Beschreibung des Projekts

Eigenschaften

• Frequenz: 50 Hz
• Schutzfunktion: Wasserdicht
• Phase:Einphasig, einphasig
• Zertifizierung: CEAC
• Spannung: 208–230 / 240 V
• Leistung: 400 W, 750 W
• Spannung: 220 V
• Anwendung:CNC-Maschine
• Drehmoment: 1,24 N·m, 2,4 N·m
• Motorstrom: 3 A
• PRM:3000
• Schutzklasse:IP65

Wie funktionieren Servomotoren?

Servomotor-Steuerungen

Dieser kleine Motor zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistung aus.

Servo-Motoren gibt es schon seit langer Zeit und sie kommen in vielen Bereichen zum Einsatz. Sie sind zwar klein, haben es aber in sich und sind sehr energieeffizient. Dank dieser Eigenschaften eignen sie sich zum Antrieb von ferngesteuerten oder funkgesteuerten Spielzeugautos, Robotern und Flugzeugen. Servomotoren kommen außerdem in industriellen Anwendungen, in der Robotik, in der Fließbandfertigung, in der Pharmaindustrie und in der Lebensmittelbranche zum Einsatz. Aber wie funktionieren diese kleinen Kerlchen eigentlich?

Die Servoschaltung ist direkt in die Motoreinheit integriert und verfügt über eine verstellbare Welle, die in der Regel mit einem Zahnrad ausgestattet ist (siehe Abbildung unten). Der Motor wird über ein elektrisches Signal gesteuert, das den Bewegungsumfang der Welle bestimmt.

Was steckt im Servo?

Um die Funktionsweise des Servos vollständig zu verstehen, muss man einen Blick unter die Haube werfen. Im Inneren befindet sich ein recht einfacher Aufbau: ein kleiner Gleichstrommotor, ein Potentiometer und eine Steuerschaltung. Der Motor ist über Zahnräder mit dem Steuerrad verbunden. Wenn sich der Motor dreht, ändert sich der Widerstand des Potentiometers, sodass die Steuerschaltung präzise regulieren kann, wie stark die Bewegung ist und in welche Richtung sie erfolgt.

Befindet sich die Motorwelle an der gewünschten Position, wird die Stromzufuhr zum Motor unterbrochen. Ist dies nicht der Fall, wird der Motor in die entsprechende Richtung gedreht. Die Sollposition wird über elektrische Impulse durch die Signalleitung übermittelt. Die Drehzahl des Motors ist proportional zur Differenz zwischen seiner Istposition und der Sollposition. Befindet sich der Motor also in der Nähe der Sollposition, dreht er sich langsam, andernfalls dreht er sich schnell. Dies wird als Proportionalregelung. Das bedeutet, dass der Motor nur so stark läuft, wie es zur Erledigung der jeweiligen Aufgabe erforderlich ist – ein sehr effizienter kleiner Kerl.

Wie wird der Servomotor gesteuert?

Das Innenleben eines Servomotors (links) und ein zusammengebauter Servo (rechts)
Servos werden durch das Senden eines elektrischen Impulses mit variabler Breite gesteuert, oder Pulsweitenmodulation (PWM) über die Steuerleitung. Es gibt einen Minimalimpuls, einen Maximalimpuls und eine Wiederholungsrate. Ein Servomotor kann sich in der Regel nur um 90° in jede Richtung drehen, was einer Gesamtbewegung von 180° entspricht. Die Neutralstellung des Motors ist definiert als die Position, in der das Servo sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn das gleiche Drehpotenzial aufweist. Das an den Motor gesendete PWM-Signal bestimmt die Position der Welle, und je nach Dauer des über die Steuerleitung gesendeten Impulses dreht sich der Rotor in die gewünschte Position. Der Servomotor erwartet alle 20 Millisekunden (ms) einen Impuls, und die Länge des Impulses bestimmt, wie weit sich der Motor dreht. Beispielsweise bewirkt ein 1,5-ms-Impuls, dass sich der Motor in die 90°-Position dreht. Ein Impuls, der kürzer als 1,5 ms ist, bewegt ihn gegen den Uhrzeigersinn in Richtung der 0°-Position, und ein Impuls, der länger als 1,5 ms ist, dreht den Servomotor im Uhrzeigersinn in Richtung der 180°-Position.

Servoposition mit variabler Impulsbreitensteuerung
Wenn diese Servos den Befehl erhalten, sich zu bewegen, fahren sie in die gewünschte Position und halten diese Position. Wenn eine äußere Kraft gegen das Servo drückt, während es eine Position hält, wehrt sich das Servo dagegen, aus dieser Position herausbewegt zu werden. Die maximale Kraft, die das Servo ausüben kann, wird als Nenn-Drehmoment des Servos. Servos halten ihre Position jedoch nicht unbegrenzt; der Positionsimpuls muss wiederholt werden, um dem Servo zu befehlen, in der Position zu bleiben.

Arten von Servomotoren

Es gibt zwei Arten von Servomotoren – Wechselstrom- und Gleichstromservomotoren. Wechselstrom-Servomotoren können höhere Stromspitzen bewältigen und werden in der Regel in Industriemaschinen eingesetzt. Gleichstrom-Servomotoren sind nicht für hohe Stromspitzen ausgelegt und eignen sich meist besser für kleinere Anwendungen. Im Allgemeinen sind Gleichstrommotoren kostengünstiger als ihre Wechselstrom-Pendants. Es handelt sich dabei ebenfalls um Servomotoren, die speziell für den Dauerbetrieb ausgelegt sind, wodurch sich Ihr Roboter auf einfache Weise in Bewegung setzen lässt. Sie verfügen über zwei Kugellager an der Abtriebswelle, die für geringere Reibung sorgen und einen einfachen Zugang zum Potentiometer zur Einstellung des Ruhepunkts ermöglichen.

Anwendungen von Servomotoren

Servos werden in ferngesteuerten Flugzeugen zum Ausrichten von Steuerflächen wie Höhenruder und Seitenruder, zum Bewegen eines Roboters oder zum Betreiben von Greifer. Servomotoren sind klein, verfügen über eine integrierte Steuerelektronik und bieten im Verhältnis zu ihrer Größe eine hohe Leistung.

In der Gastronomie und der Pharmaindustrie sind die Geräte für den Einsatz in rauen Umgebungen ausgelegt, in denen ein hohes Korrosionsrisiko besteht, da sie zur Einhaltung strenger Hygienestandards wiederholt mit hohem Druck und bei hohen Temperaturen gereinigt werden. Servos kommen außerdem zum Einsatz in Fließfertigung, wo wiederholte und dennoch präzise Arbeit erforderlich ist.

Natürlich muss man nicht wissen, wie ein Servomotor funktioniert, um ihn zu nutzen, aber wie bei den meisten elektronischen Geräten gilt: Je mehr man versteht, desto mehr Möglichkeiten eröffnen sich für umfangreichere Projekte und erweiterte Projektfunktionen. Ganz gleich, ob Sie als Hobbybastler Roboter bauen, als Ingenieur industrielle Systeme entwickeln oder einfach nur stets neugierig sind, wie zum Beispiel Elektrozylinder, Schwenkantriebe, wohin führen dich Servomotoren?