Schrittmotoren

Was ist ein Schrittmotor, wofür wird er verwendet und welche Typen von Schrittmotoren gibt es? Erfahren Sie alles Wissenswerte im folgenden Artikel.

Als Schrittmotor bezeichnet man einen bürstenlosen Synchronmotor zur Umsetzung von digitalen Impulsen in mechanische Bewegungen der Motorwelle (auch: Wellenrotation). Hierbei ist jede Umdrehung der Motorwelle in eine bestimmte Anzahl an Schritten unterteilt – dies können bis zu 200 Schritte sein, jeder einzelne dieser diskreten Schritte benötigt einen eigenen Impuls, der an ihn gesendet wird. Der Schrittmotor selbst kann zu einem bestimmten Zeitpunkt jeweils nur einen Schritt ausführen, wobei alle Schritte gleich groß sind. Jeder Impuls wird durch eine Rotationsbewegung des Motors in einer genau definierten Winkelgröße veranlasst, welche normalerweise 1,8 Grad beträgt. Aus diesem Grund ist die Kontrolle der Schrittmotor-Position ganz ohne ein Rückführsignal möglich.

Wenn die Frequenz der digitalen Impulse zunimmt, ändert sich gleichzeitig auch die Schrittbewegung hin zu einer kontinuierlichen Rotationsbewegung, wobei die Rotationsgeschwindigkeit proportional zu der Impulsfrequenz ist. Für Schrittmotoren typisch ist ein hohes Drehmoment bei geringer Drehzahl. Aufgrund ihrer einfachen und kostengünstigen, jedoch trotzdem robusten Bauweise werden sie in vielfältigen industriellen und gewerblichen Verfahren eingesetzt.

Die Vorteile von Schrittmotoren
Diese Motoren konvertieren ein nicht-lineares Eingangssignal zu einem linearen Ausgangssignal. Dies ist beispielsweise für Thermo-Elementsignale nötig. Hierbei ist der zurückgelegte Rotationswinkel des Motors proportional zu den Eingangsimpulsen, wobei der Schrittmotor im Stillstand sein volles Drehmoment aufbringt (bei erregten Wicklungen). Weitere Vorteile dieser Motoren sind die präzise Positionierung sowie Reproduzierbarkeit der Wellenrotation. Hochwertige Motoren verfügen über eine Schrittgenauigkeit zwischen drei bis fünf Prozent, etwaige Genauigkeitsfehler summieren sich hierbei aber nicht von Schritt zu Schritt auf. Gegeben ist außerdem ein präzises Ansprechen auf Starten, Stoppen oder Umkehren. Die Motoren bieten durch elektronische Kommutierung eine hohe Zuverlässigkeit. Ihre Lebensdauer hängt hauptsächlich von der Lebensdauer ihrer Wälzlager ab. Schrittmotoren können mit digitalen Eingangsimpulsen angesteuert werden, somit sind keine teuren Regelsysteme vonnöten. Außerdem lassen sich auch bei Lasten, die direkt auf die Motorwelle wirken, besonders niedrige Synchrondrehzahlen ermöglichen. Die Motordrehzahl dagegen ist proportional zur Eingangsimpulsfrequenz.

Die verschiedenen Typen
Es lassen sich die drei Grundtypen – Reluktanzschrittmotor, Permanentschrittmotor sowie Hybridschrittmotor – unterscheiden, wobei der Hybridschrittmotor die besten Eigenschaften der beiden anderen Motor-Typen in sich vereint. Mehr Infos dazu finden Sie hier. So besitzt er einen Stator mit mehrfach gezahnten Statorpolen sowie einen Permanentmagnetrotor. Standard-Hybridschrittmotoren haben 200 Rotorzähne, sie bewegen sich in Schrittwinkeln von je 1,8 Grad. Aufgrund ihres hohen dynamischen und statischen Drehmoments sowie der hohen Schrittgeschwindigkeit finden sie in zahlreichen Anwendungen Einsatz.

Anwendungsgebiete
Die Anwendungsgebiete von Schrittmotoren sind typischerweise Drucker, beispielsweise Matrixdrucker, sowie der Antrieb von Schreib- und Leseköpfen in Diskettenlaufwerken. Wegen ihrer hohen Präzision finden sie außerdem Einsatz in computergesteuerten Werkzeugmaschinen oder in 3-D-Druckern. Auch im Konsumgüterbereich werden sie aufgrund ständig sinkender Kosten für Ansteuerungselektronik immer häufiger verwendet, zum Beispiel in Kraftfahrzeugen mit automatischen Klimaanlagen und Heizungssystemen.