Schrittmotor | Präzise low cost Positionierung

Q: Was macht ein Schrittmotor?

Schrittmotoren sind elektromagnetische Motoren, die präzises Positionieren in Anwendungen wie Motion-Control ermöglichen. Jeder elektrische Puls bewegt den Motor in diskreten Schritten, je nach Bauform und Anzahl der Magnete. Schrittwinkel und Anzahl der Schritte pro Umdrehung bestimmen die Genauigkeit. So funktioniert ein Schrittmotor: Mehrere Spulen sind im Stator umwickelt und bewegen den Rotor mit Permanentmagneten (Permanentmagnet Schrittmotor) oder Elektro-Magneten in Schritten.

Q: Welche Schrittmotor-Typen gibt es?

Es gibt verschiedene Schrittmotor-Typen, wie Synchronmotor und Hybrid-Schrittmotor, die für verschiedene Anwendungen und Leistungsanforderungen eingesetzt werden können. Schrittmotoren sind kosteneffektiv und werden als Motion-Control Anwendungen eingesetzt, wie sie in der Automatisierung, 3D-Drucker, Medizintechnik, Robotik und im Bereich Produktentwicklung zu finden sind.

Q: Wie funktioniert der Schrittmotor?

Schrittmotoren Funktionsweise: Ein Schrittmotor wandelt elektrische Impulse in präzise Bewegungen um. Jeder Impuls dreht den Motor um einen festen Winkel, genannt Schritt. Durch diese Schritt-für-Schritt-Bewegung kann der Motor seine Position exakt kontrollieren. Schrittmotoren bestehen aus einem Rotor, der von einem magnetischen Feld angezogen wird, und mehreren Wicklungen im Stator, die nacheinander angesteuert werden. Dadurch entsteht eine rotierende Magnetkraft, die den Rotor in die gewünschte Position bewegt.

Q: Was ist der Unterschied zwischen Servomotor und Schrittmotor?

Der Unterschied zwischen einem Servomotor- und einem Schrittmotorsystem liegt in der Art der Steuerung und Genauigkeit. Ein Schrittmotor bewegt sich in diskreten Schritten, die von elektrischen Impulsen gesteuert werden, und eignet sich besonders für Anwendungen, die präzise, aber offene Positionssteuerung erfordern. Ein Servomotor hingegen arbeitet mit einem Feedback-System (z. B. Encoder), das die exakte Position ständig überwacht und anpasst, was ihn ideal für Anwendungen mit hoher Präzision und dynamischer Steuerung macht. Servomotoren sind schneller, leistungsfähiger und besser für anspruchsvolle Bewegungssteuerungen geeignet.

Q: Was bedeutet Nema bei Motoren?

Nema ist eine renommierte US-amerikanische Normungsorganisation für elektrische Normen und Richtlinien. Im Schrittmotor-Kontext bezieht sich Nema auf standardisierte Gehäuse- und Befestigungsabmessungen. Die Nema-Nummer wie beispielsweise Nema 8, Nema 11 oder Nema 14 geben die Rahmengröße des Motors an. Die standardisierten Größen erleichtern Integration und Ersatz von Schrittmotoren in bestehenden Anlagen. Die Nema-Klassifizierung bietet keine Informationen zu Leistung, Bauform, Aufbau, Funktionsweise oder zum Drehmoment des Motors, sondern nur zu dessen physischen Abmessungen.

Details: Veröffentlicht: 24.05.2023; Zuletzt aktualisiert: 28.01.2025; Zugriffe: 13388

Schrittmotoren sind in der Industrie unverzichtbar geworden, um in unzähligen Anwendungen präzise Bewegungen und Flexibilität bei der Steuerung zu gewährleisten. Sie haben eine hohe Genauigkeit, sind robust und bieten eine breite Palette an Drehmomenten und Geschwindigkeiten. Daher eignen sie sich bestens für den Einsatz beispielsweise in der Produktion, 3D-Druck, Automatisierung oder Robotik. In diesem Beitrag stellen wir Ihnen die neuesten Entwicklungen vor:

Faulhaber Schrittmotor

Inhalt

Schrittmotor 2025 – Das Wichtigste in Kürze
Schrittmotor Neuheiten und Innovationen
Archiv für Schrittmotoren News
Häufig gestellte Fragen

Weiterer Beitrag zum Thema

Schrittmotortreiber | Schrittmotoren Ansteuerung für Präzision

Schrittmotor 2025 – Das Wichtigste in Kürze

Schrittmotoren überzeugen durch ihre Fähigkeit, Bewegungen in feinsten Schritten exakt zu positionieren. Damit werden sie für anspruchsvolle Anforderungen in Anwendungen, die eine hohe Präzisions erfordern, gerecht. Neueste Entwicklungen setzen auf optimierte Mikroschrittverfahren, die nicht nur eine höhere Auflösung, sondern auch einen besonders ruhigen Lauf ermöglichen. Dies reduziert Vibrationen und verbessert die Lebensdauer der gesamten Mechanik.

Ein Schwerpunkt liegt auf der Weiterentwicklung von Closed-Loop-Systemen, die durch Sensorintegration eine dynamische Positionskontrolle in Echtzeit bieten. Gleichzeitig ermöglichen Fortschritte in der Materialtechnologie eine verbesserte Wärmeableitung, wodurch Schrittmotoren auch bei hohen Belastungen effizient arbeiten. Aktuelle Trends fokussieren zudem auf die Integration smarter Steuerungssysteme, die den Einsatz in Internet of Things (IoT)-Umgebungen und in adaptiven Produktionsprozessen erleichtern. Von der Automatisierungstechnik über den 3D-Druck bis zur Medizintechnik setzen Schrittmotoren neue Maßstäbe in Präzision und Zuverlässigkeit.

Schrittmotor Neuheiten und Innovationen

Hier finden Sie die Neuheiten, Innovationen und mögliche Anwendungen:

Hocheffizienter Schrittmotor mit bis zu 10 m langem Kabel

Schrittmotoren von Oriental Motors jetzt in zwei neuen Größen 24.05.2023 | Die Closed Loop-Schrittmotoren der AZ-Serie von Oriental Motor gibt es jetzt in zwei neuen Ausführungen für das Flanschmaß 42 mm und 60 mm und mit neuem Steckeranschluss. Mit den hocheffizienten Antrieben lässt sich der Energieverbrauch von z. B. CNC Maschinen deutlich senken. Der Maschinen-Zyklus verkürzt sich, weil die Motoren die Nullposition mit hoher Geschwindigkeit anfahren.

Der Steckeranschluss in IP66 ist vor Staub und starkem Strahlwasser geschützt. Die Kabellänge zwischen Motor und Treiber kann bis zu 10 m betragen.

Die Stepper Motoren haben einen hohen Wirkungsgrad, wodurch sie 47 % Energie gegenüber herkömmlichen Steppern sparen. Ein mechanischer Absolutsensor macht einen externen Sensor, der die Positioniergenauigkeit stören könnte, überflüssig. Systembedingte Faktoren wie wechselnde Lasten haben keinen Einfluss mehr auf die Genauigkeit der Nullposition. Die Motoren fahren die Nullposition mit hoher Geschwindigkeit an, der Maschinenzyklus verkürzt sich deutlich.

Neben der Standard-Version des Schrittmotors gibt es welche in einer Ausführung mit elektromagnetischer Bremse. Die Verkabelung ist mit drei unterschiedlichen Kabelabgangsrichtungen flexibel für die elektrische Verbindung. Als Treiber stehen alle bisherigen AZD-Treiber inkl. Profinet, Ethercat und Ethernet/IP zur Verfügung. Daneben gibt es deutlich kompaktere Mini-Treiber als die Einzelachsentreiber. Sie eignen sich bestens für den Einsatz in kleinen Bauräumen.

Alle AZ-Schrittmotoren können mit der Programmiersoftware Mexe 02 konfiguriert werden. Diese enthält auch verschiedene Monitoring-Funktionen. In Kombination mit der Robotersteuerung MRC01 sind die Schrittmotoren einfach in selbst konstruierte Inhouse-Roboter integrierbar. Dank geringer Wärmeentwicklung eignen sich die Antriebe auch für den Dauerbetrieb.

Diondo nutzt Schrittmotoren zur Meeresforschung

12.03.2021 | Für die Analyse von Bohrkernen aus dem Meeresboden auf einer chinesischen Bohrplattform entwickelte Diondo einen Computertomographen der besonderen Art. Dabei setzt der Hattinger Spezialist für zerstörungsfreie Materialprüfung und Metrologie auf Motor Komponenten von Igus. Ein elektrischer Stepper Motor der Serie Drylin von Igus übernimmt den Antrieb.

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Schrittmotoren für die Medizintechnik

01.03.2021 | Schrittmotoren mit und ohne Steuerung finden ebenfalls Anwendung in der Medizintechnik. Hier eignen sie sich sehr gut zur Positionierung, besonders dort, wo Getriebe wegen engem Bauraum oder Geräuschentwicklung ungewünscht. Dies gilt auch, wenn ohne Encoder oder Endschalter positioniert werden soll. Fast immer hat Koco Motion einen passenden Antrieb hierfür parat.

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Schrittmotor mit Hohlwelle für wartungsfreien Dauerbetrieb

Explosionszeichnung vom Schrittmotor mit großer Innenöffnung 28.02.2021 | Mit der Schrittmotor-System-Reihe DM66200H (Bild oben) präsentiert Faulhaber eine neue Leistungsdimension für Motoren mit Apertur (Innenöffnung). Als Direktantrieb arbeitet der Hohlwellenmotor spielfrei und ist mit nur minimalem Aufwand integrierbar. Bei Geschwindigkeit und Drehmoment erzielt der leichte und flache Stepper Motor hohe Leistungswerte. Seine besonders große Öffnung ist 40 mm im Durchmesser. Der Antrieb ist für wartungsfreien Dauerbetrieb ausgelegt.

Für Anwendungen, die eine große Apertur benötigen, eignet sich dieser völlig neue Hohlwellenmotor. Der Rotor läuft um die Öffnung und treibt die um die darum angeordnete Mechanik übersetzungslos direkt an. Die Technologie von Faulhaber ist bauartbedingt sehr energieeffizient und braucht keine Bremse noch Encoder.

Trotz der großen Innenöffnung bleibt die bewegte Masse des Rotors gering. Damit bieten die neuen Schrittmotoren Geschwindigkeiten bis 2000 min^-1. Der Hohlwellenmotor erzielt ein dynamisches Drehmoment von bis zu 180 mNm. Entsprechend große Lasten kann er bewegen. Mit einer Auflösung von 1,8° Voll-Schritte erledigt der Motor präzise Positionieraufgaben im offenen Regelkreis (open loop).

Der Hohlwellenmotor wurde ursprünglich für Anwendungen in der Präzisionsoptik entwickelt, eignet sich aber für zahlreiche weitere Anwendungen. Der Stepper Motor kann überall eingesetzt werden, wo zum Beispiel Kabel geführt oder Gase, Flüssigkeit sowie Lichtsignale durch die Motorwelle durchgeleitet werden müssen. So eignet sich der Motor für Mikroskoptische, Zoom-Objektive, Blenden, Laserstrahl-Steuerung. Auch kann er für ein Gerät wie Impeller und Prothesen, in Robotern, Steuerungs- und Positionieraufgaben eingesetzt werden. Drehtische, Antennen, Luft- und Gasabzug sind auch denkbare Einsatzfälle.

Schrittmotoren mit neuem Ansatz

Gegenüber anderer Antriebstechnologien mit zentraler Öffnung, die sich für die gleichen Anwendungen eignen, bieten diese Schrittmotoren spezifische Vorteile:

Größere Öffnung: Bei herkömmlichen Motoren mit einer Hohl-Welle ist die Größe der Öffnung limitiert. Sie beträgt in der Regel höchsten 11 mm.
Höhere Geschwindigkeiten: Torquemotoren erzielen wegen ihrer großen bewegten Masse keine hohen Geschwindigkeiten. Sie sind zudem teuer und die Integration in die Anwendung ist aufwendig.
Spielfreiheit: Drehtische mit zentraler Öffnung benötigen eine Übersetzung und eine komplexe Mechanik. Daraus ergibt sich ein unvermeidliches Spiel, welches in Präzisionsanwendungen aufwendig kompensiert werden muss. Die Systemintegration ist sehr viel aufwendiger. Zu einem hohen Wartungsaufwand kommt es aufgrund von zahlreichen Verschleiß-Teilen.
Klein und leicht: Ein Reluktanz-Schrittmotor bzw. Hybrid-Schrittmotoren benötigt deutlich mehr Gewicht und Volumen, um vergleichbare Leistungswerte zu erzielen.

Closed Loop Schrittmotor Komplettset mit Encoder + Steuerung

03.09.2020 | Die CS2RS-Serie ist ein neues Komplettset, bestehend aus Schrittmotor mit Encoder und perfekt abgestimmter Steuerung. Das Set von Leadshine wird von Koco Motion vertrieben. Es verfügt über einen geschlossenen Regelkreis (Closed Loop Steuerung). Die Kombination ist sofort und ab Stück-Zahl 1 lieferbar. Der integrierte Motor von Koco Motion basiert auf dem Standard-Modbus-RTU-Protokoll.

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Cyberschutz für Ethernet basierte Schrittmotoren

15.07.2020 | Weil Netzwerke in der Industrie durch den Einzug des Internet der Dinge (IoT) immer offener für die gefürchtete Cyberkriminalität werden, müssen die beteiligten Komponenten davor geschützt werden. Schneider Electric hat daher seine Schrittmotoren mit Steuerung Lexium Mdrive mit einer Firmware ausgestattet, welche die Antriebe schützt.

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Schrittmotor mit Resolver für Roboter und Medizintechnik

Sensorbasierter Schrittmotor mit Resolver und Schrittmotorsteuerung 04.02.2020 | Minibea Mitsumi und Renesas Electronics haben gemeinsam einen sensorbasierten Schrittmotor mit Resolver und Schrittmotorsteuerung entwickelt. Der Resolver basierte Motor wurde für den Einsatz in Robotern, Büroautomation, Medizintechnik und Pflege optimiert. Solche Anwendungen erfordern Motoren mit einer präziseren Motorsteuerung und miniaturisierte Formfaktoren. Zudem müssen sie robust gegen Umgebungseinflüsse sein.

Minebea Mitsumi hat bereits umfangreiche Erfahrungen auf dem Gebiet des Resolvers in Form von Sensorik für Automobil Anwendungen. Nun entwickelte das Unternehmen erstmals einen Resolver (Winkelsensor) für Schrittmotoren, der in Industrie- und Verbraucheranwendungen zum Einsatz kommt.

Als Marktführer bei 32-Bit-Mikrocontrollern (MCU) hat Renesas einen neuen RDC-Wandler (Resolver-to-Digital Converter) entwickelt, der die neuen Schrittmotoren von Minebea Mitsumi unterstützt. Ebenso wurde eine Treibersoftware zur Steuerung des RDC mit einer 32-Bit RX-MCU entwickelt. Renesas bietet darüber hinaus ein Resolver basiertes Kit für die Steuerung des Motors mit Entwicklungstools, einschließlich Schrittmotor mit Resolver von Minebea Mitsumi. Mit dem zugehörigen Evaluierungsboard mit RDC können Anwender schnell mit der Entwicklung beginnen.

Features der Schrittmotor mit Resolver Entwicklung

Ein Schrittmotor mit Resolver ermöglicht auch eine hochpräzise Motorsteuerung in rauen Umgebungen mit Hitze, Staub oder Vibrationen. Mit dem Resolver basierten Motor lassen sich zudem schwere Lasten ohne Unterbrechung bewegen. Renesas und Minebea Mitsumi haben eine neue Art von Resolver Schrittmotor und Resolver Motorsteuerung entwickelt. Mit ihr lässt sich das Anwendungsspektrum für Schrittmotoren erweitern. Beispielsweise lassen sich mit den Resolver Schrittmotoren und ihren Steuerungen bei der Entwicklung von Robotern oder fahrerlosen Transportsystemen (FTS) selbst in rauen Umgebungen eine hochpräzise Drehbewegung umsetzen.

Selbstfahrende Autos aus Sicht eines Automobilzulieferes

Zwei- bis dreimal so hoch ist das Drehmoment im Vergleich zu bestehenden Produkten, da keine Unterbrechungssteuerung erforderlich ist. Die Schrittmotorsteuerung eignet sich für Breitbandanschluss und extrem geringe Drehzahlen. Die Servoregelung optimiert die Stromzufuhr und sorgt für einen geringen Stromverbrauch. Dank der hohen Auflösung von 200.000 P/R lässt sich eine hohe Genauigkeit der Position realisieren. Und durch das hohe Drehmoment dieser Schrittmotoren lassen sich Anwendungen weiter miniaturisieren.

Häufig gestellte Fragen

Was macht ein Schrittmotor?

Schrittmotoren sind elektromagnetische Motoren, die präzises Positionieren in Anwendungen wie Motion-Control ermöglichen. Jeder elektrische Puls bewegt den Motor in diskreten Schritten, je nach Bauform und Anzahl der Magnete. Schrittwinkel und Anzahl der Schritte pro Umdrehung bestimmen die Genauigkeit. So funktioniert ein Schrittmotor: Mehrere Spulen sind im Stator umwickelt und bewegen den Rotor mit Permanentmagneten (Permanentmagnet Schrittmotor) oder Elektro-Magneten in Schritten.

Welche Schrittmotor-Typen gibt es?

Es gibt verschiedene Schrittmotor-Typen, wie Synchronmotor und Hybrid-Schrittmotor, die für verschiedene Anwendungen und Leistungsanforderungen eingesetzt werden können. Schrittmotoren sind kosteneffektiv und werden als Motion-Control Anwendungen eingesetzt, wie sie in der Automatisierung, 3D-Drucker, Medizintechnik, Robotik und im Bereich Produktentwicklung zu finden sind.

Wie funktioniert der Schrittmotor?

Schrittmotoren Funktionsweise: Ein Schrittmotor wandelt elektrische Impulse in präzise Bewegungen um. Jeder Impuls dreht den Motor um einen festen Winkel, genannt Schritt. Durch diese Schritt-für-Schritt-Bewegung kann der Motor seine Position exakt kontrollieren. Schrittmotoren bestehen aus einem Rotor, der von einem magnetischen Feld angezogen wird, und mehreren Wicklungen im Stator, die nacheinander angesteuert werden. Dadurch entsteht eine rotierende Magnetkraft, die den Rotor in die gewünschte Position bewegt.

Was ist der Unterschied zwischen Servomotor und Schrittmotor?

Der Unterschied zwischen einem Servomotor- und einem Schrittmotorsystem liegt in der Art der Steuerung und Genauigkeit. Ein Schrittmotor bewegt sich in diskreten Schritten, die von elektrischen Impulsen gesteuert werden, und eignet sich besonders für Anwendungen, die präzise, aber offene Positionssteuerung erfordern. Ein Servomotor hingegen arbeitet mit einem Feedback-System (z. B. Encoder), das die exakte Position ständig überwacht und anpasst, was ihn ideal für Anwendungen mit hoher Präzision und dynamischer Steuerung macht. Servomotoren sind schneller, leistungsfähiger und besser für anspruchsvolle Bewegungssteuerungen geeignet.

Was bedeutet Nema bei Motoren?

Nema ist eine renommierte US-amerikanische Normungsorganisation für elektrische Normen und Richtlinien. Im Schrittmotor-Kontext bezieht sich Nema auf standardisierte Gehäuse- und Befestigungsabmessungen. Die Nema-Nummer wie beispielsweise Nema 8, Nema 11 oder Nema 14 geben die Rahmengröße des Motors an. Die standardisierten Größen erleichtern Integration und Ersatz von Schrittmotoren in bestehenden Anlagen. Die Nema-Klassifizierung bietet keine Informationen zu Leistung, Bauform, Aufbau, Funktionsweise oder zum Drehmoment des Motors, sondern nur zu dessen physischen Abmessungen.

Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: A-Drive, Faulhaber, Igus, Koco Motion, Oriental Motors.