Servoumrichter Hersteller – Vergleich

Servoumrichter regeln Servomotoren in Achssystemen mit hoher Genauigkeit. Die Leistungselektronik wandelt Netzenergie in geregelte Motorströme. Entscheidend sind kurze Reaktionszeiten: Der Regelkern verarbeitet Geberdaten in Millisekunden und korrigiert den Stromvektor, damit Position und Drehzahl stabil bleiben.

Aufbau: Leistungsteil, Regelkern und Rückführung

Im Leistungsteil schalten Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) den Zwischenkreis taktgenau. Aus dreiphasigen 400 V AC entstehen sinusförmige Motorströme mit variabler Frequenz. Ein digitaler Signalprozessor (DSP) berechnet die Regler im festen Zeittakt. Typisch ist die feldorientierte Regelung (FOC, Field Oriented Control). Sie trennt rechnerisch Fluss- und Momentenbildung und erhöht die Dynamik.

Bei hochauflösenden Feedbacksystemen führt der Umrichter Positions- und Geschwindigkeitswerte skaliert direkt dem Lageregler zu. Resolver liefern robuste Sinus-Cosinus-Signale, EnDat überträgt digitale Positionsworte mit Prüfsummen. Ohne konsistente Geberauflösung driftet die Positionierung. Bei einem Linearmotor mit 1 µm Messschritt verlangt der Regler eine entsprechend feine Interpolation, sonst steigen die Konturfehler.

Auswahlkriterien: Dimensionierung und Echtzeitkommunikation

Bei der Auslegung zählt zuerst die elektrische Passung zwischen Motor und Gerät. Nennstrom, Spitzenstrom und Motorspannung müssen zusammenpassen. Andernfalls begrenzen Schutzfunktionen das Drehmoment oder das Leistungsteil wird überlastet. Nicht die maximale Leistung allein ist ausschlaggebend, sondern passende Überlastreserven für dynamische Zyklen. Servoantriebe in Robotikzellen benötigen oft kurze Spitzenströme, während Werkzeugmaschinen überwiegend gleichmäßige Dauerlast fahren.

• Motoranpassung: Motortyp (Synchron-Servomotor, Asynchron-Servomotor oder Linearmotor) definiert Stromform, Spannungsniveau und Kommutierungsmodell.
• Leistungsbereich: Nennleistung plus spezifizierter Spitzenstrom bestimmen Beschleunigungsrampen und Taktzeiten bei wiederholten Lastwechseln.
• Regelgüte: Hohe Regelbandbreite reduziert Gleichlaufschwankungen, und geringe Totzeiten stützen präzise Bahnführung bei interpolierten Achsen.

Zweitens prägt das Kommunikationsprofil die Systemarchitektur im Schaltschrank. EtherCAT taktet typischerweise im Submillisekundenbereich, PROFINET arbeitet je nach Klasse mit harter Echtzeit bis hin zu IRT-Profilen. Der Bus bestimmt die Diagnosewege. Für eine Achsgruppe mit 1 kHz Sollwertakt ist eine Feldbusschnittstelle mit deterministischer Zykluszeit erforderlich, sonst verschlechtert sich die Bahnruhe.

Sicherheitsfunktionen nach IEC 61800-5-2

Sicherheitsfunktionen sind heute im Antriebssystem integriert und folgen definierten Zuständen. Nach DIN EN 61800-5-2 gehören STO (Safe Torque Off) und SS1 (Safe Stop 1) zum Standardumfang vieler Gerätefamilien. SLS (Safely Limited Speed) ergänzt drehzahlüberwachte Betriebsarten. Der Bewegungsregler arbeitet intern weiter, während STO das Momentenerzeugungsvermögen hardwarebasiert unterbricht.

• STO: Schaltet das Drehmoment sicher ab und verhindert ungewolltes Anlaufen.
• SS1: Bremst entlang einer definierten Rampe ab und wechselt danach in STO.
• SLS: Überwacht eine Grenzdrehzahl für Einrichtbetrieb oder Handbetrieb.

Erforderlich ist die zur Risikobeurteilung passende Funktion. Die Zertifikatslage muss zum Sicherheitskonzept passen. Für eine Vertikalachse kann SBC (Safe Brake Control) die Haltebremse überwachen, wenn das Gesamtsystem einen definierten Stillstand fordert.

Schnittstellen: I/O-Ebene, Geberformate und Normbezüge

Neben dem Feldbus strukturieren digitale Eingänge Freigaben, Grenztasterzustände und Referenzsignale. Analoge Eingänge übernehmen etwa ±10-V-Sollwerte in Mischarchitekturen. Auf Geberseite unterstützen viele Geräte EnDat, HIPERFACE, TTL/HTL-Inkrementalgeber und Resolver. Bei IP20 bleibt der Einbau typischerweise auf den Schaltschrank beschränkt, während IP65-Geräte näher an der Maschine montiert werden können.

Normen und Richtlinien: DIN EN 61800-5-2, ISO 13849-1, IEC 62061, IEC 61800-7, DIN EN 60529.