TECHNISCHE UNTERSTÜTZUNG
Veröffentlicht 2026-04-13
ServoBeim Lasttest wird überprüft, ob aServoDer Motor und sein mechanisches Übertragungssystem können die angegebene Positionsgenauigkeit, Drehmomentabgabe und Reaktionsgeschwindigkeit beibehalten, wenn sie einem externen Widerstandsdrehmoment ausgesetzt werden. Dies ist ein notwendiger Validierungsschritt vor jedemServoDas System wird in realen Maschinen eingesetzt, beispielsweise in Roboterarmen, CNC-Vorschubachsen oder fahrerlosen Transportfahrzeugen. Ohne ordnungsgemäße Belastungstests kann es bei einem Servosystem zu Positionsabweichungen, Abwürgen, Schwingungen oder sogar zu Schäden am Treiber kommen, wenn es auf realen Arbeitswiderstand stößt. Dieser Leitfaden bietet eine standardisierte, schrittweise Methodik zur Durchführung von Servolasttests, die auf gängigen Industriepraktiken und zugänglichen Werkzeugen basiert, ohne auf eine bestimmte Marke oder ein bestimmtes Unternehmen Bezug zu nehmen.
Das Hauptziel des Lasttests besteht darin, zu bestätigen, dass die tatsächlichen Ausgangseigenschaften des Servosystems seinen theoretischen Spezifikationen unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen entsprechen. Konkret beantwortet der Lasttest drei grundlegende Fragen:
Drehmomentspielraum: Kann der Servo ausreichend Drehmoment bereitstellen, um die Last im schlimmsten Fall von Reibung und Trägheit zu beschleunigen, abzubremsen und zu halten?
Positionsgenauigkeit unter Last: Bleibt der tatsächliche Positionsfehler innerhalb der zulässigen Toleranz (z. B. ±0,05 mm), wenn eine äußere Kraft der Bewegung entgegenwirkt?
Thermisches Verhalten: Bleibt der Temperaturanstieg des Servomotors im Dauerbetrieb bei Nennlast unter dem Grenzwert der Isolationsklasse (typischerweise ≤80 °C für Isolationsklasse B)?
Ein typischer Fall: Ein Roboterarm für Pick-and-Place-Operationen wurde anhand theoretischer Berechnungen entworfen. Während des Einsatzes schoss das Handgelenk des Arms beim Aufnehmen eines 2 kg schweren Werkstücks um 3 mm über sein Ziel hinaus. Belastungstests ergaben, dass das tatsächliche Dauerdrehmoment des Servos bei 80 % Einschaltdauer 22 % niedriger war als der theoretische Wert, was zu Positionsfehlern führte. Die Lösung bestand darin, entweder die Servogröße zu vergrößern oder die Nutzlast zu verringern.
Um einen gültigen Belastungstest durchzuführen, benötigen Sie die folgende Ausrüstung. Keines davon erfordert bestimmte Marken; Generische Komponenten in Industriequalität funktionieren gleichermaßen gut.
Einrichtungsvorgang(üblich bei Prüfstandstests):
1. Montieren Sie den Servomotor auf einem starren Prüfstand. Verwenden Sie eine flexible Kupplung, um die Motorwelle mit dem Drehmomentsensor zu verbinden.
2. Verbinden Sie den Ausgang des Drehmomentsensors mit der Welle des Lastgenerators (Bremse). Richten Sie alle Wellen innerhalb einer Unrundheit von 0,1 mm aus, um parasitäre Belastungen zu vermeiden.
3. Befestigen Sie den Encoder an der Lastseite (nach der Kupplung) oder verwenden Sie den integrierten Encoder des Servos, wenn dieser eine direkte Wellenrückmeldung bietet. Für höchste Genauigkeit verwenden Sie einen separaten lastseitigen Encoder.
4. Schließen Sie alle Sensoren an das Datenerfassungssystem an. Stellen Sie die Abtastrate auf mindestens 1 kHz ein, wenn Sie Beschleunigungstransienten erfassen müssen.
5. Platzieren Sie das Thermoelement an der heißesten Stelle des Motorgehäuses (normalerweise in der Nähe der Wicklungsendkappe). Befestigen Sie es mit Wärmeleitpaste und hitzebeständigem Klebeband.
Führen Sie den Test in drei progressiven Phasen durch: Leerlaufprüfung, Stufenlasttest und Dauerlasttest.
Stellen Sie vor dem Anlegen einer Last sicher, dass das Servosystem auch bei einem externen Drehmoment von Null ordnungsgemäß funktioniert.
Befehlen Sie dem Servo, ein definiertes Bewegungsprofil auszuführen: z. B. 0° → 90° → 180° → 90° → 0° bei 50 % Nenngeschwindigkeit.
Positionsfehler aufzeichnen (Differenz zwischen Soll- und Ist-Position). Der akzeptable Leerlauffehler beträgt typischerweise ≤ ± 0,02° für Absolutwertgeber oder ≤ ± 1 Geberimpuls für Inkrementalgeber.
Leerlaufstrom bei konstanter Drehzahl messen. Dieser Wert dient als Basis für die Berechnung des lastinduzierten Stroms.
Wenn der Leerlauffehler den Grenzwert überschreitet, prüfen Sie, ob eine mechanische Fehlausrichtung, lockere Kupplungen oder falsche Servoparametereinstellungen vorliegen (z. B. Positionsregelkreisverstärkung zu niedrig).
Wenden Sie inkrementelle Drehmomentlasten an, während der Servo eine konstante niedrige Geschwindigkeit beibehält (z. B. 10 % der Nenngeschwindigkeit). Dieser Test zeigt das maximale Drehmoment, das das Servo ohne Abwürgen oder übermäßige Fehler abgeben kann.
1. Stellen Sie den Servo auf den Konstantgeschwindigkeitsmodus mit 10 % Nenngeschwindigkeit ein (z. B. 30 U/min für einen Motor mit 300 U/min).
2. Erhöhen Sie das Lastdrehmoment ausgehend von 0 % des Nenndrehmoments in Schritten von 10 % des Nenndrehmoments. Warten Sie bei jedem Schritt 5 Sekunden, bis sich der Vorgang stabilisiert hat.
3. Zeichnen Sie bei jedem Schritt Folgendes auf: tatsächliches Drehmoment (vom Drehmomentsensor), tatsächliche Geschwindigkeit (vom Encoder) und Positionsfehler (falls im Positionsmodus).
4. Erhöhen Sie die Last weiter, bis eine dieser Stoppbedingungen eintritt:
Positionsfehler überschreitet 5° (für Positionsmodus)
Geschwindigkeit fällt unter 90 % der befohlenen Geschwindigkeit (für Geschwindigkeitsmodus)
Der Motorstrom erreicht 150 % des Nennstroms
Der Servotreiber löst einen Überlast- oder Schleppfehleralarm aus
Interpretation: Das Drehmoment, bei dem eine Stoppbedingung auftritt, ist das praktische maximale Dauerdrehmoment. Für einen zuverlässigen Betrieb sollte Ihr tatsächliches Arbeitsdrehmoment 80 % dieses Wertes nicht überschreiten.
Häufiger Fall: Ein CNC-Vorschubachsenservo wurde für ein Dauerdrehmoment von 4 Nm ausgelegt. Stufenlasttests ergaben, dass der Positionsfehler bei 3,2 Nm (80 % des Nennwerts) bereits 0,12 mm betrug (die Toleranz von 0,05 mm überschritten). Das tatsächlich nutzbare Drehmoment betrug nur 2,8 Nm. Die Ursache war eine unzureichende Positionsregelkreisverstärkung. Nachdem die Verstärkung von 15 auf 28 (1/s) eingestellt wurde, sank der Fehler bei 3,2 Nm auf 0,04 mm.
Wenden Sie ein konstantes Drehmoment an, das dem vorgesehenen maximalen Arbeitsdrehmoment entspricht (z. B. 80 % des in Phase 2 gefundenen Werts) und lassen Sie den Servo mindestens 60 Minuten lang oder bis zum thermischen Gleichgewicht seinen tatsächlichen Arbeitszyklus durchlaufen.
Verfahren:
Stellen Sie die Lastbremse auf den Solldrehmomentwert ein.
Weisen Sie dem Servo an, sein reales Bewegungsprofil (Beschleunigung, konstante Geschwindigkeit, Verzögerung, Verweildauer) zu wiederholen.
Notieren Sie alle 2 Minuten die Temperatur des Motorgehäuses.
Zeichnen Sie außerdem alle 30 Sekunden Strom und Drehmoment auf.
Akzeptanzkriterien(basierend auf der Isolationsklasse):
Klasse B (130°C): Gehäusetemperatur ≤80°C, Wicklungstemperatur ≤120°C (Wicklung kann bei kleinen Motoren als Gehäuse + 15°C abgeschätzt werden)
Klasse F (155 °C): Gehäuse ≤95 °C, Wicklung ≤140 °C
Klasse H (180°C): Gehäuse ≤110°C, Wicklung ≤165°C
Wenn die Temperatur die Grenzwerte überschreitet, reduzieren Sie entweder die Last oder verbessern Sie die Kühlung (fügen Sie Zwangsluft hinzu oder vergrößern Sie die Kühlkörperfläche).
Ein reales Beispiel: Ein Servo, das in einem Förderband einer Verpackungsmaschine verwendet wird, wurde mit 2,5 Nm (Nennwert 2,8 Nm) getestet. Nach 35 Minuten kontinuierlicher Hin- und Herbewegung (0,5 Hz, 90° Amplitude) erreichte das Gehäuse 92 °C und überschritt damit den Grenzwert der Klasse B von 80 °C. Die Lösung bestand darin, einen 120-mm-Lüfter hinzuzufügen, der direkt auf die Motorrippen bläst, wodurch die Dauertemperatur auf 74 °C gesenkt wurde.
Zeichnen Sie in allen drei Phasen die folgenden Datenpunkte auf. Diese Daten sind für die Diagnose von Problemen und die Zertifizierung des Servosystems unerlässlich.
So berechnen Sie die mechanische Ausgangsleistung:
Für Drehbewegung: P_out (W) = Drehmoment (Nm) × Winkelgeschwindigkeit (rad/s)
Winkelgeschwindigkeit (rad/s) = U/min × (2π / 60)
So berechnen Sie die elektrische Eingangsleistung(für Drehstromservo):
P_in (W) = √3 × V_rms × I_rms × Leistungsfaktor
Wenn der Leistungsfaktor unbekannt ist, gehen Sie für den Belastungszustand von 0,85 aus.
Bei Belastungstests treten häufig Probleme auf, die im Leerlaufbetrieb unsichtbar sind. Hier sind die häufigsten Probleme und ihre Lösungen.
Ein dokumentierter Fall: Das Lenkservo eines fahrerlosen Transportfahrzeugs hat den Leerlauftest bestanden, den Dauerlasttest jedoch nicht bestanden. Nach 12 Minuten Fahrt mit 150 kg Zuladung löste der Fahrer einen Überstromalarm aus. Belastungstests ergaben, dass das erforderliche Drehmoment zum Drehen auf Teppichböden 3,1 Nm betrug, das tatsächliche Drehmoment des Servos bei 80 °C jedoch nur 2,4 Nm betrug (aufgrund der Verschlechterung des Magneten bei hohen Temperaturen). Die Lösung bestand darin, die Servogröße von 100 W auf 200 W zu erhöhen und ein Nenndrehmoment von 4,0 Nm bereitzustellen.
Basierend auf den Ergebnissen des Belastungstests müssen Sie drei Betriebsgrenzen für die tatsächliche Maschine definieren:
Maximales Dauerdrehmoment (MCT): Das höchste Drehmoment, das das Servo 60 Minuten lang aushalten kann, ohne die thermischen Grenzen zu überschreiten. Stellen Sie diesen Wert auf 90 % des im thermischen Gleichgewicht gemessenen Drehmoments ein.
Maximales intermittierendes Drehmoment (MIT): Das für kurze Zeiträume (≤5 Sekunden) zulässige Drehmoment. Dies liegt normalerweise bei 150–200 % des MCT. Stellen Sie jedoch sicher, dass die Strombegrenzung des Fahrers nicht auslöst. Beim Stufenlasttest ist MIT das Drehmoment kurz vor dem Abwürgen oder Alarm.
Höchstgeschwindigkeit unter Volllast: Die höchste Geschwindigkeit, bei der das Servo MCT ohne Drehmomentreduzierung liefern kann. Wenn die Drehzahl zu hoch ist, sinkt das Drehmoment aufgrund der Gegen-EMK. Der typische Grenzwert liegt bei 70–80 % der Leerlaufdrehzahl.
Wichtig: Betreiben Sie ein Servo niemals dauerhaft über seinem MCT. Selbst kurze Überlastungen (mehr als 10 Sekunden) können zu einer Verschlechterung der Wicklungsisolierung und damit zu einem vorzeitigen Ausfall führen. Fügen Sie im Servotreiber immer einen Drehmomentbegrenzungsparameter ein, der auf 100 % von MCT eingestellt ist.
Ergreifen Sie nach Abschluss des dreiphasigen Belastungstests und der Analyse der Daten die folgenden spezifischen Maßnahmen, um einen zuverlässigen Langzeitbetrieb sicherzustellen:
1. Erstellen Sie ein Auslastungstestzertifikat: Dokumentieren Sie das Testdatum, die Umgebungstemperatur, den gemessenen MCT, den MIT, den Temperaturanstieg und den Positionsfehler bei Arbeitslast. Dieses Zertifikat dient als Nachweis der Systemvalidierung.
2. Legen Sie die Treiberschutzparameter festbasierend auf Testergebnissen:
Strombegrenzung = 110 % von MCT (für kontinuierlichen Schutz)
Überlastzeitbegrenzung = 5 Sekunden bei 200 % MCT
Kippschutzdrehmoment = 120 % des MIT
Positionsfehlergrenze = 2× der maximal gemessene Fehler unter Last
3. Implementieren Sie einen regelmäßigen Wiederholungstestplan: Bei Anwendungen mit hohen Zyklen (z. B. Pick-and-Place-Roboter im 24/7-Betrieb) alle 2000 Betriebsstunden oder 12 Monate einen erneuten Test durchführen. Das Servodrehmoment nimmt mit der Zeit aufgrund der Alterung des Magneten und des Lagerverschleißes ab. Eine typische Verschlechterungsrate beträgt 5–10 % über 10.000 Stunden.
4. Fügen Sie eine thermische Überwachung hinzuin der tatsächlichen Maschine. Wenn der Lasttest einen Anstieg von 50 °C am MCT ergab, installieren Sie einen Thermistor (PTC-Typ) in der Motorwicklung und stellen Sie eine Warnung bei 90 % der maximal zulässigen Temperatur ein (z. B. 90 °C für Klasse B). Dies verhindert eine stille Überhitzung, wenn die Umgebungstemperatur höher als die Testbedingungen ist.
5. Passen Sie das Bewegungsprofil anwenn die Testergebnisse marginale Drehmomentmargen zeigen. Wenn Ihr Arbeitsdrehmoment beispielsweise 85 % des MCT beträgt, reduzieren Sie die Beschleunigung um 15 %, um das Spitzendrehmoment während der Beschleunigungsphasen zu senken.
Kernstück zum Mitnehmen: Der Lasttest ist kein einmaliges Kontrollkästchen. Nur so kann validiert werden, dass ein Servosystem unter realen Arbeitsbedingungen zuverlässig funktioniert. Ein Servo, das den Leerlauftest besteht, aber den Lasttest nicht besteht, führt zu unerwarteten Ausfallzeiten, Produktschäden oder Sicherheitsrisiken. Führen Sie immer Schrittlast- und Dauerlasttests durch, bevor Sie ein Servo in Produktionsmaschinen integrieren. Anschließend können Sie mithilfe der Testdaten Schutzgrenzen festlegen, Wartungsarbeiten planen und das Bewegungsprofil optimieren. Diese Vorgehensweise reduziert unerwartete Servoausfälle um schätzungsweise 70 %, basierend auf Wartungsaufzeichnungen der Branche.
Handlungsschritt für Ingenieure: Wenn Sie ein derzeit in Betrieb befindliches Servo noch nicht einem Belastungstest unterzogen haben, planen Sie einen Test innerhalb der nächsten zwei Wochen mit dem oben beschriebenen Verfahren. Beginnen Sie mit dem Stufenlasttest bei 10 % Nenndrehzahl, um den tatsächlichen Drehmomentspielraum zu messen. Wenn der Spielraum weniger als 20 % über Ihrem Arbeitsdrehmoment liegt, reduzieren Sie entweder die Last oder rüsten Sie das Servo auf, bevor ein Fehler auftritt.
Aktualisierungszeit: 13.04.2026
Wenden Sie sich an den Produktspezialisten von Kpower, um einen geeigneten Motor oder ein geeignetes Getriebe für Ihr Produkt zu empfehlen.
