Servomotoren, auch bekannt als Servosysteme oder Präzisionsaktuatoren, sind elektromechanische Geräte, die für die Bewegungssteuerung in der Industrieautomatisierung von grundlegender Bedeutung sind. Servomotoren wurden entwickelt, um Position, Drehzahl und Drehmoment präzise zu regeln. Sie bieten stabile Performance und schnelle Reaktionszeiten und sorgen dafür, dass auch Vorgänge mit hohen Anforderungen an dynamische Anpassungen und extreme Präzision erstaunlich effizient ablaufen.

In immer anspruchsvolleren industriellen Umgebungen ist der Servomotor eine Schlüsselkomponente in der automatisierten Steuerung; er ermöglicht einen sicheren, stabilen und äußerst zuverlässigen Betrieb, selbst unter variablen Lastbedingungen und kontinuierlichen Produktionszyklen.

Was ist ein Servoantriebssystem?

Ein Servoantriebssystem besteht aus einem Servoantriebsregler, einem Servomotor und einem Encoder. Der Servoantriebsregler regelt den Servomotor, indem er die Sollwerte mit den Rückmeldungen des Encoders vergleicht und den Motor entsprechend anpasst. Der Encoder liefert kontinuierlich Positions- und Drehzahldaten für eine präzise Bewegungssteuerung.

Servomotortypen

In der industriellen Automatisierungstechnik ist das Verständnis der auf dem Markt erhältlichen Servomotortypen von entscheidender Bedeutung für die Konstruktion leistungsfähiger Bewegungssteuerungssysteme, die Präzision, Stabilität und Effizienz im Betrieb liefern können. Jeder Servomotortyp hat spezifische Merkmale, die unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht werden; von leichten und sich wiederholenden Prozessen bis hin zu hochkomplexen Vorgängen mit hohen mechanischen Beanspruchungen. Die richtige Wahl des Servoaktuators hat direkten Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Produktivität des gesamten Systems.

AC-Servomotor (Wechselstrom)

Der AC-Servomotor ist ein bürstenloser, permanent magnetisierter Synchronmotor, der für den Betrieb mit Niederspannung ausgelegt ist. Entwickelt für industrielle Umgebungen hält er hohen Belastungen und kontinuierlichen Betriebszyklen stand und sorgt für eine exzellente Drehmomentregelung. Diese Motoren werden häufig in CNC-Maschinen, Roboterarmen und automatisierten Montagelinien eingesetzt, wo hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit erforderlich sind, z. B. EMMT-AS.

DC-Servomotor (Gleichstrom)

Der DC-Servomotor ist ein bürstenloser, permanent magnetisierter Synchronmotor, der für den Betrieb mit Kleinspannung (24...48 V) ausgelegt ist. Als bürstenloser DC-Motor (BLDC oder EC) benötigt er einen elektronischen Servoantriebsregler, um das Schalten von Gleichströmen zu steuern. Er bietet eine hohe Reaktionsfähigkeit mit guter Regelung von Drehzahl und Position und ist damit ideal für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch, wie z. B. leichte Robotertechnik, Laborgeräte und einfache Positioniersysteme, z. B. EMMT-EC.

Closed-Loop-Schrittmotor

Erweitert das Design eines Schrittmotors mit Positionsrückmeldung in Echtzeit, wodurch Schrittverluste vermieden werden. Ideal für leichte Automatisierungstechnik und Systeme, die Präzision erfordern, ohne den hohen Preis eines traditionellen Servomotors zu zahlen, z. B. EMMT-ST und EMMB-ST.

Linear-Servomotor

Anstelle einer Drehbewegung erzeugt dieser Motor eine lineare Bewegung, und zwar mit höchster Präzision. Er ist ideal für Prüfmittel, medizinische Anwendungen und industrielle Prozesse, die eine kontrollierte geradlinige Bewegung erfordern.

Vorteile

Servomotoren bieten gegenüber herkömmlichen Motoren mehrere Vorteile, die sie in der modernen Industrieautomation unverzichtbar machen:

Präzision

Servomotoren sind in der Lage, eine außergewöhnliche Präzision bei Bewegungen und Positionierungen zu erreichen, die sie einzigartig macht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Motoren, die mit konstanter Drehzahl ohne Positionsrückmeldung arbeiten, verwenden Servomotoren Encoder oder Sensoren, um die genaue Position der Welle kontinuierlich zu überwachen. Diese Rückmeldung ermöglicht Anpassungen in Echtzeit und sorgt dafür, dass der Motor Bewegungen mit einer Präzision erzeugt, die Bruchteile eines Grades erreichen kann. Dieses Merkmal ist bei industriellen Anwendungen, bei denen es auf Präzision ankommt, wie z. B. bei CNC-Maschinen, Robotik und Automationsanlagen von entscheidender Bedeutung.

Regelung

Die Regelung durch Servomotoren ist ein weiterer unübertroffener Vorteil gegenüber herkömmlichen Motoren. Dank ihrer ausgeklügelten Konstruktion und der Verwendung fortschrittlicher Algorithmen in der Steuerung können sie Drehzahl, Position und Drehmoment präzise regeln. Während herkömmliche Motoren auf Ein- und Ausschaltvorgänge oder eine einfache Drehzahlregelung beschränkt sind, können Servomotoren so programmiert werden, dass sie komplexe Aufgaben erfüllen, die subtile Variationen in Drehzahl und Positionierung erfordern. Damit sind sie ideal für Applikationen geeignet, die ein hohes Maß an Flexibilität und durchdachter Steuerung erfordern.

Dynamische Reaktionsfähigkeit

Die dynamische Reaktionsfähigkeit von Servomotoren ist ein weiterer Bereich, in dem sie herkömmliche Motoren übertreffen. Dank ihrer Rückmeldung in Echtzeit und der Fähigkeit, sich sofort auf Steuerbefehle einzustellen, können Servomotoren schnell auf Lastwechsel oder veränderte Betriebsbedingungen reagieren. Das macht sie in dynamischen Umgebungen mit sich schnell ändernden Betriebsbedingungen, wie z. B. in automatischen Handlingsystemen und adaptiven Produktionslinien, äußerst effektiv. Schnell auf präzise Befehle reagieren und den Betrieb sofort anpassen zu können, ist für die Aufrechterhaltung von Effizienz und Qualität in automatisierten Prozessen entscheidend.

Aus welchen Komponenten bestehen Servomotoren?

Ein System mit Servomotoren besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, die für eine präzise Bewegungssteuerung zusammenarbeiten:

Motor

Der Kern eines Servomotors ist der Motor selbst, der je nach Anwendung entweder mit Gleichstrom (DC) oder mit Wechselstrom (AC) betrieben wird. DC-Motoren kommen in der Regel in Anwendungen zum Einsatz, die eine präzise Regelung von Drehzahl und Drehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten erfordern, während AC-Motoren bei Anwendungen mit hoher Leistung und hohen Geschwindigkeiten bevorzugt werden. Der Motor wandelt elektrische Energie in mechanische Bewegung um, und seine Konstruktion ist für schnelles Ansprechverhalten und Effizienz bei variablen Betriebszyklen optimiert.

Encoder

Der Encoder oder Positionssensor ist eine entscheidende Komponente, die Servomotoren von herkömmlichen Motoren unterscheidet. Er misst die exakte Position der Motorwelle in Echtzeit und liefert kontinuierliche Rückmeldung an die Steuerung. Es gibt zwei Haupttypen von Encodern: Inkremental- und Absolute-Encoder oder Absolutwertgeber. Inkremental-Encoder geben Auskunft über die Bewegung der Welle, während Absolutwertgeber die genaue Position der Welle zu jedem Zeitpunkt angeben. Diese Rückmeldung ist für eine präzise Bewegungssteuerung unabdingbar und ermöglicht Anpassungen in Echtzeit, damit der Betrieb innerhalb der erforderlichen Parameter aufrechterhalten wird.

Servoantriebsregler

Der Servoantriebsregler ist das Gehirn des Servomotors. Er interpretiert die Eingabebefehle des Steuerungssystems (z. B. einer SPS oder eines Rechners) und regelt den Betrieb des Motors auf der Grundlage der Rückmeldung des Encoders. Er führt komplexe Regelungsalgorithmen wie PID (Proportional, Integral, Derivativ) aus, um die Drehzahl, die Position und das Drehmoment des Motors präzise zu regeln. Der Servoantriebsregler kann auch den Betrieb des Motors dynamisch anpassen, um Lastschwankungen und andere Betriebsbedingungen zu bewältigen und so eine optimale Leistungsfähigkeit zu gewährleisten, z. B. CMMT-AS oder CMMT-ST.

Auswahl des richtigen Servomotors für Ihre Anwendung

Die Wahl des richtigen Servomotors für Ihre Anwendung ist entscheidend für den effizienten und zuverlässigen Betrieb eines Systems. Jede Anwendung hat spezifische Anforderungen, und der Motor muss auf der Grundlage der Merkmale Bewegung, Last und Einsatzumgebung ausgewählt werden.

Analyse der Last

Verständnis über die Art der erforderlichen Bewegung: ist es eine Linear- oder Drehbewegung? Ist die Last schwer oder leicht? Konstant oder variabel? Diese Antworten sind wichtig, um die für die Anwendung erforderliche Leistung, das Drehmoment und die Präzision zu bestimmen.

Bewertung der gewünschten Präzision und Drehzahl

Anwendungen, die hohe Drehzahlen oder eine hochpräzise Positionierung erfordern, benötigen unter Umständen Motoren mit hochauflösenden Encodern und Steuerungen, die Anpassungen in Echtzeit vornehmen können. Drehzahl und Präzision müssen in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander stehen, um die betrieblichen Anforderungen ohne Beeinträchtigung der Stabilität des Systems zu erfüllen.

Prüfen der Systemkompatibilität

Stellen Sie sicher, dass der Servomotor mit Ihrer Steuerung, dem Kommunikationsprotokoll (wie EtherCAT®, PROFINET usw.) und der Spannungsversorgung kompatibel ist. Die Kompatibilität garantiert eine einfachere Integration und einen stabilen Betrieb.

Berücksichtigung der Betriebsumgebung

Der Motor muss für die Umgebungsbedingungen, unter denen er betrieben wird, geeignet sein, z. B. die Einflüsse von Staub, Feuchtigkeit, Vibrationen oder extreme Temperaturen. Die Wahl eines Modells mit einer geeigneten Schutzart (z. B. IP) ist entscheidend, um Ausfälle zu vermeiden und die Lebensdauer zu verlängern.

Kosten-Nutzen-Analyse

Robustere und präzisere Motoren sind oft mit höheren Anschaffungskosten verbunden, sind aber langfristig dank höherer Produktivität, Energieeinsparungen und geringerer Ausfallzeiten rentabler. Berücksichtigen Sie bei Ihrer Bewertung stets die langfristigen Betriebskosten.

Nutzen Sie unseren Konfigurator Electric Motion Sizing und dimensionieren Sie Ihr elektrisches oder elektromechanisches Antriebssystem schnell, einfach und präzise.

Abschließende Überlegungen

Da die Automatisierungstechnik immer intelligenter und anpassungsfähiger wird, kommt dem Servomotor eine Schlüsselrolle bei dieser Entwicklung zu. Die Kombination aus Präzision, Schnelligkeit und Flexibilität macht ihn in einer Vielzahl von Branchen unverzichtbar.

Für Ingenieure, Systemintegratoren und Hersteller, die intelligentere Lösungen für die Bewegungssteuerung suchen, ist das Verständnis der Rolle des Servomotors nicht nur hilfreich, sondern unerlässlich.