Schrittmotor

Schrittmotoren sind elektromechanische Antriebe, die eine Drehbewegung in diskreten Winkelschritten realisieren. Durch das sequentielle Ansteuern mehrerer Phasen erzeugen sie gerichtete Bewegungen mit vordefinierter Auflösung. In der Regel arbeiten sie im Open-Loop-Betrieb, wobei die Position durch die Anzahl der abgesetzten Schritte bestimmt wird; es existieren auch Closed-Loop-Varianten mit Sensoren oder Encodern.

Aufbau und Typen: Der Stator enthält mehrere Phasenwicklungen; der Rotor besteht üblicherweise aus Permanentmagneten oder aus einer Zahnstafel aus magnetischem Material. Die drei Haupttypen sind Permanentmagnet-, Reluktanz- und Hybrid-Schrittmotoren. Hybridmotoren sind heute am verbreitetsten, sie erzielen typischerweise Schrittwinkel von 1,8 Grad (häufig auch 0,9 Grad) und bieten ein gutes Verhältnis aus Auflösung und Drehmoment.

Funktionsweise und Steuerung: Durch das nacheinander Ein- und Aussteuern der Phasen verschiebt sich der Rotor in diskreten Winkeln. Gängige Steuerarten sind Vollschritt, Halbschritt und Mikroschritte (Microstepping). Mikroschritte glätten das Drehmoment und erhöhen die Auflösung, benötigen aber entsprechende Treiber, die Strom präzise regeln.

Vorteile und Einschränkungen: Vorteile sind gute Positioniergenauigkeit, hohes Halte-Drehmoment bei Stillstand, einfache Elektronik und Kosteneffizienz. Einschränkungen umfassen abnehmendes Drehmoment mit steigender Drehzahl, Resonanzen und Schwingungen, Torque Ripple sowie Wärmeentwicklung; hochdynamischer Betrieb erfordert sorgfältige Mechanik und Treiber.

Anwendungen: Schrittmotoren finden Einsatz in Druckern, CNC-Fräsen, Verpackungsmaschinen, Textil- und Medizintechnik, Robotik und automatisierten Laboranlagen, wo wiederholbare, präzise Positionierung gefordert ist.

Weitere Entwicklungen: Moderne Systeme nutzen Closed-Loop-Betrieb mit Encoder oder Sensorik, um verpasste Schritte zu erkennen oder zu korrigieren, oder setzen Mikrostepping zur Optimierung von Laufruhe und Lebensdauer ein.