WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung
Ein anwendungsbezogener Vergleich unterschiedlicher Motortypen

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

Seite 1 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --Inhalt1

Einleitung

4

2

DC-Motor (DC)4

2.1Standardausführung

4

2.2

Betriebsverhalten

4

2.2.1

Dauerbetrieb

5

2.2.2

Kurzzeitbetrieb

5

2.3

Positionsregelung

2.3.1

Dual-Loop-Controller

5
6

3

DC-Motor mit ActiveDrive (PWM)

6

4

Bürstenloser DC-Motor (BLDC) / Synchron-Servomotor (SSVM)

6

5

4.1

Motoraufbau

6

4.2

Betriebsverhalten

7

4.3

Rotorlagenbestimmung

7

4.3.1

Sensorgestützte Rotorlagenbestimmung

7

4.3.2

Sensorlose Rotorlagenbestimmung

7

4.4

Blockkommutierung

7

4.5

Sinuskommutierung

7

4.6

Feldorientierte Regelung

8Torquemotor (TQM)
5.1

6

Motoraufbau

2-Phasen Schrittmotor (2SM)

8
8
9

6.1

Reluktanzschrittmotor

9

6.2

Permanentmagnet-Schrittmotor

9

6.3

Hybridschrittmotor

96.4

Voll- und Halbschrittbetrieb

9

6.5

Mikroschrittbetrieb

10

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

Seite 2 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --6.6
7

Schrittverlust

10

Getriebemotoren

10

7.1

Schneckengetriebe

10

7.2

Kegelradgetriebe

11

7.3

Stirnradgetriebe

11

7.4

Planetengetriebe

11

7.5

Riemengetriebe

11

7.6

Harmonic Drive Getriebe

128Passende Motion Controller

129Weitere Motortypen

1210Zusammenfassung

12

11

Autor

16

12

Über PI

16

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

Seite 3 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --1 Einleitung
Drehende Elektromotoren sind ein typischer Antrieb in derPräzisionspositionierung. In Positioniersystemen werdendiese üblicherweise zusammen mit einer Gewinde- oder
Kugelumlaufspindel betrieben, um die Drehbewegung desMotors in eine Linearbewegung zu übersetzen. Jeder
Motortyp weist unterschiedliche Stärken und Schwächen auf.
Dieses Whitepaper diskutiert einen anwendungsbezogenen
Vergleich der von PI eingesetzten Motortypen und beschreibt
darüber hinaus Details zu Aufbau und Funktionsweise dereinzelnen Motoren.

2 DC-Motor (DC)
Gleichstrom- oder DC-Motoren (engl. Direct Current, DC)bieten eine gute Dynamik über einen großen
Drehzahlbereich, eine geringe Wärmeentwicklung sowie
einen gleichmäßigen und schwingungsfreien Betrieb. Füreine beispielhafte Positionierlösung ergeben sich mit einer
Spindelsteigungvon
1 mm/Umdrehungtypische
Verfahrgeschwindigkeiten um 50 mm/s. Nachteilig sind dieverschleißbehafteten Bürsten, die die Lebensdauer auf 1000 5000 Stunden begrenzen.
-6
Ein Einsatz im Vakuum ist nur bis 10 mbar möglich, da sonstdie Luftfeuchtigkeit fehlt, den die zur Kommutierung
eingesetzten Kohlebürsten benötigen. Außerdem kommt es
zum Abrieb von Kohlestaub, was problematisch für Einsätze
im Vakuum, im Reinraum oder bei optischen Anwendungen
ist.

2.1

Standardausführung

Ein DC-Motor nutzt die Kraftwirkung des elektrischen Stroms
durch eine drehbar gelagerte Leiterschleife in einem
Magnetfeld. Ursache für die Bewegung ist die Lorentzkraft,
die aus bewegten Ladungsträgern im Magnetfeld resultiert.
Mithilfe der in Abb. 1 dargestellten „Drei-Finger-Regel“ lässt
sich die Richtung der Kraftwirkung relativ zur Strom- undMagnetfeldrichtung bestimmen.

Bei PI kommen hauptsächlich permanenterregte DC-Motoren
zum Einsatz. Dabei werden die Leiterschleifen zu einer Spuleaufgewickelt und als Rotor innerhalb eines unbeweglichen
Stators gelagert. Der Stator trägt die Pole aus
Permanentmagneten.
Damit der Motor eine vollständige Drehbewegung ausführt,muss ein angelegter Gleichstrom in einen Wechselstrom
gewandelt werden. Dazu wird ein sogenannter Kommutatoreingesetzt. In der einfachsten Ausführung besteht dieser aus
einem segmentierten Schleifring. Durch zusätzliche
Kohlebürsten wird der Strom in der Rotorwicklung gewendet,
woraus ein Wechselstrom resultiert, der bei weiterführender
Bewegung die gleiche Kraftrichtung aufrechterhält.
Beispielhaft ist der Aufbau eines permanenterregten DCMotors in Abb. 2 gezeigt.

Abb. 2

Aufbau eines DC-Motors mit Statormagnet, Rotorwicklungen,
Kommutator, Bürsten und Motorwelle.

2.2

Betriebsverhalten

Der Rotorkreis eines DC-Motors kann durch eine Induktivität,einen Widerstand und eine Spannungsquelle in einem
elektrischen Ersatzschaltbild nach Abb. 3 vereinfacht
modelliert werden.

Abb. 3Abb. 1

Mithilfe der Drei-Finger-Regel lässt sich die Richtung des Stroms,
des Magnetfelds sowie der Kraft feststellen.

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.deVereinfachtes Rotorkreis-Ersatzschaltbild für einen DC-Motorbestehend aus Induktivität und Widerstand der Rotorwicklungsowie der Rotorspannung.

Daraus resultiert die Motorspannung unter Anwendung desInduktionsgesetzes:

Seite 4 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --𝑑𝐼+ 𝑅𝐼 + 𝐸𝑀𝐾
𝑑𝑡
L ist die Wicklungsinduktivität, I der Motorstrom, R der
Wicklungswiderstand und EMK ist die induzierte Spannung,die der Bewegung entgegenwirkt. Diese wird als Gegen-EMK
bezeichnet, wobei EMK für elektromotorische Kraft steht.
Diese ist proportional zur Drehzahl. Die maximale Drehzahl
wird erreicht, wenn die Gegen-EMK der Motorspannung
entspricht. Für DC-Motoren kann der Spannungsabfall überder Induktivität vernachlässigt werden, woraus eine
Proportionalität zwischen Spannung und Drehzahl resultiert,
bei der das Vorzeichen der Spannung die Drehrichtung
vorgibt:
𝑈 = 𝑅𝐼 + 𝑘𝜙2𝜋𝑛k ist die Motorkonstante, 𝜙 der magnetische Fluss im
Luftspalt und n die Drehzahl. Das Drehmoment ist gemäß
𝑀 = 𝑘𝜙𝐼proportional zum Strom. Werden beide Gleichungenkombiniert, folgt dass bei Belastung die Drehzahl proportional
zum Drehmoment absinkt. Dies wird durch die beispielhafte
Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie in Abb. 4 verdeutlicht.
𝑈=𝐿

Abb. 42.2.1

Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie
eines
DC-Motors
mit
Leerlaufdrehzahl, Nennarbeitspunkt, Anlaufmoment sowie
Dauer- und Kurzzeitbereich.

Dauerbetrieb

Ein starker Motor ist durch eine flache Kennlinie
gekennzeichnet, da die Drehzahl dann unempfindlicher auf
Laständerungen reagiert. Eine Verschiebung der Kennlinie
nach oben mit gleichbleibender Steigung, d.h. eine höhere
Leerlaufdrehzahl und ein höheres Anlaufmoment, kannkonstruktiv beispielsweise durch einen dickeren Kupferdraht
in den Wicklungsreihen sowie im laufenden Betrieb durcheine höhere Spannung erreicht werden. Ein Dauerbetrieb ist
grundsätzlich nur in einem eingeschränkten DrehzahlDrehmoment-Bereich zulässig. Der Schnittpunkt zwischenden Bereichen Dauerbetrieb und Kurzzeitbetrieb mit derDrehzahl-Drehmoment-Kennlinie
entspricht
dem
Nennarbeitspunkt.

2.2.2

Kurzzeitbetrieb

irreversiblen Entmagnetisierung der Permanentmagnete
kommen. Weitere Limitierungen ergeben sich z.B. durch die
Einbaulage sowie Konvektion, Umgebungsdruck (Vakuum)und ähnlichem. Die zulässige Verweildauer im Kurzzeitbereich
beträgt üblicherweise ein bis drei Sekunden. Sie wird
maßgeblich von der thermischen Zeitkonstante der Wicklung
und dem Ausmaß der Überlast bestimmt. Typische Werte
sind beispielhaft in Abb. 5 gezeigt.

Abb. 5Überlastdauer in Vielfachen der thermischen Zeitkonstante derWicklung über der Überlast in Vielfachen des Nennmoments zur
Darstellung des Dauer- und Kurzzeitbetriebs eines DC-Motors.

Mitzunehmender
Belastungsteigendurch
dieProportionalität von Drehmoment und Strom die
Motorverluste,
was
zu
einer
ErhöhungderBetriebstemperatur führt. Zur schnellen Abschätzung derTemperaturänderung können die Stromwärmeverluste
𝑃𝑉 = 𝑅𝐼²
mit den Wärmewiderständen aus dem entsprechenden
Motordatenblatt multipliziert werden. Bei Betrieb an den
thermischen Grenzen des Motors muss eine genauere
Betrachtung durchgeführt werden. Thermisch limitiert sinddie Motoren durch den Umgebungstemperaturbereich sowie
durch die maximale Wicklungstemperatur.

2.3

Positionsregelung

Für Positionieraufgaben müssen DC-Motoren über einen
Lagegeber, z.B. Inkremental- oder Absolutencoder verfügen.
Durch Rückführung der Encodersignale an einen Controller
lässt sich der Motor in einem geschlossenen Regelkreis
betreiben. Damit kann eine hohe Positionsauflösung, ein
gleichmäßiger Vorschub und ein weiter Dynamikbereich
realisiert werden. Grundsätzlich lassen sich durch solche
sogenannten
DC-Servomotoren
diePosition,dasDrehmoment und die Drehzahl regeln. Im Stillstand tritt aberaufgrund der Regelung ein leichter Positionsjitter auf.
Ein beispielhafter Regelkreis ist in Abb. 6 angedeutet. Für DCMotoren wird in der Regel ein Rotationsencoder auf derMotorwelle zur Geschwindigkeitsregelung eingesetzt. Ein
zusätzlicher Linearencoder an der Bewegungsplattform kannfür die Positionsregelung eingesetzt werden.

Die maximal zulässige Überlastung im Kurzzeitbereich ist
durch die maximal zulässige Wicklungstemperatur begrenzt.
Es kann aber auch durch sehr hohe Ströme zu einer
Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

Seite 5 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --Abb. 6

Bei gleicher Leistung kann ein kleinerer undleichterer
sowie
wartungsärmererundeffizienterer Motoraufbau realisiert werden.
Dadurch ergibt sich ein großes Verhältnis vonDrehmoment zu Motorgröße.
Die elektronische Kommutierung ermöglicht einehohe Dynamik bei geringer Wärme und wenig
Vibrationen.
BLDC- bzw. SSVM-Motoren finden deshalb gegenüber
DC-Motoren vorwiegend auch im industriellen Umfeld
Einsatz.

Beispielhafter Regelkreis für DC-Servomotoren.

2.3.1 Dual-Loop-Controller
Bei sogenannten Dual-Loop-Controllern, wie sie ACS Motion
Control anbietet, kann der Linearencoder gleichzeitig zur
Positions- und Geschwindigkeitsregelung eingesetzt werden.
Dies ist vorteilhaft, wenn der Rotationsencoder die minimale
Schrittweite aufgrund geringerer Auflösung limitieren würde.
Allerdings
wird
dadurchdie
Bandbreite
desGeschwindigkeitsregelkreises reduziert, da der Linearencoder
Schwingungen an der Bewegungsplattform stärker
wahrnimmt als der Rotationsencoder auf der Motorwelle.

3 DC-Motor mit ActiveDrive(PWM)
PI hat zur Ansteuerung von Motoren, deren Nennleistungüber der Ausgangsleistung des Controllers liegt, die
ActiveDrive-Technologie
entwickelt,umhöhereGeschwindigkeiten zu erreichen. Dabei wird ein Verstärker
zusammen mit dem Motor in einem abgeschirmten Gehäuse
integriert. Der integrierte Verstärker wird vom Controller mit
einer Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert. Über das
Verhältnis der Ein- und Ausschaltdauer, wie in Abb. 7
dargestellt, wird die Motorleistung eingestellt. Dies erfordert
ein separates Netzteil zur Verstärkerversorgung und eine
optimierte Wärmeabfuhr zur Präzisionserhaltung.

Abb. 7

Pulsweitenmodulation für verschiedene Verhältnisse der Einund Ausschaltdauer.

4 Bürstenloser DC-Motor (BLDC)/ Synchron-Servomotor (SSVM)
Mit BLDC-Motoren (bürstenloser Gleichstrom, BrushLess
Direct Current) bzw. SSVM (Synchron-Servomotoren) ergebensich durch eine bürstenlose Kommutierung große Vorteile
gegenüber bürstenbehafteten DC-Motoren:Die Lebensdauer wird hauptsächlich durch die Lager
begrenzt und beträgt mehrere zehntausend
Stunden. Die Motoren arbeiten also zuverlässiger.

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

4.1

Motoraufbau

Entgegen des Namens entspricht der Motoraufbau nicht dem
Aufbau eines DC-Motors ohne Bürsten, sondern vielmehr
dem Aufbau einer permanenterregten Synchronmaschine.
Deshalb werden BLDC-Motoren, z.B. bei Industriemotoren im
Niederspannungsbereich, als SSVM bezeichnet. Der Begriff
BLDC betont eher die bürstenlose Kommutierung, während
SSVM die zum rotierenden Magnetfeld synchrone
Rotorbewegung hervorhebt. BLDC und SSVM werden meist
synonym verwendet. Eine Unterscheidung wird manchmal
aufgrund der Ansteuerung (Block- oder Sinuskommutierung)getroffen: Häufig wird bei Blockkommutierung von einem
BLDC-Motor gesprochen, bei Sinuskommutierung von einem
SSVM. Abb. 8 zeigt beispielhaft den Motoraufbau.

Abb. 8

Aufbau eines BLDC bzw. SSVM
Statorwicklungen, Lager und Motorwelle.

mitRotormagnet,

Der Stator trägt die Wicklungen, die durch elektronische
Ansteuerung ein magnetisches Drehfeld erzeugen, das den
permanenterregten Rotor antreibt. Das heißt, die
Kommutierung erfolgt rein elektronisch. Deshalb wird oft
auch von einem EC-Motor (elektronisch kommutiert, engl.
Electronically Commutated) gesprochen. Der Rotor rotiert
dabei synchron zur Wechselspannung, die an den
Statorwicklungen angelegt wird, mit𝑓𝑛=𝑝

Seite 6 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --Die Drehzahl kann nur durch die Frequenz f oder die
Polpaarzahl p beeinflusst werden. Da die Polpaarzahl durch
den Aufbau des Motors fest vorgegeben ist, kann im
laufenden Betrieb eine Drehzahlstellung nur über die
Frequenz erfolgen. Dies wird typischerweise in einem
Servoverstärker durch eine Spannungsänderung realisiert.

4.2

zu klein ist. Typischerweise wird die Rotorlage daher
sensorgestützt bestimmt.

4.4

Blockkommutierung

Erfolgt die Rotorlagenbestimmung für einen 3-Phasen-Motordurch drei zueinander um 120° versetzte Hallsensoren, sosind die Signalkombinationen für jeweils 60° Rotorstellung
eindeutig definiert. Bei der Blockkommutierung wird derStrom zwischen den Phasen für eine volle Umdrehung dannin sechs Schritten zu je 60° blockartig umgeschaltet.
Nachteilig ist, dass das Statormagnetfeld nur über 60°
konstant bleibt, während sich das Rotorfeld aufgrund des sichdrehenden Permanentmagneten weiterdreht. Somit stehen
die Magnetfelder nicht zu jedem Zeitpunkt senkrecht
aufeinander. Bei Anordnung der Hallsensoren mittig zwischenzwei Umschaltpunkten ergibt sich ein Fehlwinkel von je 30°,
durch den das Drehmoment um etwa 13,4%, einbricht. Diese
Drehmomentrippel treten mit der sechsfachen elektrischen
Drehfrequenz des Motors auf, wodurch Vibrationen undGeräusche entstehen. Die Blockkommutierung und die daraus
resultierenden Drehmomentrippel sind in Abb. 10 dargestellt.

Betriebsverhalten

Das
Betriebsverhalten
entspricht
dem
einer
Synchronmaschine, bei der die Stromsteuerung abhängig vonder tatsächlichen Pollage relativ zum Rotor schaltet. Durchdiesen Betrieb kann sich die Drehzahl nichtlinear
belastungsabhängig ändern. Dies ist in der DrehzahlDrehmoment-Kennlinie in Abb. 9 zu erkennen.

(a)Abb. 9Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie eines BLDC- bzw. SSVMMotors.

Abgesehen davon ähnelt das Betriebsverhalten dem eines DCMotors. Dies erklärt trotz des abweichenden Motoraufbaus
die Namensherkunft des bürstenlosen DC-Motors.

4.3

RotorlagenbestimmungUm den Motor synchron bei maximalem Drehmoment
betreiben zu können, müssen Stator- und Rotormagnetfeld
stets senkrecht zueinander stehen. Dazu muss die Rotorlage
bekannt sein.

4.3.1

(b)

Sensorgestützte Rotorlagenbestimmung

Da kein mechanischer oder elektrischer Kontakt zwischen
Stator und Rotor vorliegt, muss die relative Rotorlage z.B.
durch Hall-Sensoren gemessen werden. Diese werden durcheinen ausgerichteten Magneten genau dann umgeschaltet,
wenn der Strom in der Wicklung gewendet wird.

4.3.2

(c)

Sensorlose Rotorlagenbestimmung

Alternativ kann die Rotorlagenbestimmung auch sensorlos
durch Messung der Gegen-EMK bestimmt werden. Dies
bedingt aber einen speziellen Anlaufvorgang, da die GegenEMK bei Stillstand vollständig verschwindet. Außerdem ist
diese Methode nur für den Dauerbetrieb bei hohen
Drehzahlen geeignet, da sonst die Amplitude der Gegen-EMK
Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

Abb. 10 (a) Prinzip der Blockkommutierung an einem BLDC-Motor. (b)Signale der Hallsensoren HS1, HS2 und HS3, (c)Drehmomentrippel.

4.5

Sinuskommutierung

Ein ruhigerer Lauf lässt sich durch Sinuskommutierung
erzielen, bei der in jeder Motorwicklung ein um 120°phasenverschobener Sinusstrom eingeprägt wird. Sofern
dabei nur Hallsensoren zur Erfassung der Rotorlage eingesetzt
werden, können die Drehmomentrippel durch Interpolation

Seite 7 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --zwischen den Umschaltpunkten größtenteils vermieden
werden. In der Regel wird aber ein zusätzlicher Encoder
eingesetzt, der die Position des Rotors misst, wodurch die
Ströme durch den Controller deutlich genauer geregelt
werden können. In diesem Fall sind die Hallsensorenüberflüssig bzw. werden nur zur Phasenfindung genutzt. Ein
solcher Betrieb ist beispielsweise mit dem PI-Controller C-891
möglich sowie mit der SMC Hydra und Controllern von ACS
Motion Control.

4.6

verwendet.

Der

Feldorientierte Regelung

Bei Sinuskommutierung kann es bei hohen Rotordrehzahlen
dazu kommen, dass die berechneten Ströme dertatsächlichen Rotorlage aufgrund begrenzter Regelbandbreite
nacheilen, sodass Stator- und Rotorfeld nicht mehr zu jedem
Zeitpunkt exakt senkrecht aufeinander stehen. Dies lässt sichdurch feldorientierte Regelung, auch Vektorregelung
genannt, vermeiden. Dies wird erreicht, indem derStromvektor im rotierenden Koordinatensystem des Rotors
geregelt wird. Dadurch lässt sich eine erweiterte Drehzahlund Positioniergenauigkeit erreichen. Ein solcher Betrieb ist
beispielsweise mit dem PI-Controller C-891 möglich sowie
Controllern von ACS Motion Control.

5 Torquemotor (TQM)
Torquemotoren sind spielfreie Antriebe mit oftmals großen
radialen Abmessungen. Sie können sehr flach gebaut werden.
Die großen radialen Abmessungen ermöglichen Hohlwellenbzw. große Aperturen, z.B. zum Durchführen vonLaserstrahlen und Kabeln. Die Spielfreiheit ermöglicht einehohe
Positioniergenauigkeit
und
eine
hohe
Antriebssteifigkeit, die zu einer hohen Wiederholgenauigkeit
führt.
Das
große
Antriebsmoment
lässt
große
Beschleunigungen zu und führt somit zu einer hohen
Dynamik. Weitere Eigenschaften sind hohe Drehsteifigkeit,
hohe Spitzenmomente, hoher Wirkungsgrad und hohe
Laufruhe.
Aufgrund der kompakten Bauweise in Bezug auf das
Drehmoment bzw. der vorliegenden Rotationssymmetrie
eignet sich der Torquemotor unter anderem fürHochlastanwendungen auf Mehrachs- oder Rundtischen.

5.1

Direktantrieb
fürRotationstische
Motoraufbau ist in Abb. 11 gezeigt.

Motoraufbau

Torquemotoren sind permanenterregte Synchronmotoren,
bei denen die Last direkt, d.h. spielfrei, mit dem Rotor
verbunden ist. Man kann sich einen Torquemotor auch als
aufgerollten Linearmotor oder als kurz bauenden BLDCMotor mit großem Durchmesser vorstellen. Im Gegensatz zu
den anderen diskutierten Motortypen wird er meist als

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

Abb. 11 Aufbau eines Torquemotors, den man sich wie einenaufgerollten Linearmotor oder als kurz bauenden BLDC-Motor
vorstellen kann.

Aufgrund der zentralen Hohlwelle wird auch oft von einem
Hohlwellenmotor gesprochen. In diesem Zusammenhangsind meist Kombinationen mit einer Spindel gemeint, womit
besonders kompakte Antriebe für Lineartische realisiert
werden können. Dabei handelt es sich dann nicht mehr um
Direktantriebe, da die Last nicht direkt mit dem Motorverbunden ist.
Im Vergleich mit einem BLDC-Motor unterscheidet sich der
Aufbau eines Torquemotors durch eine hohe Polpaarzahl,
wodurch sich bei mittleren bis niedrigen Drehzahlen hohe
Drehmomente bereitstellen lassen. Das Drehmoment folgt
dem sogenannten Wachstumsgesetz für Drehfeldmaschinen
und damit folgender Proportionalität:
𝑀 ~ 𝐴 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑙 ⋅ 𝐷²
A ist der Strombelag in der Statorwicklung, B ist die
Flussdichte im Luftspalt, l ist die aktive Motorlänge und D ist
der Rotordurchmesser. Deshalb weisen Torquemotoren mit
zunehmendem Drehmoment einen großen Durchmesser auf.
Bei Torquemotoren trägt typischerweise der Rotor die
Magnete und der Stator die Spulen, die in eine Eisenmatrix
eingebettet sind. Die Spulen werden häufig 3-phasig in
Sternschaltung betrieben. Grundsätzlich ist auch ein Betrieb
in Dreiecksschaltung möglich.

Die
Sternschaltung
weist
eine
höhereDrehmomentkonstante auf, d.h. dass mit
demselben Strom mehr Drehmoment erzeugt wird.

Die Dreiecksschaltung ermöglicht eine höhere
Drehzahlkonstante, sodass mit weniger Spannung
dieselbe Drehzahl erreicht werden kann.

Seite 8 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --6 2-Phasen Schrittmotor (2SM)
Schrittmotoren nehmen nur diskrete Positionen innerhalb
einer Umdrehung ein. Aufgrund der quantisierten Schrittebieten Schrittmotoren eine geringere Dynamik als DCMotoren. Hohe Drehzahlen lassen sich nur über eine hohe
Schrittzahl auf Kosten des Drehmoments realisieren, da für
die Einstellung der Zwischenschritte Wicklungen teilweise
gegeneinander bestromt werden müssen.
Schrittmotoren können vakuumtauglich realisiert werden,
besitzen eine hohe Lebensdauer und können auch ohne
Encoder zur Positionierung eingesetzt werden. Durch einen
Betrieb im offenen Regelkreis entsteht außerdem kein
Positionsjitter durch die sonst vorliegende Regelung. Zur
Erhöhung der Laufruhe bzw. zur Resonanzunterdrückung
wird oft ein mechanischer Dämpfer eingesetzt, der als
Handrad verwendet werden kann.
Schrittmotoren gibt es in unterschiedlichsten Bauformen.

6.1

Reluktanzschrittmotor

Ein typisches Beispiel ist der Reluktanzschrittmotor, bei dem
der Stator aus bestrombaren Wicklungen und der Rotor aus
gezahntem weichmagnetischem Eisen, z.B. Elektroblech,bestehen. Bei Bestromung einer Wicklung ziehen die gerade
magnetisierten Pole, die ihnen am nächsten liegenden
Rotorzähne an. Dadurch wird der Rotor ausgerichtet. Durcheine feine Zahnteilung ergibt sich eine hohe Schrittauflösung.
Bei ausgeschaltetem Statorstrom verschwindet das
Magnetfeld des weichmagnetischen Eisens im Rotor, d.h. es
liegt dann kein Rastmoment vor. Deshalb muss dieser
Motortyp zum Halten einer Position stets bestromt werden.

6.2

Permanentmagnet-Schrittmotor

Bei einem Permanentmagnet-Schrittmotor bestehen derStatoraus
Weicheisen
und
der
Rotor
aus
Permanentmagneten. Bei diesem Aufbau wird mehr
Drehmoment erreicht, jedoch ist die Auflösung geringer, weil
ein Rotor mit vielen Polen schwer zu realisieren ist.

6.3

Abb. 12 Aufbau eines Hybridschrittmotors mit einem Stator aus
Weicheisen und gezahntem Rotor mit Permanentmagneten.

6.4

Voll- und Halbschrittbetrieb

Die Schrittweite der bei PI eingesetzten 2-PhasenSchrittmotoren beträgt im Vollschrittbetrieb in der Regel
1,8°. Dies entspricht 200 Vollschritten. Vollschrittbetrieb liegt
vor, wenn nur eine Phase oder jeweils zwei Phasen voll
bestromt werden. Bei gleichzeitiger Bestromung zweier
Phasen ist das Drehmoment um 30 bis 40% höher, allerdings
ist auch der Energieverbrauch doppelt so hoch. Kombiniert
man die beiden Bestromungsvarianten, lässt sich der
Schrittwinkel auf die Hälfte reduzieren (Halbschrittbetrieb).
Durch die höhere Schrittauflösung läuft der Motor dannruhiger, kann aber gegenüber dem Vollschrittbetrieb mit zwei
Phasen nicht mehr das volle Drehmoment aufbringen. Dieses
reduziert sich um etwa 15%, was ggf. durch eine Erhöhung
des Motorstroms ausgeglichen werden kann, während nur
eine Phase unter Spannung gesetzt ist.
Vollschritt- und Halbschrittbetrieb sind in Abb. 13 dargestellt.

Hybridschrittmotor

Heutzutage werden meist beide Varianten als sogenannter
Hybridschrittmotor kombiniert, um einen möglichst guten
Kompromiss zwischen Schrittauflösung und Drehmoment zu
erreichen. Ein typischer Aufbau ist in Abb. 12 dargestellt.

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

Seite 9 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --

(b)

(a)

Drehfeld nicht mehr folgen kann. Fehler durch Schrittverlust
lassen sich nur durch einen Betrieb im geschlossenen
Regelkreis, d.h. mit zusätzlichem Encoder, vermeiden.
Ausführliche Informationen zur Positionierung mit
Schrittmotoren sind im Whitepaper „Performance vonSchrittmotorachsen“ zu finden.

7 Getriebemotoren(c)Abb. 13 (a) Vollschrittbetrieb mit einer bestromten Phase, (b)Vollschrittbetrieb mit zwei bestromten Phasen und (c)Halbschrittbetrieb.

6.5

Mikroschrittbetrieb

Im sogenannten Mikroschrittbetrieb können durch
elektronische Interpolation mithilfe zweier um 90°
phasenversetzter Sinus-Stromwellen sogar bis zu mehreretausend Mikroschritte zwischen den Vollschritten realisiert
werden. Das Prinzip des Mikroschrittbetriebs ist in Abb. 14
angedeutet. Durch die hohe Schrittauflösung bei
sinusförmiger Bestromung wird ein noch ruhigerer undvibrationsärmerer Lauf ermöglicht.

Abb. 14 Mikroschrittbetrieb bei einem 2-Phasen-Schrittmotor mit quasi
sinusförmigen Stromverläufen.

6.6

Schrittverlust

Encoder sind aufgrund der zählbaren diskreten Schritte nicht
zwingend erforderlich, weshalb Schrittmotoren in einem
offenen Regelkreis betrieben werden können. In diesem Fall
führt
ein
möglicher
Schrittverlustzu
einem
Positionierungsfehler. Dieser kann insbesondere bei zu hoher
Last, zu hoher Beschleunigung oder bei Resonanzeffekten
auftreten. Die Ursache ist, dass der Rotor dem angelegten

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

In der Präzisionspositionierung finden Getriebe vorwiegend
Einsatz, um eine geringere Drehzahl bei größerem
Drehmoment und höherer Auflösung bereitzustellen. Bei
solchen Langsamfahrten dreht sich der Rotor durch die
Getriebeübersetzung vergleichsweise schnell. Ohne Getriebe
könnten aufgrund der geringen Rotordrehzahl unerwünschte
Rastmomente, sogenanntes Cogging, auftreten. Zudem
unterstützt ein Getriebe bei vertikalen Anwendungen die
Selbsthemmung. Eine weitere Eigenschaft ist ein häufig
geringerer Regelungsaufwand, da der Motor die Last auf derBewegungsplattform aufgrund des Getriebes nur noch um
das Quadrat des Übersetzungsverhältnisses reduziert erfährt.
Eine Ausführung mit Getriebe ist aber spielbehaftet undzusätzliche
Reibungverringert
dieEffizienz.
Getriebehersteller bieten deshalb oft eine geeignete
Schmierung an, um eine vorgesehene Lebensdauer zu
garantieren. Die Lebensdauer hängt dabei maßgeblich vonder Eingangsdrehzahl, dem Abtriebsdrehmoment und den
Betriebs-, Umgebungs-, und Einbaubedingungen ab. In
Sonderlösungen erhöhen spezielle Sinter-, Kugel-, oder
Keramiklager sowie Metallzahnräder und Sonderfette die
Lebensdauer.
In spindelgetriebenen Positioniersystemen wirkt streng
genommen auch die Antriebsspindel als Getriebe, daabhängigvonderSpindelsteigung
eineGeschwindigkeitsanpassung – auf Kosten des Drehmoments– erfolgt. So bewegt sich eine Bewegungsplattform bei einer
Spindelsteigung von 2 mm/Umdrehung gegenüber einer
Spindelsteigung von 1 mm/Umdrehung doppelt so schnell bei
halbem Drehmoment. Für einige Anwendungen ist aber ein
eigenes Getriebe zwischen Motor und Antriebsspindel
erforderlich. Dafür setzt PI unterschiedliche Getriebetypen
ein.

7.1

Schneckengetriebe

Schneckengetriebe wie in Abb. 15 bestehen aus einer Welle
mit Schneckengängen und einem Schneckenrad. Die Kraft
wird im rechten Winkel mit Gleitreibung übertragen. Deshalb
hat die Schneckenwelle eine hohe Selbsthemmung, sodass
für bestimmte Anwendungen keine zusätzliche Bremse
erforderlich ist. Die Gleitreibung verursacht aber einen

Seite 10 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --niedrigen Wirkungsgrad, hohen Verschleiß und unter
Umständen eine hohe Temperatur. Typischerweise kann mit
Schneckengetrieben bereits mit einer Stufe eine hoheÜbersetzung erreicht werden, was sie vergleichsweise günstig
macht. Für Drehtische setzt PI oft Schneckengetriebe
aufgrund der im rechten Winkel übertragenen Bewegung ein,sodass der Motor seitlich zum Drehtisch angeordnet werden
kann.

entsprechend eingestellt. Neben Planetengetrieben werden
Stirnradgetriebe für die meisten Getriebemotoren inLineartischen bei PI eingesetzt.

Abb. 17 Stirnradgetriebe

7.4
Abb. 15 Schneckengetriebe

7.2

Kegelradgetriebe

Kegelradgetriebe wie in Abb. 16 sind aus einem Kegelritzel
und einem Zahnrad mit jeweils gewinkelten Zähnen
aufgebaut. Ähnlich wie beim Schneckengetriebe wird die
Kraft im rechten Winkel übertragen, aber erreicht eine
höhere Drehmomentkapazität. Hohe Übersetzungen lassensich nur durch zusätzliche Stirnradstufen erreichen.
Vorteilhaft ist der auftretende Rollkontakt. Dadurch sind
Kegelradgetriebe verschleißärmer und effizienter als
Schneckengetriebe. Allerdings sind sie meist auch teurer. PI
setzt Kegelradgetriebe bei Sonderlösungen für Drehtischeein.

Planetengetriebe

Planetengetriebe wie in Abb. 18 bestehen aus einem
zentralen Sonnenrad, das mit einer Welle verbunden ist, undweiteren Planetenräder, die innerhalb eines Hohlrads liegen.
Sie eignen sich für die Übertragung höchster Drehmomente,da die auftretende Last auf mehrere Zahnräder verteilt wird.
Somit lassen sich hohe Übersetzungsverhältnisse auf sehr
kompakten Bauraum realisieren. Oft sind die Zahnräder der
Eingangsstufe in Kunststoff ausgeführt, um Geräusche bei
höherenDrehzahlenzureduzieren.
Für
Vakuumanwendungen, hohe Temperaturen oder besonders
hohe Drehmomente sollte allerdings auf eine Eingangsstufe
aus Stahl zurückgegriffen werden. Neben Stirnradgetrieben
werden Planetengetriebe für die meisten Getriebemotoren inLineartischen bei PI eingesetzt.

Abb. 16 Kegelradgetriebe

Abb. 18 Planetengetriebe

7.3

7.5

Stirnradgetriebe

Stirnradgetriebe wie in Abb. 17 sind aus zwei parallelzueinander liegenden, unterschiedlich großen Zahnrädern
aufgebaut Aufgrund des einfachen Aufbaus lassen sichStirnradgetriebe besonders einfach und robust herstellen.
Ganzmetall-Ausführungen erfüllen hohe Anforderungen an
einen gleichmäßigen und ruhigen Lauf. Für hohe Präzision
bei geringem Drehmoment können besonders spielarme
Ausführungen realisiert werden. Dazu wird durch
gegensinniges Verdrehen der Getriebestränge und deren
Verspannung auf dem Motorritzel die Vorspannung

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.deRiemengetriebe

Riemengetriebe wie in Abb. 19 bestehen aus zwei
Zahnrädern, die über einen Riemen miteinander verbundensind. Dadurch lassen sich größere Wellenabständeüberbrücken
undhohe
Umfanggeschwindigkeiten
realisieren. Wartungsaufwand fällt hauptsächlich durch einen
Riemenwechsel oder –nachspannen an. Der Riemen
begrenzt den Temperaturbereich. Aufgrund auftretender
Zug- und Druckkräfte kommt es typischerweise zu einer
größeren Wellenbelastung. Riemengetriebe finden sich bei PI
oft in besonders kompakten Positioniertischen, z.B. Hub-

Seite 11 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --oder Lineartischen, bei denen der Antrieb seitlich „gefaltet“-6angeordnet ist. Riemen eigenen sich im Vakuum bis 10
mbar.

Abb. 19 Riemengetriebe

7.6

Harmonic Drive Getriebe

Harmonic Drive Getriebe wie in Abb. 20 zeichnen sich durch
ein elastisches Übertragungselement aus, das für hoheÜbersetzungsverhältnisse, hohe Drehmomentkapazität,
hohe lineare Torsionssteifigkeit, hohe Wirkungsgrade undSpielfreiheit sorgt. Das elastische Übertragungselement ist
eine elliptische Scheibe, die eine dünnwandige Stahlbuchse
mit Außenverzahnung verformt. Die Stahlbuchse sitzt
innerhalb eines Außenrings mit Kugellager undInnenverzahnung. Somit greifen bei Verformung im Bereich
der größeren Ellipsenachse Innen- und Außenverzahnung
spielfrei ineinander. Zusätzlich bieten Harmonic Drive
Getriebe die Möglichkeit einer zentralen Hohlwelle, z.B. fürKabel, Wellen oder Laserstrahlen. Der komplexe undgleichzeitig kompakte sowie wartungsfreie Aufbau machen
diese Getriebe allerdings vergleichsweise teuer. FürSonderlösungen setzt PI manchmal Harmonic Drive Getriebe
ein, um aufgrund der Spielfreiheit besonders hohe
Positionier- und Wiederholgenauigkeiten zu erreichen.

Abb. 20 Harmonic Drive Getriebe

8 Passende Motion Controller
Die Motoren können mit verschiedenen Controllern von PI
betrieben werden, beispielsweise C-863 und C-884 für DCMotoren, C-663 für Schrittmotoren, C-891 für BLDC-Motoren,
sowie SMC Hydra, ACS-Controller oder C-885 mit
entsprechenden Modulkarten für alle Motortypen.

9 Weitere Motortypen
PI setzt weitere Motortypen wie magnetische Linearmotoren
und Voice Coil Motoren sowie weitere Torquemotoren ein.
Diese Motoren werden unter der eingetragenen
Handelsmarke PIMag® bei PI selbst entwickelt und werden
deshalb in einem separaten Whitepaper diskutiert.

10 Zusammenfassung
Im Bereich der Präzisionspositionierung stehen eine Vielzahl
an Motorisierungen zur Auswahl.
Die unterschiedlichen Motortypen eignen sich für bestimmte
Anwendungen: Schrittmotoren als kostengünstige Lösung sowie fürVakuum-Anwendungen,kleineGeschwindigkeiten,
geringe Dynamik und hohe Auflösung; DC-Motorenfürkostengünstige
dynamische
Anwendungen; ActiveDrive DC-Motoren für eine Motorleistung, dieoberhalb der Controllerleistung liegt, und somit fürhöhere Geschwindigkeiten; Getriebemotoren für langsame Geschwindigkeiten, hohe
Drehmomente, hohe Auflösung sowie zusätzlicheSelbsthemmung bei vertikalen Anwendungen; Bürstenlose DC-Motoren bzw. Synchron-Servomotoren
für industrielle Anwendungen, hohe Dynamik undDauerbetrieb;
 Torquemotoren als Direktantrieb für industrielle
Anwendungen mit hohen Drehmomenten undSpielfreiheit, hoher Dynamik und Dauerbetrieb;
vorwiegend für Drehtische.
Neben der Auswahl des richtigen Motors gibt es noch eineganze Reihe weiterer Elemente, die einen Einfluss auf die
Merkmale und Spezifikationen eines Positioniersystems
haben. Diese müssen beim Design einer Lösung für die
Präzisionspositionierung ebenfalls betrachtet werden: Spindel Führung Encoderart Encodertyp Encoderschnittstelle End- und Referenzschaltertyp Kabelmanagement
 Umgebungsbedingungen …
Nachfolgend
sindinTab. 1diewichtigsten
Motoreigenschaften gegenübergestellt. Eine Übersicht überdie Motorisierung der Standardprodukte bietet Tab. 2.

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

Seite 12 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --Motortypvergleich
2SM
Eigenschaft
Tab. 1

DC/PWM

BLDC/SSVM

TQM
Hohe Geschwindigkeitsstabilität

Geschwindigkeit

Abhängig von Schaltfrequenz.
Typisch 20 bis 30
Umdrehungen/Sekunde

Proportional zur Spannung,höher als mit 2SM. Höhere
Geschwindigkeiten mit
ActiveDrive. Typisch 50
Umdrehungen/Sekunde(begrenzt durch Spindel undLautstärke)Proportional zur Spannung, höher als
mit DC. Typisch 60
Umdrehungen/Sekunde (begrenzt
durch Spindel)

Laufruhe

Ggf. Vibrationen bei hohen
Geschwindigkeiten, Laufruhe
durch mechanischen Dämpfer undSinuskommutierung

Ruhiger als 2SM

Sinuskommutierung für sehr ruhigen Lauf (standardmäßig in ACS-Controllern und
im PI-Controller C-891 sowie in der SMC Hydra)

Auflösung /Genauigkeit

Positionsinformation auch ohne
Encoder, hohe Stabilität im
Stillstand ohne Regelung, sehrhohe Auflösung im
Mikroschrittbetrieb

Benötigt Encoder für Positionsinformation, Auflösung ist Encoder-abhängig, Positionsjitter durch Regelung

Drehmoment

Klein bei Mikroschrittbetrieb, hochbei kleiner Geschwindigkeit

Proportional zum Strom

Hoch, durch Anzahl der Polpaare bestimmt

Selbsthemmung

Hoch, Selbsthalten nur an einem
Vollschritt (lastabhängig)

Gering, kann durch Getriebe und Präzisions-Gewindespindel erhöht
werdenPraktisch nicht vorhanden

Lebensdauer

Höher als DC, vergleichbar mit
BLDC/SSVM

Begrenzt durch Bürsten, typisch
1000-5000 Stunden

Begrenzt durch Lager, typischerweise mehrere 10000 Stunden, vergleichbar mit
magnetischen Linearmotoren

Sonstiges

Günstiger als DC, langlebig,
zuverlässig, Positionsfehler bei
Schrittverlust

Günstiger als BLDC/SSVM,
geringer Regelungsaufwand,hohe Dynamik und Laufruhe,geringe Wärme

Wartungsarm, effizient undgeräuscharm, geringes Gewicht,
hohe Zuverlässigkeit und Dynamik,
geringe Wärme und Vibrationen,
Industrietauglich

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

Seite 13 von 16

Direktantrieb, hohe Antriebssteifigkeit,
hohe Wiederholgenauigkeit, hohe
Drehmomente, spielfrei, Hohlwelle, flach,
Industrietauglich

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --Tab. 2Übersicht über Standardprodukte Übersicht über StandardprodukteArt

ProduktfamilieDC

Lineartische (niedrige
Präzision)

L-402

x

Lineartische (hohe
Präzision)

M-110 / M-111 /
M-112

DC-G

PWM

BLDC

SSVM

TQM

2SM

x

L-406

x

x

x

L-408

x

x

x

VT-80

x

x

M-406

x

x

M-403

x

x

M-404

x

x

M-413

x

x

M-414

x

x

L-412

x

L-417

x
x

L-505

x

M-122.2DD1

x

x
x

x

MTS-65xx

M-105 / M-106

x

L-509

x

x

x

x

x

L-511

x

x

x

x

x

x

x

x

M-511 / M-521 /M-531

Hubtische

HPS-170

x

x

L-306

x

x

L-310

x

M-501

Kreuztische

Rotationstische

x
x

x

x

x

UPL-120

x

x

L-731

x

x

L-738

x

x

L-741

x

x

M-116
RS-40

x
x

x

DT-34

x

x

DT-80

x

x

M-060 / M-061 /
M-062

x

L-611

ManuellxxLS-180

2SM-G

x

x
x

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.dexx

Seite 14 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --Art

ProduktfamilieDC

PRS-200

Goniometer

Linearaktoren(niedrige Last)

DC-G

PWM

BLDC

TQM

2SM

x

UPR-100x

UPR-120

x

WT-85

x

x

WT-100

x

x

WT-90

x

x

WT-120

x

x

L-220

x

M-227

x

x

M-232

x

M-235

x

L-239

x

M-238

Manuell

x

x

M-230

2SM-G
x

M-228 / M-229

Linearaktoren (hohe
Last)

SSVM

x

x
x

x

x

x

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

Seite 15 von 16

WHITEPAPER – Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung-- Dr. Nico Bolse --Dr. Nico Bolse, Produktmanager für PIMag® Magnetantriebe
und Motorized Positioners bei Physik Instrumente (PI) GmbH& Co. KG in Karlsruhe, Deutschland.

Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Auf der Römerstr. 1, 76228 Karlsruhe, Deutschland
Tel. +49 721 4846-0, Fax +49 721 4846-1019, E-Mail info@pi.de, www.pi.de

12 Über PI
Das Unternehmen Physik Instrumente (PI) ist für die hohe
Qualität seiner Produkte bekannt und nimmt seit vielen
Jahren eine Spitzenstellung auf dem Weltmarkt für präzise
Positioniertechnik ein. Seit über 40 Jahren entwickelt und
fertigt PI Standard- und OEM-Produkte mit Piezo- oder
Motorantrieben.
Einekontinuierliche
Entwicklung
neuartiger
Antriebskonzepte, Produkte und Systemlösungen und über200
Technologiepatentekennzeichnen
heute
die
Unternehmensgeschichte. Dabei entwickelt, fertigt und
qualifiziert PI alle Kerntechnologien selbst: Von
Piezokomponenten,-aktorenund-motorenundmagnetischen Direktantrieben über Luftlager, Magnet- und
Festkörperführungen bis hin zu Nanometrologie-Sensoren,
Regeltechnik und Software. PI ist dadurch von den am Marktverfügbaren Komponenten unabhängig, um seinen Kunden
die fortschrittlichsten Lösungen anzubieten. Die hohe
Fertigungstiefe ermöglicht dabei eine vollständige
Prozesskontrolle, um flexibel auf die Marktentwicklungen undneue Anforderungen zu reagieren.
Durch die Übernahme der Mehrheitsanteile an ACS Motion
Control, einem weltweit führenden Entwickler und Hersteller
modularer
MotionController
fürmehrachsige
Antriebssysteme, kann PI außerdem maßgeschneiderte
Komplettsysteme für industrielle Anwendungen liefern, diehöchste Präzision und Dynamik fordern. Mit vier Standorten
in Deutschland und fünfzehn ausländischen Vertriebs- undServiceniederlassungen ist die PI Gruppe internationalvertreten.

Seite 16 von 16

WP4016R1 Drehende Elektromotoren für die Präzisionspositionierung 03/2020. Änderungen vorbehalten. © Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG 2018

11 Autor