Schrittmotoren werden häufig bei Positionierantrieben eingesetzt, bei denen eine fein aufgelöste Positioniergenauigkeit gefragt ist.

Grundsätzlich werden diese gesteuert und nicht geregelt ... das heißt es wird eine bestimmte Anzahl Schritte vorgegeben wobei ein Schritt zumeist 1/200-stel einer ganzen Umdrehung entspricht. Werden 100 Schritte auf einen Schrittmotor gegeben, dann dreht sich dessen Rotorwelle um 180°.

Gesteuert heißt in diesem Fall (Open Loop-Betrieb) dass nicht überwacht wird, ob der Motor auch tatsächlich die gewünschten Schritt gedreht hat. Denn liegt eine höhere Last an die das Antriebsmoment des Motors übersteigt dann fehlen diese Schritte einfach. Auch kann es sein, dass die gewünschte Drehzahl des Motors zu hoch ist für die Drehmassen, so dass der Schrittmotor außer Tritt kommt. DAnn zittert er nur und bewegt sich nicht. Da die tatsächliche Position nicht erfasst wird, kann der Motor seine an ihn gesetzte Aufgabe nicht erfüllen.

Daher gibt es eine geregelte Ansteuerung (eine sogenannten Close-Loop-Betrieb), bei der zusätzlich noch ein Winkellagegeber auf der Rotorwelle verbaut ist und die Ziellager auch erfasst werden kann. Falls Schritte nicht ausgeführt werden, so wird das erkannt und die Steuerung kann weitere Schritt zuzufügen bzw. auch die Drehzahl herabsetzen.

Wie funktioniert ein Schrittmotor?

Wie jeder Elektromotor besteht der Schrittmotor aus einem Stator und einem Rotorteil. Der Rotor hat im einfachsten Fall 4 Dauermagnete, die in 90° Winkel zueinander angeordnet sind. Wenn wir uns die 4 Magneten auf einer Uhr vorstellen, hat der auf 12 Uhr den Nordpol radial außen, der auf 6 Uhr den Südpol außen. Ebenso hat der auf 3 Uhr den Nordpol radial außen und der gegenüberliegende auf 9 Uhr den Südpol außen.

Der Stator besteht im einfachsten Fall aus 4 Spulen, ebenfalls 90° zueinander versetzt. Dabei die die Spule auf 12 und die die auf 6 Uhr in Reihe geschaltet, ebenso die Spule auf 3 Uhr mit der auf 9 Uhr.

Damit ergeben sich nach außen pro Spule 2 Kabel ... also 4 Kabel. Wir reden bei dieser einfachsten Bauart von einem Bipolar-Schrittmotor, dessen 4 Kabel charakteristisch sind. Bipolor deswegen, da eine Spule ja 3 Zustände kennt‘:

1. •  unbestromt: magnetisch neutral
   

2. • + am Eingang 1, Masse am Eingang 2. Damit sind die Nord -und Südpole definiert
   

3. • Masse am Eingang 1, + am Eingang 2: Damit ist die magnetische Polung anders herum als im Fall 2
   

Reale Scrittmotoren

Quelle: Wikipedia

Quelle: Wikipedia

Eigenschaften von Schrittmotoren

1. • beim Erreichen des gewünschten Zielwinkels bleibt der Motor idealerweise stehen, sein Ziel ist erreicht. Für die Motorsteuerung heißt dass dass einer von 4 möglichen Bestromungsarten der Spulen für den Zielschritt zum Tragen kommt. Da sich die 4 Bestromungsarten (4 Schritte) über den Umfang 50 mal wiederholen und somit 200 Schritte über einen Umdrehung des Rotors zustandekommt sollte sich die Motorsteuerung diese letze Schrittposition (1 von 4 Zuständen) idealerweise merken. Da diese keinen Zwischenspeicher haben um sich etwas zu merken geht diese Information üblicherweise nach dem Neustart der Motorsteuerung wieder verloren. Wird dann wieder eingeschaltet, um einen neuen Zielwinkel anzufahren oder ein Haltemoment aufzubauen startet die Motorsteuerung zumeist mit dem Schritt 1 von den 4. Das bedeutet, dass beim Hochfahren der Motorsteuerung der Motor einen kleinen Sprung um 1 oder max. 2 Schritte vorllzieht, noch ehe ein neuer Zielwinkel angefahren werden kann.
   
   Im Mikroschrittbetrieb sind diese entsprechende Vielfache des Mikroschritts, denn hier wird phasikalisch immer mit ganzen Vollschritten gestartet. Ein Winkelspring von 1,8° oder 3,6° in die eine oder andere Richtung sind also normal.