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Antriebstechnik in der Automatisierungstechnik

Antriebe: Vom Motor zum Gesamtsystem

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FAULHABER SA

DC-Servomotor, bürstenbehaftet

Technologie und Funktionsweise: Der klassische DC-Servomotor basiert auf einem Gleichstrommotor mit Permanentmagnet- oder fremderregtem Stator und einer gewickelten Ankerwicklung im Rotor. Die Kommutierung erfolgt mechanisch über Kommutator und Kohlebürsten. Dadurch wird die jeweils erforderliche Stromrichtung in den Ankerwicklungen hergestellt. Ein klassischer DC-Servoantrieb besteht typischerweise aus: Sollwert → Regler → Leistungsteil → Motor → Mechanik → Encoder → Rückführung. Der Encoder liefert die tatsächliche Position beziehungsweise Drehzahl. Damit kann der Regler die Abweichung zwischen Soll- und Istwert korrigieren.

Drehmomentverhalten: Ein wesentlicher Vorteil des Gleichstrommotors ist das nahezu direkt stromproportionale Drehmoment: [M \approx k_M \cdot I] mit: (M): Motordrehmoment; (k_M): Drehmomentkonstante und (I): Motorstrom. Dadurch eignet sich der DC-Motor sehr gut für eine Drehmomentregelung. Bei niedrigen Drehzahlen steht ein hohes Drehmoment zur Verfügung. Die maximale Drehzahl wird unter anderem durch Kommutierung, Bürsten, Gegen-EMK und mechanische Grenzen bestimmt.

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Merkmale:

  • hohe Dynamik
  • gute Regelbarkeit
  • hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen
  • einfache Drehmomentregelung
  • Encoder für Servoaufgaben
  • bewährte Technologie
  • mechanische Kommutierung

Vorteile:

  • sehr gutes Drehmomentverhalten
  • hohe Dynamik
  • einfache und gut verstandene Regelcharakteristik
  • hohe Überlastfähigkeit bei geeigneter Auslegung
  • gut für geregelte Positionieraufgaben
  • teilweise sehr gute Niedrigdrehzahleigenschaften

Nachteile:

  • Bürstenverschleiss
  • Kommutatorverschleiss
  • Wartungsaufwand
  • Funkenbildung möglich
  • elektromagnetische Störungen
  • begrenzte Lebensdauer der Bürsten
  • geringere maximale Drehzahl als vergleichbare bürstenlose Motoren
  • für viele moderne Maschinen durch bürstenlose Konzepte verdrängt

Typische Einsatzgebiete (Historisch und teilweise auch heute):

  • ältere CNC-Maschinen
  • Werkzeugmaschinen
  • industrielle Positioniersysteme
  • Prüfstände
  • Antriebe mit hohen Anforderungen an Drehmomentregelung

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