Erst mit dem passenden Motor läuft Ihre Anwendung so richtig rund. Umso wichtiger, dass Sie genau wissen, worauf es bei der Schrittmotor-Auswahl zu achten gilt – denn der zielsichere Blick auf die wichtigsten Parameter erleichtert Ihnen nicht nur die Kaufentscheidung, sondern gewährleistet auch zuverlässige Motorleistung bei minimalem Verschleiß.
Um Ihnen die Suche nach dem passenden Schrittmotor zu erleichtern, haben die FAULHABER-Experten hier ihre wichtigsten fünf Tipps für Sie zusammengestellt.
Im Folgenden erfahren Sie:
2. Warum Sie bei der Schrittmotor-Auswahl stets auch die maximale Motorleistung beachten sollten.
4. Wie Sie die Resonanzfrequenz eines Schrittmotors ermitteln und umgehen.
Für die Auswahl eines Schrittmotors benötigen Sie neben der Größe des gesuchten Modells auch Informationen darüber, welche Leistung der Motor im konkreten Anwendungsfall erbringen kann und soll. Aus diesem Grund ist es ratsam, zunächst eine möglichst genaue Übersicht der Anwendungsbedingungen zu erstellen und diese mit den Parametern der zur Auswahl stehenden Motoren zu vergleichen.
Außerdem zeigen wir Ihnen an einem Fallbeispiel, wie Sie die einzelnen Parameter nutzen können um zu überprüfen, ob spezifische Schrittmotoren zu der geplanten Anwendung passen.
Im ersten Schritt gilt es, herauszufinden, über welches Bewegungsprofil der Schrittmotor verfügen muss, um die in seinem spezifischen Einsatzbereich erforderliche Winkelbewegung im vorgegebenen Zeitrahmen auszuführen. Für die Auswahl eines Schrittmotors bedeutet das ganz konkret, dass Sie zunächst prüfen sollten, ob das Bewegungsprofil des gewählten Modells den Anforderungen entspricht.
Hierfür ermitteln Sie in zwei Schritten die Lastparameter an der Motorwelle:
Abbildung 1 zeigt zwei exemplarische Berechnungen für die Schrittmotor-Auswahl auf Grundlage des Bewegungsprofils. Im vorliegenden Fall ist für die geplante Anwendung ein Motor mit einem Außendurchmesser von maximal 15 mm erforderlich. Da die Maße des Schrittmotors AM1524 diesen Vorgaben entsprechen, wurde mit den Daten dieses Modells das Drehmoment als auch das Trägheitsmoment berechnet, um zu prüfen, ob das Bewegungsprofil zum Anwendungsbereich passt.
Die Lastparameter eines Schrittmotors können Sie üblicherweise den im Datenblatt veröffentlichten Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien entnehmen. Da Sie diese Lastparameter benötigen, um die Anforderungen der geplanten Anwendung mit der Leistungsfähigkeit und den eventuellen Limits der verschiedenen Schrittmotoren zu vergleichen, sollten Sie stets die Herstellerinformationen zu Ihren favorisierten Modellen einholen, bevor Sie mit der Schrittmotor-Auswahl beginnen.
Um sicherzustellen, dass das gewählte Modell die erforderliche Leistung erbringt, orientieren Sie sich bei der Auswahl eines kleinen Schrittmotors am besten an dem Betriebspunkt, an dem die Anwendung die höchsten Werte für Drehmoment und Drehzahl erfordert. Wählen Sie dabei stets einen Schrittmotor, der diese Leistung problemlos erzielen und bei Bedarf auch noch höhere Drehzahlen erreichen kann: So stellen Sie sicher, dass selbst bei unvorhergesehenen Extrembelastungen der ordnungsgemäße Betrieb des Motors gewährleistet ist
Abbildung 2 zeigt einen Anwendungsfall, in dem der Punkt mit dem höchsten Verhältnis zwischen Drehmoment und Drehzahl am Ende der Beschleunigungsphase liegt. Die maximale Drehzahl beträgt n = 5.000 min-1 und das Drehmoment M = 1 mNm. Sind Sie bei der Auswahl eines Schrittmotors unsicher, ob das gewählte Modell leistungsstark genug ist, können Sie sich an diesen Parametern orientieren, indem Sie den Punkt, an dem die maximale Belastung eintritt, in die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie des Motors eintragen. Im vorliegenden Beispiel wurde dieses Maximum anhand der Kennlinien eines Schrittmotors der Serie AM 1524 ermittelt – mit dem Ergebnis, dass der Motor die vorgegebenen Anwendungsbedingungen ordnungsgemäß erfüllen wird.
Erfüllt keines der verfügbaren Modelle exakt die Anforderungen der geplanten Anwendung, können Sie bei der Schrittmotor-Auswahl auch auf ein beinahe ideales Modell ausweichen: Durch den Einsatz eines Untersetzungsgetriebes können Sie die Lastparameter genauer an die geplante Anwendung anpassen.
Ist die Winkelauflösung zu gering, muss das nicht gegen einen ansonsten gut geeigneten Motor sprechen: Der Betrieb im Halbschritt- oder Mikroschrittmodus kann die Winkelauflösung weiter erhöhen. Allerdings senkt der Mikroschrittbetrieb auch die Genauigkeit des Motors, da der Winkelfehler unabhängig von der Anzahl der Schritte konstant bleibt.
Aus diesem Grund ist es ratsam, vor der Auswahl eines Schrittmotors zu bestimmen, wie exakt Sie die Winkelauflösung an die Anwendungsbedingungen anpassen können. Ermitteln Sie hierfür die optimale Winkelauflösung für die geplante Anwendung des Schrittmotors und vergleichen Sie das Optimum mit der tatsächlichen Winkelauflösung des Motors im Vollschritt, Halbschritt und Mikroschritt. Entspricht keine dieser drei Optionen für den Betrieb Ihres Schrittmotors dem Optimum, können Sie die Motorauflösung an die Anforderungen der Anwendung anpassen, indem Sie ein Getriebe oder – wenn eine lineare Bewegung gefordert ist – eine Spindel einsetzen.
Das in Abbildung 1 und Abbildung 2 dargestellte Fallbeispiel für die Auswahl eines Schrittmotors geht davon aus, dass für die geplante Anwendung eine Winkelauflösung von 9° erforderlich ist. Das bedeutet, dass der ausgewählte Motor – ein FAULHABER-Schrittmotor der Serie AM1524 mit einem Vollschrittwinkel von 15° – in diesem Fall nicht für den Vollschrittbetrieb geeignet ist. Um eine feinere Auflösung zu erzielen, kann er allerdings im Halbschrittmodus bzw. im Mikroschrittmodus betrieben oder mit einem Getriebe kombiniert werden.
Wie jedes schwingende System verfügt auch ein kleiner Schrittmotor über eine sogenannte Resonanzfrequenz. Diese liegt typischerweise im unteren Drehzahlbereich – zumeist bei weniger als 100 Hz. Wird der Motor auf dieser Frequenz betrieben, kommt es oft zu Störungen der Drehzahl und Drehrichtung. Infolgedessen läuft der Schrittmotor im Bereich seiner Resonanzfrequenz nicht nur unregelmäßig, sondern verliert schlimmstenfalls sein Drehmoment und bleibt stehen.
Um sowohl Drehmomentverlust als auch Schrittverluste effektiv zu vermeiden, ist es daher wichtig, schon bei der Schrittmotor-Auswahl darauf zu achten, dass die geplante Anwendung keine so starke Schwingung erzeugt, dass der ausgewählte Motor dadurch seine Resonanzfrequenz erreicht. Ermitteln Sie hierfür die optimale Drehzahl für die gewünschte Anwendung und vergleichen Sie diese mit der im Produktdatenblatt des jeweiligen Modells angegebenen Resonanzfrequenz.
Zeichnet sich schon bei der Auswahl eines Schrittmotors ab, dass die Resonanzfrequenz dieses Modells ausgerechnet in dem Drehzahlbereich liegt, der für die Anwendung erforderlich wäre, bedeutet das keineswegs das Aus für diesen Antrieb. Anstatt den Motor im Vollschrittmodus zu betreiben, können Sie bei einem Schrittmotor schließlich auch in den Mikroschrittbetrieb wechseln – und je höher die Zahl der Schritte, desto besser: Die Aufgliederung der Bewegung in Mikroschritte kann Resonanzeffekte weitestgehend ausgleichen.
Zwar ist eine intensive Vorbereitung bei der Auswahl eines Schrittmotors unerlässlich, doch selbst die gründlichste Rechnung sollte den Praxistest schlussendlich nicht ersetzen. Dokumentieren Sie daher bereits während der Vorbereitung auf die Kaufentscheidung alle Parameter der Anwendung sowie alle zusätzlichen Faktoren – etwa die erwartete Lebensdauer des Antriebs, den Preis oder Komponenten wie z.B. Encoder, mit denen sich der Schrittmotor kombinieren ließe –, von denen Sie sich in Ihrer Wahl leiten lassen. So können Sie eventuelle Diskrepanzen zwischen dem Motor und den Anforderungen der Anwendung leichter identifizieren und bei Bedarf umso effizienter nachsteuern.
Sie bereiten sich gerade auf die Auswahl eines Schrittmotors vor und benötigen dafür ein Datenblatt, das Sie auf unserer Website nicht finden können? Oder haben Sie bereits alle Parameter berechnet, sind sich aber nach wie vor unschlüssig, welcher unserer Motoren für Ihre geplante Anwendung der richtige sein könnte? Kein Problem: Die Experten von FAULHABER beraten Sie gern in allen Fragen rund um die Auswahl Ihres Schrittmotors.
