Warum kleine Schrittmotoren oft präziser arbeiten als große
Kleine Schrittmotoren werden in vielen Präzisionsanwendungen eingesetzt, weil sie Bewegungen besonders fein und reproduzierbar ausführen können. Obwohl große Motoren deutlich mehr Drehmoment liefern, zeigt sich in der Praxis häufig ein anderer Effekt: Kleine Schrittmotoren arbeiten oft präziser als große Schrittmotoren.
Der Grund liegt in mehreren physikalischen Eigenschaften wie Rotorträgheit, Schrittwinkel, Induktivität und Systemdynamik. Diese Faktoren beeinflussen direkt die Positionsgenauigkeit eines Schrittmotors.
In diesem Beitrag erklären wir, warum kleine Stepper Motoren in vielen Anwendungen eine höhere Präzision erreichen und wann große Motoren dennoch sinnvoll sind.
Geringere Rotorträgheit verbessert die Präzision
Ein entscheidender Faktor für die Präzision eines Schrittmotors ist die Trägheit des Rotors.
Große Schrittmotoren besitzen mehr rotierende Masse. Diese Masse wirkt wie ein Schwungrad und erschwert schnelle Positionsänderungen. Kleine Schrittmotoren reagieren dagegen deutlich schneller auf Steuerimpulse.
Die mechanische Dynamik eines Motors lässt sich über das Verhältnis von Drehmoment und Trägheitsmoment beschreiben.
M = J x α
Dabei gilt
M = Drehmoment
J = Trägheitsmoment
α = Winkelbeschleunigung
Ein kleiner Schrittmotor besitzt ein geringeres Trägheitsmoment und kann deshalb schneller beschleunigen oder abbremsen. Dadurch lassen sich Positionen genauer anfahren.
Kleinere Schrittwinkel ermöglichen höhere Auflösung
Ein weiterer Grund für die hohe Positionsauflösung kleiner Schrittmotoren ist der Schrittwinkel.
Viele kleine Schrittmotoren besitzen eine feinere Polstruktur im Rotor und Stator. Dadurch entstehen kleinere Schrittwinkel.
Typische Beispiele
• große Schrittmotoren oft 1,8° Schrittwinkel
• Präzisions Schrittmotoren teilweise 0,9° oder kleiner
Ein kleiner Schrittwinkel bedeutet eine höhere Positionsauflösung des Motors.
Weniger Resonanzen im System
Ein bekanntes Problem vieler Schrittmotor Anwendungen sind mechanische Resonanzen.
Schrittmotoren erzeugen ein pulsierendes Drehmoment. Dieses kann Schwingungen im mechanischen System auslösen.
Große Schrittmotoren übertragen aufgrund ihres hohen Drehmoments stärkere Impulse auf das System. Dadurch entstehen leichter Schrittmotor Vibrationen und Resonanzen.
Kleine Schrittmotoren laufen oft ruhiger, weil
• geringere Drehmomentimpulse entstehen
• weniger rotierende Masse vorhanden ist
• Schwingungen schneller gedämpft werden
Bessere Microstepping Präzision
Viele moderne Anwendungen nutzen Microstepping bei Schrittmotoren, um Bewegungen besonders fein auszuführen.
Hier zeigen kleine Schrittmotoren häufig Vorteile.
Durch die geringere Rotorträgheit reagiert der Motor schneller auf kleine Stromänderungen im Treiber. Dadurch wird die Microstepping Bewegung gleichmäßiger und präziser.
Das verbessert
• Laufruhe
• Positionsgenauigkeit
• Geräuschverhalten des Schrittmotors
Elektrische Dynamik der Motorwicklung
Auch die Induktivität der Motorwicklung beeinflusst die Präzision eines Schrittmotors.
Große Motoren besitzen häufig eine höhere Induktivität. Dadurch steigt der Strom in der Wicklung langsamer an und das Magnetfeld baut sich verzögert auf.
Kleine Schrittmotoren haben oft
• geringere Induktivität
• kleinere Wicklungen
• schnelleren Stromanstieg
Dadurch reagieren sie schneller auf Steuerbefehle der Schrittmotorsteuerung.
Typische Anwendungen für kleine Präzisions Schrittmotoren
Aufgrund dieser Eigenschaften werden kleine Schrittmotoren häufig in Präzisionssystemen eingesetzt, zum Beispiel in
• Medizintechnik
• Dosiersystemen
• Laborgeräten
• Ventilsteuerungen
• optischen Systemen
• feinmechanischen Positioniersystemen
In diesen Anwendungen ist eine präzise Positionierung mit Schrittmotoren wichtiger als maximales Drehmoment.
Wann große Schrittmotoren sinnvoll sind
Große Schrittmotoren werden eingesetzt, wenn
• hohe Kräfte bewegt werden müssen
• große Lasten beschleunigt werden
• hohe Haltemomente erforderlich sind
• robuste Industrieanwendungen vorliegen
Hier steht die Leistung des Schrittmotors im Vordergrund und weniger die maximale Positionsauflösung.
Fazit
Kleine Schrittmotoren arbeiten oft präziser als große Schrittmotoren, weil sie eine geringere Rotorträgheit, eine feinere Polstruktur und eine höhere elektrische Dynamik besitzen.
Dadurch reagieren sie schneller auf Steuerimpulse und ermöglichen eine besonders feine Positionierung mit Schrittmotoren.
Große Motoren liefern zwar mehr Drehmoment, bringen jedoch auch mehr mechanische Trägheit in das System ein. Für viele Präzisionsanwendungen mit Schrittmotoren sind deshalb kleinere und dynamischere Motoren häufig die bessere Wahl.