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Auslegung elektrischer Antriebe

 

Wahl der Antriebsart

Linear- oder Rotationsmotor

Ausgangspunkt für die Antriebsauslegung ist die Wahl der Antriebsart. Die Antriebsart ist durch einige Hauptparameter gekennzeichnet, die zu Beginn festgelegt werden müssen. In den meisten Anwendungsfällen ist aufgrund der Randbedingungen bereits eine Vorentscheidung bezüglich der Antriebsart gefallen.
Nachfolgende Übersicht zeigt, welche Alternativen grundsätzlich zur Verfügung stehen.

 

Motortypen

Nach der grundsätzlichen Entscheidung, einen Linear- oder Rotationsmotor einzusetzen, wird im nächsten Schritt der Motortyp ausgewählt.
Soll ein Linearmotor eingesetzt werden, beschränken sich die verfügbaren Motortypen praktisch auf Synchronservomotoren. Wird ein Rotationsmotor verwendet, steht ein breiteres Spektrum an Motortypen zur Verfügung. Je nach Anwendungsfall und je nach Einbeziehung weiterer, nicht technischer Randbedingungen (Verfügbarkeit, Servicefreundlichkeit, Lieferbarkeit etc.) stellt der eine oder andere Motortyp das Optimum dar.
Die Kriterien zur Auswahl eines Motortyps und ihre Wichtung ist sehr individuell. Deshalb kann die nachfolgende Tabelle lediglich eine Hilfestellung bei der Auswahl anbieten.

 

	Gleichstrom- motor	Bürstenloser Gleichstrom- motor	Synchron- servomotor	Asynchron- servomotor	Schritt- motor
typ. Leistungsber. als Servomotor	bis 20 Nm	bis 200 Nm	bis 200 Nm	bis 2 000 Nm	bis 5 Nm
Dynamik	hoch				mittel, Beschleunigung begrenzt (Schrittverlust)
Drehmoment	konstant über der Drehzahl				sinkt bei hohen Drehzahlen stark ab
Regelung	einfach	aufwändiger	aufwändig		einfach, da nur gesteuert
Motorgeber	nicht erforderlich	erforderlich			nicht erforderlich
Stellgeräte	einfach, da mechanische Kommutierung	aufwendig, da elektronische Kommutierung			einfach
Abgleich der Regelung	erforderlich				nicht erforderlich
Baugröße	klein			größer	klein
Verluste, Erwärmung des Motors	niedrig			höher, da zusätzlich Magnetisierungsstrom erforderlich	höher, da konstanter Stromfluss
Wartung	Tausch der Bürsten erforderlich	wartungsfrei

 

Getriebeanpassung

Das Getriebe dient zur Anpassung des Motors an die Erfordernisse der Arbeitsmaschine. Es wandelt die motorseitigen Bewegungsgrößen Drehzahl und Drehmoment so um, dass sie den Anforderungen des zu beeinflussenden Prozesses entsprechen.
Bei Servoanwendungen kommt es häufig darauf an, eine Last innerhalb einer bestimmten Zeit von einem Punkt zu einem anderen zu bewegen. Während der zeitliche Bewegungsablauf der Last durch den Prozess definiert ist, kann der Verlauf der Bewegungsgrößen an der Motorwelle durch eine günstige Getriebeübersetztung optimiert werden.
Die Getriebeübersetzung (auch als Getriebefaktor bezeichnet) i ergibt sich aus dem Verhältnis von Antriebs- und Abtriebsdrehzahl zu:

	n1
i =
	n2

Die Getriebeübersetzung soll möglichst so gewählt werden, dass für die Realisierung des gewünschten Bewegungsablaufes der Last ein minimales Motordrehmoment erforderlich ist. Es lässt sich mathematisch herleiten, dass das genau dann der Fall ist, wenn gilt:

	J2
i² =
	J1

mit	J1:	Trägheitsmoment des Motors
	J2:	Trägheitsmoment der Last

Die optimale Getriebeübersetzung wird damit vom Verhältnis der Trägheitsmomente bestimmt.

In vielen Anwendungen ist es nicht möglich, die optimale Getriebeübersetzung zu wählen, da sich dadurch unsinnige Arbeitsbereiche bezüglich der Motordrehzahl ergeben. Ziel der Getriebeauswahl muss dann sein, ein Übersetzungsverhältnis so nah wie möglich am Optimum zu erreichen.