Leitfaden zu Servomotoren: Was sind Servomotoren und wie funktionieren sie?

Was sind Servomotoren?

Servomotoren sind eigenständige elektrische Geräte, die mithilfe von Antriebszahnrädern präzise Bewegungen ausführen. Bei Anwendung auf CNC werden Servomotoren zur Positionssteuerung des Schneidwerkzeugs im zwei- oder dreidimensionalen Raum eingesetzt. Sie können auch die Drehzahl anderer Schleif- und Fräsmaschinen wie Drehmaschinen steuern.

Die internen Komponenten eines Servos und seine relative Komplexität können je nach Anwendung variieren. Drei Basiskomponenten sind jedoch immer vorhanden: der Motor, das Potentiometer und die Steuerschaltung.

Der Servomotor

Der primäre Antriebsmechanismus eines jeden Servos ist der Motor. Die einfachsten Servos ( , Mitsubishi und ) verwenden einen Gleichstrom-Servomotor, der mit einem Getriebe und einer Abtriebswelle verbunden ist. Der Motor steuert die Abtriebswelle durch Drehen der Zahnräder. Wechselstrom-Servomotoren (

) werden auch in komplexeren Servomechanismen eingesetzt. Der Wechselstrom ermöglicht die Steuerung über Spannung und Frequenz und somit eine feinere Regelung. (

Potentiometer,

) Das Potentiometer dient als Rückkopplungsmechanismus des Servomotorantriebs. Mit einem dreipoligen Stecker können über die kombinierten Eingänge Richtung, Drehzahl und Position der Abtriebswelle gesteuert werden. (

Steuerschaltung,

, CNC) Servomotoren nutzen eine Steuerschaltung, um die elektrischen Signale zwischen Steuerung, Motor und Potentiometer zu interpretieren. Die Steuerschaltung kann auch Signale vom Potentiometer zurück an die Steuerung senden und den Benutzer so über die relative Position der Abtriebswelle informieren.

Weitere Variablen wie AC-Servomotoren, Kommutatoren, Begrenzer, zusätzliche Potentiometer und andere Komponenten können die Komplexität erhöhen.

Funktionsweise von Servomotoren,

Pulsweitenmodulation (PWM) steuert große und kleine Servomotoren. Die Steuerung sendet einen elektrischen Impuls an den Antrieb. Die Impulsbreite gibt dem Servomotor vor, wo und wie er sich bewegen soll.

Je nach Servomotorantrieb können die Impulse analog oder digital sein. Digitale Impulse nutzen einen Wandler und einen kleinen Mikroprozessor, um schnelle Signale zu senden und zu empfangen. Dadurch sind im gleichen Zeitraum fast sechsmal so viele Impulse möglich wie bei analogen Impulsen.

Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS, PLCs) sind fortschrittliche Steuerungen, die eine Reihe von Anweisungen zur sequenziellen Ausführung bereitstellen. Beispielsweise kann eine PLC einem CNC Servomotor mitteilen, wo er sich entlang eines Edelstahlblechs bewegen und wie er es zuschneiden soll, um ein bestimmtes Teil herzustellen. Dieser Vorgang kann wiederholt werden, bis das gesamte Blech zugeschnitten ist. Anschließend entnimmt der Maschinenbediener das Blech und legt ein neues auf den Schneidetisch, um den Vorgang zu wiederholen.