Für eine bestimmte Anwendung ist die Auswahl des geeigneten Servomotors entscheidend, um maximale Leistung, Wirtschaftlichkeit und Effizienz sicherzustellen. Da sie eine genaue Kontrolle über Drehmoment, Drehzahl und Winkelposition ermöglichen, sind Servomotoren entscheidende Komponenten von Automatisierungs- und Steuerungssystemen. Angesichts der vielen verfügbaren Alternativen kann es jedoch schwierig sein, den besten Servomotortyp für Ihre Anforderungen auszuwählen.

So wählen Sie Servomotoren aus

Größe und Formfaktor

Temperatur, Feuchtigkeit, Staub und chemische Belastung sind einige der Variablen, die sich auf die Lebensdauer und Leistung des Motors auswirken können. Der Motor muss in den verfügbaren Platz in Ihrer Maschine oder Ihrem Gerät passen, was durch die Konstruktion eingeschränkt sein kann. Darüber hinaus können das Gewicht und die Trägheit des Motors die Systemdynamik und -leistung beeinträchtigen.

  • Kompakte Motoren: Bei begrenztem Platz kann die Auswahl eines kleineren, kompakteren Motors erforderlich sein.
  • Größere Motoren: Für Anwendungen mit höherem Drehmoment können größere Motoren erforderlich sein, dies kann jedoch zu höherem Gewicht und höheren Kosten führen.

 

Achten Sie darauf, einen Motor auszuwählen, der Größe, Gewicht und Leistung in Einklang bringt, um Konstruktionskompromisse zu vermeiden.

Motortyp

Die Wahl des richtigen Servomotors für Ihre Anwendung ist die erste Entscheidung, die Sie treffen müssen. Schrittmotoren, Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren sind die drei Hauptarten von Servomotoren. Innerhalb der Kategorie der Wechselstrommotoren finden Sie jedoch sowohl synchrone als auch asynchrone (Induktions-)Servomotoren, die jeweils ihre Vorteile haben.

  • Gleichstrom-Servomotoren: Wenn bei niedrigen Geschwindigkeiten viel Drehmoment erforderlich ist, sind diese perfekt. Gleichstrommotoren werden häufig in kleineren Anwendungen mit geringem Stromverbrauch verwendet.
  • Wechselstrom-Servomotoren: Wechselstrommotoren werden aufgrund ihrer Lebensdauer und Effizienz für industrielle Anwendungen verwendet, darunter:Synchronous Servo
  • Synchron-Servomotoren: Diese Motoren laufen mit konstanter Geschwindigkeit und eignen sich perfekt für präzise Arbeiten, die einen zuverlässigen Betrieb erfordern.
  • Asynchron-Servomotoren (Induktions-)Servomotoren: Diese Motoren haben einen etwas geringeren Wirkungsgrad als Synchronmotoren, sind jedoch kostengünstig und robust und für allgemeine Anwendungen geeignet.

Die Wahl zwischen Gleichstrom und Wechselstrom sowie zwischen Synchron- und Asynchronmotoren hängt vom Leistungsbedarf, der Präzision und den Budgetbeschränkungen der Anwendung ab.

Lastanforderungen

Die Art der Last ist eine der wichtigsten Überlegungen bei der Auswahl eines Servomotors. Eine Last kann entweder konstant oder variabel sein, und ihre Eigenschaften bestimmen den zu verwendenden Motortyp.

  • Konstante Last: Wenn die Last konstant bleibt, wie beispielsweise bei einem Förderband mit fester Geschwindigkeit, kann ein Asynchron- oder Synchronmotor geeignet sein.
  • Variable Last: Wenn die Last im Laufe der Zeit schwankt oder sich ändert, wie beispielsweise bei einem Roboterarm, kann ein Motor mit höherer dynamischer Leistung, wie beispielsweise ein Synchronmotor, erforderlich sein, um eine konstante Geschwindigkeit und ein konstantes Drehmoment aufrechtzuerhalten.

Die Drehmoment- und Geschwindigkeitsfähigkeiten des Servomotors sollten an die Anforderungen der Last angepasst werden. Dazu gehört die Berücksichtigung des Spitzendrehmoments (maximales Drehmoment, das der Motor bewältigen kann) und des Dauerdrehmoments (das Drehmoment, das der Motor über längere Zeit aufrechterhalten kann).

Geschwindigkeits- und Drehmomentanforderungen

Geschwindigkeit und Drehmoment sind zwei grundlegende Parameter, die die Leistung eines Servomotors bestimmen. Bei der Auswahl eines Servomotors ist es wichtig, sowohl die für Ihre Anwendung erforderliche Drehzahl (in Umdrehungen pro Minute oder U/min) als auch das Drehmoment (in Newtonmeter oder Nm) zu ermitteln.

  • Drehzahl: Der Motor sollte in der Lage sein, die gewünschte Drehzahl unter Last bereitzustellen. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen wie CNC-Maschinen, Roboter und Förderbänder, bei denen eine präzise Kontrolle der Drehzahl erforderlich ist.
  • Drehmoment: Das Drehmoment ist die Kraft, die die Drehung des Motors antreibt. Je nach Last benötigen Sie einen Motor, der sowohl das erforderliche Spitzen- als auch das erforderliche Dauerdrehmoment liefern kann. Servomotoren haben unterschiedliche Drehmomentwerte, daher ist die Auswahl des richtigen Motors entscheidend, um eine Unter- oder Überlastung des Motors zu vermeiden.

Ein guter Ansatz besteht darin, das erforderliche Drehmoment und die erforderliche Drehzahl zu berechnen, bevor Sie einen Motor auswählen, um sicherzustellen, dass er sowohl die dynamischen als auch die statischen Anforderungen der Anwendung erfüllt.

Präzisions- und Steuerungsanforderungen

Die Fähigkeit von Servomotoren, Position, Drehzahl und Drehmoment präzise einzustellen, ist einer ihrer größten Vorteile. Bei der Auswahl eines Servomotors ist der für Ihre Anwendung erforderliche Präzisionsgrad ein entscheidender Faktor.

  • Hochpräzise Anwendungen: Für Anwendungen wie Roboter, CNC-Maschinen oder jedes System, das eine Feinpositionierung erfordert, ist ein Synchronservomotor möglicherweise die beste Option. Diese Motoren arbeiten ohne Schlupf und bieten konstante Geschwindigkeit und hohe Präzision auch unter wechselnden Lastbedingungen.
  • Allzweckanwendungen: Für Anwendungen, bei denen keine hohe Präzision erforderlich ist, kann ein Asynchronmotor (Induktionsmotor) ausreichend sein. Diese Motoren können immer noch eine gute Leistung erbringen, aber ihre Geschwindigkeit kann unter Last aufgrund von Schlupf leicht variieren.

Auch der Rückkopplungsmechanismus des Motors sollte berücksichtigt werden. Um eine Rückmeldung über die Position des Motors zu geben, verwenden Servomotoren normalerweise Encoder oder Resolver. Ein Rückkopplungssystem mit höherer Auflösung ermöglicht eine präzisere Steuerung der Motorbewegungen.

Kompatibilität des Steuerungssystems

Servomotoren sind Teil eines größeren Steuerungssystems, und die Kompatibilität zwischen Motor und Steuerung ist entscheidend. Die gängigsten Steuerungsmethoden für Servomotoren sind:

  • Pulsweitenmodulation (PWM): Die PWM-Steuerung wird häufig bei Gleichstrom-Servomotoren verwendet und ist eine einfache Möglichkeit, die dem Motor zugeführte Leistung durch Variation des Arbeitszyklus einer Rechteckwelle anzupassen.
  • Vektorsteuerung: Bei Wechselstrommotoren ermöglicht die Vektorsteuerung (auch als feldorientierte Steuerung oder FOC bekannt) eine präzise Steuerung von Drehmoment und Fluss. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, die reibungslos und effizient laufen müssen.

Spannung, Strom und Kommunikationsschnittstelle des Motors sollten alle mit dem Steuerungssystem funktionieren. Viele moderne Servomotoren bieten erweiterte Funktionen wie EtherCAT- oder Modbus-Kommunikationsprotokolle, die eine Echtzeitsteuerung über Netzwerke in industriellen Automatisierungsumgebungen ermöglichen.

Umweltaspekte

Die Betriebsumgebung spielt bei der Auswahl eines Servomotors eine entscheidende Rolle. Temperatur, Feuchtigkeit, Staub und chemische Belastung sind einige der Variablen, die die Lebensdauer und Leistung des Motors beeinflussen können.

  • Temperatur: Servomotoren sind für bestimmte Betriebstemperaturen ausgelegt. Wenn Ihre Anwendung extreme Temperaturen beinhaltet, wie z. B. in Öfen oder Kühlhäusern, benötigen Sie möglicherweise einen Motor, der für diese Bedingungen ausgelegt ist.
  • Feuchtigkeit: Für Umgebungen mit hoher Feuchtigkeit, wie z. B. Lebensmittelverarbeitungsanlagen oder Außeninstallationen, kann ein IP-geschützter Motor (Ingress Protection) erforderlich sein, der gegen Feuchtigkeit abgedichtet ist.
  • Rasante Umgebungen: In industriellen Umgebungen, in denen Staub, Schmutz oder Chemikalien ausgesetzt sind, sind möglicherweise Motoren mit robusten Dichtungen und Schutzbeschichtungen erforderlich, um sicherzustellen, dass sie weiterhin zuverlässig funktionieren.

Die Wahl eines Servomotors mit einer geeigneten IP-Schutzart (z. B. IP65 für staubdicht und wasserdicht) kann dazu beitragen, die Lebensdauer des Motors zu verlängern.

Kosten und Budget

Bei der Auswahl eines Servomotors sind die Kosten immer ein wichtiger Gesichtspunkt. Während hochpräzise und leistungsstarke Motoren oft mit höheren Anschaffungskosten verbunden sind, können sie durch höhere Effizienz, Zuverlässigkeit und geringere Wartungskosten langfristig Einsparungen bieten. Bei der Kostenbewertung sollten Sie auch Folgendes berücksichtigen:

  • Installationskosten: Einige Motoren erfordern möglicherweise zusätzliche Komponenten wie Getriebe, Encoder oder spezielle Verkabelung.
  • Wartungskosten: Motoren mit komplexerem Design oder die häufig kalibriert werden müssen, können im Laufe der Zeit höhere Wartungskosten verursachen.
  • Energieeffizienz: Die Energieeffizienz eines Motors kann sich langfristig auf die Betriebskosten auswirken, insbesondere bei Anwendungen mit hohem Arbeitszyklus.

Die Auswahl des richtigen Servomotors erfordert eine detaillierte Analyse der Anwendungsanforderungen, einschließlich Lasttyp, Geschwindigkeit, Drehmoment, Präzision, Steuerungssysteme, Umweltfaktoren und Budget. Durch das Verständnis der Leistungsmerkmale sowohl von Asynchron- als auch von Synchronmotoren kann Ihnen ein Servomotorhersteller dabei helfen, eine fundierte Entscheidung zu treffen und Effizienz und Langlebigkeit sicherzustellen.