Die Elektromechanik ist ein Teilgebiet der Elektrotechnik, das sich vor allem mit der Erzeugung mechanischer Vorgänge mit Hilfe elektrischer Antriebe befasst. Diese mechanischen Vorgänge können alle Größenordnungen von der Verstellung eines Zeigers bis hin zum Motorantrieb umfassen, ebenso zahlreiche Anwendungszwecke von der Informatik bis hin zur Großenergietechnik.
Das Gebiet der „Elektromechanik“ überschneidet sich dabei vielfach mit enger spezialisierten Gebieten wie dem Elektromaschinenbau, der Elektroinstallation, der Elektronik, der Informationstechnik sowie auch der elektrischen Steuerungstechnik, Feinmechanik und dem Maschinenbau. Das Zusammenspiel der Elektromechanik mit der Informationstechnik wird durch die interdisziplinäre Mechatronik abgedeckt.
Elektromechanische Systeme bieten in vielen Anwendungen zahlreiche Vorteile gegenüber den „klassischen“ Antriebselementen. Sie sind kompakter und leichter und dank des direkt angeschlossenen Antriebsmotors kommen sie ohne platzaufwendige Kompressoren, Pumpen, Öltanks, Rohrleitungen und Filter aus.
Da sie kein Medium zum Übertragen der Kräfte benötigen, bieten sie auch Vorteile in punkto Sicherheit und Umweltverträglichkeit: Ein Brandrisiko oder die Gefahr einer Kontaminierung und Beschädigung aufgrund von Öl-Leckagen bestehen nicht. Elektrisch betätigte Aktuatoren arbeiten zudem geräuschärmer als bisher gebräuchliche Lösungen.
Darüber hinaus bieten elektromechanische Systeme auch erhebliche Leistungsvorteile. Sie weisen ein breiteres Geschwindigkeits- und Leistungsspektrum auf als hydraulische Aktuatoren und ermöglichen eine höhere Positioniergenauigkeit als z.B. pneumatische Zylinder. Zudem sorgen sie für einen gleichmäßigeren Betrieb: Bei Hydrauliksystemen kann sich die Viskosität des Hydrauliköls im Laufe der Betriebsdauer sowie in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur ändern, was zu einer Beeinträchtigung der Maschinenleistung führt.
Dagegen arbeiten elektromechanische Systeme stets innerhalb präziser Toleranzen. Und da die beweglichen Teile auf bewährter Wälzlagertechnik basieren, ist es auch möglich, ihre Gebrauchsdauer unter bestimmten Betriebsbedingungen vorherzusagen.
Als Servomotor werden spezielle Elektromotoren bezeichnet, die die Kontrolle der Winkelposition ihrer Motorwelle sowie der Drehgeschwindigkeit und Beschleunigung erlauben. Sie bestehen aus einem Elektromotor, der zusätzlich mit einem Sensor zur Positionsbestimmung ausgestattet ist. Die vom Sensor ermittelte Drehposition der Motorwelle wird kontinuierlich an eine meist außerhalb des eigentlichen Motors angebrachte Regelelektronik übermittelt, den so genannten Servoregler, der die Bewegung des Motors entsprechend einem oder mehreren einstellbaren Sollwerten – wie etwa Soll-Winkelposition der Welle oder Solldrehzahl – in einem Regelkreis regelt.
Die Kombination aus Servomotor und Servoregler bildet zusammen den Servoantrieb. Servomotoren werden in einem geschlossenen Regelkreis betrieben. Der Betrieb kann momenten- , geschwindigkeits- oder positionsgeregelt sein. Kombinationen sind durch die Schachtelung der Regelkreise möglich. Dies ermöglicht eine Anpassung an verschiedenste Anwendungen.
Der Begriff Servomotor kommt von seinem früheren Einsatzgebiet als Hilfsantrieb (servus lat. Diener) und beschreibt im Gegensatz zu Motorbezeichnungen wie DC-Motor oder Induktionsmotor kein physikalisches Wirkungsprinzip. Ein Servoantrieb kann einen Gleichstrommotor, einen Asynchronmotor oder einen Synchronmotor, also jede Art Elektromotor enthalten. Die Unterscheidung zu anderen Motoren liegt also nicht im Motor selbst, sondern allein in ihrer Ansteuerung, die in einem geschlossenen Regelkreis betrieben wird (im Gegensatz etwa zum Schrittmotor oder zum Zuschaltbetrieb am Drehstromnetz wie beispielsweise bei der Stern-Dreieck-Schaltung).
Ein Schrittmotor ist ein Synchronmotor, bei dem der Rotor (drehbares Motorteil mit Welle) durch ein gesteuertes, schrittweise rotierendes, elektromagnetisches Feld der Statorspulen (Stator = nicht drehbarer Motorteil) um einen minimalen Winkel (Schritt) oder sein Vielfaches gedreht werden kann. Schrittmotoren existieren auch in Form von Linearmotoren.
Schrittmotoren folgen exakt dem außen angelegten Feld und können ohne Sensoren zur Positionsrückmeldung (Encoder, Drehgeber oder ähnliches) genau betrieben werden. Sie zeigen damit ein ähnliches Verhalten wie Synchronmotoren, weisen aber in der Regel eine deutlich höhere Polpaarzahl auf. Daher können sie einfacher betrieben werden als beispielsweise Servomotoren (i. d. R. Gleichstrom- oder Synchronmotoren mit Positionsgeber), welche auf die gewünschte Position eingeregelt werden müssen. Für einen besonders homogenen Verlauf werden Schrittmotoren mit einem gleichförmigen Drehfeld angesteuert.
Ein Getriebe (oder Umformerelement) ist ein Maschinenelement, mit dem Bewegungsgrößen geändert werden. Mitunter spielt die Änderung einer Kraft oder eines Drehmoments die entscheidende Rolle. Die zu ändernde Bewegung ist oft eine Drehbewegung. Ein Getriebe besitzt im Allgemeinen einen Antrieb, an dem die zu übersetzende Kraft „eingespeist“ wird (z. B. von einem Motor), sowie einen Abtrieb, an dem ein Werkzeug oder eine Arbeitsmaschine angeschlossen ist.
Controller bzw. Servoregler werden zum Betrieb von Servomotoren benötigt. Die Regler speisen die Motoren und verarbeiten die Feedback-Signale, sprich die Rückmeldungen über Position und Geschwindigkeit. Je nach Ausführung können so einfache bis komplexe Fahrprofile in den Controllern realisiert werden. Manche bieten auch die Möglichkeit sogenannte HID (Human Interface Divice) anzubinden und somit eine direkte grafische Darstellung zu ermöglichen. Um Mehrachssysteme bzw. Achsportale zu realisieren bedarf es speziellen Reglern die für diese Aufgaben ausgelegt und konzipiert wurden.
Ein Frequenzumrichter ist ein Stromrichter, der aus Wechselspannung eine in der Frequenz und Amplitude veränderbare Wechselspannung für die direkte Versorgung von elektrischen Maschinen wie Drehstrommotoren generiert. Sollwerte für Frequenz und Amplitude der Ausgangswechselspannung richten sich nach den Erfordernissen der elektrischen Maschine und deren aktueller Last. Manche Frequenzumrichter weisen zusätzliche Sensoreingänge auf, um Zustandsparameter der elektrischen Maschine wie Drehzahl oder momentane Winkelposition des Rotors zu erfassen. Je nach Art der elektrischen Maschine können Frequenzumrichter sowohl mit Einphasenwechselspannung als auch Dreiphasenwechselspannung arbeiten und auch aus Einphasenwechselspannung eine Dreiphasenwechselspannung für die Versorgung von Drehstrommotoren generieren.
Umrichter sind elektrisch ähnlich aufgebaut, dienen aber nicht der Steuerung und Versorgung eines elektrischen Motors, sondern arbeiten üblicherweise mit einer fixen Frequenz und Spannungsamplitude am Ausgang zur Versorgung mehrerer, unterschiedlicher Verbraucher.
Frequenzumrichter und Umrichter sind elektronische Geräte ohne mechanisch bewegte Komponenten. Im Gegensatz dazu ist ein Umformer eine rotierende elektrische Maschine, wie sie unter anderem in Bahnstromumformerwerken verwendet werden.
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