Schrittmotoren
Übersicht und Zusatzinformationen

Übersicht – Was ist ein Schrittmotor?

Schrittmotoren ermöglichen einfache und präzise Positioniervorgänge.
Sie werden in den verschiedensten Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Positionierung und die Drehzahlstabilität mit Taktsignalen angesteuert.

Feine und genaue Positionierung

Ein Schrittmotor ist ein Motor, der sich je Schritt um einen festen Winkel dreht, genau wie der Sekundenzeiger einer Uhr. Dieser Winkel wird als Basisschrittwinkel bezeichnet. Oriental Motor bietet 5-Phasen-Schrittmotoren mit einem Basisschrittwinkel von 0,72 ̊ und 2-Phasen-Schrittmotoren mit einem Basisschrittwinkel von 1,8 ̊ an.

Hier klicken für den Aufbau eines Schrittmotors

Einfache Ansteuerung mit Taktsignalen

Eine Systemkonfiguration für eine hochpräzise Positionierung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Der Drehwinkel und die Drehzahl des Schrittmotors können mithilfe von Taktsignalen der Steuerung präzise gesteuert werden.

Systemkonfiguration

Was ist ein Taktsignal?

Ein Taktsignal ist ein elektrisches Signal, das wiederholt ein- und ausgeschaltet wird.
1 Zyklus EIN/AUS wird als 1 Takt gezählt, und wenn 1 Takt eingegeben wird, dreht sich die Motorabtriebswelle um den Basisschrittwinkel des Motors.

Der Drehwinkel ist proportional zur Anzahl der Takte

Der Drehwinkel des Schrittmotors ist proportional zur Anzahl der Taktsignale (Anzahl der Takte), die an den Treiber gesendet werden.
Die Abhängigkeit des Drehwinkels von der Anzahl der Takte wird wie folgt angegeben:

θ= θ_S × A

θ

Drehwinkel der Motorabtriebswelle [ ̊]

θ_S

Basisschrittwinkel (Auflösung) [°/Schritt]^*

A

Anzahl der Takte

Die Drehzahl ist proportional zur Taktfrequenz

Die Drehzahl des Schrittmotors ist proportional zur Drehzahl der Taktsignaleingabe (Taktfrequenz), die in den Treiber eingegeben werden.
Die Abhängigkeit der Drehzahl [U/min] von der Taktfrequenz [Hz] wird wie folgt angegeben:

N = θ_S/360 × f × 60

N

Drehzahl der Motorabtriebswelle [U/min]

θ_S

Basisschrittwinkel (Auflösung) [°/Schritt]^*

f

Taktfrequenz [Hz]
(Anzahl der Takte pro Sekunde)

• *Bei Getriebemotoren ist dies der Basisschrittwinkel (die Auflösung) an der Getriebeabtriebswelle.

Kompakt und hohes Drehmoment

Schrittmotoren erzeugen bei kompakter Baugröße ein hohes Drehmoment.
Diese Eigenschaften bieten hervorragende Beschleunigungskennlinien und Ansprechverhalten, was diese Motoren sehr nützlich für Anwendungen macht, bei denen der Motor häufig gestartet und gestoppt werden muss.
Die Verwendung eines Getriebemotors ermöglicht zudem ein noch größeres Drehmoment.

Häufiges Starten und Stoppen ist möglich

Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie (Beispiel für einen Motor mit Flanschmaß 60 mm)

Der Motor hält sich im Stillstand selbst

Schrittmotoren haben üblicherweise auch im Stillstand ein Haltemoment. Eine mechanische Bremse ist daher häufig nicht notwendig, um eine Stoppposition zu halten.

Große Lastträgheitsmomente können angetrieben werden

Schrittmotoren können größere Lastträgheitsmomente antreiben als Servomotoren gleicher Baugröße.

Vergleich, wenn das Lastträgheitsmoment das 30-fache des Rotorträgheitsmoments beträgt

• 

  Schrittmotor

  Trägheitsmoment 22,4 x 10^-4 kgm²
  (30-faches Rotorträgheitsmoment)

  Lastträgheit

  Durchmesser 169 mm, Dicke 10 mm, Werkstoff Aluminium

  Motor

  Flanschmaß 60 mm
  Baulänge 90 mm

• 

  Herkömmlicher Servomotor

  Trägheitsmoment 4,0 x 10^-4 kgm²
  (30-faches Rotorträgheitsmoment)

  Lastträgheit

  Durchmesser 110 mm, Dicke 10 mm, Werkstoff Aluminium

  Motor

  Flanschmaß 60 mm
  Baulänge 96,5 mm

Anwendungen

Antrieb für X-Y-Tische

Vorschub einer Dosieranwendung

Vertikaler Vorschub einer Stapelanwendung

Antrieb einer Dosieranwendung

Motorversionen

Schrittmotoren gibt es in verschiedenen Ausführungen, darunter Standard, mit elektromagnetischer Bremse und mit verschiedenen Getrieben. Die passende Version kann anhand der erforderlichen Funktion und Leistung ausgewählt werden. Nachfolgend typische Beispiele:

Standard

Benutzerfreundliches Basismodell.
Es sind Motoren in verschiedenen Baugrößen erhältlich.

High-Torque-Version

Ein hohes Drehmoment und Ansprechverhalten werden erreicht, indem Permanentmagnete zwischen die kleinen Zähne des Rotors und des Stators eingeführt wird. Im Vergleich zum Standardmotor gleicher Größe ist das Drehmoment deutlich erhöht.

Version mit hoher Auflösung

Die Auflösung dieses Motors ist doppelt so hoch wie die des Standardmotors.
Dadurch können eine höhere Positioniergenauigkeit und reduzierte Vibrationen erreicht werden.

Version mit Encoder

Die aktuelle Position des Motors kann überwacht und Positionierfehler angezeigt werden.
Durch den Vergleich von Ist- und Sollposition kann der Normalbetrieb überwacht werden.

Mit elektromagnetischer Bremse

Diese Produkte verfügen über eine elektromagnetische Haltebremse, die im stromlosen Zustand geschlossen ist.
Bei einem Ausfall oder einem anderen unerwarteten Ereignis hält die elektromagnetische Bremse die Last in Position, um ein Herunterfallen zu verhindern.

• Sobald die Stromversorgung unterbrochen wird, geht die Selbsthaltekraft des Motors verloren und der Motor kann bei vertikalen Operationen oder bei Anwendung einer externen Kraft nicht mehr in der Stoppposition gehalten werden. Bei Z-Achsen wird die Verwendung einer elektromagnetischen Bremse empfohlen.

Mit Getriebe

Diese Motoren verfügen über Getriebe mit reduziertem Spiel, um die Positioniergenauigkeit der Motoren nicht zu beeinträchtigen.
Zusätzlich hilft das erhöhte Drehmoment große Lasten zu bewegen.

Vorteile von Motoren mit Getriebe

Oriental Motor bietet Motoren mit vormontiertem Getriebe als Varianten von Schrittmotoren an. Die Verwendung von Getriebemotoren bringt viele Vorteile mit sich, wie z. B. besseres Abbremsverhalten, höheres Drehmoment und höhere Auflösung sowie die nachfolgenden Vorteile.

Der Motor kann große Lastträgheitsmomente antreiben

Bei der Verwendung eines Getriebemotors erhöht sich das zulässige Lastträgheitsmoment gegenüber einem vergleichbaren Standardmotor proportional zum Quadrat der Getriebeuntersetzung. Mit Getriebemotoren können größere Lastträgheitsmomente angetrieben werden.

Motorversion	Mit Getriebe (Getriebeuntersetzung 5)	Standard
Produktname	AZM66AC-PS5	AZM66AC
Zulässiges Lastträgheitsmoment (30-faches Rotorträgheitsmoment)	277,5 × 10-4 kgm2	11,1 × 10-4 kgm2
Lastträgheit Durchmesser (Dicke 20 mm, Werkstoff Aluminium)	317 mm	142 mm
Drehzahlbereich	0–600 U/min	0–6000 U/min

Die Eigenschaften beim Starten und Stoppen können verbessert werden

Wenn die Lastträgheit groß oder die Beschleunigungs-/Verzögerungszeit kurz ist, kann ein Getriebemotor das Einschwingverhalten effektiver verringern und dadurch einen stabileren Betrieb im Vergleich zu einem Standardmotor gewährleisten. Getriebemotoren sind ideal für Anwendungen mit großen Lastträgheitsmomenten wie Indextische oder Roboterarme.

Miniaturisierung

Im Vergleich zu einem Standardmotor mit äquivalentem maximalem Haltemoment, hat ein Getriebemotor ein kleineres Flanschmaß. Masse und Volumen sind dadurch verringert. Getriebemotoren sind besonders geeignet, wenn nur ein geringer Bauraum zur Verfügung steht..

Hohe Steifigkeit und Torsionsbeständigkeit

Getriebemotoren haben eine hohe Steifigkeit, sind daher torsionsbeständig und werden weniger durch Lastschwankungen beeinflusst als Standardmotoren. So können auch bei einer Änderung der Last Stabilität und hochpräzise Positionierung gewährleistet werden.

• Anwendung: Aufzug
  Vertikale Mechanismen wie Aufzüge können auch bei unterschiedlichen Lasten präzise stoppen.

  

• Anwendung: Überwachungskamera
  Die Kamera kann auch bei starkem Wind eine Position stabil halten.

  

Direktmontage der Last (mit Harmonic-Getriebe, mit HPG-Getriebe)

Bei den Versionen mit Harmonic-Getriebe (mit Ausnahme Flanschmaß 90 mm) und mit HPG-Getriebe kann die Last direkt auf den Motorflansch montiert werden.

Montagebeispiel:

Anwendung: Indextisch
Dies reduziert nicht nur die Anzahl der Bauteile und Montageschritte, sondern verbessert auch die Zuverlässigkeit. Indextische eigenen sich auch für Applikationen mit hohen Lastträgheitsmomenten.

Versionen und Eigenschaften von Getriebemotoren

Für Schrittmotoren stehen verschiedene Arten von Getrieben zur Verfügung.
Die optimale Version kann basierend auf Drehmoment, Genauigkeit (Getriebespiel) und mehr ausgewählt werden.
Beim Klick auf die rechte Abbildung werden die Eigenschaften und Hauptspezifikationen der Versionen angezeigt.

Hier klicken für Details

Getriebeversion		Standardgetriebe									Rechtwinkelgetriebe
		SH (Geradverzahnung)	CS (Geradverzahnung)	TH (Geradverzahnung)	TS (Geradverzahnung)	PS (Planetenverzahnung)	PN (Planetenverzahnung)	HPG (Harmonic Planetary®)		Harmonic (Harmonic Drive ®)	FC (Stirnverzahnung)
Ansicht
Eigenschaften
	Genauigkeit	Für 2-Phasen		Spielarm			Spielfrei				Spielarm
		★	★	★★	★★	★★	★★★	★★★		★★★	★★
	Hohes Drehmoment	★	★★	★	★★	★★	★★	★★		★★	★★
	Spitzendrehmoment kurzzeitig verwendbar	-	-	-	○	○	○	○		○	-
	Flanschmontage	-	-	-	-	-	-	-	○	○	-
	Zentrierte Welle	-	○	-	-	○	○	○	-	○	○
Hauptspezifikationen
	Getriebeuntersetzungen	3,6, 7,2, 9, 10, 18, 36	5, 10, 15, 20	3,6, 7,2, 10, 20, 30	3,6, 7,2, 10, 20, 30	5, 7,2, 10, 25, 36, 50	5, 7,2, 10, 25, 36, 50	5, 15		50, 100	7,2, 10, 20, 30
	Drehzahlbereich [U/min]	bis 833	bis 600	bis 500	bis 833	bis 600	bis 600	bis 900		bis 70	bis 416
	Zulässiges Drehmoment [Nm]	ca. 4	ca. 4,5	ca. 4	ca. 6	ca. 8	ca. 8	ca. 9		ca. 10	ca. 10,5
	Spitzendrehmoment [Nm]	-	-	-	ca. 10	ca. 20	ca. 20	ca. 19		ca. 36	-
	Getriebespiel [arcmin]	45-70	45-70	10-35	10-35	7-9	2-3	3		0	10-15
Getriebeversion		SH	CS	TH	TS	PS	PN	HPG		Harmonic	FC

• *Hauptspezifikationen basierend auf Flanschmaß 60 mm.
• *Harmonic Planetary®, Harmonic Drive® und HD“ sind eingetragene Marken oder Marken von Harmonic Drive Systems Inc.
• Weitere Informationen über das Prinzip und den Aufbau der einzelnen Getriebe befinden sich in der technischen Referenz.
  Getriebe für Schrittmotoren und Servomotoren

Treiberversionen

Mit integriertem Controller

Die Fahrsatzdaten sind im Treiber hinterlegt und werden vom Hostsystem ausgewählt und ausgeführt. Das Hostsystem kann wie folgt mit dem Treiber verbunden werden: I/O, Modbus (RTU)/RS-485-Schnittstelle oder Feldbus. Durch den Einsatz eines Netzwerkkonverters (separat erhältlich) ist eine EtherCAT-Kommunikation möglich.

FLEX ist der Sammelbegriff für Produkte, die I/O-Steuerung, Modbus (RTU)-Steuerung, oder Feldbus über Netzwerkkonverter unterstützen.

Mit Takteingang und RS-485-Schnittstelle (nur AZ-Serie)

Bei diesem Treiber werden Schritte durch Taktsignale zum Treiber ausgeführt. Die Motorsteuerung erfolgt über ein Positioniermodul (Taktgeber). Über die RS-485-Schnittstelle kann neben der Ansteuerung der Fahrprofile auch der Motorstatus (Position, Drehzahl, Drehmoment, Alarm, Temperatur usw.) überwacht werden.

Mit Takteingang

Eine Bewegung erfolgt in Abhängigkeit vom angeschlossenen Taktsignal. Die Motorsteuerung erfolgt über ein Positioniermodul (Taktgeber). Mit der Parametrier-Software MEXE02 kann der Alarmverlauf angezeigt werden. Eine Vielzahl von Überwachungsfunktionen kann an die Anwendung angepasst werden.

Feldbus-Treiber (nur AZ-Serie)

Diese Treiber unterstützen die Profinet-, EtherNet/IP- oder EtherCAT-Kommunikation. Der Treiber kann direkt von einer übergeordneten Steuerung über ein Feldbus gesteuert werden. Der Treiber wird mit geringem Verdrahtungsaufwand über ein Kommunikationskabel mit dem Host-Controller verbunden.

Multi-Achs-Treiber (nur AZ-Serie, DC-Stromversorgung)

Multi-Achs-Treiber wahlweise mit EtherCAT-, SSCNETIII/H- oder MECHATROLINK-III-Schnittstelle.
Die Multi-Achs-Treiber können mit Motoren der AZ-Serie für DC-Stromversorgung und den damit ausgestatteten linearen und rotierenden Aktuatoren betrieben werden.
Es sind Ausführungen für 2, 3, oder 4 Achsen verfügbar.

Verwandte Informationen

Referenzausgangsleistung für Schrittmotoren