servomotor

Die zunehmende Automatisierung in allen Bereichen des Maschinenbaus erfordert immer kürzere Taktzeiten und eine höhere Flexibilität bei einem Produktwechsel. Diese Entwicklung hat hin zu den heute eingesetzten Servoantrieben geführt, also zu synchronen und asynchronen Servomotoren und synchronen Linearmotoren Bild: blackdiamond67/stock.adobe.com Ein moderner Servomotor ist aus dem Maschinenbau nicht mehr wegzudenken. Insbesondere dort wo Präzision und Flexibilität gefordert ist sowie eine hochdynamische und -genaue Positionierung benötigt wird, spielt er seine Stärken aus. Entscheidend für den Erfolg der heutigen Servotechnik war die rasante Entwicklung auf dem Gebiet der Halbleitertechnik und der modernen Mikro-Controller. Hochintegrierte und leistungsfähige Rechnersysteme sowie die zugehörigen Speicherbausteine ermöglichen den Einsatz digitaler Regelungen. Was genau ein Servomotor ist, wird tatsächlich unterschiedlich interpretiert. Generell wird ein Servomotor als ein Motor verstanden, der zumindest über eine Regelung verfügt beziehungsweise eine Rückmeldung über seine dreh- oder lineare Position liefern kann. Ein Servomotor ist also ein elektrischer Motor, der strom-, drehzahl- und/oder positionsgeregelt ist. Er ermöglicht die Einstellung vorgegebener Ströme, Drehzahlen und/oder Drehwinkel. Als Servomotor werden insbesondere spezielle Elektromotoren bezeichnet, die die Kontrolle der Winkelposition ihrer Motorwelle sowie der Drehgeschwindigkeit und Beschleunigung erlauben. Sie bestehen aus einem Elektromotor, der zusätzlich mit einem Sensor zur Positionsbestimmung ausgestattet ist. Die vom Sensor ermittelte Drehposition der Motorwelle wird kontinuierlich an eine meist außerhalb des eigentlichen Motors angebrachte Regelelektronik übermittelt, den so genannten Servoregler, der die Bewegung des Motors entsprechend einem oder mehreren einstellbaren Sollwerten – wie etwa Soll-Winkelposition der Welle oder Solldrehzahl – in einem Regelkreis regelt. „Servomotor“ beschreibt damit also nicht eine bestimmte Motor-Bauart, vielmehr können Servomotoren unterschiedlichster Bauart sein. Auch elektrohydraulische oder elektropneumatische Antriebe werden teilweise als Servomotoren bezeichnet. Ein Servomotor ist ein elektromechanisches Gerät, das auf der Grundlage der angelegten Spannung des zugeführten Stroms ein Drehmoment und eine Geschwindigkeit erzeugt. Ein Servomotor arbeitet als Teil eines geschlossenen Regelkreissystems, das ein Drehmoment und eine Geschwindigkeit liefert, die von einem Servoregler vorgegeben werden, der ein Rückführsystem zum Schließen des Regelkreises nutzt. Das Rückführsystem liefert Informationen wie Strom, Geschwindigkeit oder Position an den Servoregler, der die Motoraktion in Abhängigkeit von den Sollparametern anpasst. Ein Servomotor ist Teil eines Servomechanismus, der aus drei Schlüsselelementen besteht: einem Motor, einem Rückführsystem und einer Steuerelektronik. Der Motor kann AC/DC, mit Bürsten oder bürstenlos, rotierend oder linear und von beliebiger Größe sein. Das Rückführsystem kann ein Potenziometer, ein Hallsensor, ein Tachometer, ein Resolver, ein Encoder, ein linearer Umformer oder ein beliebiger anderer Sensor sein. Das Servosystem wird durch die Steuerelektronik vervollständigt, die den Motor mit Strom versorgt und die Rückführdaten und die Sollreferenz vergleicht, um zu überprüfen, ob der Servomotor wie vorgesehen arbeitet. Ein einfacher industrieller Servomotor besteht aus einem Permanentmagnet-Gleichstrommotor mit einem integrierten Tachometer, der eine zur Geschwindigkeit proportionale Ausgangsspannung liefert. Die Antriebselektronik liefert die erforderliche Spannung und den erforderlichen Strom an den Motor, basierend auf der vom Tachometer rückgeführten Spannung. In diesem Beispiel wird eine Solldrehzahl (dargestellt als Soll-Referenzspannung) im Treiber eingestellt. Dann vergleicht die Schaltung im Treiber die Tachometer-Rückführspannung und stellt fest, ob die gewünschte Drehzah