Viele Anwender glauben fälschlicherweise, dass eine Erhöhung der Mikroschritt-Auflösung das Drehmoment eines Schrittmotors direkt steigert. Tatsächlich erzeugt die Mikroschritttechnik selbst kein zusätzliches Drehmoment. Durch die Optimierung der Betriebsbedingungen des Motors kann sie jedoch das effektiv nutzbare Abtriebsdrehmoment und die Gesamtleistung des Motors deutlich verbessern.
Das folgende Diagramm zeigt einen Vergleich der Drehmomentkennlinien unseres Modells 34IP65-45 im Betrieb mit 400 Impulsen/U (2 Mikroschritte/Schritt) und 2000 Impulsen/U (10 Mikroschritte/Schritt).
I. Kernaussage: Mikroschritt erhöht nicht das Haltemoment, kann aber das nutzbare Drehmoment während der Bewegung verbessern
Das theoretische Haltemoment eines Schrittmotors wird durch seine physikalische Konstruktion bestimmt, die durch Mikroschritttreiber nicht verändert werden kann. Im tatsächlichen Bewegungsbetrieb ermöglicht die Mikroschritttechnik jedoch einen deutlich ruhigeren Motorlauf. Dadurch kann der Motor sein inhärentes Drehmomentpotenzial vollständiger und gleichmäßiger ausschöpfen, was die effektive Drehmomentabgabe verbessert.
II. Wie verbessert Mikroschritt das effektive Drehmoment und die Leistung?
- Unterdrückung von Vibrationen und Resonanzen – Erschließung des Potenzials
- Problem: Bei niedrigen Mikroschrittstufen (Vollschritt/Halbschritt) erzeugt jeder Schritt mechanische Stöße und Vibrationen, insbesondere in Resonanzdrehzahlbereichen. Dies führt zu einem starken Drehmomentabfall, was Schrittverluste und Geräuschentwicklung verursacht.
- Lösung: Mikroschritt erzeugt eine nahezu kontinuierliche, sanfte Bewegung und reduziert mechanische Vibrationen erheblich.
- Effekt: Der Motor kann Resonanzbereiche gleichmäßig durchfahren, hält ein stabiles Drehmoment über einen breiteren Drehzahlbereich aufrecht und vermeidet unnötige Drehmomentverluste.
- Verbesserung der Laufruhe und Drehmomentgleichmäßigkeit bei niedrigen Drehzahlen
- Problem: Bei niedrigen Drehzahlen verursachen deutliche Drehmomentwelligkeit und Rastmoment eine ungleichmäßige Rotation, was sich negativ auf das Starten/Stoppen unter Last und die präzise Regelung auswirkt.
- Lösung: Durch Mikroschritt sind die Stromänderungen sanfter, was zu einer kontinuierlicheren und gleichmäßigeren Drehmomentabgabe führt.
- Effekt: Der Lauf ist bei niedrigen Drehzahlen ruhiger mit verbesserter Regelgenauigkeit, wodurch die effektive Drehmomentübertragung auf die Last verbessert wird. Dies ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, die feine Anpassungen erfordern.
- Einfluss auf das Drehmoment bei hohen Drehzahlen (abhängig von der Treiberleistung)
- Möglicher Vorteil: Ein ruhigerer Lauf kann die Beschleunigung auf höhere Drehzahlen erleichtern.
- Mögliches Risiko: Eine übermäßig hohe Mikroschritt-Auflösung erfordert, dass der Treiber sehr hohe Pulsfrequenzen verarbeitet. Höhere Mikroschrittauflösung ist nicht immer besser. Übermäßig hohe Mikroschritteinstellungen verlangen vom Treiber sehr hohe Pulsfrequenzen. Wenn der Treiber oder die Steuerung keine ausreichende Pulsfrequenz liefern kann, erreicht der Motor nicht die gewünschte Drehzahl – was den beabsichtigten Vorteil zunichtemacht.
III. Praktische Empfehlungen: Wie wählt man die Mikroschritt-Einstellung?
- Niedrige Drehzahl, hohe Präzision, laufruhiger und geräuscharmer Betrieb (z. B. optische Fokussierung, Präzisionsinstrumente): Hohe Mikroschritt-Auflösung verwenden (z. B. 16, 32, 64 Mikroschritte/Schritt oder höher, entsprechend 3200+ Impulsen pro Umdrehung bei unseren Treibern).
- Mittlere bis hohe Drehzahlen mit Anforderungen an die Dynamik (z. B. CNC-Bearbeitung, schnelle Positionierung): Moderate Mikroschritt-Auflösung wählen (z. B. 4, 8, 16 Mikroschritte/Schritt, entsprechend 800 bis 3200 Impulsen pro Umdrehung bei unseren Treibern).
- Kostenoptimierte Anwendungen bei niedrigen Drehzahlen, bei denen Vibrationen weniger kritisch sind: Niedrigere Mikroschritt-Auflösung (z. B. 2, 4 Mikroschritte/Schritt, entsprechend 400 oder 800 Impulsen pro Umdrehung bei unseren Treibern) ist ausreichend.