren (IM) unterteilt werden. Sie werden nach dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Permanentmagneten unterschieden.
SMs enthalten einen Dauermagneten. Um die Leistung des Motors zu erhöhen, müssen mehr Dauermagnete eingesetzt werden. Dauermagnete sind teuer und die Kosten des Motors werden hoch. Aus diesem Grund werden sie häufig in Anwendungen mit geringer Leistung (bis zu 10 kW) eingesetzt. Mit der Verfügbarkeit von Hochleistungs-Permanentmagneten in den letzten Jahren sind synchrone AC-Servomotoren jetzt jedoch die bevorzugte Standardwahl.
IMs verwenden keine Dauermagnete und werden eher für Anwendungen mit höherer Leistung (10 kW oder mehr) eingesetzt.

Anwendungen von Servomotoren

Aufgrund ihrer genauen Positionierungseigenschaften werden Servomotoren häufig in Anwendungen wie Industrierobotern und Präzisionsmaschinen eingesetzt. Beispiele für Anwendungen sind folgende:

• Gelenke von Industrierobotern
• Gelenke für humanoide Roboter
• Gerätesteuerung in Lebensmittelverarbeitungsmaschinen
• Ausrüstungssteuerung in Verpackungsmaschinen
• Bandantriebe in Förderanlagen
• Automatische Türen in Zügen
• X-Y-Tische, die in LCD- und Halbleiterprüfmaschinen verwendet werden
• Pressen/Walzenvorschübe
• Drehtische für Werkzeugmaschinen oder Inspektionssysteme
• Steuerung von Pressen
• Steuerung von Klebemaschinen
• Steuerung von Kunststoffspritzgussmaschinen
• Steuerung von Vergnügungsmaschinen
• Funksteuerung und andere Hobbyanwendungen
• Maschinen zur Beschichtung oder Aufdampfung
• Spin-Cleaning-Maschinen für LCDs und Halbleiter