Beschleunigungsmoment: Verständnis und Anwendung in Schrittmotoren

Das Beschleunigungsmoment (M_B) spielt eine entscheidende Rolle in der Welt der Schrittmotoren, da es unmittelbar die Fähigkeit des Motors beeinflusst, Lasten zu bewegen und dabei Schrittverluste zu minimieren. In diesem Fachbeitrag wird das Konzept des Beschleunigungsmoments genauer betrachtet und seine Anwendung im Kontext von Schrittmotoren diskutiert.

Beschleunigung im Startbereich (M_Ba):

Eines der bemerkenswertesten Merkmale von Schrittmotoren ist ihre Fähigkeit, Lasten bei niedrigen Geschwindigkeiten präzise zu bewegen. Das Beschleunigungsmoment im Startbereich (M_Ba) beschreibt die Energie, die benötigt wird, um eine an die Motorwelle angeschlossene Last M_L bei einer Schrittfrequenz f_S zu bewegen, ohne dass dabei die Schrittfrequenz erhöht wird. Dies bedeutet, dass der Schrittmotor die Last bei der festgelegten Schrittfrequenz ohne Schrittverluste bewegt.
Die Berechnung von M_Ba erfolgt mithilfe der Formel:
 

M_Ba = J_G x (f_S)² x (π : z) x 10²

Die dabei verwendeten Größen im Überblick:

• M_Ba: Beschleunigungsmoment im Startbereich (in Millinewtonmeter, mNm)
• J_G: Gesamtträgheit des Systems, bestehend aus der Rotorträgheit (J_R) und der Lastträgheit (J_L) (in gcm²)
• f_S: Schrittfrequenz (in Kilohertz, kHz)
• z: Anzahl der Schritte pro Umdrehung

Beschleunigung außerhalb des Startbereichs (M_Bb):

Wenn der Arbeitspunkt aus der Last M_L und der Schrittfrequenz f_S außerhalb des Startbereichs liegt, ist ein Hochfahren der Schrittfrequenz erforderlich, um Schrittverluste zu vermeiden. Das Beschleunigungsmoment außerhalb des Startbereichs (M_Bb) quantifiziert die Energie, die benötigt wird, um die Schrittfrequenz von einem Wert innerhalb des Startbereichs auf einen Wert außerhalb dieses Bereichs zu erhöhen.
Die Berechnung von M_Bb erfolgt mithilfe der Formel:
 

M_Ba = J_G x (∆f:∆t) x (2π:z) x 10^-4
 

Die dabei verwendeten Größen im Überblick:

• M_Bb: Beschleunigungsmoment außerhalb des Startbereichs (in mNm)
• J_G: Gesamtträgheit des Systems (in gcm²)
• ∆f: Änderung der Schrittfrequenz (in Hertz, Hz)
• ∆t: Zeitänderung zur Änderung der Schrittfrequenz (in Sekunden, s)
• z: Anzahl der Schritte pro Umdrehung

Anwendungen und Bedeutung:

Das Beschleunigungsmoment spielt eine entscheidende Rolle in vielen Anwendungen, in denen präzise Bewegungen und kontrollierte Geschwindigkeitsänderungen gefragt sind:

• Positionierungssysteme: In Anwendungen wie CNC-Maschinen und Robotern ermöglicht das Beschleunigungsmoment eine genaue Positionierung und Bewegung ohne Schrittverluste.
• Förderbänder und Fertigungsstraßen: Schrittmotoren werden in der Fertigungsindustrie eingesetzt, um Werkstücke präzise entlang von Förderbändern zu bewegen und Montagevorgänge durchzuführen.
• Medizintechnik: In medizinischen Geräten wie bildgebenden Systemen gewährleistet das Beschleunigungsmoment eine genaue Ausrichtung und Bewegung.

Herausforderungen und Optimierung:

Die Wahl des richtigen Beschleunigungsmoments erfordert eine gründliche Analyse der Anforderungen der Anwendung. Ein zu niedriges Moment kann zu Unregelmäßigkeiten in der Bewegung führen, während ein zu hohes Moment zu Vibrationen und höherem Energieverbrauch führen kann.
Die Optimierung erfolgt oft durch Simulationen und praktische Tests, um die ideale Kombination von Trägheit, Schrittfrequenz und Beschleunigungsmoment zu finden.

Schlussbemerkungen:

Das Beschleunigungsmoment ist ein zentrales Konzept in der Schrittmotortechnologie, das direkten Einfluss auf die Fähigkeit des Motors hat, Lasten zu bewegen und Schrittverluste zu minimieren. Die richtige Anpassung des Beschleunigungsmoments ermöglicht präzise Bewegungen und kontrollierte Geschwindigkeitsänderungen in einer Vielzahl von Anwendungen.