Abbild Servotronix

Bild 1: Die Servomotoren der Reihe Pro2 eignen sich dank der zahlreichen Drehmoment- und Motoroptionen besonders für dynamische Anwendungen mit strengen Anforderungen an die Genauigkeit und Stabilität

Ein Servomotor (Bild 1) hat einen magnetischen Rotor, der mit einem Positionssensor – einem Geber– verbunden ist. Dieser übermittelt fortlaufend die exakte Position des Rotors. Servomotoren berechnen den Unterschied zwischen der tatsächlichen und der angeforderten Position bzw Drehzahl des Motors und regeln die Bewegung entsprechend nach. Dieser geschlossene Regelkreis, also der Closed Loop, stellt sicher, dass der Motor genau den Anweisungen folgt.
Ein Schrittmotor (Bild 2) rotiert hingegen in Schritten, wobei eine Magnetspule einen Magneten Schritt für Schritt von einer Position zur nächsten bewegt. Damit sich der Motor um 100 Positionen in eine bestimmte Richtung bewegt, regelt der Schaltkreis ihn 100-mal. Der Schrittmotor bewegt sich dabei mithilfe von Impulsen stufenweise und kann ­genau positioniert werden, ohne dass ein Positionssensor ­erforderlich ist. Er ist nicht nur kostengünstiger als ein Servomotor, sondern auch einfacher in der Inbetriebsnahme. Zudem ist er in der Ruhelage stabil und hält die Position selbst bei ­einer dynamischen Belastung. Allerdings sind mit steigenden Anforderungen bei bestimmten Anwendungen komplexere und damit teurere Servomotoren zu verbauen.

Positionierung

Ein wesentlicher Unterschied zwischen Schritt- und Servomotoren liegt in solchen Anwendungen vor, bei denen es zu jedem Zeitpunkt erforderlich ist, genau zu wissen, an welcher Position sich der Antrieb befindet. Bei einer Applikation mit offenem Regelkreis („Open Loop“) und Schrittmotor setzt die Steuerung stets voraus, dass sich der Motor ordnungsgemäß bewegt. Tritt ein Problem auf, zum Beispiel durch ein verklemmtes Teil, das den Motor anhält, ist dem Regler die aktuelle Position des Antriebes nicht mehr bekannt. Hier bietet der Closed Loop, der ja ein inhärenter Teil des Servomotors ist, einen Vorteil: Sollte der Antrieb blockiert werden, wird dies unmittelbar erfasst. Der Antrieb hält an, und die Position geht nicht verloren.

Drehzahl und Drehmoment

Die unterschiedliche Performanz von Schritt- und Servomotoren ist in den unterschiedlichen Motorkonzeptionen begründet. Schrittmotoren haben wesentlich mehr Pole als Servomotoren. Folglich erfordert eine vollständige Umdrehung eines Schrittmotors im Vergleich deutlich mehr Stromschaltungen innerhalb der einzelnen Windungen, wodurch das Drehmoment bei steigender Drehzahl in hohem Maß abfällt (Bild 3). Zudem kann bei Schrittmotoren die Synchronisierung der Schritte verloren gehen, wenn das maximale Drehmoment überschritten wird. Aus diesen Gründen wird bei den meisten Anwendungen mit hohen Drehzahlen Servomotoren der Vorzug gegeben. Im Gegenzug bietet die große Anzahl an Polen bei einem Schrittmotor bei niedri­geren Drehzahlen einen Vorteil, da das Drehmoment größer ist als bei einem Servomotor gleicher Größe.

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