Schrittmotor | Präzise low cost Positionierung
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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, Automatisierung oder Robotik. In diesem Beitrag stellen wir Ihnen die neuesten Entwicklungen vor:
Inhalt
- Hocheffizienter Schrittmotor mit bis zu 10 m langem Kabel
- Diondo nutzt Schrittmotoren zur Meeresforschung
- Schrittmotoren für die Medizintechnik
- Schrittmotor mit Hohlwelle für wartungsfreien Dauerbetrieb
- Closed Loop Schrittmotor Komplettset mit Encoder + Steuerung
- Cyberschutz für Ethernet basierte Schrittmotoren
- Schrittmotor mit Resolver für Roboter und Medizintechnik
- Archiv für Schrittmotoren News
- Häufig gestellte Fragen
Hocheffizienter Schrittmotor mit bis zu 10 m langem Kabel
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. 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.
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.
Schrittmotor mit Hohlwelle für wartungsfreien Dauerbetrieb
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 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. Zahlreiche Verschleißteile führen zu einem hohen Wartungsaufwand.
- 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.
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.
Schrittmotor mit Resolver für Roboter und Medizintechnik
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.
Archiv für Schrittmotoren News
- Schrittmotor Linearaktuatoren und die große Qual der Wahl
- Schrittmotor mit integriertem Multiturn-Absolutwertgeber
- Hohlwelle für die Versorgungsleitungen des Schrittmotors
- Kompakter und präziser Nema 17 Schrittmotor mit Hohlwelle
- Integrierte IP65 Schrittmotoren mit M12-Anschluss in Nema 17
- Präziser Nema 17 Schrittmotor mit Hohlwelle
- Miniatur Schrittmotor für einfache Positionierung auf engstem Raum
- Koco Motion Schrittmotoren 2014 bis 2011
Schrittmotor Linearaktuatoren und die große Qual der Wahl
25.02.2019 | Schrittmotor Linearaktuatoren sind im Kommen, insbesondere dann, wenn sie die aufwendigen Pneumatikzylinder eliminieren können. Bei Koco Motion ist ihr Anteil am Gesamtumsatz in den letzten Jahren überproportional gestiegen. Grund genug, um mal hinter die Kulissen des umfangreichen Portfolios zu schauen, das es in Standardausführung und kundenspezifisch gibt – letzteres mit steigender Tendenz.
Schrittmotor mit integriertem Multiturn-Absolutwertgeber
22.10.2018 | Koco Motion bietet die Lexium Mdrive (LMD)-Schrittmotoren von Schneider Electric jetzt mit einem Multiturn-Absolutwertgeber an. Dieser erweitert die Leistungsfähigkeit der integrierten Schrittmotoren – und das bei gleichbleibenden Abmessungen. Die Multiturn-Absolutwertgeber Funktion mit einer Linienzahl von 1000 wurde in den All-in-One-Motor integriert.
Hohlwelle für die Versorgungsleitungen des Schrittmotors
27.11.2017 | Für die Schrittmotoren von Koco Motion gibt es jetzt eine Hohlwellenausführung. Damit werden viele neue Anwendungen möglich, die eine Durchführung von Versorgungsleitungen erfordern. Bisher gab es die Schrittmotoren nur mit Vollwelle in allen Flanschgrößen von 20 x 20 mm bis 86 x 86 mm.
Kompakter und präziser Nema 17 Schrittmotor mit Hohlwelle
08.12.2016 | Der NEMA 17-ZEN-Aktuator mit Hohlwelle von A-Drive bietet ein neuartiges magnetisches Design, das dem Schrittmotor zuvor unerreichte Eigenschaften verleiht. Zu den Features zählen eine sehr hohe Genauigkeit, eine äußerst kompakte Konstruktion und ein geräuschloser Lauf. Der Schrittmotor lässt sich flexibel an nahezu jede Anwendung anpassen und eröffnet zahlreiche neue Einsatzgebiete, die bisher größeren Baureihen vorbehalten waren.
Sie sind klein, aber extrem effizient: Die NEMA 17 ZEN-Schrittmotoren von Lin Engineering/Moons’ arbeiten mit einer sehr hohen Genauigkeit von ±1.5 Winkelminuten bei einem Mikroschrittbetrieb von 1/64. Damit bietet der neue Aktuator eine dreimal so hohe Präzision wie vergleichbare Aktuatoren. Diese hohe Auflösung ist ebenso wie die verbesserte Laufeigenschaft auf das einzigartige, patentierte magnetische Design der Schrittmotoren zurückzuführen.
Die besondere Konstruktion verleiht dem Schrittmotor nie zuvor erreichte Eigenschaften. Während beim klassischen Schrittmotor das radiale Magnetfeld über einen Scheibenmagnet zwischen den Blechpaketen erzeugt wird, ist beim NEMA 17-ZEN-Schrittmotor ein Ringmagnet außen im Statorpaket eingebaut. Der Magnetfluss wird über die Außenwicklung des Stators geleitet.
A-Drive bietet die NEMA 17 ZEN-Schrittmotoren in drei Baureihen an, unter anderem mit Hohlwelle. Diese Variante besitzt einen großen Bohrungsdurchmesser von bis zu 11 mm und eröffnet Konstrukteuren zahlreiche neue Einsatzgebiete, für die bisher größere Baureihen benötigt wurden.
Integrierte IP65 Schrittmotoren mit M12-Anschluss in Nema 17
13.11.2015 | Koco Motion hat neue Schrittmotoren in sein Portfolio aufgenommen: Die integrierten Antriebe der 3. Generation „Lexium MDrive“ gibt es jetzt zuzüglich zu den bereits vorhandenen Flanschmaßen Nema 23 und Nema 34 auch mit Nema 17 mit den besonders robusten M12-Schraubanschlüssen und damit in Schutzart IP65.
Präziser Nema 17 Schrittmotor mit Hohlwelle
08.12.2016 | Der Nema 17-ZEN-Aktuator mit Hohlwelle von A-Drive bietet ein neuartiges magnetisches Design, das dem Schrittmotor zuvor unerreichte Eigenschaften verleiht. Zu den Features zählen eine sehr hohe Genauigkeit, eine äußerst kompakte Konstruktion und ein geräuschloser Lauf der Schrittmotoren. Schrittmotor ist flexibel an nahezu jede Anwendung anpassbar und eröffnet zahlreiche neue Einsatzgebiete, die bisher größeren Baureihen vorbehalten waren.
Sie sind klein, aber extrem effizient: Die Schrittmotoren von Lin Engineering/Moons’ arbeiten mit einer sehr hohen Genauigkeit von ±1.5 Winkelminuten bei einem Mikroschrittbetrieb von 1/64. Damit bietet der neue Aktuator eine dreimal so hohe Präzision wie vergleichbare Aktuatoren. Diese hohe Auflösung ist ebenso wie die verbesserte Laufeigenschaft auf das einzigartige, patentierte magnetische Design der Schrittmotoren zurückzuführen.
Die besondere Konstruktion verleiht dem Schrittmotor nie zuvor erreichte Eigenschaften. Während beim klassischen Schrittmotor auf der einen Seite das radiale Magnetfeld über einen Scheibenmagnet zwischen den Blechpaketen erzeugt wird, ist beim Nema 17-ZEN auf der anderen ein Ringmagnet außen im Statorpaket eingebaut. Der Magnetfluss wird über die Außenwicklung des Stators geleitet.
A-Drive bietet die Schrittmotoren in drei Baureihen an, unter anderem mit Hohlwelle. Diese Variante besitzt einen großen Bohrungsdurchmesser von bis zu 11 mm und eröffnet Konstrukteuren zahlreiche neue Einsatzgebiete, für die bisher größere Baureihen benötigt wurden.
Miniatur Schrittmotor für einfache Positionierung auf engstem Raum
23.03.2015 | Koco Motion erweitert seine Familie miniaturisierter Antriebe. Der neue Schrittmotor VSM08-15 kombiniert geringen Platzbedarf mit sehr hoher Leistung. Damit lassen sich einfachste Positionieraufgaben realisieren. Seine kompakten Außenmaße von nur 8 mm Durchmesser und 7,9 mm Länge haben die Schrittmotoren auch in kleinsten Bauräumen ausreichend Platz.
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 Servomotor und Schrittmotor 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.
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Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.