Welche Vorteile bietet ein bürstenloses Design bei einem Servomotor?
Durch den Ersatz mechanischer Bürsten durch elektronische Kommutierung eliminieren bürstenlose Servomotoren Reibung und Lichtbogenbildung am Rotor, wodurch der Verschleiß deutlich reduziert und die Wartungsintervalle verlängert werden. Wirkungsgrade von über 90 Prozent sind üblich, sodass ein größerer Teil der zugeführten Leistung in nutzbares Drehmoment statt in Wärme umgewandelt wird. Der kompakte, integrierte Permanentmagnetrotor ermöglicht eine hohe Drehmomentdichte, wodurch ein kleineres Gehäuse die gleiche Leistung wie ein größerer Bürstenmotor erzielen kann. Da keine Bürsten elektrisches Rauschen erzeugen, profitieren die Regelkreise von saubereren Rückkopplungssignalen, was die Laufruhe und Wiederholgenauigkeit der Bewegung verbessert.
Wie erreicht das Servosystem eine präzise Positionierung und Geschwindigkeitsregelung?
Im Kern liegt ein geschlossene Rückkopplung architektur: Ein hochauflösender Encoder (10- bis 20-Bit oder besser) oder Resolver meldet kontinuierlich den tatsächlichen Wellenwinkel und die Rotationsgeschwindigkeit. Ein PID-Regler vergleicht diese Echtzeitdaten mit der vorgegebenen Trajektorie und passt die Phasenströme des Motors sofort an, um Abweichungen zu korrigieren.
- Positionierung: Durch die Abstimmung der Proportional-, Integral- und Differentialverstärkungen, um Reaktionsgeschwindigkeit und Überschwingen auszugleichen, ist eine Genauigkeit im Sub-Grad-Bereich (oft <0,01°) möglich.
- Geschwindigkeitsregelung: Das System regelt das Motordrehmoment, um eine festgelegte Drehzahl beizubehalten, und gleicht Lastschwankungen ohne Schwingungen oder Drehzahlabfall aus.
- Beschleunigungsmanagement: Rampenprofile (S-Kurven) verhindern Rucke, schützen mechanische Kupplungen und gewährleisten die Ausrichtung der Bauteile während des Anfahrens und Anhaltens.
Für welche Anwendungen eignet sich ein bürstenloser Servo-Drehantrieb ideal?
Bürstenlose Servomotoren zeichnen sich durch ihre lange Lebensdauer, präzise Steuerung und kompakte Bauweise aus und eignen sich daher für eine Vielzahl anspruchsvoller Aufgaben:
- Gelenkroboter und Kollaborationsroboter: Die gleichmäßige, ruckfreie Gelenkbewegung ermöglicht schnelles Greifen und Platzieren, präzise Schweißbahnen und eine sichere Zusammenarbeit mit Menschen dank kraftbegrenzender Funktionen.
- CNC- und Bearbeitungszentren: Indexiervorrichtungen und Rundtische erfordern eine Wiederholgenauigkeit im Bereich von Bruchteilen einer Bogensekunde sowie schnelle Spindelausrichtungswechsel für komplexe Mehrachsenbearbeitungen.
- Automatisch gesteuerte Fahrzeuge (AGVs): Rad- und Lenkantriebe profitieren von einem hohen Drehmoment-Gewichts-Verhältnis und minimalem Batterieverbrauch für längere Betriebszyklen.
- Medizinische und Laborsysteme: Von chirurgischen Manipulatoren bis hin zu Pipettierrobotern – der leise Betrieb mit geringer elektromagnetischer Interferenz schont empfindliche Elektronik und sensible Proben.
- Gimbal-Systeme für Luft- und Raumfahrt und Verteidigung: Verfolgungssensoren oder Waffenhalterungen müssen Vibrationen und Temperaturschwankungen standhalten und dennoch eine Genauigkeit im Mikroschrittbereich gewährleisten.
- Bildgebung und Inspektion: Schwenk-Neige-Köpfe für Kameras, Laser oder Strukturlichtscanner sind auf eine gleichmäßige, spielfreie Rotation angewiesen, um Artefakte bei kritischen Messungen zu vermeiden.
In jedem Fall macht die Kombination aus bürstenloser Zuverlässigkeit, Präzision im geschlossenen Regelkreis und kompakter Effizienz diese Aktuatoren zur ersten Wahl für moderne Herausforderungen in der Bewegungssteuerung.
Warum ist ein hoher Wirkungsgrad bei Drehantrieben wichtig?
Eine effiziente Energieumwandlung bedeutet weniger Wärmeentwicklung, wodurch der Bedarf an sperrigen Kühlkörpern oder aktiver Kühlung reduziert und der Verschleiß von Lagern und Schmiermitteln verringert wird. In Produktionslinien mit Dauerbetrieb oder batteriebetriebenen fahrerlosen Transportsystemen (FTS) senkt die Minimierung des Stromverbrauchs die Betriebskosten und verlängert die Laufzeit. Höhere Effizienz ermöglicht zudem die Kombination des Motors mit einer kleineren Leistungselektronik und einem kleineren Netzteil, was Platz im Schaltschrank spart und die Systemintegration vereinfacht. Nicht zuletzt schont die geringere thermische Belastung die Magnetstärke und die Wicklungsisolierung und verlängert so die Lebensdauer des gesamten Antriebs.