Der Schrittmotoren - auch Stepper Motoren genannt - sind eine beliebte Art von Elektromotoren, die in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt werden. Ob in der Industrieautomation, Robotik oder 3D-Druck: Schrittmotoren sind aus vielen Bereichen nicht mehr wegzudenken. Ihr großer Vorteil liegt in ihrer präzisen Positionierung und dem Schritt-für-Schritt-Antrieb, der es ermöglicht, exakte Bewegungen auszuführen.
Auf dieser Seite finden Sie Informationen zur Funktionsweise von Stepper Motoren, Informationen zu den Vorteilen, sowie Anwendungsbeispiele aus der Praxis. Entdecken Sie auch unser großes Portfolio an Hybrid-Schrittmotoren im Onlineshop:
Das finden Sie auf dieser Seite:
Der Schrittmotor gehört zur Familie der Elektromotoren und besteht hauptsächlich aus einem Rotor (3), einem Stator (4), einem Schrittwinkelgeber sowie Steuerungselektronik. Der Kern des Stepper Motors ist der Rotor, welcher aus permanentmagnetischen Materialien wie Neodym oder Ferrit besteht. Um den Rotor herum befindet sich der so genannte Stator, welcher aus Spulen (2) besteht und durch die Zufuhr von elektrischem Strom magnetische Felder erzeugt. Diese Felder interagieren mit den Magneten im Rotor und erzeugen die Drehbewegung des Schrittmotors.
Ein weiterer Bestandteil ist der Schrittwinkelgeber, der eine genaue Positionsbestimmung ermöglicht. Er gibt Impulse an die Motorsteuerung, welche dadurch überprüfen kann, an welcher Position der Rotor steht. Der Schrittwinkel des Motors gibt die mechanische Auflösung an, also beschreibt wie fein positioniert werden kann. Dieser Schrittwinkel kann je nach Motor variieren und beträgt typischerweise 1,8° oder 0,9° pro Schritt. In den Motorspulen, welche im Stator verbaut sind, wird der Stromfluss durch die Steuerelektronik kontrolliert. Sie kontrolliert damit die Schrittfolge und die Drehrichtung. Durch die präzise Steuerung der Schritte ermöglicht der Schrittmotor genaue Positionierungen und ist in vielen Anwendungen unverzichtbar.
Mit Schrittmotoren ist eine sehr präzise Positionierung möglich. Die Motoren führen sehr kleine Winkelschritten aus, die für besondere Präzision sorgen. Dies ist bei Anwendungen, die hohe Genauigkeit erfordern, wie beispielsweise CNC-Maschinen oder 3D-Drucker besonders wichtig und ein entscheidender Vorteil der Motoren.
Stepper Motoren bieten ein hohes Haltemoment, welches ihnen ermöglicht, Lasten mit geringem Energieaufwand zu halten. Dies ist besonders oft bei industriellen Anwendungen von hoher Wichtigkeit. Auch das Drehmoment von Hybrid-Schrittmotoren ist in Bezug auf ihre Baugröße sehr hoch.
Verglichen mit anderen E-Motoren erzeugen Schrittmotoren weniger Wärme während des Betriebs. Grund dafür ist die reduzierte Stromaufnahme und eine Stromabsenkung durch eine Steuerung im Stillstand. In Verbindung mit einem Schrittwinkelgeber können die Schrittmotoren wie Servomotoren betrieben werden, was einen noch geringen Energiebedarf ermöglicht.
Schrittmotoren können mit einfachen Steuersignalen gesteuert werden. Durch die Steuerung der Schrittfolge können die Motoren präzise gedreht werden. Dank dem hohen Drehmoment sind zudem hohe Beschleunigungen und Verzögerungen möglich. Dies macht Stepper Motoren ideal für Anwendungen, in denen eine präzise Positionierung erforderlich ist.
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Für Schrittmotoren gibt es eine Reihe an Normen, die von der "National Electrical Manufacturers Association" (kurz: NEMA) festgelegt wurden. Alle NEMA Schrittmotoren sind durch mechanische Maße wie zum Beispiel Zentrierkreis, Befestigungslöcher oder Flanschmaß definiert. Bekannte Baugrößen sind:
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Schrittmotoren können äußerst genau angesteuert werden, da sie ihre Position durch eine genaue Anzahl an Schritten bestimmen. Die Genauigkeit hängt von der Anzahl der Schritte pro Umdrehung und der Präzision der Schrittmotorsteuerung ab. Die mechanische Schrittauflösung des Schrittmotors erlaubt Positionierungen im 1° Bereich. Moderne Mikroschrittansteuerungen reduzieren Vibrationen und ermöglichen noch feinere Positionierungen, welche unter 0,1° liegen können.
Unsere Hybrid-Schrittmotoren vereinen die Vorteile von Reluktanz-Schrittmotoren und Permanentmagnet-Schrittmotor. Sie bieten im direkten Vergleich höhere Drehmomente und ein breiteres Drehzahlband. Dank ihrer Bauweise mit komplexeren Statorwicklungen erzielen Hybrid-Schrittmotoren zudem bessere Leistungswerte und sind daher für anspruchsvollere Anwendungen oft die bevorzugte Wahl.