Schrittmotor vs. Servomotor: Wie Sie die richtige Wahl für industrielle Anwendungen treffen

Schrittmotoren und Servomotoren sind beide wichtig, da viele Maschinen eine kontrollierte Bewegung anstelle einer einfachen Drehung benötigen. Beide sind Bewegungssteuerung Motoren Sie wurden zwar zum Transport von Maschinen verwendet, aber die Methoden sind unterschiedlich. 

Wie wählt man zwischen Schrittmotor vs. Servomotor? 

Schrittmotoren bewegen sich in festen Schritten. Servomotoren hingegen nutzen eine Rückkopplungsregelung, um Position, Geschwindigkeit und Drehmoment kontinuierlich zu korrigieren. 

Bei der Wahl zwischen den beiden müssen Sie Kosten, Präzision, Geschwindigkeit, Drehmoment und die Dauer der Inbetriebnahme berücksichtigen. 

Dieser Leitfaden erläutert die Spezifikationen der einzelnen Motortypen, um Maschinenbauingenieuren und Gerätekonstrukteuren bei der Auswahl des besten Typs zu helfen. 

Worin besteht der Unterschied zwischen Regelung im offenen Regelkreis und Regelung im geschlossenen Regelkreis?

Bevor man sich mit Kosten oder Drehmoment befasst, ist es unerlässlich zu verstehen, wie diese Motoren gesteuert werden. Die Hauptunterschiede zwischen Schritt- und Servomotoren ergeben sich aus diesen Konstruktionsmerkmalen. 

Schrittmotoren: Bewegungssteuerung im offenen Regelkreis

Ein Schrittmotor führt seine Schritte in festen Winkelintervallen aus, üblicherweise 1,8° bei einem regulären Schrittmotor. NEMA-Schrittmotor Motor. Die gebräuchlichsten Baugrößen für Schrittmotoren sind NEMA 17, 23 und 34. Schrittmotortreiber Der Motor wird durch Impulse angesteuert, während der Motor selbst einen Schritt ausführt, ohne Informationen über seine Position zu erhalten.

Die Regelung im offenen Regelkreis trägt zu einem unkomplizierten und kostengünstigen System bei. Allerdings gibt es keine Möglichkeit zu erkennen, ob der Schrittmotor unter Last einen Schritt ausgelassen hat.

Servomotoren: Geschlossene Regelung der Bewegungssteuerung

Ein Servomotor ist mit einem Encoder gekoppelt, der kontinuierlich die tatsächliche Wellenposition an den Motor zurückmeldet. Servomotorsteuerung. Der Regler vergleicht die Ist-Position mit der Soll-Position und korrigiert in Echtzeit.

Das geschlossener Regelkreis Die Architektur bewältigt variable Lasten ohne Positionsverlust. Sie erfordert jedoch zusätzliche Hardware (Encoder, Rückkopplungsleitungen) und eine Feinabstimmung während der Inbetriebnahme.

Wie man zwischen einem Schrittmotor und einem Servomotor wählt

In diesem Abschnitt werden die fünf Dimensionen erläutert, die Ihnen bei der Auswahl zwischen einem Schrittmotor vs. Servomotor. 

1. Kosten

Schrittmotoren bieten den Vorteil geringerer Materialkosten in der Anschaffung. Typischerweise liegen diese um etwa 30 bis 50% niedriger als bei vergleichbaren Servomotoren. 

A Schrittmotortreiber In Kombination mit einem NEMA 23-Schrittmotor ist es deutlich günstiger als ein Servomotor-Anordnung. Dieses alternative Servosystem würde einen Motor, einen Encoder und einen Servomotorsteuerung um die gleiche Drehmomentkapazität zu bieten.

Ein Nachteil von Schrittmotoren ist jedoch, dass sie auch im Stillstand den vollen Nennstrom ziehen. Über die gesamte Lebensdauer einer Maschine hinweg erhöht dieser hohe Stromverbrauch die Betriebskosten, insbesondere im Dauerbetrieb.

2. Präzision und Genauigkeit

Der Standard NEMA-Schrittmotor Motor Im offenen Regelkreis bietet es eine Schrittgenauigkeit von ±0,005°. Dies ist ausreichend für Anwendungen wie 3D-Drucker, Etikettiermaschinen und verschiedene Pick-and-Place-Systeme mit vorhersehbarer Last.

Ein Servomotor korrigiert seinen Positionsfehler kontinuierlich mithilfe des Encoder-Regelkreises. Für Anwendungen, die kumulative Fehler nicht tolerieren, wie beispielsweise in der Robotik oder bei der mehrachsigen CNC-Bearbeitung, ist die Regelung des Servomotors im geschlossenen Regelkreis unerlässlich.

Schrittmotor-Servo-Hybride stellen einen guten Kompromiss dar: eine Encoder-Rückkopplungsschaltung kombiniert mit einem Standard-Schrittmotordesign.

3. Geschwindigkeit und Beschleunigung

Schrittmotoren weisen oberhalb von 1000 U/min ein sehr geringes Drehmoment auf. Daher sind sie nicht für Prozesse geeignet, die einen hohen Durchsatz und häufige Bewegungen zwischen zwei Punkten erfordern.

Servomotoren hingegen halten das Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich konstant. Sie arbeiten üblicherweise mit Drehzahlen von über 5.000 U/min.

4. Drehmomentcharakteristik

Der größte Vorteil eines Schrittmotors liegt in seinem hohen Drehmoment im Stillstand. Beispielsweise halten Schrittmotoren bei der Verwendung in Solarmodul-Trackern, Ventilantrieben und Dosierköpfen die Position effizient und ohne zusätzliche Bremse. 

Servomotoren bieten hingegen Vorteile hinsichtlich eines gleichbleibenden dynamischen Drehmoments. Bei Laständerungen während der Bewegung, wie beispielsweise bei Robotergelenken mit wechselnden Nutzlasten oder CNC-Spindeln beim Schneiden, passt sich der Servo automatisch an. Dadurch wird sichergestellt, dass das System seine Position stets beibehält.

5. Komplexität der Inbetriebnahme und Integration

Schrittmotortreibersysteme sind sofort einsatzbereit. Ein einfaches Impuls-/Richtungssignal von einer SPS oder einer Bewegungssteuerungskarte genügt. Keine Encoderverkabelung, keine PID-Reglereinstellung.

Servomotorsteuerungen erfordern die Verdrahtung des Encoders, die Softwareparametrierung und die PID-Reglereinstellung. Moderne Antriebe mit automatischen Optimierungsfunktionen reduzieren diesen Aufwand, die Inbetriebnahme eines Servomotors erfordert jedoch immer noch mehr Ingenieurzeit als eine vergleichbare Schrittmotorkonfiguration.

Nachfolgend eine Zusammenfassung der Spezifikationen: 

Siemens 3RT6023-1BB40

Nennstrom: 9A
Spulenspannung: 24 V DC
Anzahl der Pole: 3
Hilfskontakte: 1 Schließer + 1 Öffner
Nennbetriebsspannung: 230 V
Montagetyp: Schraubklemme

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Was sind die gängigen Anwendungsgebiete der einzelnen Motoren?

Nutzen Sie die folgende Tabelle als Referenz, bevor Sie Ihre Motorspezifikation endgültig festlegen. Die richtige Wahl hängt vom jeweiligen Lastprofil, den Drehzahlanforderungen und dem Budget für jede Achse ab: 

Abschluss

Der Schrittmotor vs. Servo Die Entscheidung hängt letztendlich von einer Frage ab: Wie stark variiert Ihre Last und wie schnell muss sich Ihre Achse bewegen? 

Ihre Wahl hängt auch von der Regelungsarchitektur ab: Schrittmotoren im offenen Regelkreis führen Befehle blind aus, ohne die tatsächliche Motorposition zu überprüfen. Servomotoren hingegen arbeiten im geschlossenen Regelkreis und nutzen Echtzeit-Rückmeldung, um Fehler kontinuierlich zu überwachen und zu korrigieren.

So beeinflusst dieser Designunterschied Ihre Entscheidung:

• Wählen Sie einen Schrittmotor für niedrige Kosten, einfache Handhabung und hohes Haltemoment. Dies gilt insbesondere bei vorhersehbarer Last und moderaten Drehzahlen (z. B. kleine Automatisierungs- oder Indexieranwendungen).
• Wählen Sie einen Servomotor für schnelles Ansprechverhalten, gleichmäßige Bewegung und zuverlässige Genauigkeit unter wechselnden Lasten. Dadurch eignet er sich ideal für Anwendungen mit hohen Geschwindigkeiten und hoher Leistung (z. B. CNC-Maschinen).

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