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Servoantrieb

Ein Servoantrieb umfasst grundsätzlich einen intelligenten Servoverstärker und einen Servomotor, der in Verbindung mit einer SPS oder CNC für komplexe, spezialisierte Bewegungen in eine oder mehrere Richtungen sorgt. Diese komplexen und spezialisierten Bewegungen, die für die Automation industrieller Aufgaben notwendig sind, werden als Motion Control bezeichnet. 

Servoantriebe werden in vielfältigen Bereichen zur Automation eingesetzt - im Automobilbau, bei der Rohölveredelung, in der Textilindustrie, bei Verpackungssystemen, in der Lagerhaltung und vieles mehr.

Vorteile

Servoantriebe werden bei hohen Anforderungen an die Dynamik und Regelgüte eingesetzt. Die Gegenüberstellung von Asynchron Motoren, Gleichstrommotor und Servomotoren (permanenterregter Synchronmotor) verdeutlicht dies:

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Energieumwandlung

Die Grafik zeigt den prinzipiellen Energiefluss im Servoverstärker.

servoprinzip.gif
Netz, Gleichrichter, Kapazität, DC Zwischenkreis mit geschaltetem Bremswiderstand Kapazität, Endstufe, Motor

Servoantriebe mit geschlossenem Regelkreis

In einem Servoantrieb werden Rotorlage und Drehzahl vom Rückführsystem im Motor zurück zum Servoverstärker gemeldet. Der Servoverstärker wertet die Rückmeldung aus, vergleicht die Werte mit den Vorgaben und erzeugt dann entsprechende Ströme, um den Motor auf die vorgegebene Drehzahl zu regeln. Dieser Ablauf wird in einem geschlossenen Regelkreis ständig wiederholt. Ein Regelkreis, der die Position der Welle oder Last regelt, wird Lageregelkreis genannt, ein Regelkreis, der die Drehzahl des Motors auf dem vorgegebenen Wert hält, ist ein Drehzahlregelkreis.

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Bestandteile eines Servoantriebs

Servoverstärker

Der Servoverstärker besteht aus einer dreiphasigen Leistungsendstufe, der Spannungsversorgung und einem Microcontrollersystem. Die verschiedenen Regelkreise sind vollständig digital im Microcontrollersystem realisiert.

Kommunikation

Servoverstärker und im System vorhanden Steuerungen und Sensoren können über Bussysteme kommunizieren. Bei den Kollmorgen Servoverstärkern werden mit dem Multi-Feldbus Konzept unterschiedlichste Bussysteme wie z.B. sercosCANopenPROFIBUSSynqnetEthercatProfiNet und viele andere unterstützt.

Motor

Ein Motor treibt eine Achse einer Maschine an. Servomotoren werden durch Magnetfelder angetrieben. Jeder Motor hat mindestens zwei magnetische Pole, zumeist aber vier oder sechs. Durch den Servoverstärker wird der Strom im Motor so erzeugt, dass ein steuerbares Drehmoment an der Motorwelle zur Verfügung steht. Der Servoverstärker arbeitet mit Synchron- ServomotorenAsynchron Motoren und mit Direktantrieben zusammen (rotatorisch oder linear).

Rückführeinheit

Jeder Servoverstärker benötigt eine Rückführeinheit (Feedback), die die aktuelle Position und Drehzahl der Motorwelle (bzw. des Schlittens bei Linearmotoren) zur Verfügung stellt. Abhängig vom Feedback werden die Informationen als digitale oder analoge Signale übermittelt. Die Kollmorgen Servoverstärker unterstützen über das Multi-Feedback Interface viele unterschiedliche Rückführsysteme.

Last

Die Last sind Teile einer Maschine, die von einem Motor angetrieben werden. Der Motor muss so ausgelegt sein, dass die Anforderungen an die Dynamik und Laufruhe der Maschine erfüllt werden. Ein Servosystem liefert Antriebsenergie an die Last z.B. über folgende mechanische Anbindungen: 
Direktantrieb - Der Motor ist direkt mit z.B. einem Rundtisch verbunden. 
Getriebeantrieb - Der Motor ist über ein Getriebe mit der Last verbunden. 
Spindelantrieb - Der Motor bewegt die Last über eine Spindel. 
Zahnstange und Ritzel - Der Motor bewegt über ein Zahnrad eine Last, die mit einer Zahnstange verbunden ist 
Riemenantrieb - Der Motor bewegt die Last über einen Zahnriemen.