Schrittmotor vs. Servomotor: Wesentliche Unterschiede erklärt

Servomotoren wandeln als Aktoren in Steuerungssystemen empfangene elektrische Signale in Winkelverschiebung oder Winkelgeschwindigkeit an der Motorwelle um. Der Rotor ist ein Permanentmagnet. Die vom Treiber gesteuerte U/V/W-Dreiphasen-Wechselspannung erzeugt ein elektromagnetisches Feld – Rotor dreht sich darunter. Gleichzeitig führt der Motorencoder das Signal an den Treiber zurück. Treiber vergleicht Soll- mit Ist-Wert und justiert Rotorwinkel.

Die Servomotor-Genauigkeit hängt von der Encoder-Auflösung ab. Der Servomotor sendet selbst Impulse: Bei jeder Drehung um einen Winkel entsprechende Impulsanzahl – Impulse von Servoantrieb und Motorencoder bilden Rückführung. Also Geschlossener Regelkreis (Closed Loop).

Schrittmotor ist ein Offener Regelkreis (Open Loop)-Element: Wandelt elektrische Impulssignale in Winkel- oder Linearsverschiebung um. Bei Nicht-Überlast hängen Drehzahl und Stopp-Position nur von Impulsfrequenz und -anzahl ab – lastunabhängig.

Beim Empfang eines Impulssignals dreht der Schrittmotortreiber den Motor um einen festen Winkel in eingestellter Richtung – der „Schrittwinkel“. Über Impulsanzahl lässt sich Winkelverschiebung steuern → präzise Positionierung. Über Impulsfrequenz lassen sich Drehzahl und Beschleunigung steuern → hohe Geschwindigkeit. Also Open-Loop-Steuerung.

Unterschiede Schrittmotor vs. Servomotor

Steuerung (Controller)

Schrittmotor-Controller: Elektronisches Gerät, sendet gleichmäßige Impulssignale. Nach Eintritt in Schrittmotortreiber → Umwandlung in Starkstromsignal für Motor. Kann Motor präzise durch jeden Winkel steuern. Treiber empfängt Impulssignal – pro Impuls ein fester Drehwinkel. Daher breit in Industrie verbreitet.

Servomotor-Controller: Steuert Servomotor. Funktion ähnlich Frequenzumrichter an Asynchronmotor. Teil des Servosystems, primär für hochpräzise Positioniersysteme. Steuerung über Position, Geschwindigkeit, Drehmoment → hochpräzises Antriebssystem. High-End-Übertragungstechnologie.

Steuergenauigkeit

Schrittmotor: Mehr Phasen/Schritte → höhere Genauigkeit. Servomotor: Basiert auf internem Encoder – mehr Encoder-Schritte → höhere Genauigkeit.

Steuerverfahren

Open Loop vs. Closed Loop.

Tieffrequenzverhalten

Schrittmotoren neigen bei niedrigen Drehzahlen zu Niederfrequenzschwingungen. Dämpfung/Subdivisionstechnik dagegen. Servomotoren vibrieren nicht bei niedrigen Drehzahlen. AC-Servosystem hat Resonanzunterdrückung, kompensiert Maschinensteifigkeitsmangel, Frequenzanalyse (FFT) detektiert Resonanzpunkte für Systemabstimmung.

Drehmoment-Frequenz-Kennlinie

Schrittmotor: Ausgangsdrehmoment sinkt mit steigender Drehzahl. AC-Servomotor: Konstantes Drehmoment.

Überlastfähigkeit

Schrittmotor: Keine Überlastfähigkeit. AC-Motor: Starke Überlastfähigkeit.

Betriebsverhalten

Schrittmotor: Open Loop. Zu hoher Startfrequenz oder Last → Schrittverlust/Stillstand. Zu hohe Geschwindigkeit → Überschwingen. Servosystem: Closed Loop. Treiber sampelt Encoder-Rückführung direkt – Positions- und Geschwindigkeitsregelkreis intern. Kein Schrittverlust/Überschwingen – zuverlässiger.

Geschwindigkeitsantwort

Schrittmotor: Hunderte Millisekunden von Stillstand auf Arbeitsdrehzahl. AC-Servosystem: Bessere Beschleunigung, wenige Millisekunden – für schnelles Start/Stopp geeignet.

AC-Servosystem überlegen in vielen Leistungsaspekten. Schrittmotoren dennoch in weniger anspruchsvollen Anwendungen als Ausführungsmotoren verbreitet. Bei Steuerungsdesign: Steuerungsanforderungen, Kosten umfassend abwägen, passenden Motor wählen.