Modellflugzeug-Fans dürften mit Lenkgetrieben vertraut sein. RC-Servos spielen eine wichtige Rolle im Modellflug, insbesondere bei Starrflüglern und Schiffsmodellen. Steuerung, Start und Landung des Flugzeugs werden durch das Lenkgetriebe geregelt. Die Tragflächen drehen sich vorwärts und rückwärts. Dafür ist die Kraftübertragung der Servomotoren erforderlich.
Servomotoren werden auch als Mikroservomotoren bezeichnet. Der Aufbau des Lenkgetriebes ist relativ einfach. Im Allgemeinen besteht es aus einem kleinen Gleichstrommotor (kleiner Motor) und einem Untersetzungsgetriebe sowie einem Potentiometer (das mit dem Untersetzungsgetriebe verbunden ist und als Positionssensor dient) und einer Steuerplatine (die im Allgemeinen einen Spannungskomparator, ein Eingangssignal und eine Stromversorgung enthält).
Servomotoren unterscheiden sich vom Prinzip von Schrittmotoren. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Gleichstrommotor und verschiedenen Komponenten. Schrittmotoren nutzen die Erregung der Statorspule, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das den Permanentmagnetrotor anzieht oder auf den Reluktanzkern des Stators wirkt, um ihn in eine vorgegebene Position zu drehen. Der Fehler ist dabei sehr gering, und es findet in der Regel keine Rückkopplungsregelung statt. Da der Mini-Servomotor des Lenkgetriebes vom Gleichstrommotor angetrieben wird, ist ein Controller erforderlich, der Befehle an den Gleichstrommotor sendet. Im Lenkgetriebesystem findet somit eine Rückkopplungsregelung statt.
Das Abtriebsrad des Untersetzungsgetriebes im Lenkgetriebe ist mit einem Potentiometer als Positionssensor verbunden. Der Drehwinkel des Lenkgetriebes wird somit vom Drehwinkel des Potentiometers beeinflusst. Beide Enden des Potentiometers sind mit dem Plus- und Minuspol der Eingangsspannung verbunden, das verschiebbare Ende mit der rotierenden Welle. Die Signale werden einem Spannungskomparator (Operationsverstärker) zugeführt, dessen Versorgungsspannung an die Eingangsspannung angeschlossen ist. Das Eingangssteuersignal ist ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM), das die mittlere Spannung proportional zur maximalen Spannung innerhalb einer Periode ändert..
Durch den Vergleich der mittleren Eingangsspannung mit der Spannung des Leistungspositionssensors – beispielsweise gibt der Verstärker bei höherer Eingangsspannung als die Sensorspannung eine positive Versorgungsspannung aus, bei höherer Eingangsspannung hingegen eine negative, also umgekehrte. Dies steuert die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Gleichstrommotors und somit über das Abtriebsgetriebe die Drehung des Lenkgetriebes. Wie in der Abbildung oben dargestellt. Ist das Potentiometer nicht mit dem Abtriebszahnrad verbunden, kann es mit anderen Wellen des Getriebes gekoppelt werden, um durch Steuerung des Übersetzungsverhältnisses einen größeren Lenkbereich, z. B. eine 360°-Drehung, zu erreichen. Dies kann zwar zu einem größeren, aber nicht kumulativen Fehler führen (d. h. der Fehler nimmt mit dem Drehwinkel zu)..
Aufgrund ihrer einfachen Bauweise und geringen Kosten finden Lenkgetriebe vielfältige Anwendung, nicht nur im Modellflug. Sie kommen auch in verschiedenen Roboterarmen, Robotern, ferngesteuerten Autos, Drohnen, Smart Homes, der industriellen Automatisierung und anderen Bereichen zum Einsatz. Damit lassen sich diverse mechanische Aktionen realisieren. Für Anwendungen mit hohen Präzisionsanforderungen oder hohem Drehmoment- und Lastbedarf sind zudem spezielle Servos mit hohem Drehmoment und hoher Präzision erhältlich.
Veröffentlichungsdatum: 20. September 2022