Funktionsprinzip
Ein Servomotor ist weniger eine eigene Maschinenart als ein vollständiges geregeltes Paket: ein Motor, ein Lage- oder Drehzahlgeber und ein Regler, der Sollwert und Istwert fortlaufend vergleicht. Der Regler speist so viel Strom ein, wie nötig ist, um diese Abweichung auf null zu bringen. Moderne Industrieservos nutzen meist einen Permanentmagnet-Synchronmotor mit hochauflösendem Geber, während Modellbauservos aus einem kleinen Bürsten-Gleichstrommotor, einem Getriebe und einem Potentiometer bestehen.
Der Regelkreis
Der Regelkreis unterscheidet den Servo vom gewöhnlichen Motor. Lage, Drehzahl und Strom werden üblicherweise in verschachtelten Kreisen geregelt, wobei der Stromkreis der schnellste und der Lageregelkreis der langsamste ist. Weil der Regler die tatsächliche Wellenlage sieht, gleicht er Laststörungen, Reibung und Fertigungstoleranzen selbsttätig aus. Ein Schrittmotor nimmt schlicht an, angekommen zu sein; ein Servo weiß, ob er es ist, und regelt nach, bis er es ist.
Moment, Drehzahl und Dynamik
Ein Servoantrieb kann kurzzeitig das Zwei- bis Dreifache des Dauermoments liefern; das ermöglicht hohe Beschleunigung und kurze Ausregelzeiten. Das Nennmoment steht von null bis zur Eckdrehzahl dauerhaft zur Verfügung, darüber geht der Antrieb in Feldschwächung und tauscht Moment gegen Drehzahl. Die Einstellung der Reglerverstärkungen bestimmt den Kompromiss zwischen Schnelligkeit und Stabilität: zu wenig Verstärkung und die Achse schleppt nach, zu viel und sie überschwingt oder schwingt.
Einsatzgebiete
Servomotoren bewegen alles, was genau, wiederholbar und schnell sein muss: Industrieroboter, CNC-Werkzeugmaschinenachsen, Bestückungsautomaten, Verpackungs- und Drucklinien sowie Kamera-Gimbals. Kleine Modellbauservos mit PWM-Pulsweitenbefehl verstellen Ruder und Robotergelenke. Gegenüber dem Schrittmotor kostet der Servo mehr und muss eingestellt werden, verliert dafür aber keine Schritte, läuft im Stillstand kühler und hält seine Genauigkeit auch bei hoher Drehzahl.