Hallo, Mechatroniker!

Willkommen zu einer neuen Ausgabe des SINADRIVES-Blogs mit dem Thema: Konventioneller Servomotor versus Torquemotor

Juli 2022

Wenn wir die klassischen linearen Formen der Kraftübertragung (Riemen, Spindeln) mit einer Achse mit Linearmotor vergleichen, fallen die Vorteile sofort ins Auge. Im ersten Fall wird eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umgewandelt und im zweiten Fall wird die Linearbewegung unmittelbar und ohne Übertragung genutzt.

Wenn wir aber einen konventionellen Servomotor einem Motor gegenüberstellen, der auf der Direktantriebstechnik basiert, in der ebenfalls eine Drehbewegung erzeugt wird, , so ist nicht auf den ersten Blick erkennbar worin die Überlegenheit des einen im Vergleich zum anderen liegt.

Sehen wir einmal von Anwendungen mit geringen Leistungen ab, bei denen Asynchron- oder Schrittmotoren zum Einsatz kommen, und beschäftigen uns im Folgenden genauer mit den Vorteilen, die ein Torquemotor im Vergleich zu einem konventionellen bürstenlosen Motor mit sich bringt.

Das wichtigste Ziel beim Einsatz von direkt angetriebenen Motoren ist der Wegfall der mechanischen Übertragungen, oder diesen zumindest so weit wie möglich zu reduzieren. Das erste Element, das entfällt, wenn wir einen Torquemotor einbauen, ist also das Getriebe.

Die Hauptfunktion des Getriebes besteht darin, das Ausgangsdrehmoment zu vergrößern. Das wird mit einer Reduzierung der Drehgeschwindigkeit L ermöglicht. Die gleiche Wirkung kann aber auch durch eine Änderung der Bauform des Motors erzielt werden.

Das Drehmoment eines Servomotors ist proportional zur Länge seines Rotors, aber es ist auch proportional zu seinem Durchmesser im Quadrat. So erreichen wir mit einer Vergrößerung des Motordurchmessers eine Vergrößerung des Drehmoments um einen sehr viel größeren Faktor.

Wie wir im vorangegangenen Absatz gesehen haben, vergrößert der Torquemotor seinen Durchmesser, um ein größeres Drehmoment zu erzielen. So entsteht ein kompaktes Element mit einer Verkürzung der Länge ohne signifikante Beeinträchtigungen des Ausgangsdrehmoments.
Wenn wir berücksichtigen, dass auch das Getriebe entfallen ist, so haben wir also erheblich an Raum eingespart.

Wenn wir die Motoren aus der vorherigen Grafik zugrunde legen, können wir einen Vergleich der tatsächlichen Abmessungen beider Systeme aufstellen:

In diesem Fall sehen wir, dass wir bei gleichbleibenden Eigenschaften ihinsichtlich des Ausgangsdrehmoments und Ausgangsdrehzahl die Länge um 200 mm senken können, während zugleich der Durchmesser des Motors um weniger als 50 mm vergrößern wird.

Damit eine Anwendung mit einer hohen Dynamik arbeitet, muss das Trägheitsverhältnis zwischen Last und Servomotor unter 5 liegen (dieser Wert kann zwischen 5 und 10 variieren. Je nach der Dynamik, die wir erreichen wollen. Es handelt sich um einen allgemeingültigen Wert für die Berechnung von Servomotoren).

Bei Servomotoren besteht die zweite Funktion des Getriebes darin die Trägheit zu senken, die an der Motorachse wirkt, um das Trägheitsverhältnis unter 5 zu halten. Auch wenn das in einigen Fällen kontraproduktiv ist, weil bereits das Getriebe selbst die Dynamik einschränkt (weitere Informationen zu diesem Artikel findet Ihr im Blog).

Wie wir gesehen haben, bringt eine Vergrößerung des Rotors bei Torquemotoren eine Zunahme der Trägheit mit sich, das wiederum hilft dabei, ein gutes Trägheitsverhältnis zwischen Last und Motor ohne Untersetzungsgetriebe zu erzielen.

Interessanterweise kommen die größten Vorteile des Torquemotors für die Anwendung möglicherweise gar nicht aus der Mechanik, wie anzunehmen wäre, sondern aus der Elektronik.
Die feste Verbindung zwischen Last und Motor beseitigt alle Auswirkungen von Verdrehungen, mechanischem Spiel, Ausdehnungen des Zahnriemens oder ähnlichem.
Darüber hinaus ist der Drehgeber in Rundtischen mit Torquemotoren direkt an die zu bewegende Last gekoppelt. Das liefert dem Antrieb Informationen zur realen Position ohne Verfälschungen.

Diese Verbesserungen schlagen sich nicht nur in einer größeren Positioniergenauigkeit nieder, sondern wirken sich auch direkt auf die Reaktionszeit des Systems aus. Insgesamt führt das zu einer wesentlichen Verbesserung der Dynamik mit einem reduzierten Aufwand regelungstechnische Abweichungen zu kompensieren, da diese sehr viel niedriger sind als Sie in einer konventionellen Servogetriebe Anwednung auftreten.

Bis hierher haben wir uns auf die Verbesserungen konzentriert, die ein Torquemotor im Vergleich zu einem Servomotor mit sich bringt. Aber es gibt Funktionen, die nur ein Rundtisch mit Torquemotor anbieten kann.

Eine dieser Funktionen ist die durchgehende Hohlwelle.
Der Torquemotor ermöglicht die Nutzung eines Hohlraums, der sich über die gesamte Länge des Motors erstreckt. Diese Öffnung ermöglicht das einfache Durchführen von Kabeln oder Leitungen von der Maschinenbasis bis zur Last.
Für einen Rundtakttisch beispielsweise, der definierte Positionen umfasst, stellt die Durchführung der Leitungen durch die Tischmitte anstelle einer Leitungsführung außen am Tisch entlang eine enorme Konstruktionsvereinfachung dar.

Ein weiterer Vorteil des Rundtisches mit Torquemotors ist die Systemintegration.Anders ausgedrückt also ein sehr hohes Niveau der technischen Anpassung an die erforderlichen Gegebenheiten.
Anders als bei einem Servomotor, der stets als austauschbares Standardelement konzipiert wird, hat der Rundtisch mit Torquemotor eine breite Vielfalt an verfügbaren Durchmessern und Wicklungen, um sich an die Anforderungen jeder Anwendung anzupassen. Dadurch können Konstrukteure den Motor direkt in die Struktur der Maschine integrieren und Bestandteile konstruktiv berücksichtigen, die eine Verankerung weiterer Elemente ermöglichen, oder sogar ein besseres Kühlsystem einplanen.

Una de estas funcionalidades es el agujero pasante.

El Torque permite tener un agujero interior que cruza la longitud del motor. Este agujero permite pasar cables o tubos, de forma muy simple, desde la base de la máquina hasta la carga.

Por ejemplo, una mesa de indexado que contiene distintas estaciones, el hecho de pasar los cables por el centro de la mesa, en lugar de por el exterior de esta, supone una simplificación de diseño abismal.

Otra ventaja que aporta el Torque es el de integración en el sistema, o lo que sería un alto nivel de personalización.

Al contrario que el servomotor, que intenta ser una pieza estándar e intercambiable, el Torque tiene una amplia variedad de diámetros y bobinados para adaptarse a las exigencias de cada aplicación. Esto permite a los ingenieros de diseño integrarlo directamente en la estructura de la máquina y añadirle piezas que faciliten el anclaje con otros elementos, o incluso un mejor sistema de refrigeración.

In diesem Artikel haben wir uns die Eigenschaften angeschaut, die dem Rundtisch mit Torquemotor eindeutige Vorteile gegenüber dem konventionellen Servomotor verleihen. Es gibt zwar auch Aspekte, die mehr für die Verwendung eines Servomotors sprechen, doch die meisten Eigenschaften beruhen auf einem direkten Vergleich und sind leicht zu entkräften, wenn der Vergleich um die Vorteile erweitert wird, die der Maschine insgesamt zugutekommen. Dazu gehört beispielsweise der Einzelpreis eines Servomotors, der niedriger ist als der eines Rundtischs mit Torquemotors. Wenn wir jedoch das Untersetzungsgetriebe, die Kupplung und die Montagezeit beachten , gleicht sich der Mehrpreis schnell wieder aus.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Punkte zusammengefasst, die in diesem Artikel durchgesprochen wurden, sie zeigen die technische Überlegenheit des Rundtischs mit Torquemotor:

In der nachfolgenden Tabelle sind die Punkte zusammengefasst, die in diesem Artikel durchgesprochen wurden, sie zeigen die technische Überlegenheit des Rundtischs mit Torquemotor:

En la tabla siguiente se resumen los puntos tratados en este artículo, donde queda plasmada la superioridad técnica del motor Torque:

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Wir sehen uns im nächsten Kapitel!

Bis dahin, alles Gute!

Das SINADRIVES Team.