Grundlagen: Aufbau und Komponenten eines Servomotors

Welle und Wicklung sind das eigentliche Herzstück im Aufbau des Motors. Sie fungieren als Rotor und Stator. Betrachtet man den Servomotor von außen nach innen, dann befindet sich unterhalb des Gehäuses der Stator (mit Motorwicklung). Dieser besteht aus einem elektrisch stark leitfähigen Material und kann auf unterschiedliche Arten gestaltet werden: Der Draht kann einerseits hinsichtlich Stärke bzw. Durchmesser variieren, was andererseits auch die Intensität der Verwindung beeinflusst. Je dünner der Draht, umso mehr und engere Windungen lassen sich umsetzen. Diese haben einen wesentlichen Einfluss auf die Spezifikationen des Motors. Mit abnehmender Drahtstärke und zunehmend eng gewickeltem Aufbau entstehen folgende Effekte:

• Verstärkung des Magnetfelds
• Erhöhung des maximalen Drehmoments
• höhere Gegenspannung bei steigender Drehzahl
• Verringerung des Wirkungsgrads
• Zunahme der Abwärme, was eine entsprechende Kühlung erfordert 

Die Kühlung ist ein essenzielles Element des Servomotors. In der Anwendung kommen verschiedene Formen infrage. Diese können über Luft, Öl oder Wasser funktionieren. Mit einer Wasserkühlung können die höchsten Nennleistungen bei kompakter Bauweise umgesetzt werden. Das bedeutet, die Leistungsdichte nimmt zu. Bedenkt man, dass mit einer höheren Raumerfordernis Kosten entstehen und Flexibilität im Aufbau verloren geht, ist die Steigerung der Leistungsdichte ein wichtiger wirtschaftlicher Faktor im Betrieb jeglicher Industriemaschinen.

Unsere Baumüller Servomotoren sind in verschiedenen Varianten verfügbar, die auch ungekühlt konzipiert sein können. Vor allem für sehr dynamische Anforderungen sollte aber eine Wasserkühlung gewählt werden. Anstelle von Wasser kann auch Öl (HLP-46-Hydrauliköl) verwendet werden. Dabei ist die Kühlwirkung gegenüber Wasser etwas reduzierter, was von der Größe und dem Betriebsmodus des Motors abhängt. Die Flüssigkeitskühlung spart im Vergleich zur Luftkühlung Raum (durch den Wegfall des Lüfters) und ist außerdem auch deutlich weniger wartungsintensiv. Dadurch sinken die Kosten für Service und Ausfall. Wichtig ist die Wasserkühlung vor allem auch bei engem Verbau im Verbund. Werden mehrere Motoren nebeneinander verbaut, heizen sie sich gegenseitig auf, was mit einer Flüssigkeitskühlung effektiv verhindert wird.

Der Servo-Aufbau eines Antriebssystems besteht im Wesentlichen aus Stator und Rotor bzw. der Kombination aus Motorwicklung und Motorwelle. Angetrieben wird der Motor durch elektrische Energie, die die Wicklung durchströmt und so ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das die Welle in Rotation versetzt. Weitere wichtige Komponenten sind die Kühlung und der Servoregler. Erstere ist nicht obligatorisch, allerdings für die meisten Anwendungen in der Industrie empfehlenswert. Der Regler ist streng genommen kein Teil des Motors, für dessen präzise Funktionsweise aber dennoch essenziell.