Geregelter Betrieb
Durch eine integrierte Positionsrückmeldung können Motoren in Regelung betrieben werden. Die kommandierte und die tatsächlich erreichte Position werden gemessen und miteinander verglichen. Regeltechniken werden eingesetzt um die Zielposition optimal zu erreichen, für eine hohe Positionsauflösung, für gleichbleibende Vorschubgeschwindigkeit und große dynamische Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbereiche.
Geregelter Betrieb von Piezo-Aktoren und -Systemen
Piezo-Servocontroller verfügen über zusätzliche Schaltungen zur Positionserfassung und Servosteuerung um Nichtlinearität, Hysterese und Kriechen zu kompensieren. Ein analoges Signal kontrolliert die Piezoauslenkung. Abhängig von Piezomechanik und Sensorart ist damit eine Positioniergenauigkeit und Wiederholbarkeit im Nanometerbereich möglich. Hochauflösende Positionssensoren sorgen für optimale Positionsstabilität und schnelles Ansprechverhalten im Nanometerbereich. Die integrierten achsenselektiven Notchfilter (Kerbfilter) verbessern die Stabilität und ermöglichen einen breitbandigeren Betrieb, der näher an der Resonanzfrequenz der Mechanik liegt.
PI-Piezotreiber für PICMA®-Aktoren verfügen über einen Ausgangsspannungsbereich von bis zu -30 bis +135 V um dem Servocontroller genügend Kompensationsspielraum z.B. bei Änderung der Last zu geben.
Siehe >> ungeregelter Betrieb, >> kapazitive Sensoren, >> Dehnmessstreifensensor.
Getriebe
Mit Getrieben können Geschwindigkeit und Drehmoment eingestellt werden. Dabei ist das Übersetzungsverhältnis entscheidend, also der Quotient zwischen der Drehzahl und dem Getriebeeingang. Die Geschwindigkeit wird sozusagen am Getriebeausgang definiert. Man spricht von Untersetzung, wenn dieses Verhältnis größer als eins ist, wodurch sich eine geringere Drehzahl bei größerem Drehmoment ergibt. Umgekehrt verhält es sich für höhere Geschwindigkeiten. Typische Getriebearten sind beispielsweise Schnecken-, Stirnrad-, Planeten-, Kegelrad- und Riemengetriebe.
Siehe >> Schneckengetriebe, >> Kegelradgetriebe, >> Stirnradgetriebe, >> Planetengetriebe, >> Harmonic Drive Getriebe, >> Riemengetriebe.
Getriebemotoren
In der Präzisionspositionierung finden Getriebe vorwiegend Einsatz, um eine geringere Drehzahl bei größerem Drehmoment und höherer Auflösung bereitzustellen. Bei solchen Langsamfahrten dreht sich der Rotor durch die Getriebeübersetzung vergleichsweise schnell. Ohne Getriebe könnten aufgrund der geringen Rotordrehzahl unerwünschte Rastmomente, sogenanntes Cogging, auftreten. Zudem unterstützt ein Getriebe bei vertikalen Anwendungen die Selbsthemmung. Oft ist nur geringer Regelungsaufwand erforderlich, da der Motor die Last auf der Bewegungsplattform aufgrund des Getriebes nur noch um das Quadrat des Übersetzungsverhältnisses reduziert erfährt.
Eine Ausführung mit Getriebe ist aber spielbehaftet und zusätzliche Reibung verringert die Effizienz. Getriebehersteller bieten deshalb oft eine geeignete Schmierung an, um eine vorgesehene Lebensdauer zu garantieren. Die Lebensdauer hängt dabei maßgeblich von der Eingangsdrehzahl, dem Abtriebsdrehmoment und den Betriebs-, Umgebungs- und Einbaubedingungen ab. In Sonderlösungen erhöhen spezielle Sinter-, Kugel-, oder Keramiklager sowie Metallzahnräder und Sonderfette die Lebensdauer.
In spindelgetriebenen Positioniersystemen wirkt streng genommen auch die Antriebsspindel als Getriebe, da abhängig von der Spindelsteigung eine Geschwindigkeitsanpassung – auf Kosten des Drehmoments – erfolgt. So bewegt sich eine Bewegungsplattform bei einer Spindelsteigung von 2 mm/Umdrehung gegenüber einer Spindelsteigung von 1 mm/Umdrehung doppelt so schnell bei halbem Drehmoment. Für einige Anwendungen ist aber ein eigenes Getriebe zwischen Motor und Antriebsspindel erforderlich. Dafür setzt PI unterschiedliche Getriebetypen ein.
Gewindespindel
Gewindespindeln können sehr hohe Auflösungen bei gleichmäßigem Lauf erreichen und werden oft durch Federn vorgespannt, um das Umkehrspiel zu minimieren. Dadurch entsteht Gleitreibung, wodurch die Spindel selbsthemmend wirkt. Dies reduziert jedoch die Geschwindigkeit und die Lebensdauer.