Motoren und Antriebe
|
Elektrotechnik
Einsatz von Schrittmotoren
ep3/2006, 1 Seite
Funktionsweise Schrittmotoren sind ausgestattet mit einem aus Permanentmagneten bestehenden Läufer (Rotor) sowie einem Ständer (Stator) mit mehreren voneinander unabhängigen Spulen. Sie arbeiten auf der Grundlage magnetischer Anziehungskräfte. Die Magnetfelder in Stator und Rotor sind unterschiedlich ausgerichtet, woraus das den Rotor antreibende Drehmoment entsteht. Durch ein fortschreitend getaktetes Ansteuern dieser Felder, d. h. gezieltes Ein- und Ausschalten der einzelnen Wicklungen nacheinander, resultiert die typische schrittweise Drehbewegung. So werden elektrische Steuerimpulse umgewandelt in mechanische Schrittfolgen mit definiertem Winkel. Die physikalische Schrittauflösung (Schrittwinkel) hängt von der Anzahl der einzelnen steuerbaren Phasen und von der Anzahl der Polpaare im Rotor ab. Da jeder Schritt eines Schrittmotors einem exakt vorgegebenen Winkel entspricht, lassen sich präzise Positionierungen ohne aufwändige Wegstreckenerkennung und Lageregelung leicht kostengünstig realisieren. Dabei zählt die Elektronik alle Schritte im Links- und Rechtslauf und kennt daher immer die genaue Position. Bei Bedarf erfüllt ein zusätzlicher Encoder die Funktion der Rückmeldung von Lage-Ist-Positionen, sofern die Leistungsansteuerung mit einer Drehüberwachungselektronik ausgestattet ist. Durch den Vergleich von Soll- und Ist-Position des Motors kann beispielsweise eine mechanische Überlastung erkannt werden. Allerdings sind Schrittmotorlösungen mit einem bei der Drehmomentauslegung berücksichtigten Sicherheitsfaktor von etwa 20 % absolut zuverlässig. So können bei Lastschwankungen keine „Schrittverluste“ und somit Positionsfehler auftreten. Drehzahl und Drehmoment Typisch für diese Antriebsart sind die erreichbaren Drehzahlen und das Drehmomentverhalten. Schrittmotoren wie sie zum Beispiel von der Fa. Berger Lahr zugeschnitten auf die heutigen Anforderungen im industriellen Umfeld angeboten werden, erreichen Drehzahlen bis etwa 3600 min-1. Da schon mit geringen Drehzahlen ein hohes Drehmoment zur Verfügung steht, das sich über die Drehzahl abbaut, lassen sich bei guten Rundlaufeigenschaften die Drehzahl- und Kraftanforderungen vieler Applikationen ohne zusätzliches Getriebe realisieren. Ebenso markant ist das hohe Haltemoment, selbst wenn der Schrittmotor spannungslos ist. Hier tritt beim Abschalten des Ständerstroms, wegen der Wirkung des Läufermagneten, eine feste Läuferstellung (Rastmoment) ein. 3-Phasen-Motoren Physikalisch bedingt bieten Schrittmotoren je nach Bauart unterschiedlich mikrofeine Auflösungen mit entsprechender Präzision. Um hier den Schaltungs- und Verdrahtungsaufwand zu reduzieren, hat Berger Lahr zu den bis vor wenigen Jahren noch allgemein favorisierten 5-phasigen Motorvarianten die 3-Phasen-Schrittmotoren entwickelt (Bild ). Diese lassen sich mit Auflösungen von 200 bis 1000 Schritten bzw. elektronisch geregelt im Micro-Step-Modus mit 2000 bis 10000 Schritten pro Umdrehung betreiben. Eine Soft-Step-Funktion verbessert zusätzlich das Motor-Resonanzverhalten und ermöglicht eine noch feinere Auflösung. Gleichzeitig wurde durch die optimierte Innengeometrie der neuen Motoren und moderne Magnetmaterialien eine höhere Leistungsdichte erreicht. Mit 50 % mehr Drehmoment gegenüber herkömmlichen Schrittmotoren in vergleichbarer Baugröße genügt in der Anwendung häufig ein kleinerer Motor, um die gestellten Drehmomentanforderungen zu erfüllen. Für die 3-Phasen-Schrittmotoren wurde - ebenfalls orientiert an ökonomischen Gesichtpunkten - eine neue Schrittmotor-Endstufe (SD3) entwickelt. In kompakter Bauform sind Netzteil und Netzfilter bereits integriert, wobei die Netzspannung zwischen 115 und 230 V umschaltbar ist. Die optoentkoppelte Puls/Richtung-Schnittstelle deckt den Spannungsbereich von 3,5 bis 24 V ab. Durch Verwendung von Serienbauteilen aus Leistungselektroniken anderer Antriebsvarianten steht dem Anwender eine vergleichsweise kostengünstige und leistungsfähige Komplettlösung für den Einsatz der Schrittmotortechnologie zur Verfügung. Einsatzbereiche Die oft auch als Stepper bezeichneten Antriebe sind überall dort ideal, wo kleine Winkelschritte, definierte Drehzahlen und Drehrichtungsänderungen sowie exakte Positionierungen und hohe Wiederholgenauigkeit benötigt werden. Ihre guten Gleichlaufeigenschaften ermöglichen konstante Bewegungsabläufe. Mit Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen lassen sich bei heutigen Schrittmotoren auch individuelle Bewegungsdesigns realisieren. Deshalb ist die Schrittmotortechnologie prädestiniert für unterschiedlichste Anforderungen von der Handhabung über Pick-and-Place-Aufgaben oder Zuführungen bis hin zum Positionieren von Zustellachsen wie etwa Formatverstellungen. Ein repräsentatives Beispiel ist die Realisierung der Zustellbewegungen von Druckwalzen in Flexodruck-Maschinen (Bild ). In acht Farbwerken sind 40 Antriebe enthalten. Hier wird der Installations-, Verkabelungs- und Inbetriebnahmeaufwand zu einem wesentlichen Entscheidungskriterium bei der Wahl der Antriebsform. Außerdem bieten die Schrittmotoren in Ex-geschützter Ausführung die notwendige Steifigkeit im Stillstand, um die Druckwalzen nach erfolgter Zustellung 100-prozentig ruhig in Position zu halten. Im Vergleich zu einer über Regelung gehaltenen Position entsteht dadurch eine erheblich bessere Druckqualität. Fazit Schrittmotoren sind nicht nur zuverlässig und mit relativ geringem Aufwand für Installation und Inbetriebnahme verbunden, sondern gleichzeitig robust und langlebig. Sie besitzen keine Bürsten und sind deshalb weitgehend wartungsfrei. Auf Grund der spezifischen Eigenschaften erfreut sich diese Antriebstechnologie heute mehr denn je höchster Akzeptanz und Verbreitung. Dafür spricht besonders in Zeiten zunehmender Globalisierung nicht allein der Preis. Wo Maschinen und Anlagen immer häufiger auch an weniger industrialisierten Standorten betrieben werden, ist einfache, unkomplizierte Technologie willkommen. M. Kutschera Elektropraktiker, Berlin 60 (2006) 3 224 AUS DER PRAXIS Einsatz von Schrittmotoren Die Schrittmotortechnologie war schon immer eine robuste und zugleich einfach anwendbare Antriebstechnik. Mit innovativen Motoren und passenden Endstufen werden leistungsfähige Komplettlösungen angeboten. Sowohl wirtschaftlich als auch technisch gibt es heute mehr denn je gute Gründe, an geeigneter Stelle die so genannten Stepper einzusetzen. 3-Phasen-Schrittmotoren mit kompaktem Verstärker Walzenverstellung in der Druckmaschine mit Schrittmotoren Fotos: Berger Lahr EP-0306-218-225 16.02.2006 14:37 Uhr Seite 224
Ähnliche Themen
Autor
- M. Kutschera
Downloads
Laden Sie diesen Artikel herunterTop Fachartikel
In den letzten 7 Tagen:
Sie haben eine Fachfrage?