Ein Mähroboter benötigt in der Regel drei Motoren: einen Schneidmotor und zwei unabhängige Radantriebsmotoren. Diese Konfiguration mit drei Motoren ist weit verbreitet, da sie eine separate Steuerung der Messerrotation, der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung sowie des Lenkens ermöglicht.
Typische Motorkonfigurationen
| Konstruktion von Mährobotern | Schneidmotoren | Antriebsmotoren | Hilfsmotoren | Typische Gesamtzahl |
| Einfacher Kompaktmäher | 1 | 1–2 | 0 | 2–3 |
| Standard-Rasenmäher für den privaten Gebrauch | 1 | 2 | 0 | 3 |
| Rasenmäher mit zwei Messern | 2 | 2 | 0 | 4 |
| Mäher mit Allradantrieb | 1 | 4 | 0 | 5 |
| Hochwertiger Rasenmäher mit elektrischer Höhenverstellung | 1–2 | 2–4 | 1 | 4–7 |
| Professioneller Mehrscheibenmäher | 2–3 | 2–4 | 0–2 | 4–9 |
Bei den meisten Roboter-Rasenmähern für den privaten Gebrauch bieten drei Motoren das beste Gleichgewicht zwischen Mobilität, Mähleistung, Energieverbrauch, mechanischer Komplexität und Produktionskosten.
Warum die meisten Mähroboter drei Motoren verwenden
Ein handelsüblicher Mähroboter verfügt in der Regel über:
- Einen Motor zum Antrieb der Mähscheibe oder des Messers
- Einen Motor für das linke Rad
- einen Motor für das rechte Rad
Die beiden Radmotoren arbeiten unabhängig voneinander. Durch die Veränderung ihrer Drehzahl und Drehrichtung kann sich der Mäher geradeaus bewegen, einer kurvigen Bahn folgen, rückwärts fahren oder fast innerhalb seiner eigenen Körperlänge wenden.
Wenn sich beispielsweise beide Radmotoren mit derselben Geschwindigkeit vorwärts drehen, fährt der Mäher geradeaus. Dreht sich das linke Rad langsamer als das rechte, biegt die Maschine nach links ab. Durch entgegengesetzte Radrotation kann der Mäher auf engstem Raum scharf wenden.
Durch diesen Aufbau entfällt die Notwendigkeit einer separaten mechanischen Lenkung. Eine herkömmliche Lenkachse würde Gestänge, Gelenke, zusätzlichen Platz und mehr bewegliche Teile erfordern. Eine unabhängige Motorsteuerung eignet sich in der Regel besser für eine kleine autonome Maschine, die häufig die Richtung wechselt.
Der Schneidmotor arbeitet separat, da die Drehzahl der Schneidscheibe auch bei Änderungen der Raddrehzahl stabil bleiben muss. Der Mäher mag in der Nähe einer Begrenzung langsamer werden, anhalten, um einem Hindernis auszuweichen, oder an einem Hang wenden, doch die Schneidscheibe muss möglicherweise weiterhin ihre Soll-Drehzahl beibehalten.
Die Trennung von Schneid- und Antriebssystem verbessert daher die Regelgenauigkeit und die Flexibilität des Systems.
Der Schneidmotor
Der Schneidmotor treibt das Messer, die Schneidscheibe oder den unter dem Mäher installierten Messertreiber an. Seine Hauptfunktion besteht darin, eine ausreichende Drehzahl aufrechtzuerhalten, um Gras sauber zu mähen, ohne dass es zu übermäßigen Vibrationen, Geräuschen oder einem hohen Energieverbrauch kommt.
Die meisten Mähroboter verwenden einen Schneidmotor. Dies reicht in der Regel für kleine und mittelgroße Rasenflächen aus, da Mähroboter das Gras häufig schneiden, anstatt eine große Menge in einem Durchgang zu entfernen.
Ein herkömmlicher Handrasenmäher muss möglicherweise hohes Gras mähen, das mehrere Tage oder Wochen lang gewachsen ist. Ein Mähroboter ist oft mehrmals pro Woche im Einsatz und entfernt nur eine geringe Menge von den Grashalmen. Dadurch sinkt das vom Schneidsystem geforderte Drehmoment.
Der Motor muss dennoch schwankende Belastungen bewältigen, die verursacht werden durch:
- Dichtes Gras
- Nasses Gras
- Kleine Äste
- Grasansammlungen um die Mähscheibe herum
- Uneinheitliche Schnitthöhe
- Plötzlicher Kontakt mit dichter Vegetation
Ein geeigneter Schneidmotor sollte nicht allein anhand seiner Leerlaufdrehzahl ausgewählt werden. Auch das Dauerdrehmoment, das Spitzendrehmoment, die thermische Leistung, die Wellenkonstruktion, die Lagerung und das Ansprechverhalten des Reglers des Motors sind wichtig.
Bei Verwendung von zwei Schneidmotoren
Einige Mähroboter verwenden zwei Schneidmotoren anstelle von einem. Jeder Motor kann eine separate Mähscheibe antreiben.
Ein Schneidsystem mit zwei Motoren bietet folgende Vorteile:
- Eine breitere Schnittbahn
- Eine bessere Abdeckung unter einem großen Mähkörper
- Eine gleichmäßigere Lastverteilung
- Geringerer Durchmesser der Mähscheibe
- Größere Flexibilität bei der Fahrgestellkonstruktion
Allerdings erhöht der Einbau eines weiteren Schneidmotors auch den Stromverbrauch, die Anforderungen an die Steuerung, den Verkabelungsaufwand, die Anzahl der wasserdichten Stellen und die Komplexität der Wartung.
Zwei kleine Schneidmotoren sind nicht automatisch effizienter als ein größerer Motor. Die gesamte Schneidkonstruktion muss bewertet werden. Mähblattdurchmesser, Mähblattanzahl, Scheibendrehzahl, Überlappungsbereich, Grasdichte und Luftstrom unter dem Fahrgestell beeinflussen die tatsächliche Leistung.
Ein Doppelscheibensystem ist besonders sinnvoll, wenn der Mäher eine breite Schnittbreite benötigt, ohne eine sehr große Mähscheibe zu verwenden.
Die Radantriebsmotoren
Die meisten Mähroboter verwenden zwei Antriebsmotoren, von denen jeweils einer mit einem angetriebenen Rad verbunden ist. Diese Motoren arbeiten in der Regel über Untersetzungsgetriebe, um das erforderliche Raddrehmoment bei relativ niedriger Drehzahl bereitzustellen.
Die Antriebsmotoren sind verantwortlich für:
- Vorwärts- und Rückwärtsfahrt
- Geschwindigkeitsregelung
- Richtungswechsel
- Das Folgen der Begrenzung
- Hindernisvermeidung
- Steigungen bewältigen
- Positionskorrektur
- Andockausrichtung
Unabhängige Radmotoren sind besonders wichtig, da sich Mähroboter selten in langen, perfekt geraden Linien fortbewegen. Sie passen ihre Fahrbahn ständig anhand von Begrenzungssignalen, Kartendaten, Rückmeldungen der Räder, Kamerainformationen oder Hindernissensoren an.
Die Motoren können während eines Mähzyklus Hunderte kleiner Geschwindigkeitskorrekturen vornehmen. Ein stabiler Betrieb bei niedriger Geschwindigkeit kann daher wertvoller sein als eine hohe Höchstgeschwindigkeit.
Ein Mäher, der sich schnell bewegt, aber keine kontrollierten Korrekturen vornehmen kann, hinterlässt möglicherweise ungemähte Stellen, beschädigt Rasenkanten oder hat Schwierigkeiten, in seine Ladestation einzufahren.
Kann ein Mähroboter mit nur einem Antriebsmotor auskommen?
Ein einfacher Mäher kann theoretisch einen Motor verwenden, um beide Räder über eine gemeinsame Achse oder ein Getriebe anzutreiben. Die Lenkung könnte dann durch einen mechanischen Mechanismus oder einen anderen Aktuator erfolgen.
Diese Konstruktion reduziert zwar die Anzahl der Hauptantriebsmotoren, bringt jedoch andere Herausforderungen mit sich. Ein Differential, eine Kupplung, ein Lenkgestänge oder ein Lenkaktuator könnten weiterhin erforderlich sein. Das Gesamtsystem ist nach Einbeziehung dieser Teile möglicherweise nicht einfacher.
Ein gemeinsamer Antriebsmotor erschwert zudem die unabhängige Steuerung der Geschwindigkeiten des linken und rechten Rads. Dies schränkt die Flexibilität beim Wenden ein und erschwert eine präzise Navigation.
Aus diesen Gründen eignet sich ein einzelner Antriebsmotor vor allem für einfache Maschinen mit begrenzten Anforderungen an die Lenkung. Er ist weniger geeignet für autonome Rasenmäher, die um Bäume, Blumenbeete, enge Durchgänge, Gartenmöbel und unregelmäßige Begrenzungen herumfahren müssen.
Warum manche Mäher vier Antriebsmotoren benötigen
Roboter-Rasenmäher, die für steiles oder unebenes Gelände ausgelegt sind, können über Allradantrieb verfügen. Bei diesen Maschinen verfügt jedes Rad möglicherweise über einen eigenen Motor, sodass insgesamt vier Antriebsmotoren zum Einsatz kommen.
Nach Hinzufügen eines Schneidmotors kann der Rasenmäher mindestens fünf Motoren enthalten.
Allradantriebssysteme können Folgendes verbessern:
- Traktion an Hängen
- Bewegung auf weichem Untergrund
- Stabilität auf unebenem Rasen
- Das Herausfahren aus flachen Löchern
- die Kontrolle auf nassem Gras
- Gewichtsverteilung
- Wendigkeit auf unebenem Untergrund
Die Anzahl der Motoren allein garantiert jedoch noch keine gute Steigfähigkeit. Reifenprofil, Raddurchmesser, Mähergewicht, Schwerpunkt, Bodenfreiheit und Steuerungssoftware sind ebenso wichtig.
Vier unterdimensionierte Radmotoren können schlechter abschneiden als zwei Motoren mit der richtigen Leistung, gepaart mit geeigneten Reifen und einer optimalen Gewichtsverteilung.
Die zusätzlichen Motoren beanspruchen zudem Platz und erfordern mehr elektronische Steuerkanäle. Da sich die Radmotoren untereinander abstimmen müssen, kann eine ungenaue Drehzahlanpassung zu Reifenabrieb, Energieverlust oder instabilem Fahrverhalten führen.
Ein Vier-Motor-Antriebssystem ist daher dann gerechtfertigt, wenn das Gelände dies erfordert – und nicht einfach, weil eine höhere Motoranzahl fortschrittlicher klingt.
Hilfsmotoren
Fortgeschrittene Mähroboter können kleine Motoren oder Aktuatoren für Funktionen enthalten, die nicht direkt mit dem Mähen oder der Radbewegung zusammenhängen.
Einstellung der Schnitthöhe
Bei einigen Modellen lässt sich die Schnitthöhe elektronisch einstellen. Ein kleiner Getriebemotor oder ein Linearantrieb hebt die Schneideeinheit an oder senkt sie ab.
Diese Funktion ermöglicht es, die Schnitthöhe über eine App, ein Bedienfeld oder ein automatisches Programm zu ändern. Außerdem können unterschiedliche Höheneinstellungen für verschiedene Rasenbereiche unterstützt werden.
Der Verstellmotor läuft nur für kurze Zeiträume, daher ist sein Leistungsbedarf in der Regel deutlich geringer als der der Mäh- oder Antriebsmotoren.
Lenkaktuatoren
Die meisten Mähroboter lenken über unterschiedliche Radgeschwindigkeiten, doch größere oder spezialisierte Maschinen können einen separaten Lenkaktuator verwenden. Dies findet sich bei Konstruktionen mit lenkbaren Vorderrädern oder einer konventionelleren Fahrzeuggeometrie.
Eine solche Konstruktion kann die Spurführung bei hohen Geschwindigkeiten verbessern, führt jedoch zu zusätzlichen Komponenten und möglichen Fehlerquellen.
Reinigungs- oder Messerpositionierungssysteme
Kommerzielle oder spezialisierte Mähroboter können mit angetriebenen Reinigungsbürsten, Messerklappmechanismen, verstellbaren Mähwerken oder Auswurfsteuerungssystemen ausgestattet sein. Jede angetriebene Funktion kann einen weiteren kleinen Motor erfordern.
Fügen Sie diese Funktionen nur hinzu, wenn sie klare Vorteile bieten. Jeder zusätzliche Motor erhöht die Anforderungen an die Abdichtung, die elektrischen Anschlüsse, die Steuerungslogik und den Wartungsaufwand.
Faktoren, die die erforderliche Motoranzahl bestimmen
Die Anzahl der Motoren sollte sich nach den Betriebsanforderungen des Mähers richten und nicht einfach von einer anderen Maschine übernommen werden.
Schnittbreite
Ein breiterer Mäher benötigt möglicherweise mehrere Mähscheiben, um den gesamten Bereich unter dem Fahrgestell abzudecken. Dies kann die Anzahl der Mähmotoren erhöhen.
Eine große Scheibe ist mechanisch einfach aufgebaut, benötigt jedoch möglicherweise mehr Platz und erzeugt ein höheres Trägheitsmoment. Mehrere kleinere Scheiben können die Flexibilität bei der Bauweise verbessern, erfordern jedoch mehr Komponenten.
Gelände
Flache Rasenflächen in Wohngebieten lassen sich in der Regel mit zwei angetriebenen Rädern bewältigen. Steile Hänge, lockerer Boden, nasse Oberflächen und unebener Untergrund können einen Allradantrieb rechtfertigen.
Lenkmethode
Die Differentiallenkung erfordert normalerweise zwei unabhängig voneinander gesteuerte Antriebsmotoren. Bei der mechanischen Lenkung kann ein Antriebsmotor plus ein Lenkstellglied zum Einsatz kommen, doch diese Anordnung stellt andere Anforderungen an Steuerung und Wartung.
Erforderliche Manövrierfähigkeit
Ein Mäher, der in engen Durchgängen eingesetzt wird, benötigt eine präzise Radsteuerung. Zwei unabhängige Antriebsmotoren ermöglichen es der Maschine, enge Kurven zu fahren und kleine Positionskorrekturen vorzunehmen.
Batteriekapazität
Jeder Motor bezieht Energie aus der Batterie. Eine Erhöhung der Motoranzahl kann die Betriebszeit verkürzen, sofern die Batterie, die Steuerungsstrategie und der mechanische Wirkungsgrad nicht entsprechend angepasst werden.
Mehr Motoren bedeuten nicht immer einen proportional höheren Verbrauch, da jeder Motor möglicherweise eine geringere Last trägt. Dennoch müssen Standby-Verluste, Steuerungsverluste, Getriebereibung und zusätzliches Gewicht berücksichtigt werden.
Zuverlässigkeitsziel
Eine einfachere Konstruktion mit drei Motoren lässt sich möglicherweise leichter abdichten, fertigen, prüfen und warten. Ein komplexerer Mäher bietet zwar möglicherweise eine bessere Leistung, enthält jedoch auch mehr Steckverbinder, Lager, Zahnräder, Kabel, Treiber und potenzielle Fehlerquellen.
Drei Motoren sind in der Regel der praktische Ausgangspunkt
Für einen allgemeinen Roboter-Rasenmäher für den privaten Gebrauch ist die folgende Konfiguration ein praktischer Ausgangspunkt:
- Ein bürstenloser Schneidmotor
- Zwei unabhängig voneinander gesteuerte Getriebemotoren
- Kein Hilfsmotor, sofern keine motorisierte Verstellfunktion erforderlich ist
Diese Bauweise bietet ausreichend Steuerungsmöglichkeiten für normale Rasenflächen und hält das System gleichzeitig relativ kompakt.
Das Design kann dann entsprechend den tatsächlichen Anforderungen erweitert werden. Bei einem breiteren Mähdeck kann ein zweiter Schneidmotor hinzugefügt werden. Bei einem Modell für steile Hänge können zwei weitere Radmotoren hinzugefügt werden. Für eine automatische Schnitthöhenregelung kann ein kleiner Stellantrieb hinzugefügt werden.
Der Einstieg mit der einfachsten Konfiguration, die die erforderlichen Funktionen erfüllt, führt in der Regel zu einer zuverlässigeren Konstruktion als das Hinzufügen von Motoren, bevor die mechanischen und steuerungstechnischen Anforderungen vollständig verstanden sind.
