Schrittmotoren präzise steuern – Steuerarten im Vergleich
Schrittmotoren gelten als klassische Positionierantriebe, bei denen jede Ansteuerung einen exakt definierten Bewegungsimpuls erzeugt. Die Steuerung dieser Motoren bestimmt dabei nicht nur die Bewegungsauflösung, sondern auch das Laufverhalten, die Laufruhe und den Energieeinsatz. In diesem Beitrag geben wir einen kompakten Überblick über gängige Steuerarten und ihren Einfluss auf die Leistung kleiner Schrittmotoren – ergänzt um praxisrelevante Umsetzungen, wie sie etwa die SmartStep-Steuerungsserie von MICROSTEP ermöglicht.
Grundlagen der Schrittmotorsteuerung
Das Prinzip eines Schrittmotors basiert auf der sequentiellen Bestromung mehrerer Wicklungen. Jeder Takt erzeugt ein magnetisches Feld, das den Rotor in eine neue Position zieht. Die Schrittzahl pro Umdrehung ist abhängig von der Polpaaranzahl und dem mechanischen Aufbau des Motors. Entscheidend für das Verhalten des Motors ist die Art und Weise, wie diese Ströme geschaltet werden – also die gewählte Steuerart
Steuerarten im Überblick
Vollschrittbetrieb
Im klassischen Vollschrittmodus werden immer zwei benachbarte Spulen gleichzeitig bestromt. Das sorgt für ein hohes Drehmoment, führt aber auch zu vergleichsweise groben Schrittbewegungen und mechanischen Schwingungen.
Halbschrittbetrieb
Hier wechseln sich Ein- und Zweiphasen-Bestromung ab. Die Schrittanzahl verdoppelt sich, was zu einer feineren Auflösung führt. Gleichzeitig schwankt das verfügbare Drehmoment leicht von Schritt zu Schritt.
Mikroschrittbetrieb
Die präziseste Steuerform ist der Mikroschrittbetrieb. Hier werden die Ströme sinusförmig überlagert, sodass sich der Rotor in Zwischenpositionen bewegt. Dies verbessert das Laufverhalten deutlich und minimiert Vibrationen. Je nach Steuerung lassen sich so 16 bis 256 Mikroschritte pro Vollschritt realisieren. Allerdings nimmt das nutzbare Drehmoment im unteren Drehzahlbereich dabei etwas ab.
Einfluss auf Antriebsverhalten
Die Wahl der Steuerart wirkt sich direkt auf zahlreiche Aspekte aus:
| Aspekt | Einfluss der Steuerart | SmartStep-Vorteil |
|---|---|---|
| Auflösung / Genauigkeit | Mikroschrittbetrieb mit bis zu 1/256 Schritten | Feinjustierbare Positioniergenauigkeit |
| Laufruhe / Geräusch | Mikroschritt reduziert mechanische Schwingungen | Vibrationsarmer Lauf durch Sinusprofil |
| Drehmomentverlauf | Abhängig von Schritttiefe und Kommutierung | Stabil durch stromgeregelte Ansteuerung |
| Energieeffizienz | Optimierbar über Stromabsenkung / PWM-Steuerung | Integrierte Haltestromabsenkung |
| Anpassbarkeit | Fixe oder variable Mikroschrittauflösung möglich | Volle Parametrierbarkeit über PSC |
Moderne Treiber-ICs bieten häufig eine konfigurierbare Mikroschrittauflösung sowie integrierte Stromregelung – beides entscheidend für eine anwendungsspezifische Anpassung des Motors.
Praxisbeispiel: SmartStep – Flexible Mikroschrittsteuerung bis 1/256
Die SmartStep-Steuerungen von MICROSTEP, insbesondere die Modelle SmartStep-1K-BP und 1K-LP/HP, setzen gezielt auf die Mikroschritttechnologie und ermöglichen eine frei einstellbare Auflösung von Vollschritt bis 1/256-Schritt. Damit lassen sich extrem feine Bewegungen realisieren – bei gleichzeitig geringem mechanischem Ruck und deutlich verbesserter Laufruhe.
Zudem verfügt SmartStep über eine stromgeregelte Sinus-Kommutierung, die das Drehmomentverhalten bei niedriger Geschwindigkeit stabilisiert und Wärmeeintrag minimiert. Durch die automatische Stromabsenkung im Haltestrombetrieb wird Energie eingespart, ohne die Haltekraft zu verlieren – besonders wichtig in medizintechnischen oder mobilen Anwendungen.
Alle Parameter – von Schrittauflösung über Rampenprofil bis Stromverlauf – können über die grafische Benutzeroberfläche der PSC-Software (Personal Stepper Controller) exakt auf die Anwendung abgestimmt werden. Die SmartStep arbeitet dabei entweder vollständig autark oder als eingebundene Achssteuerung im Netzwerk (z. B. via CAN oder RS-485).
Fazit
Die Steuerung eines Schrittmotors beeinflusst nicht nur das Bewegungsverhalten, sondern auch Lebensdauer, Geräuschentwicklung und Energiebedarf. Moderne Systeme wie SmartStep bieten heute eine präzise Mikroschrittregelung, kombiniert mit stromsparender Elektronik und intuitiver Parametrierbarkeit – eine ideale Grundlage für den Einsatz in hochpräzisen, energieeffizienten und kompakten Antriebslösungen.