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Schrittmotoren

Den Schrittmotor (auch bekannt unter dem Namen Stepper) gibt es in verschiedenen Bauformen und Ausführungen. Der Schrittmotor ist prinzipiell ein hochpoliger Synchronmotor, bei dem der in die Statorwicklungen eingeprägte Motorstrom ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Der hochpolige Rotor mit Permanentmagneten wird dadurch synchron entsprechend der Statorbestromung schrittweise gedreht. 
Bei einem typischen Hybridschrittmotor ergeben beispielsweise 50 Polpaare im Rotor und eine 2-phasige Statorwicklung bereits eine Auflösung von 200 Vollschritten pro Umdrehung, was einem Vollschrittwinkel von 1,8 Grad entspricht.
Jeder Schrittmotor benötigt eine entsprechende Ansteuerelektronik zur Erzeugung der Bestromung der Statorwicklungen. Durch Mikroschritt-Ansteuerungen kann der Vollschrittwinkel noch feiner unterteilt werden, was neben der höheren Positionierauflösung auch die Laufruhe des Motors besonders bei langsamen Drehzahlen deutlich verbessert.
Rückmeldesysteme wie Encoder am Schrittmotor ermöglichen zusammen mit entsprechenden Steuerungen die Überwachung der Schrittausführung bis hin zum Nachregeln bei Überlast (sogenannter Closed-Loop-Betrieb).

Folgende Schrittmotoren und Schrittmotorsteuerungen führen wir in unserem Produktsortiment:

Schrittmotoren mit integrierter Steuerung (Lexium-MDrive)

Lexium MDrive-Antriebe verbinden Schrittmotor und eine hochauflösende Mikroschritt-Steuerung mit verschiedenen Schnittstellen zu einer kompakten Einheit. Der optional integrierte Encoder mit der patentierten Closed-Loop-Regelung HMT (Hybrid-Motion-Technologie) ermöglicht eine servoähnliche Regelung des Motors bei Überlast sowie die Drehmoment-Regelung.

Galvanische Trennungen der Schnittstellen sowie der Ein-/Ausgänge und umfangreiche Schutzfunktionen ermöglichen den Betrieb unter rauhen elektrischen Bedingungen. Extrem kompakte Bauformen des Lexium MDrive Schrittmotors sind in den Flanschmaßen von NEMA 17  bis NEMA 34 erhältlich.

Schrittmotoren mit integrierter Steuerung (MDrive & MDrive Hybrid)

Unsere MDrive bzw. MDrive Hybrid-Antriebe verbinden Mikroschritt-Steuerung, den optimalen Encoder und den Schrittmotor zu einer Einheit als Baukastensystem mit vielen Kombinationsmöglichkeiten. 

Die ertklassigen Lauf- und Positioniereigenschaften werden unter anderem durch die patentierte Closed-Loop-Regelung HMT im MDrive Hybrid komplementiert.
Die Bauformen sind in den Flanschmaßen von NEMA 14 (35x35mm) bis NEMA 34 (86x86mm) erhältlich.

Schrittmotor-Steuerungen

Die Ansteuerung von einem 2-phasigen Schrittmotor wird unter anderem durch die unterschiedlichen Leistungsklassen, Bauformen sowie Schnittstellen gestattet.

Mit den Einsatz von eigens entwickelter ASICs werden bei der Schrittmotor- Steuerung ausgezeichnete Laufeigenschaften im Mikroschrittbetrieb mit Resonanzunterdrückung erreicht.

Verschiedene Schnittstellen vom Takt/Richtungs-Eingang bis hin zu voll programmierbaren Versionen mit RS485 oder CANopen-Feldbus ermöglichen die kostengünstige Anbindung an verschiedene Steuerungskonzepte.

CLOSED LOOP-MODUL ServoTrack

ServoTrack verhindert das Außer-Tritt-Fallen von Schrittmotor-Antrieben bei Überlast.
Das Verhältnis zwischen Rotor und Stator wird kontinuierlich in Nanosekunden-Intervallen überwacht. Es kann in bestehende Systeme integriert werden


Schrittmotoren / Linearaktuatoren

Ein präziser Schrittmotor wird bei uns in zwei Technologien angeboten:

  • Hybrid-Schrittmotor und
  • Permanentmagnet-Schrittmotor (PM-Schrittmotor)

jeweils mit Wicklungen für unipolare oder bipolare Ansteuerung. 

Die  verschiedensten Baugrößen, Schrittwinkel oder Ausführungen ermöglichen ein breitgefächerten Einsatz.

Es gibt verschiedene Versionen mit rotierender Motorwelle oder Ausführungen als Linearaktuator. Linearaktuatoren werden entweder mit Spindel und Hohlwellen-Mutter  -  mit oder ohne interner Verdrehsicherung -  angeboten oder mit externer Mutter und Spindel.

 

Häufig gestellte Fragen zu Schrittmotoren

Den Schrittmotor (auch bekannt unter dem Namen Stepper) gibt es in verschiedenen Bauformen und Ausführungen. Der Schrittmotor ist prinzipiell ein hochpoliger Synchronmotor, bei dem der in die Statorwicklungen eingeprägte Motorstrom ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Der hochpolige Rotor mit Permanentmagneten wird dadurch synchron entsprechend der Statorbestromung schrittweise gedreht.  


Bei einem typischen Hybridschrittmotor ergeben beispielsweise 50 Polpaare im Rotor und eine 2-phasige Statorwicklung bereits eine Auflösung von 200 Vollschritten pro Umdrehung, was einem Vollschrittwinkel von 1,8 Grad entspricht.


Jeder Schrittmotor benötigt eine entsprechende Ansteuerelektronik zur Erzeugung der Bestromung der Statorwicklungen. Durch Mikroschritt-Ansteuerungen kann der Vollschrittwinkel noch feiner unterteilt werden, was neben der höheren Positionierauflösung auch die Laufruhe des Motors besonders bei langsamen Drehzahlen deutlich verbessert. 
Rückmeldesysteme wie Encoder am Schrittmotor ermöglichen zusammen mit entsprechenden Steuerungen die Überwachung der Schrittausführung bis hin zum Nachregeln bei Überlast (sogenannter Closed-Loop-Betrieb).


Seit mehr als einem halben Jahrhundert kommen Schrittmotoren nun schon zum Einsatz und sind mittlerweile nicht mehr aus der Positioniersteuerung sowie Drehzahlsteuerung wegzudenken. 
 

Aufbau eines Schrittmotors

Ein Schrittmotor - auch Stepper genannt  - ist ein sogenannter Synchronmotor, der aus drehbaren Permanentmotoren (magnetische Rotoren) und mehreren Statoren (feststehende, unbewegliche Teil einer Maschine) aus Weicheisen besteht.

Um eine magnetisches Feld zu erzeugen, werden die Statorspulen von Strom durchflossen, durch die Umkehrung der Stromrichtung in den Statorspulen in einer bestimmten Reihenfolge wird das magnetische Drehfeld erzeugt, welchem der Rotor folgt.

Einsatzgebiete des Schrittmotors

Grundsätzlich kann man sagen, dass Schrittmotoren überall da eingesetzt werden, wo eine exakte Positionierung notwendig ist.  

Sei es nun in Produkten der Unterhaltungsindustrie wie etwa BlueRay Laufwerke oder in der Automobilbranche wie etwa in Heizungs- und Klimaanlagen in PKWs. 

Warum gibt es Schrittmotoren mit unterschiedlichen Anschlusslitzen?

Es gibt Schrittmotoren mit unterschiedlichen Anschlusslitzen (4 - 6 - 8), da es unterschiedliche Ansteuerungsmöglichkeiten eines Schrittmotors gibt und diese über die Anschlusslitzen definiert werden.

Hier gibt es die Varianten Unipolar und Bipolar. Bei Bipoloar unterscheidet man noch in parallel, seriell und eine Wicklungshälfte.

Ein Schrittmotor - auch Stepper genannt  - ist ein sogenannter Synchronmotor, der aus drehbaren Permanentmotoren (magnetische Rotoren) und mehreren Statoren (feststehende, unbewegliche Teil einer Maschine) aus Weicheisen besteht.

Um eine magnetisches Feld zu erzeugen, werden die Statorspulen von Strom durchflossen, durch die Umkehrung der Stromrichtung in den Statorspulen in einer bestimmten Reihenfolge wird das magnetische Drehfeld erzeugt, welchem der Rotor folgt.

Einsatzgebiete des Schrittmotors

Grundsätzlich kann man sagen, dass Schrittmotoren überall da eingesetzt werden, wo eine exakte Positionierung notwendig ist.  

Sei es nun in Produkten der Unterhaltungsindustrie wie etwa BlueRay Laufwerke oder in der Automobilbranche wie etwa in Heizungs- und Klimaanlagen in PKWs. 

Warum gibt es Schrittmotoren mit unterschiedlichen Anschlusslitzen?

Es gibt Schrittmotoren mit unterschiedlichen Anschlusslitzen (4 - 6 - 8), da es unterschiedliche Ansteuerungsmöglichkeiten eines Schrittmotors gibt und diese über die Anschlusslitzen definiert werden.

Hier gibt es die Varianten Unipolar und Bipolar. Bei Bipoloar unterscheidet man noch in parallel, seriell und eine Wicklungshälfte.

Welche Schrittbetriebe gibt es?

Es gibt die folgende Schrittbetriebe: 

  • den Vollschrittbetrieb

  • den Halbschrittbetrieb

  • den Mikroschrittbetrieb

Was ist ein Vollschrittbetrieb?

Der Vollschrittbetrieb, ist der Betrieb in dem der Schrittmotor den höchsten Drehmoment erreicht. In diesem Zustand jedoch hat der Schrittmotor  die am stärksten ausgeprägten Resonanzstellen, was zu Drehmomenteinbusen führen kann. Daher empfiehlt sich der Mikroschrittbetrieb falls die Betriebsdrehzahl in der Nähe einer solchen Resonanzfrequenz liegt.

Was ist ein Halbschrittbetrieb?

Im Halbschrittbetrieb sind jeweils 2 Phasen bzw Wicklungen bestromt und kann bis zu 70 % Drehmoment des Vollschrittbetriebs erreichen. Dazu werden Schritt für Schritt eine unterschiedliche Anzahl an Statorwicklungen bestromt.

Was ist ein Mikroschrittbetrieb?

Der Mikroschrittbetrieb wird mittels zielgerechtem Verändern von Stromamplituden gleichzeitig eingeschalteter Statorwicklungen erzielt. Dabei werden steuerbare Stromgeneratoren in den einzelnen Strängen eingesetzt um beliebige Schrittwinkel zu erreichen.

Was ist ein Drehmoment

Der Drehmoment wird aus den Basiseinheiten “Kraft” und “Weg” abgeleitet.

Wirkt sich die Kraft auf einen starren Körper mit einer festsitzenden Drehachse aus, wird  dieser Körper in eine Drehbewegung versetzt und nicht verschoben.  

Aber nicht nur die Kraft sondern auch der Weg ist ein wichtiger Indikator, denn je größer Der Abstand, desto größer ist die Drehwirkung - also Rotationsbeschleunigung.

Berechnung des erforderlichen Drehmoments

Zur Berechnung des Drehmoments müssen folgende Faktoren berücksichtigt werden:

Reibung

Moment, welches der Drehung des Motors entgegenwirkt

Lastträgheit

die so genannte Rotorträgheit tritt entweder bei einer Positivbeschleunigung oder bei einer Negativbeschleunigung auf. Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsmomente müssen bei Beschleunigungen und Verzögerungen beachtet werden und unbedingt unter der Drehmomentskurve liegen.

Widerstandsmoment

Der Widerstandsmoment kommt zustande, wenn den Momenten Reibung und Lastträgheit eine dritte Kraft oder ein drittes Moment entgegenwirkt. 

Einfache Drehmomentermittlung

Die einfache Drehmomentermittlung kann unter anderem mittels Federwaage und Drehmomentmessuhr vorgenommen werden. Hier wird im Zuge der Kraft- und Momentermittlung der schwer zu ermittelnde Reibungsfaktor berücksichtigt

Leistungsermittliung

Das erforderliche Drehmoment kann mit zwei Formeln berechnet werden (Motorleistungsdaten 50W)

Md = P / (n * ˜0,1

n= Drehzahl in U/min, Md= Drehmoment in Nm

Md= P * z / 6.28 * f

(P = Leistung in W, z = Schritte/ Umdrehung, f = Frequenz in Hz

KOCO MOTION Schrittmotor-Lösungen

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