Das wichtigste in Kürze
Was versteht man unter einem Schrittmotor?
Schrittmotoren sind spezielle Elektromotoren, die sich in Winkelschritten drehen. Mehr hier…
Wozu dient ein Schrittmotor?
Wenn eine genaue Positionierung oder eine konstante Drehgeschwindigkeit erforderlich ist, wird ein Schrittmotor verwendet. Alles Weitere hier…
Wie wird ein Schrittmotor angesteuert?
Zur Ansteuerung eines Schrittmotors ist eine Ansteuerschaltung erforderlich, die die Impulse erzeugt und an die Motorspulen weiterleitet. Hier liest Du mehr dazu…
Um präzise Bewegungen zu erzeugen, möchtest Du einen Schrittmotor ansteuern? Alles, was Du wissen musst, um einen Schrittmotor erfolgreich zu betreiben, erfährst Du in diesem Artikel.
Es wird erklärt, was ein Schrittmotor ist, wie er funktioniert, welche Arten es gibt und wie Du ihn mit verschiedenen Methoden ansteuern kannst.
Schrittmotoren im Überblick
Die Definition
Bei einem Schrittmotor handelt es sich um einen speziellen Elektromotor, der sich in definierten Winkelschritten dreht. Ein Schrittmotor ist ein spezieller Elektromotor, der sich in definierten Winkelschritten dreht, d.h. er kann durch eine bestimmte Anzahl von Stromimpulsen sehr genau gesteuert werden.
Ein Schrittmotor besteht aus einem feststehenden Teil (dem Stator) und einem sich drehenden Teil (dem Rotor), in denen sich jeweils mehrere Magnete oder Spulen befinden.
Wenn eine Spannung an die Spulen angelegt wird, entsteht ein magnetisches Feld, das bewirkt, dass der Rotor in die gewünschte Richtung dreht.
Je nach Bauart und Ansteuerung gibt es verschiedene Arten von Schrittmotoren. Die wichtigsten sind im Folgenden aufgeführt:
Wusstest Du schon?
Bei einem Schrittmotor handelt es sich um einen Elektromotor, der sich in definierten Winkelschritten dreht und dabei sehr genau gesteuert werden kann.
Bipolare Schrittmotoren sind mit zwei Spulen ausgestattet, die jeweils über zwei Anschlüsse verfügen. Um den Motor in Drehung zu versetzen, wird die Spannung an den Spulen umgekehrt, d. h. zwischen Plus und Minus gewechselt.
Bipolare Schrittmotoren haben ein hohes Drehmoment und eine hohe Schrittauflösung. Sie benötigen jedoch eine komplexere Ansteuerung.
Unipolare Schrittmotoren sind mit vier Spulen ausgestattet, die alle über einen gemeinsamen Anschluss verfügen. Zur Drehung des Motors ist lediglich das Ein- und Ausschalten der Spannung an den einzelnen Spulen erforderlich. Unipolare Schrittmotoren sind einfach zu steuern. Sie haben jedoch eine geringere Leistung und eine geringere Schrittauflösung als bipolare Schrittmotoren.
Hybride Schrittmotoren sind aus bipolaren und unipolaren Schrittmotoren kombiniert. Sie verfügen über vier Spulen, die jeweils mit zwei Anschlüssen versehen sind. Die Spannung an den Spulen muss sowohl umgepolt als auch ein- und ausgeschaltet werden, um den Motor zu drehen.
Hybride Schrittmotoren sind teurer und schwerer als unipolare Schrittmotoren, haben aber die Vorteile beider Schrittmotortypen.v
Die Verwendung
Ein Schrittmotor ist ein Motor zur Erzeugung von präzisen Bewegungen, die mit Hilfe einer Steuereinheit steuerbar sind.
Beispielsweise kann ein Schrittmotor zum Bewegen eines Druckkopfes in einem Drucker, zum Schwenken einer Kamera oder zum Positionieren eines Roboterarms verwendet werden.
Der Vorteil eines Schrittmotors ist, dass er sehr genau und wiederholbar ist, da er in festen Winkelschritten gedreht wird.
Ein Schrittmotor hat aber auch den Nachteil, dass er eine spezielle Steuerung zur Abgabe von elektrischen Impulsen an die Spulen des Motors benötigt. Außerdem kann ein Schrittmotor bei Überlastung oder Blockierung seine Position verlieren.
Hinweis: Ein Schrittmotor kann im Mikroschrittmodus betrieben werden, um die Schrittauflösung zu erhöhen.
Ein Schrittmotor kann beispielsweise auch verwendet werden, für:
Einen Druckkopf in einem Drucker zu bewegen: In einem Drucker wird ein Bild erzeugt, indem Tinte oder Toner auf ein Papier aufgetragen wird. Dazu muss der Druckkopf mit der Tinte oder dem Toner genau über das Papier bewegt werden.
Um das gewünschte Bild zu erzeugen, kann ein Schrittmotor den Druckkopf in kleinen Schritten vor und zurück bewegen.
Schwenken einer Kamera: Eine Kamera kann Bilder oder Videos aus verschiedenen Blickwinkeln aufnehmen, indem sie horizontal oder vertikal geschwenkt wird. V
oraussetzung für diese Funktion ist die Befestigung der Kamera auf einem Stativ oder einer anderen Halterung, die sich drehen kann. Um die Kamera in die gewünschte Richtung zu schwenken, kann ein Schrittmotor die Drehung der Halterung steuern.
Positionierung eines Roboterarms: Ein Roboterarm ist ein mechanischer Arm, der verschiedene Aufgaben ausführen kann, wie z. B. das Greifen, Heben oder Bewegen von Objekten.
Zur Ausführung dieser Aufgaben muss der Roboterarm in der Lage sein, sich in verschiedenen Achsen zu bewegen. Mit Hilfe eines Schrittmotors kann der Arm in jeder Achse in die gewünschte Position gebracht werden.
Den Schrittmotor ansteuern
Um einen Schrittmotor anzutreiben, muss ihm eine bestimmte Anzahl elektrischer Impulse zugeführt werden. Diese Impulse bestimmen die Drehrichtung und die Drehzahl des Motors.
Um diese Impulse zu erzeugen, benötigt man eine Steuerschaltung, die die Spannung an den Motorspulen ein- und ausschaltet. Für den Bau und die Verwendung einer solchen Steuerschaltung gibt es verschiedene Methoden.
Eine Treiberplatine ist eine fertige Platine mit allen Komponenten, die zur Ansteuerung eines Schrittmotors erforderlich sind. Es muss nur noch mit dem Motor und einer Spannungsquelle verbunden werden.
Die Impulse werden dann über ein Steuergerät wie einen Arduino oder einen Raspberry Pi gesendet. Da keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden und das Treiberboard viele Funktionen wie Mikroschrittmodus oder Strombegrenzung bietet, ist diese Methode sehr einfach und praktisch.
Bei einem Mikrocontroller handelt es sich um einen kleinen Computerchip, der programmierbar ist und verschiedene Funktionen ausführen kann. Der Anschluss eines Mikrocontrollers an den Motor ist direkt oder über eine zusätzliche Treiberplatine möglich.
Um die Impulse für den Motor zu erzeugen, muss der Mikrocontroller dann programmiert werden. Diese Methode ist sehr flexibel und kreativ, da man die volle Kontrolle darüber hat, wie der Motor läuft, und verschiedene Muster erzeugen und Effekte erzielen kann.
Tipp: Der Schrittmotor kann durch einen Kondensator zwischen Plus- und Minuspol des Netzteils leiser und ruhiger laufen.
Ein Schieberegister ist ein Bauteil mit mehreren Ausgängen. Es steuert diese Ausgänge nacheinander an. Ein Schieberegister kann mit einem Taktgeber verbunden werden.
Der Taktgeber bestimmt die Impulsfrequenz. Dann ist nur noch der Anschluss des Schieberegisters an den Motor und die Festlegung der richtigen Reihenfolge der Ausgänge erforderlich.
Da nur wenige Bauteile benötigt werden und keine Programmierung erforderlich ist, ist diese Methode sehr kostengünstig und einfach.
Präzise Bewegungssteuerung
Ein Schrittmotor ist ein spezieller Elektromotor. Er dreht sich in definierten Winkelschritten und kann durch eine bestimmte Anzahl von Stromimpulsen gesteuert werden.
Er besteht aus einem feststehenden Teil (dem Stator) und einem sich drehenden Teil (dem Rotor), in denen sich jeweils eine Vielzahl von Magneten oder Spulen befindet. Durch Anlegen einer Spannung wird ein Magnetfeld erzeugt, das den Rotor in die gewünschte Drehrichtung versetzt.
