SchrittmotorenSchrittmotoren zählen zu den anspruchsvollsten Motoren, die heute erhältlich sind. Aufgrund ihrer hohen Schrittpräzision, hohen Auflösung und gleichmäßigen Bewegung erfordern Schrittmotoren in der Regel eine kundenspezifische Anpassung, um in bestimmten Anwendungen optimale Leistung zu erzielen.AnwendungenGängige kundenspezifische Designmerkmale sind Statorwicklungsmuster, Wellenkonfigurationen, kundenspezifische Gehäuse und Speziallager, was die Entwicklung und Fertigung von Schrittmotoren extrem anspruchsvoll macht. Motoren können an die Anwendung angepasst werden, anstatt die Anwendung an den Motor anzupassen, und flexible Motorkonstruktionen benötigen nur minimalen Platz. Mikroschrittmotoren sind schwierig zu entwickeln und herzustellen und können oft nicht mit größeren Motoren konkurrieren.MikroschrittmotorenMikromotoren bieten einen einzigartigen Designansatz und finden dank der Entwicklung von Hybrid-Schrittmotoren zunehmend Anwendung in Medizingeräten und der Laborautomatisierung, insbesondere in Bereichen, die höchste Präzision erfordern, wie z. B. Mikropumpen, Flüssigkeitsdosierung und -steuerung, Quetschventile und die Ansteuerung optischer Sensoren. Mikro-Schrittmotoren lassen sich sogar in elektrische Handwerkzeuge wie elektronische Pipetten integrieren, wo dies bisher nicht möglich war.
Die Miniaturisierung ist in vielen Branchen ein fortwährendes Thema und zählt zu den wichtigsten Trends der letzten Jahre. Bewegungs- und Positioniersysteme, die in der Produktion, bei Tests oder im Laboralltag eingesetzt werden, benötigen kleinere, leistungsstärkere Motoren. Die Motorenindustrie entwickelt und fertigt bereits seit Langem kleine Schrittmotoren, doch für viele Anwendungen gibt es immer noch keine ausreichend kleinen Motoren. Selbst wenn Motoren klein genug sind, erfüllen sie nicht die für die jeweilige Anwendung erforderlichen Spezifikationen, wie beispielsweise das für den Wettbewerb notwendige hohe Drehmoment oder die erforderliche Drehzahl. Die unbefriedigende Alternative besteht darin, einen großen Schrittmotor zu verwenden und alle anderen Komponenten darum herum zu verkleinern, oft mithilfe spezieller Halterungen und zusätzlicher Befestigungselemente. Die Bewegungssteuerung auf diesem kleinen Raum ist extrem anspruchsvoll und zwingt die Ingenieure zu Kompromissen bei der Raumarchitektur des Geräts.
Standardmäßige bürstenlose Gleichstrommotoren sind strukturell und mechanisch selbsttragend. Der Rotor ist im Stator durch Endkappen an beiden Enden aufgehängt. Alle anzubringenden Peripheriegeräte werden üblicherweise an den Endkappen verschraubt, die leicht bis zu 50 % der Gesamtlänge des Motors ausmachen können. Rahmenlose Motoren reduzieren Materialverschwendung und Redundanz, da keine zusätzlichen Montagehalterungen, -platten oder -winkel benötigt werden. Alle für die Konstruktion erforderlichen strukturellen und mechanischen Stützen können direkt in das Motorinnere integriert werden. Dadurch lassen sich Stator und Rotor nahtlos in das System integrieren, was die Größe reduziert, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.
Die Miniaturisierung von Schrittmotoren ist anspruchsvoll, und ihre Leistungsfähigkeit hängt direkt von ihrer Größe ab. Mit abnehmender Baugröße verringert sich auch der Platz für Rotormagnete und Wicklungen, was sich nicht nur auf das maximal verfügbare Drehmoment, sondern auch auf die Drehzahl auswirkt. Bisherige Versuche, einen Hybrid-Schrittmotor im NEMA-6-Format zu entwickeln, scheiterten größtenteils, was darauf hindeutet, dass die Baugröße NEMA 6 für eine sinnvolle Leistung zu klein ist. Durch die Anwendung ihrer Erfahrung in der kundenspezifischen Entwicklung und ihres Fachwissens in verschiedenen Disziplinen gelang es der Motorenindustrie, eine Hybrid-Schrittmotortechnologie zu entwickeln, die in anderen Bereichen gescheitert war. Der Schrittmotor vom Typ NEMA 6 bietet nicht nur ein hohes nutzbares dynamisches Drehmoment bei hohen Drehzahlen, sondern auch eine hohe Genauigkeit.
Mit einem typischen Permanentmagnetmotor mit 20 Schritten pro Umdrehung bzw. einem Schrittwinkel von 18 Grad bietet ein Motor mit 3,46 Grad eine 5,7-fach höhere Auflösung. Diese höhere Auflösung führt direkt zu einer höheren Genauigkeit und ermöglicht so die Entwicklung eines Hybrid-Schrittmotors. Dank dieser Schrittwinkelvariation und des trägheitsarmen Rotors erreicht der Motor ein dynamisches Drehmoment von über 28 g bei Drehzahlen von bis zu 8.000 U/min und bietet damit eine ähnliche Leistungsfähigkeit wie ein Standard-bürstenloser Gleichstrommotor. Die Erhöhung des Schrittwinkels von üblicherweise 1,8 Grad auf 3,46 Grad ermöglicht ein fast doppelt so hohes Haltemoment wie bei vergleichbaren Modellen. Mit bis zu 56 g/in ist das Haltemoment fast viermal so hoch wie bei einem herkömmlichen PM-Schrittmotor gleicher Größe (bis zu 14 g/in).
Abschluss
MikroschrittmotorenMikroschrittmotoren finden in einer Vielzahl von Branchen Anwendung, die eine kompakte Bauweise bei gleichzeitig hoher Präzision erfordern, insbesondere im medizinischen Bereich, wo sie sich von der Notaufnahme über die Patientenversorgung bis hin zu Laborgeräten als kostengünstiger erweisen. Handpipetten erfreuen sich derzeit großer Beliebtheit. Mikroschrittmotoren bieten die für die präzise Dosierung von Chemikalien notwendige hohe Auflösung und zeichnen sich durch ein höheres Drehmoment und eine höhere Qualität als vergleichbare Produkte auf dem Markt aus. Für Labore gelten Mikroschrittmotoren als Qualitätsmaßstab. Dank ihrer kompakten Bauweise sind Mikroschrittmotoren die ideale Lösung – ob für Roboterarme oder einfache XYZ-Tische. Sie lassen sich leicht integrieren und ermöglichen sowohl offene als auch geschlossene Regelkreise.
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Veröffentlichungsdatum: 28. März 2023