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Frequently Asked Questions

Unsere FAQs stellen Ihnen generelle Informationen zu Schrittmotoren, BLDC Motoren, Plug & Drive Motoren, Linearaktuatoren und Motorsteuerungen bereit.

BLDC-Motoren
Hat der Motor eine Vorzugsrichtung?

Der BLDC selbst hat keine Vorzugsrichtung, allerdings können die Hallsensoren nur mit einer gewissen Toleranz zum Motor ausgerichtet werden. Dadurch ergibt sich ein besseres Laufverhalten in eine Richtung. Dies kann durch Anpassen der Lastwinkelwerte bei den Steuerungen der SMCI-Baureihe korrigiert werden. 

Mein BLDC-Motor mit Encoder ruckelt nur und bewegt sich nicht.

Mögliche Fehlerbehebung: Drehrichtung des Encoders umkehren, richtigen Motortyp/“Hallmode“ auswählen bzw. eintragen. 

Wie wird der „Hallmode“ ermittelt?
Schrittmotoren
Was ist bei dem Betrieb der SP-Motoren zu beachten?

Der Temperaturanstieg der Motoren wird bei Nennstrom und Nennspannung im Stillstand definiert. Im Betrieb jedoch steigt die Spannung bei bipolarer Ansteuerung, dadurch wird der Motor im Dauerbetrieb über seine zulässige Maximaltemperatur hinaus erhitzt und zerstört.

Bei Dauerbetrieb sollte daher darauf geachtet werden, dass der Phasenstrom multipliziert mit der Versorgungsspannung (= Leistung) das Produkt aus Nennstrom und Nennspannung (= Nennleistung) nicht überschreitet.

Welche Lagertemperaturen sind für Schrittmotoren zulässig?

Schrittmotoren sollten bei Temperaturen von -20°C bis +70°C gelagert werden. Kondensation bzw. Korrosion an den Motoren ist zu vermeiden. 

Ist der Motorstrom im Datenblatt als Spitzen- (Peak) oder als Effektivwert (RMS) angegeben?

Der angegebene Stromwert ist immer ein Effektivwert.

Darf ein Schrittmotor geöffnet werden?

Nein, denn beim Öffnen des Schrittmotors berühren sich Rotor mit Stator und die Magnetisierung verringert sich. Das bedeutet, das Drehmoment des Motors nimmt deutlich ab. Dies betrifft vor allem Magnete mit kleinerer Koerzitivfeldstärke wie Alnico Magnete, die leicht aus ihrem optimalen Arbeitspunkt in ihrer nichtlinearen Magnetisierungskurve verschoben werden und dadurch eine schwächere Magnetisierungskennlinie durchlaufen. Während die eher hochwertigen N-Magnete ohne passende Werkzeuge und schon bei leicht unsachgemäßer Handhabung sehr leicht splittern oder einen leichten Sprung bekommen und daher dauerhaft einen magnetischen Schaden erleiden können.

Ist das Drehmoment vom Strom und Spannung abhängig?

Das Drehmoment ist direkt proportional zum Strom (P = I² * R) oder erzeugten Magnetfluss, sofern die Magnetisierung im linearen Bereich der Magnetisierungskennlinie liegt, also noch nicht in die Sättigung übergeht. Das bedeutet: Wird der Strom verdoppelt, vervierfacht sich die Leistung. (Beispiel ST4118L1206-1W = 0,6A² * 3,1 = 1,11W, bei Nennstrom = 1,2A² * 3,1 = 4,44W ) Da die Spannung den Strom durch die Wicklung „treiben“ muss (P = U² / R), um einen Stromfluss zu erzeugen und die elektrische Leistung auch P = U * I bzw. P = U * (U / R) = U² / R ist, wächst die Leistung bzw. das Drehmoment (P = Md * n = P / n(konstant) = Md) ebenfalls proportional zur Spannung. Das bedeutet: Wird die Spannung verdoppelt, vervierfacht sich die Leistung. (Beispiel ST4118L1206-1W = 1,855V² / 3,1 = 1,11W, bei Nennspannung = 3,71V² / 3,1 = 4,44W).

Dies trifft bei einer Konstantspannungs-Ansteuerung zu, solange der Strom mit der Spannung ansteigen kann und nicht durch die Impedanz (Wurzel aus R² + X²) reduziert wird. Hier ist bei Spannungen, die größer sind als die Motorspannung, aber immer ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung vorzuschalten. Bei der Konstantstrom-Ansteuerung kann der Strom bis zu seinem Drehmomenten-Knickpunkt konstant gehalten werden. In diesem Bereich haben wir nur eine proportionale Zunahme der Leistung, während das Drehmoment konstant bleibt. Erst weit oberhalb vom Drehmomentknick fällt (Nennstrom fällt aufgrund der steigenden Gegen-EMK, der größer werdenden Impedanz proportional zur Drehzahl asymptotisch ab) das Drehmoment spez. bei 24V stark ab. Erst hier setzt dann die proportionale Zunahme der Leistung bzw. des Drehmoments von der Spannung ein. (Beispiel ST5918M3008–P = bei ca. 500 U/min beträgt das Drehmoment bei 24V und auch bei 48V jeweils ca. 0,9Nm. Während bei 1000 U/min und 24V die Leistung bei = 0,65Nm * 1000 U/min * 3,14/30 bei = 68W liegt, beträgt die Leistung bei 48V und 2000 U/min = 0,65Nm * 2000 U/min * 3,14/30 bei = 136W.) Man kann also mit proportional höherer Spannung die Leistung entsprechend steigern. Das Problem ist nur, dass die Wirbelstromverluste und damit auch die Verlustleistung quadratisch mit der Drehzahl zunehmen und aufgrund der Temperaturzunahme der Spannungserhöhung Grenzen gesetzt sind.

Warum verlieren Schrittmotoren bei hohen und kleineren Drehzahlen eher Schritte?

Bei kleineren Frequenzen oder Drehzahlen ist das Resonanzverhalten noch sehr stark ausgeprägt, während die EMK proportional zur Drehzahl ansteigt und folglich der Strom immer kleiner wird (I = (UV – UEMK) / R) und dadurch das Drehmoment stark abfällt.
Die fehlende Drehmomentreserve führt in beiden Fällen dazu, dass eine kurze Lasterhöhung oder kleine Drehmomentspitze den Motor Schritte verlieren oder außer Tritt fallen lässt bzw. dieser möglicherweise zum Stehen kommt. Abhilfe kann eine höhere Versorgungsspannung schaffen, oder auf der anderen Seite ein Motor, der bei gleichem Drehmoment einen kleineren Wicklungswiderstand bzw. kleinere Induktivität aufweist.

Welche Grundausführungen von Schrittmotoren gibt es?

Es gibt drei spezifische Ausführungen von Schrittmotoren:

I. Reluktanz-Motoren

II. Permanentmagnet-Motoren

III. Hybrid-Motoren

Nanotec bietet neben den Permanentmagnet-Motoren im Low-cost Bereich vorwiegend Hybrid-Motoren an. Diese kombinieren die Vorteile von Reluktanz und Permanentmagnet-Motoren. Sie haben eine hohe Schrittauflösung, eine hohe Wiederholgenauigkeit sowie ein ausgezeichnetes Halte- und Nenndrehmoment bis zu hohen Drehzahlen.

Schrittwinkel und Schritte pro Umdrehung

Die Schrittzahl pro Umdrehung eines Schrittmotors setzt sich aus der Anzahl der Polpaare und der Phasen- bzw. Statorwicklungen zusammen. z = p * m. Der Rotor der 2 Phasen Hybrid Schrittmotoren besteht aus 50 weichmagnetischen Zähnen, die jeweils durch den dazwischen liegenden Magneten einen Nord- und Südpol bilden, während die 2 Phasen auf die vier Wicklungen A + A/ sowie B + B/ der jeweils um 90° versetzten Polschuhe gewickelt werden.
Sehen Sie hierzu auch die Animation.
Ein weiteres Merkmal ist der Schrittwinkel für einen Vollschritt des Schrittmotors. a = 360° / z oder a = 360° / p * m . Für die Schrittmotor-Baureihen STxx18.. beträgt die Schrittanzahl/Umdrehung, also z = p * m = 50*4 = 200 Schritte während der Schrittwinkel für die Baureihe STxx09 = a = 360° / p * m = 360° / 100 * 4 = 0,9°/Schritt ist.

Welche Hochlauframpe ist ideal und wie schnell kann ich die max. Drehzahl erreichen?

Das max. Beschleunigungsverhalten des Motors wird in erster Line von der Drehmomentreserve im gewünschten Arbeitspunkt, aber auch von den externen trägen Massen sowie dem Rotor-Schwungmoment des Motors bestimmt.
Die kürzeste Hochlauframpe ist die exponentielle Beschleunigung mit einer anfänglich sehr hohen und dann asymptotisch auf seinen max. Wert einlaufende Rampe.
Die am meisten verwendete Rampe ist jedoch die lineare Rampe, da sie relativ einfach zu programmieren oder über einen OPV einstellbar ist. Die Dynamik bei der linearen Rampe ist jedoch nicht wesentlich länger als bei der e-Funktion und spielt bei größeren Verfahrwegen eher eine untergeordnete Rolle. Wenn jedoch kürzestmögliche Stellwege und Stellzeiten gefordert sind und der Maschinentakt für die Produktivität der Maschine wesentlich ist, sollten Beschleunigungsänderungen während der Rampe durchgeführt und programmiert werden. Dabei sollten die höchsten Frequenzsprünge beim Anlauf und die kleinsten an der max. möglichen Frequenz liegen.
Zwischen Hochlauf- und Bremsrampe sollten ca. 5-10 Schritte mit konstanter Frequenz gefahren werden. Sonst tritt die die doppelte Drehzahländerung auf, was den Motor dynamisch überfordert und wobei Schritte verloren gehen.

Neben der linearen, exponentiellen Rampe unterstützt Nanotec auch die S-Rampe, die vor allem durch ruckfreies Beschleunigen und sanftes Verzögern einen schonender Transport sichergestellt und typische Lastpendelungen vermeidet. Die Vorteile der S-Rampes sind ihre weiche und optimale Bewegungsführung. Für verschiedenste Verfahrensprozesse wie die Regelung der konstanten Zugspannung beim Aufwickeln und Abwickeln ist die S-Rampe besonders geeignet, sie verursacht weniger Verschleiß an unterschiedlichen Maschinenteilen, wie Getriebe, Kurvenscheiben.

Kann ein Motor mit höherer Spannung betrieben werden als auf dem Typenschild angegeben?

Diese Angabe bezieht sich nur auf den Konstantspannungsbetrieb, der eigentlich heutzutage aufgrund der günstigen und wesentlich effizienteren Konstantstrom Treiber wie IMT901 oder SMC(I) kaum noch eingesetzt wird. Beim Anlegen dieser Typenschild Spannung stellt sich nach einer endlichen Zeit (i = U / R (1 – e^(-τ(L/R)) der Nennstrom (I= U/R) - und damit auch das Drehmoment - ein.

Um den Effekt des langsamen Stromanstiegs zu reduzieren, werden heute die Motoren über modernen Konstantstrom gesteuerte Ansteuerungen mit weit höheren Spannungen betrieben, um höhere Drehmomente auch bei höheren Drehzahlen zu erreichen.

Die Angabe des Nennstromes ist dagegen eine sehr wichtige Kenngröße, da das Drehmoment proportional zum Strom ist und somit eine feste Größe zum Drehmoment darstellt. Der Strom gibt außerdem die max. Verlustleistung des Motors (P = I² * R) an und sollte bei einer Einschaltdauer von 100% nicht überschritten werden.

Warum nimmt bei abnehmender Spannung der Strom zu?

In einem geschlossenen mechanischen System bleibt aus Gründen des Energieerhaltungsgesetztes die Summe von potentieller und kinetischer Energie immer gleich und lässt sich nicht aus den Gesetzmäßigkeiten der Physik herleiten.
Es wurde durch physikalische Befunde immer wieder bestätigt, wie wir es hier auch z.B. mit dem Motor ST5918M3008 glaubhaft wieder geben können.
Das Externe Drehmoment bleibt jeweils bei 24V und 48V mit 0,65 Nm gleich und zwar bei einer Drehzahl 1000 U/min. Die Leistungsabgabe beträgt P2 = Md * n * 3,14/30 = 0,65 Nm * 1000 * 3,14/30 = 68W, egal ob eine Versorgungsspannung 24V oder 48V die Leistungstreiber und den Motor versorgt. Während der Strom bei 48V = P = U / I = I = P / U = 68W / 48V = 1,4 A beträgt steigt der Strom bei 24V = 68W / 24V auf 2,8A an.
Die Verlustleistung (Unetz * Inetz = Pbewegung + Pv) vom Motor, Treiber und Netzgerät wurde dabei nicht berücksichtigt, da sie ohnehin grob nur bei max. 10% liegt und somit die generelle Aussage nicht verändert.

Welchen Einfluss haben Spannungseinbrüche?

Gerade bei höheren Drehzahlen (je nach Motorwicklung ab ca. 300-500 U/min) wirkt sich eine zu niedrige Motorspannung nachteilig auf die Feldschwächung aus, was dazu führt, dass das Drehmoment proportional zur fehlenden Spannung zurückgeht. Aus dieser Sicht sind getaktete Netzgeräte wie die NTS-.. von Vorteil, da sie die Spannung bis zum Nennstrom konstant halten und Spannungseinbrüche schnell kompensieren.

Drehen und Beschleunigen von Schwungmassen

Oft kommen Anfragen, wo nur ein gut gelagerter Drehteller (z. B. 5 kg, Durchmesser 30 cm) gedreht werden muss und nur die Maße, das Gewicht sowie die geforderte Dynamik bekannt sind.

Zuerst muss das Trägheitsmoment der Masse berechnet werden, für einen Vollzylinder (Formel J = 0,5 * m * r²), der um die Symmetrieachse rotiert gilt: (J [kg*m^2], m [kg], r [m]) = 0,056 kgm^2 = 562 kgcm^2 = 562000 gcm^2

Das Trägheitsmoment kann dann theoretisch mit ([rad/s^2]) berechnet werden. Z. B. der Teller soll in 1 s genau um 360° positionieren. Die Durchschnittsdrehzahl ist dann 1 U/s, es wird zuerst in 0,5 s auf f = 2 U/s beschleunigt und dann in 0,5 s wieder auf 0 abgebremst (Dreieckprofil). Für die Winkelbeschleunigung gilt dann: 25 rad/s^2 => M = 1,4 Nm.

Aber Vorsicht:

Das Problem hier ist die Beschleunigung. Da der SM nicht bei 0 anfängt, sondern mit einer Startdrehzahl (die oft recht hoch gewählt werden muss, um Resonanzen zu vermeiden), ist die wahre Beschleunigung deutlich höher als die hier berechnete. Da dies aber schwer zu berechnen/messen ist (man müsste das Encodersignal auswerten) geschieht die Motorauswahl bei bekanntem externen Trägheitsmoment mit folgender Faustformel.

Es muss also ein Motor gewählt werden, dessen Rotor mindestens 1/20-tel des externen Trägheitsmoments besitzt, hier 28125 gcm^2 (Jred = Jex / i2). In diesem Fall muss ein Getriebe verwendet werden, welches das externe Trägheitsmoment quadratisch mit der Untersetzung reduziert: Ein Getriebe mit 10:1 ergibt somit einen Reduktionsfaktor von 100 auf hier 281 gcm^2 (Jm vom ST59.. beträgt ..). Damit passt die Kombination ST5818M2008 + GPLE40-2S-12.

Durch das Getriebe ist natürlich auch die max. Drehzahl begrenzt, was berücksichtigt werden muss, in diesem Fall aber kein Problem darstellt.

Was sind die Anwendungsvorteile von Schrittmotoren?

Schrittmotoren sind digital gesteuerte und geregelte Antriebe. Der Wandel von der Analog- zur Digitaltechnik, die aktuellen Softwarelösungen sowie der günstige Preis bei gleichzeitig höchster Lebensdauer und geringem Steuerungsaufwand sind Gründe für ihre hohe Akzeptanz und ihre weite Verbreitung.

a) PC+SPS fähig (direkt über PC, SPS und Mikroprozessor steuerbar).

Durch die Nutzung des PCs bereits in der untersten dezentralen Maschinenebene haben die Plug & Drive Motoren die höchsten Produktivitätszuwächse. Nanotec war weltweit der erste Anbieter, der die Forderung eines kompakten effizienten und wirtschaftlichen Antriebssystems mit einem industrietauglichen Plug & Drive Motor erfüllte. Der Entwicklungs-,Verdrahtungs- und Montageaufwand einer kompl. Antriebseinheit wurde nicht nur drastisch reduziert, die EMV-Verträglichkeit und Maschinenverfügbarkeit verbessert, auch die Inbetriebnahme sowie der Service wurden erheblich vereinfacht. Wir entwickeln kontinuierlich weitere Optionen für kundenspezifische Anforderungen. Daraus entwickeln sich ständig neue und enge Partnerschaften zum Vorteil eines besseren und günstigeren Endprodukts.

b) Drehzahl-Stabilität

“Kein Drehzahleinbruch bei Lastschwankung” - diese Forderung erfüllt der Schrittmotor ohne Mehraufwand wie kein anderer Motor. Gerade bei präzisen Drehzahl-, Gleichlauf- oder Verhältnisregelungen (z. B. bei Präzisions-Dosierpumpen) kann der Schrittmotor durch die digitale Verarbeitung höhere und feinere Auflösungen erreichen. Die bessere Regel-, Prozess- und Oberflächengüte ist dabei nicht nur ein theoretischer Vorteil.

c) Direkt-Antrieb

Schrittmotoren haben im unteren Drehzahlbereich das höchste Drehmoment und ermöglichen mit den Nanotec Mikroschritt-Treibern noch akzeptable Rundlauf-Eigenschaften bis ca. 2 U/min. Andere Motoren benötigen hierzu oft ein Getriebe, um die geforderten Drehzahl- und Kraftanforderungen zu erfüllen. Direkt-Antriebe reduzieren die Systemkosten und erhöhen gleichzeitig die Betriebssicherheit und Lebenserwartung. Bei reduziertem Platzbedarf sowie bei hohen externe Trägheitsmomenten sind natürlich Getriebe zur Leistungs- und Kraftanpassung unerlässlich.

d) Vermeidung von Maschinenschäden und Verletzungen

Der manchmal erwähnte Nachteil des "außer Tritt Fallens" bei einer Motorblockierung ist in einigen Fällen sogar ein Vorteil, wenn es um die stetig steigenden Sicherheitsanforderungen geht. Rutsch- und Überlastkupplungen werden bei vorgeschriebenen Sicherheitsbestimmungen in Verbindung mit Schrittmotoren normalerweise nicht benötigt.

e) Positioniergenaugkeit

Infolge des kleinen Schrittwinkels haben Schrittmotoren neben dem geringsten Nachlauf auch das kleinste Einschwingverhalten. Bereits ohne externe Weg- oder Winkelgeber erfüllen Schrittmotoren hervorragende Drehzahl-und Posititionieraufgaben. Die Genauigkeit bzw. Auflösung lässt sich mit den Nanotec Leistungsendstufen durch die Mikroschrittumschaltung ohne Mehraufwand sogar noch erhöhen. Alle Nanotec Schrittmotoren sind mit preisgünstigen Encodern für Schrittverlust- und Blockiererkennung sowie für Closed-Loop Anwendungen erhältlich.

f) Hohe Steifigkeit ohne Bremse

Schrittmotoren haben das höchste Haltemoment während des Stillstands und bieten somit auch eine hohe Systemsteifigkeit. Durch diese Fähigkeit kann eine externe Bremse entfallen, es sei denn für die Z-Achse ist eine Sicherheitsbremse erforderlich. Auch beim normalen Halten kann der Schrittmotor von Vorteil sein. Wenn ein Servomotor stillstehen soll, muss die Regelung auf vollen Touren arbeiten. Der geregelte Antrieb pendelt mit einem winzigen Hin und Her um die eingestellte Null- Lage. Bei den meisten Anwendungen fällt das nicht ins Gewicht. Beim Positionieren eines Spiegels aber, der für eine messtechnische Aufgabe z.B. einen Laserstrahl umlenkt, kann dieses Pendeln schnell stören. Dagegen würde der Schrittmotor hier einfach seine Position anfahren und stillhalten.

g) Hohe Dynamik

Aufgrund der hohen Polzahl, der kleinen Rotormasse sowie des kleinen Luftspalts erreichen Schrittmotoren vor allem in Verbindung mit der neuen dynamischen Closed Loop Steuerung SMCI .. sowie den Plug & Dive Motoren PD6.. bis zu einer Drehzahl von ca. 2000 U/min eine höhere Dynamik und Winkelbeschleunigung als Servomotoren. Dies wirkt sich vor allem dort vorteilhaft aus, wo kleine Distanzen und Bewegungen positioniert oder ultraschnell reserviert werden müssen und dabei gleichzeitig eine äußerst kleine Einschwingzeit bzw. ein kleines Einschwingverhalten aufweisen, wie es bei der Halbleitertechnik, Optik oder auch bei Textilmaschinen und Prüfmaschinen erforderlich ist.

h) Leichte Ansteuerbarkeit

Antriebslösungen mittels Schrittmotoren können sehr einfach und preisgünstig realisiert werden, da sie im offenen Regelkreis, also ohne externen Drehgeber arbeiten. Neben dem Motor ist die Leistungselektronik (Treiber) und ein passendes Netzteil erforderlich. Die Drehzahl oder Position kann ein externer Taktgeber (SPS, PC oder einfacher RC Oszillator) übernehmen. Mit einer kleinen Zusatzplatine könnte der Takt sogar über einen Analogeingang (0-10V, 0-5V oder +/-10V) oder über ein Potentiometer vorgeben werden und wäre damit ähnlich wie ein BLDC Motor steuerbar.

Wie ändere ich die Drehrichtung des Motors?

Eine Änderung der Drehrichtung erfolgt durch Tauschen zweier Motor-Anschlussleitungen z. B. Phase A zu A' und A' zu A. Generell ändert sich die Drehrichtung durch ein High- oder Low-Signal über die Richtungseingänge der Nanotec Steuerungen.

Allgemeines über die Abschirmung von Motorleitungen

Entstörmaßnahmen sollten möglichst direkt an der Störquelle durchgeführt werden, um eine unkontrollierte Ausbreitung der elektromagnetischen Störungen durch galvanische, induktive und kapazitive Kopplung (auch Kopplung zwischen parallel verlaufende Leitungen) zu verhindern. Es gibt eine Reihe von Maßnahmen, um die Störaussendung zu minimieren.

Eine Möglichkeit sind unterschiedliche Schirmausführungen:

Leitungsschirme mit nicht-magnetischen Folien oder Geflechten:

  • die Höhe oder Stärke des Geflechts ist proportional zu dem wirksamen Folienquerschnitt

Einseitige Abschirmung:

  • hier muss auf ausreichende Stromtragfähigkeit geachtet werden – Schirm dort erden, wo die Elektronik am empfindlichsten ist

Beidseitig Abschirmung:

  • wird eingesetzt, wo magnetische Wechselfelder Störungen ausstrahlen

Eine im Schirm induzierte Spannung führt zu einem Strom, der wiederum ein eigenes, der ursprünglichen Ursache entgegengerichtetes Magnetfeld aufbaut. Die verbleibende induzierte Wirkung auf die Leitungen wird im Schirm reduziert.

Eine beidseitige Erdung des Schirmes birgt auch Nachteile. Sie lässt zwangsläufig zu, dass bei Potentialdifferenzen zwischen Anfang und Ende der Leitung Teilströme über den Schirm fließen. Die Erdschleifen reduzieren somit die eigentliche Schirmwirkung. Ferner können Einkoppelungen aus dem Energieverteilernetz oder Blitzversorgungnetze zu Überlastungen des Schirms führen.

Bei höher frequenten magnetischen Einkoppelungen kann eine Seite direkt, die andere über einen Kondensator geerdet werden. Netzfrequente Ströme werden gesperrt und höhere Frequenzen werden kompensiert. Typischerweise werden verlustarme Keramik-Kondensatoren von 10 – 100 nF verwendet.

Was ist die empfohlene Länge der Motorleitung?

Die Motorleitung sollte nicht verlängert oder länger als 25 m sein und muss einen Mindestquerschnitt entsprechend der Strombelastungstabelle haben. Längere Anschlussleitungen können das Haltemoment bzw. das Drehmoment vor allem auch bei höheren Geschwindigkeiten oder Drehzahlen negativ beeinflussen. Durch die größere Stromanstiegszeitkonstante τ = L / RM * RL sinkt die Stromzeitfläche und proportional dazu das Drehmoment.
Das Kabel sollte abgeschirmt und nach Möglichkeit paarig verdrillt sein. Der Schirm wird an der PE-Klemme der Schrittmotoransteuerung angeschlossen. Es ist auf eine gute Verbindung der Motorleitung zu achten.
Nanotec bietet ein umfangreiches Sortiment an kundenspezifischen Kabel-Konfektionierungen an.

Ist beim Einsatz von Schrittmotoren eine zusätzliche Drehüberwachung erforderlich?

Wenn ein Schrittmotor richtig dimensioniert ist, bietet er ein absolut zuverlässiges Antriebselement. Werden Schrittmotoren allerdings überlastet, so geht die Zuordnung zur Sollposition bleibend verloren. Dieses Verhalten wird mit "Schrittversatz" bezeichnet und gilt als Nachteil des Schrittmotors, da aufgrund der offenen Steuerkette die Fehlposition nicht erkannt wird.

Ein zusätzliches Messsystem mit einem Drehgeber/Encoder vergleicht die gemessene Istposition mit der geforderten Sollposition. Etwaige Abweichungen werden erkannt und durch einen nachfolgenden Regelvorgang korrigiert.

Nanotec bietet äußerst kostengünstige und hochauflösende Encoder für eine Drehzahlüberwachung an. Die inkrementalen 2- und 3-Kanal-Encoder sind eine preiswerte Lösung mit dauerhafter Funktions- und hoher Messsicherheit. Die verfügbaren Geber haben eine kleine Bauform, geringe Massen, eine hohe Auflösung, eignen sich für einen großen Temperaturbereich und sind resistent gegen Schwingungsbeschleunigungen. Für einen einfachen nachträglichen Anbau besitzen alle Motoren mit einem zweiten Wellenende bereits entsprechende Montagebohrungen am rückseitigen Deckel.

Bei den Plug & Drive Motoren ist eine Drehzahlüberwachung mit automatischer Korrektur bereits integriert.

Die Schrittmotorsteuerungen der Serie SMCI verfügen über einen Encodereingang und können ein 5V TTL Signal auswerten.

Wird ein direktes Messsystem an der Maschine installiert, so werden im Rahmen der Messgenauigkeit Fehler und Nichtlinearitäten der Mechanik ebenfalls ausgeglichen.

Tipps zum Umgang mit Resonanzen

Mikroschrittbetrieb

Je kleiner der Mikroschritt, desto kleiner die Resonanzprobleme. Durch die kleineren Schrittwinkel reduziert sich auch der Überschwingwinkel und das System hat weniger ausgeprägte Resonanzstellen. Aus Erfahrung bringt der 1/8 Mikroschritt bereits einen relativ resonanzarmen Lauf mit sich, während sich über 1/32 Mikroschritt hinaus kaum noch eine Verbesserung ergibt. Sofern keine Stromkompensierung bei dem Mikroschritt-Treiber vorgesehen oder integriert ist, kommt es zu einer Drehmomentreduzierung des Motors, was sich bei manchen Applikationen als Nachteil erweisen kann.

Reduzierung des Phasenstroms

Je höher die Drehmomentreserve, desto höher die Resonanzanregung. Im Leerlauf ist deshalb die Resonanzanregung am stärksten und bringt daher beim Testen die größten Resonanzprobleme. Tests sollten aus diesem Grunde nach Möglichkeit in der Anwendung durchgeführt werden, da hier in der Regel Reibmomente vorhanden sind und somit das Gesamtsystem gedämpft wird. Die Phasenstromreduzierung verringert neben der Schwingneigung die Steifigkeit und muss, sofern keine Stromkompensierung im Treiber integriert ist, in der Positioniergenauigkeit berücksichtigt werden.

Veränderung der Schrittfrequenz

Die Grundresonanz der Schrittmotoren im Leerlauf ist bei ca. 70-100 Hz Vollschritt und tritt bei den Vielfachen bzw. Harmonischen der Grundresonanz mehr oder minder stark in Erscheinung. Wenn es der Prozess erlaubt, lässt sich die festgestellte Resonanzfrequenz am Einfachsten umgehen, indem Sie eine etwas höhere oder niedrigere Frequenz wählen, notfalls durch eine Zwischenschaltung eines Getriebes oder durch Veränderung des Untersetzungsverhältnisses. Geringe Abweichungen von den kritischen Schrittfrequenzen zeigen bereits gute Ergebnisse.

Erhöhung der Reibung

Generell wirkt die Reibung dämpfend auf das System und die Überschwingwinkel werden kleiner. Allerdings wird dadurch das Reservemoment verkleinert und der Wirkungsgrad verschlechtert.

Anbringen eines Dämpfers

Die von Nanotec angebotenen Dämpfer reduzieren den Überschwingwinkel und absorbieren die Schwingungsenergie. Die Resonanzfrequenzen werden dadurch stark reduziert, da auch die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem schwingenden Rotor und der externen Masse reduziert wird. Auch die hohen Laufgeräusche reduzieren sich durch die Anbringung eines Dämpfers stark.

Rampensteilheit verändern

Bei einer relativ langsamen Motorbeschleunigung können Sie in der Hochlaufzeit evtl. wieder in Resonanzstellen gelangen, die das System unstabil machen. Eine steile Rampe hat dagegen weniger Stützstellen, durch die hohe Beschleunigung wird die Drehmomentreserve verringert und das System wirkt eher dämpfend.

Reduzierung der Schwingneigung

Neben der Reduzierung der Schwingneigung mittels Mikroschritt nimmt die Schwingungsgefahr mit abnehmender Versorgungsspannung aufgrund der kleineren Stromanstiegsgeschwindigkeit ab.

Was sind Resonanzen?

Jeder Schrittmotor stellt mit seinem Rotorträgheitsmoment und den magnetischen Haltekräften ein gedämpft schwingendes System mit geringer Eigendämpfung dar. Dadurch können Schwingungen angeregt werden, welche die eigentlichen Schrittbewegungen überlagern und es kann zu einem Drehmomentabfall, Schrittverlust oder sogar Drehrichtungswechsel kommen.

Man kann sich also Schrittmotoren ähnlich wie Synchronmotoren oder wie ein Feder-Schwingsystem vorstellen, in dem der Rotor dem Erregerfeld in engen Grenzen folgt. Je höher das Erregerfeld, desto höher die Steifigkeit und desto ausgeprägter sind die Schwingneigung und Eigenresonanzfrequenz.

In den Eigenresonanzen verliert der Rotor das Statordrehfeld bzw. die Synchronität und es stellt sich ein stärkerer Drehmomentverlust ein, sodass der Motor nach kurzer Zeit ausrastet, in der Regel auch nicht mehr einrasten kann und stehen bleibt. Wird nun ein Motor in der Nähe der Eigenresonanzfrequenz betrieben, so kann sich der Rotor „aufschaukeln“ bzw. aufschwingen und der Motor fällt außer Tritt. Resonanzen gehen einher mit einem starken Laufgeräusch.

Schrittmotoren sollten deshalb im Idealfall mit angeflanschter Last betrieben werden. Diese Grundlast, die einer Dämpfung entspricht, reicht oft schon aus, um sowohl einen resonanzärmeren Lauf als auch ein sicheren Frequenz-Hochlauf zu ermöglichen. In äußerst seltenen Fällen kann der Motor seine Synchronität in der nächsten Drehfeldphase wieder erlangen. Aaufgrund einer kurzen Überlast bzw. Überschwingen in pos. oder negativer Drehrichtung fällt der Rotor in die nächste stabile Drehfeldposition.

Da die Resonanz bei Schrittmotoren konstruktionsbedingt ist, lässt sie sich durch Anwendung spezieller Verfahren nur reduzieren oder teilweise eliminieren.

Was ist die maximal zulässige Temperatur?

Die Standard Nanotec Motoren der Serie ST haben die Isolationsklasse B = 130 °C. Diese Temperatur darf in den Wicklungen und in den Kugellagern nicht überschritten werden. (Bei der Serie SP bezieht sich die Temperatur auf die Isolationsklasse E = 120°C und auf Gleitlager).

Bei Verdacht auf eine zu hohe Temperatur ist zu empfehlen, die Oberfläche der Schrittmotoren mit einem geeigneten Temperatursensor zu messen, evtl. an verschiedenen Punkten, um je nach Abkühlfläche den ungünstigen Ort zu lokalisieren. Die Oberfläche des Schrittmotors sollte keinesfalls > 100°C sein, da sonst irreversible Schäden auftreten. Wie diese Temperatur erreicht wird, z.B. hohe Umgebungstemperatur und mittlerer Strom oder hoher Strom mit geringer Einschaltdauer, ist unerheblich.

Der Temperaturanstieg im Nennstrombetrieb beträgt bei Schrittmotoren 80 °C, das heißt, bei einer Umgebungstemperatur von 50°C wird die max. zulässige Motortemperatur von 130°C in der Wicklung/im Lager und im Dauerbetrieb erreicht.

Mit Hilfe einer zusätzlichen größeren Flanschfläche, nach Möglichkeit aus Aluminium (hat gegenüber Stahl eine um 4fach bessere Abkühlfähigkeit) erreicht man eine bessere Luft-Konvektion (oder sogar erzwungene Luftzirkulation mittels Lüfter) und somit eine bessere Motorkühlung. Dies ermöglicht eine höhere Leistungsausbeute der vorhandenen Motorgröße

Je geringer die Temperatur des Motors, desto höher ist die Lebenserwartung der Lager.

Temperatur-Erhöhung bei steigenden Drehzahlen

Neben den ohmschen Verlusten nehmen vor allem die Ummagnetisierungs-Verluste bei steigenden Drehzahlen zu. Diese werden auch Eisenverluste genannt und steigen quadratisch mit der Frequenz an.

Werden die Motoren bei hohen Versorgungsspannungen betrieben, so kann relativ lange der Nennstrom in der Wicklung konstant gehalten werden. Somit bleibt die Drehmomentkennlinie ebenfalls ziemlich lange konstant und fällt erst weit später ab.

Bei mittleren Versorgungsspannungen (48-70 V) nimmt der Nennstrom früher ab, sodass sich die ohmschen Verluste durch die frühere Stromreduzierung und die quadratischen Eisenverluste ab einer gewissen Drehzahl kompensieren können. Dadurch werden die Motoren nicht übermäßig überhitzt, benötigen keinen zusätzlichen Kühlkörper und werden hinsichtlich der Lebenserwartung geschont.

Hat der Schrittmotor im Halbschrittbetrieb weniger Drehmoment als im Vollschrittbetrieb?

Vollschrittbetrieb

Im Vollschrittbetrieb hat der Schrittmotor das höchste Drehmoment. Allerdings hat ein Schrittmotor im Vollschrittbetrieb auch die am stärksten ausgeprägten Resonanzstellen - die sich wiederum negativ auf das Drehmoment auswirken. Sollte jedoch die Betriebsdrehzahl in der Nähe einer solchen Resonanzfrequenz liegen, kann es vorteilhafter sein zum Mikroschrittbetrieb zu wechseln, da in dieser Frequenz ohnehin nicht das volle Drehmoment des Motors genutzt wird.

Halbschrittbetrieb

Wie in der Animation über die Funktionsweise eines Schrittmotors im Halbschritt ersichtlich ist, sind abwechselnd zwei Wicklungen (Phasen),1 Wicklung (Phasen), 2 Wicklungen (Phasen) bestromt. Aus der vektoriellen Summe oder geometrischen Addition der beiden Phasenströme I (Motor = √ Ia2 + Ib2), ergibt sich das Halbschrittdrehmoment von 70.7% gegenüber dem Vollschrittbetrieb. Die neuen Mikroschritt-Treiber SMCIxx haben eine automatisch eingebaute Stromkompensation. Während der Halbschritt-phase wird bei der gerade aktiven Phase der Strom um den Faktor 1,4 erhöht (was thermisch erlaubt ist, da die andere Phase gerade ausgeschaltet ist). Durch diese Stromerhöhung können wir im Halbschrittbetrieb annähernd 95% Drehmoment des Vollschrittbetriebs erreichen.

Viertelschrittbetrieb und kleiner 

Ähnlich wie im Halbschrittbetrieb ist der vektorielle Phasenstrom im Viertelschritt noch etwas kleiner und das resultierende Drehmoment liegt näherungsweise bei 55%, bei 1/8 Schritt bei 45% gegenüber dem Vollschrittbetrieb.
Bei den Nanotec Schrittmotorsteuerungen der Serie SMCI sowie bei allen neuen Plug & Drive Schrittmotoren sind sowohl beim Halbschrittbetrieb als auch bei den kleineren Mikroschrittbetrieben automatische Stromerhöhungen integriert. Dadurch wird annähernd (ca 95%) das gleiche Drehmoment wie beim Vollschrittbetrieb erreicht.
Alle Drehmomentkennlinien wurden im 1/4 Schrittmode aufgenommen mit Stromkompensierung.
Ein weiterer Vorteil: Im Mikroschritt wird allgemein weniger Energie benötigt, der Grund dafür liegt auch in der kleineren Restwelligkeit, die mit besserem Rundlauf Resonanzen weitestgehend vermeidet.

Wo ist der Unterschied zwischen unipolarer und bipolarer Schaltung?

Unipolare Ansteuerungen sind für 5, 6 und 8 Leiter Motoren geeignet und werden für einfache und preisgünstige Anwendungen eingesetzt. Im einfachsten Fall liegt die Mittelanzapfung der beiden Phasen an der positiven Versorgungsspannung an, und mit nur vier Schaltern oder Transistoren (oder auch z.B. vier Ausgänge von der SPS) werden die jeweiligen Wicklungshälften entsprechend dem Schaltschema abwechselnd zur Masse geschaltet. Verwendet man Schrittmotoren mit relativ hohem Wicklungswiderstand, so wird der Phasenstrom einfach über die Formel I = U / R , oder bei hohen Frequenzen grob über I = U / 2 * π * f * L begrenzt. Unipolare Ansteuerungen erreichen etwa nur 70% Drehmoment im Vergleich zur bipolaren Ansteuerung.

Bipolare Ansteuerungen sind für 4, 6 und 8 Leiter Motoren geeignet und werden für leistungsfähige und hoch dynamische Anwendungen eingesetzt. Die zwei Phasen werden jeweils über zwei H-Brücken - vier Transistoren werden diagonal abwechselnd entsprechend dem Schaltschema - von der positiven Versorgungsspannung über die diagonalen Transistoren (bei Konstantstrom über einen Messwiderstand) zur Masse geschaltet. Die bipolare Ansteuerung hat ein um ca. 30% höheres Drehmoment (hier ist immer das ganze Kupfer im Einsatz) als die unipolare Ansteuerung. Aufgrund der hohen Schaltungsintegration sowie des höheren Drehmoments werden seit längerer Zeit bevorzugt hoch integrierte, leistungsfähige, Konstantstrom gesteuerte Mikroschritt-Endstufen eingesetzt, wie die Modelle IMT 901, IMT 902 und SMC.. von Nanotec.

Welche Eigenschaften hat ein Schrittmotor?

Schrittmotoren bieten folgende Vorteile:

  • Schrittgenaues Positionieren ohne ext. Weggeber (open loop)
  • Digitale Steuerimpulse für Geschwindigkeit und Position
  • Geschwindigkeit ist proportional zur Eingangsfrequenz
  • Schrittfehler (<5%) sind nicht kommulativ (entspricht bezogen auf 1,8° bzw. 0,9° = +/- 0,09 bzw. 0,045°)
  • Hohes Drehmoment bereits bei kleineren Drehzahlen (Getriebe kann gegenüber BLDC Motoren oftmals entfallen)
  • Einfache und preiswerte Ansteuerelektronik
  • Die hohe Steifigkeit ermöglicht es dem Rotor ohne Bremse in seiner Halte-Position zu verharren. Ferner gibt es bei Schrittmotoren kein Pendeln (hunting) um die Motorachse während der Motor in seiner Nulllage verharrt, was bei Servomotoren oft zu Problemen führt.
  • Exzellentes Beschleunigungsvermögen
  • Höchste Leistungsdichte bei kleinen bis mittleren Geschwindigkeiten
  • Kann blockieren, ohne dass die Wicklungen beschädigt werden
  • Hohe Lebenserwartung (bürstenlos, die Lebensdauer hängt daher nur von den Lagern ab)
Wie ist ein Schrittmotor aufgebaut?

Schrittmotoren sind Synchronmotoren. Der Schrittmotor setzt sich aus einem magnetischen Rotor und mehreren räumlich versetzten Statorspulen zusammen. Zur Erzeugung eines Magnetfeldes werden die Spulen von einem Strom durchflossen. Durch die Umkehrung der Stromrichtung ändert sich die Polarität des elektrischen Magnetfeldes. Geschieht dies in einer definierten Reihenfolge, so ergibt sich ein rotierendes Statorfeld, dem der gezahnte Permanentmagnet des Rotors folgt. Die elektrischen Impulse bestimmen somit die Geschwindigkeit des umlaufenden Magnetfeldes und der Rotor wandelt diese Impulse in eine mechanische Drehbewegung mit einem definierten Schrittwinkel um.

Auf beiden Motorseiten ist der Rotor des Motors kugelgelagert. Er besitzt keine Kommutatoren oder Schleifringe, somit ist die Lebenserwartung eines Motors abhängig von der Last, die auf die Kugellager wirkt. Unsere Motore haben, wenn Sie mit den Nennlasten (siehe Datenblatt) betrieben werden, eine L10h Lebensdauer von ca. 20.000 Betriebsstunden.

Warum gibt es Motoren mit 4 / 6 oder 8 Anschlusslitzen?

Die Anzahl der Litzen an einem Motor sagt etwas darüber aus, in welchem Betrieb bzw. mit welcher Ansteuerung sich dieser Motor betreiben lässt - Unipolar, Bipolar parallel, Bipolar seriell oder mit einer Wicklungshälfte. Die Schaltungsmöglichkeiten von Schrittmotoren mit 8 Litzen sind am vielfältigsten, da sie für alle Ansteuerungsarten geeignet sind und somit sehr flexibel für die unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt werden können. Durch die flexible Beschaltung sind die 8 Leiter Motoren häufig ab Lager verfügbar.

2 bzw. 4 Phasen Schrittmotoren mit 8 Anschlusslitzen können sowohl in Unipolar- als auch in Bipolar-Ansteuerung (parallel, seriell, eine Wicklungshälfte) betrieben werden. (Unterschied Unipolar zu Bipolar--Link Animation)

Der Schrittmotor mit 6 Anschlusslitzen kann sowohl in Unipolar als auch in Bipolar seriell oder in Bipolar mit einer Wicklungshälfte betrieben werden. Bei offenen Mittelanzapfungen sind beide Anschlüsse getrennt zu isolieren. (Link Animation)

Bei 2 Phasen Schrittmotoren mit 4 Anschlusslitzen ist nur ein bipolarer Betrieb möglich. Aufgrund der geringeren Leistungsausbeute (nur das 1/2 Kupfer der Wicklungen ist im Einsatz) bietet Nanotec keine unipolaren Leistungsendstufen an.

Was ist ein Schrittmotor?

Schrittmotoren haben sich im Bereich der Positionier- und genauen Drehzahlsteuerung fest etabliert. Die charakteristischen Eigenschaften der Schrittmotoren sind im direkten Zusammenhang elektrischer Signale und der Drehbewegung des Schrittmotors zu sehen.

Der Schrittmotor überträgt elektrische Energie in präzise mechanische Bewegungen, wobei jeder elektrische Impuls seinen spezifischen Rotationswinkel zurücklegt. Durch digitale Impulse können somit genaue Winkelwerte ohne externe Rückkoppelung (z.B. Drehgeber) mit einer einfachen Schaltung vorgegeben werden.

Schrittmotoren befinden sich bereits seit 1950 im Einsatz. Sie haben durch neue Werkstoffe und Verfahren, vor allem durch Digitaltechnik und Software, eine sehr große Verbreitung und Anwendung gefunden. Neue Ansteuerungsarten mit digitalen und sehr schnellen Signalprozessoren machen Schrittmotoren weit effizienter und geräuschärmer und eröffnen ihnen somit immer breitere Anwendungsfelder.

Beispiel Positionierung: Mit 100 Impulsen rotiert der 1,8° Schrittmotor exakt 180°

Der Schrittmotor eignet sich nicht nur ideal für Positionsanwendungen sondern auch für hochpräzise Drehzahlanwendungen, da die Rotationsgeschwindigkeit proportional zur Impulsfrequenz und nahezu unabhängig von externen Laständerungen ist.

Beispiel Drehzahlregelung: 1000 Impulse/Sekunde (1000 Hz) ergeben bei einen 1,8° Schrittmotor exakt 300 U/min (1000/(360°/1,8°)*60 s= 300 U/min).

Plug & Drive Motoren & Motorsteuerungen
Was bedeuted Closed Loop?

Das Verfahren wird auch als Sinuskommutierung über Encoder mit feldorientierter Regelung bezeichnet. Über Signale des Encoders wird die Rotorlage erfasst, und es werden in den Motorwicklungen sinusförmige Phasenströme erzeugt. Durch die Vektorregelung des Magnetfelds ist gewährleistet, dass das Statormagnetfeld immer senkrecht zum Rotormagnetfeld steht und die Feldstärke genau dem gewünschten Drehmoment entspricht. Der in den Wicklungen so gesteuerte Strom sorgt für eine gleichmäßige Motorkraft und führt zu einem besonders ruhig laufenden Motor, der sich genau regeln lässt.

Die Steuerungen der Serie SMCI sowie die Plug & Drive Motoren besitzen bereits eine integrierte Closed Loop-Funktion und können Schrittverluste am Ende der Positionsfahrt automatisch ausgleichen.
Für den Closed Loop-Betrieb muss an die SMCI-Steuerungen ein 3-Kanal-Encoder bzw. Drehgeber mit min. 500 Imp./Umdr. montiert werden. Bei den Plug & Drive Motoren ist der Encoder bereits integriert, Ausnahme: PD2-O.

Unsere Steuerungen integrieren auch einen dynamischen Closed Loop und können nicht nur während der Fahrt Schrittwinkelfehler kompensieren, sondern auch Lastwinkelfehler innerhalb eines Vollschrittes korrigieren. Die Schrittmotoren erreichen somit ein ähnlich dynamisches Verhalten (bis etwa 2000 U/min) wie hoch dynamische Servomotoren. Außerdem erreichen sie höhere Drehzahlen und sind äußerst resonanzarm. Sie arbeiten wesentlich geräuschärmer und effizienter, da sie mit weniger Strom die gleiche Leistung erbringen und deutlich kühler bleiben, was wiederum zu Energieeinsparungen führt. 

Was versteht man unter dspDrive?

Bei dspDrive handelt es sich um eine softwarebasierte Stromregelung. In der neuesten Generation der Nanotec-Hardware wird der Strom im Motor nicht mehr durch einen integrierten Baustein, sondern direkt mittels eines digitalen Signalprozessors geregelt. Gegenüber handelsüblichen ICs, die sowohl die Strommessung in der Wicklung als auch die Vorgabe des Sollstroms nur mit 6 oder 8 Bit auflösen, kann mit dem neuen dspDrive die gesamte Regelung mit einer Auflösung von 12 Bit durchgeführt werden. Die Parameter des PI-Stromreglers können sowohl an den Motor als auch an die Drehzahl angepasst werden.

Dadurch ergeben sich folgende Vorteile in der Anwendung:

  • Sehr ruhiger, resonanzarmer Lauf mit sinusförmigem Stromverlauf in den Wicklungen. Durch die hohe Auflösung der Regelung lassen sich Stufen und Rauschen vermeiden.
  • Sehr hohe Schrittwinkelgenauigkeit und Gleichlauf auch im Open-Loop-Betrieb.

Durch die direkte Ansteuerung der Halbbrücken mit dem digitalen Signalprozessor können nun neben 2-Phasen- auch 3-Phasen-Schrittmotoren und BLDC-Motoren angesteuert werden.

Wie verbinde ich meine RS485 2-Draht-Schnittstelle mit der RS485 4-Draht-Schnittstelle von Nanotec?

Sie verschalten RX+ mit TX+ und RX- mit TX-. Ihre 2-Draht-Schnittstelle muss schnell genug sein, um zwischen Senden und Empfangen umschalten zu können. Sollte dies nicht der Fall sein, muss die Baudrate der Nanotec-Schnittstelle (115.200 bps) auf z.B. 9600 bps reduziert werden (z.B. mit NanoPro).

Welche Funktion haben die rote und grüne LED (nicht bei allen Steuerungen sind beide LEDs vorhanden)?

Die grüne LED leuchtet, wenn Betriebsspannung an der Steuerung anliegt. Sollte die grüne LED nicht leuchten, ist die Steuerung defekt. Dieser Fehler wird durch Überspannung über die Kommunikation (nicht reparabel) oder falsches Anschließen der Versorgungsspannung hervorgerufen. In diesem Fall muss die Sicherung getauscht werden. Dazu bitte die Steuerung einschicken und das RMA Formular beilegen.

Im Normalbetrieb blinkt die rote LED mehrfach beim Einschalten der Betriebsspannung und geht dann aus.

Wenn die rote LED dauerhaft leuchtet, herrscht entweder Unterspannung (kurzes Aufleuchten beim Ausschalten) oder Übertemperatur. Sie erlischt, wenn die Temperatur gesunken ist und die Steuerung aus- und wieder eingeschaltet wurde.

Wenn die rote LED langsam blinkt und keine Kommunikation möglich ist, muss mit der Firmware Utility die Firmware neu aufgespielt werden.

Was ist beim Einbinden der N5 in TwinCat zu beachten:

Es gilt bei EtherCAT/TwinCat folgendes zu beachten:

  • Wenn der Wert im PDO-Mapping eingetragen ist, wird er mit dem ersten Mapping sofort überschrieben.
  • Der Wert kann zudem beim BootUp überschrieben werden; um das zu verhindern, im TwinCAT System Manager -> N5 anklicken -> Tab „Startup“ – dort werden alle Werte aufgelistet, die bei einem Statuswechsel gesendet werden (Transition „<PS>“ z.B. heißt, beim Übergang von Pre-Operational auf Safe-Operational wird dieser Wert gesetzt). Wenn man einen Wert beim Start immer geladen haben will, auf den Button „Neu …“ klicken und dann den Übergang festlegen (üblicherweise „S->O“, also von Safe-Operational auf Operational). Außerdem können Index, Subindex und ein Wert eintragen werden. Mit Prüfen und Aktivieren der Konfiguration wird TwinCAT diesen Wert immer vor dem Übergang von S->O an die Steuerung schicken.
N5-Motorcontroller: Kann ich die Datei init.on per Hand editieren und in das CONFIG-Verzeichnis auf dem Drive kopieren?

Ja, dann bitte wie folgt vorgehen:

  1. 1. Werte im NanoIP der Quell-Steuerung modifizieren, bis das gewünschte Verhalten der N5 erzielt wird.
  2. 2. Alle *.ON Dateien herunterladen.
  3. 3. NanoIP der Zielsteuerung öffnen, die Dateien in das „CONFIG“-Verzeichnis kopieren.
  4. 4. Die Zielsteuerung mit einem Power-OFF-ON neustarten (damit werden die Werte der ON-Dateien geladen).
  5. 5. Im NanoIP der Zielsteuerung den Button „Save complete configuration“ anklicken, damit werden die ON-Dateien auch in den Sicherungsbereich geschrieben, d.h. nach einem Firmwareupdate sind die Dateien wieder verfügbar. Wenn die Dateien nur kopiert werden, findet keine Sicherung statt.
Ist ein Autotuning über NanoPro notwendig, und was ist dabei zu beachten?

Das in NanoPro verfügbare Autotuning funktioniert nur bei konstanten Lasten. Es ist außerdem zu beachten, dass der Motor beim Tuning lange Wege mit hoher Geschwindigkeit zurücklegt, was nicht in jeder Maschine möglich ist -> Zerstörungsgefahr für die Anlage. In den meisten Fällen ist ein Autotuning nicht notwendig und kann durch Wählen der entsprechenden Standard-PID-Parameter umgangen werden. 

Ist eine zusätzliche Sicherung notwendig?

Die Steuerungen der Baureihe SMCI sowie die Plug & Drive Motoren der Baureihe PDx-N verfügen über eine interne Sicherung. Eine zusätzliche externe Sicherung ist daher nicht nötig, bietet aber den Vorteil, dass bei Verpolung etc. die Steuerungen nicht geöffnet werden müssen (besonders bei IP-Schutzprodukten wichtig).

Wann empfiehlt sich ein Encoder mit „Line Driver“ bzw. ein „Line Driver“-Adapter?

Die Encoder der Serie WEDL und NOE mit Line Driver geben zusätzlich zum Encodersignal ein invertiertes Signal aus, das zur besseren Störsicherheit beiträgt und besonders bei großen Leitungslängen (> 500 mm) und benachbarten Störquellen zu empfehlen ist. 

Mit einem Line-Treiber/Drehgeber-Adapter kann das Differenzsignal ausgewertet werden:
Line Driver-Adapter für SMCI33/47 (5V): ZK-SMCI-LD
Line Driver-Adapter für SMCI35/36 (5V): ZK-SMCI35-LD

Wie funktioniert die Positionierung?

Die Positionierung dient dazu, den Schrittmotor zu einer gewünschten Zielposition zu drehen. Dies geschieht entweder, indem der Schrittmotor mit der Start/Stopp-Frequenz gestartet, und wenn er in der Zielposition angekommen ist, gestoppt wird, oder bei höheren Stellgeschwindigkeiten ebenfalls mit der Start/Stopp-Frequenz-gestartet und dann über eine Frequenzrampe zur max. Frequenz beschleunigt wird. Befindet sich der Schrittmotor kurz vor dem Ziel, wird er über eine Frequenzrampe bis zur Start/Stopp-Frequenz abgebremst und an der gewünschten Position gestoppt.

Warum genau braucht man einen Ladekondensator / Zwischenkreiskondensator?

Beim Abbremsen oder Stoppen wirkt ein Schrittmotor wie ein Generator und gibt Energie an das Netzteil ab, sodass die Netzteilspannung ansteigt. Aufgrund der maximal zulässigen Spannung der verwendeten Transistoren und Bauelemente im Leistungstreiber kann die Bremsenergie bzw. der Spannungsanstieg die Bauteile im Leistungstreiber beschädigen. Ein groß dimensionierter Kondensator mit entsprechender Spannungsfestigkeit kann dagegen diese Bremsenergie für eine gewisse Zeit aufnehmen und so die Spannung begrenzen.

Neben dem Ladekondensator wird zum Teil auch eine aktive Ballastschaltung verwendet, die die überschüssige Energie in Wärme umsetzt und somit ebenso den Spannungsanstieg begrenzt.

Die aktive Ballastschaltung ist gegen schnelle Spannungsspikes wesentlich wirksamer als die Ladekondensatoren, da sie ebenso schnell reagiert und vor allem unabhängig von der gerade verfügbaren Speicherfähigkeit der Kondensatoren arbeitet. Ladekondensatoren sind aber auf alle Fälle notwendig, da sie nahezu verlustfrei die Energie auf- und abgeben können, während die aktive Ballastschaltung einen ergänzenden schnellen Überspannungsschutz darstellt.

Welches Netzteil ist erforderlich ?

Durch den verlustarmen Schaltbetrieb (Choppersteuerung bzw. PWM) zur Stromregulierung bei allen Schrittmotor-Treibern der Serie SMC xx braucht man den angegebenen Phasenstrom nicht mehr mit zwei zu multiplizieren. Stattdessen muss die Ausgangsleistung der Netzgeräte mit der mech. Leistung des Motors P = Md* n * π / 30 zuzüglich des Wirkungsgrades von Motor, Steuerung und Netzgerät berechnet werden.

Bestimmung der Netzteilgröße (in W)
Die gesamte aufzubringende Leistung des Netzteils setzt sich also zusammen aus der Bewegungsenergie (Produkt des gerade erforderlichen Drehmoment in Nm bei der gewünschten Drehzahl in U/min und dem Faktor π / 30) sowie der Verlustleistung von Motor, Leistungsendstufe und Netzgerät:
Pges = Pmech + Pv (Motor + Endstufe + Netzteil)

Beispiele aus den jeweiligen Drehmomentkennlinien

  • a) Motorgröße 42mm – ST4118M1206 (2000 U/min bei 48V 1Wdg.) = 36 W
  • b) Motorgröße 56mm – ST5918M3008 (2000 U/min bei 48V parallel) = 140 W
  • c) Motorgröße 56mm – ST5918M3008 (1000 U/min bei 48V parallel) = 90 W
  • d) Motorgröße 86mm – ST8918L6708 (1000 U/min bei 72V parallel) = 315 W

 

Die Verlustleistungen sind proportional zum Phasenstrom des Motors (I² * R) und sind in der Regel gegenüber der Bewegungsenergie mit max. 5-7% zu berücksichtigen.
Das heißt am Beispiel a) (Motorgröße 42): Bewegungsenergie * 1,07= 36 * 1,07 = 38 W.
Da nur gewisse Standardgrößen am Markt angeboten werden, wählt man hier ein Netzgerät von 50W. Hier kann evtl. noch ein weiterer Verbraucher angeschlossen werden.
Während in Beispiel b) evtl. ein 150W Netzteil ausreichend sein müsste, denn bei einer Schrittmotor-Antriebslösung sollte ohnehin eine Leistungsreserve von ca. 25% eingeplant werden. Das würde eine reelle Leistungsaufnahme von 0,67 Nm * 0,75 * 2000 * 3,14 / 30 = 105W bedeuten.
Ein Netzteil mit 150W wäre also hier zu empfehlen.
Mit einer gewissen Leistungsreserve bleibt nicht nur der Motor, sondern auch das Netzgerät eher handwarm. Sind die endgültigen Drehzahl- und Drehmomentwerte noch nicht bekannt, aber das Netzteil sollte zusammen mit dem Motor geliefert werden, genügt in erster Annäherung die einfache Richtzahl = Phasenstrom * (0,7-0,8) * Versorgungsspannung, dass heißt für einen Motor mit 1A Phasenstrom *0,7 * 24V = 16,8W, das entspricht somit einem Standard-20W-Netzteil.

Sicherung
Der Wert für die Sicherung (Ausführung träge) sollte mindestens um den Faktor 1,5 des Motor-Phasenstroms verwenden werden.

 

Art und Typ des Netzteils
Aufgrund des besseren Wirkungsgrades sowie der Baugröße und des Gewichts gegenüber Netzgeräten mit Trafo, Gleichrichter und Siebung über Kondensatoren (diese haben zudem oft das Problem einer zu hohen Leerlaufspannung) werden heute überwiegend Schaltnetzteile (Power Supply) eingesetzt.

Der Überlastschutz (Overlast Protection) von 105-150% bedeutet, dass eine Überlastspitze in diesem Bereich erkannt wird und zu einer Strombegrenzung führt. Der Kunde muss jedoch sicherstellen, dass es nicht zu einer dauerhaften Überlast kommt (eine dauerhafte Überlast von ca. 120% könnte evtl. nicht erkannt werden und würde die Lebensdauer des Netzteils stark reduzieren.

Ladekondensator
Der Ladekondensator sollte so ausgelegt werden, dass der Spannungsrippel kleiner als 2,5Vss bleibt und die Mindestkapazität sehr grob bei 2000 µF / A liegt. Die Mindestkapazität hängt aber auch von der Differenz der zulässigen Spannung des Treibers minus der Versorgungsspannung sowie der Delta-Bremszeit und der Größe der externen Schwungmasse ab. Die Kapazität sollte auf jeden Fall so groß gewählt werden, dass die rückspeisende Energie beim Verzögern, Bremsen oder plötzlichen Halten vom Kondensator aufgenommen werden kann, ohne dass sich dabei die Spannung gegenüber der zulässigen Spannung des Leistungstreibers nennenswert erhöht.

Passende Nanotec Netzteile für unsere SMCI-Steuerungen und Plug& Drive Motoren finden Sie in guter Leistungsabstufung auf unserer Website unter Zubehör.

Gibt es einen Positionsverlust beim Ausschalten der Motorsteuerung?

Soll der Rotor auch im Stillstand seine Position beibehalten, so muss der Schrittmotor angesteuert/ bestromt bleiben. Nanotec Steuerungen verfügen über einen Enable-Eingang, womit der Treiber deaktiviert und der Motor stromlos wird. Der Motor rastet dann in die nächste stabile Stator-Rotor-Position ein, das heißt er kann maximal zwei Vollschritte vor- oder zurückspringen. Beim Wiedereinschalten wird das gleiche Schrittmuster aktiviert und der Rotor wird über die Transistoren wieder in die gleiche Phasenlage gezogen. Bei ganz abgeschalteter Spannung kann der Motor beim Wiedereinschalten seine endgültige Position verlieren, da er sowohl zwei Vollschritte vorwärts oder rückwärts einrasten kann.

Da das Drehmoment und die aufgenommene Leistung des Schrittmotors im Stillstand ein Maximum erreichen, ist bei längeren Stillstandzeiten eine Stromabsenkung empfehlenswert.

Hybrid-Schrittmotoren verfügen über ein relativ hohes Rastmoment/Selbsthaltemoment, sodass der Motor auch im Stillstand eine Bremswirkung hat, wenn das Lastmoment nicht größer als das Selbsthaltemoment ist.

Ermittlung der Motorleistung (Faustformel)

Zur Schrittmotorauswahl werden die maximale Drehzahl und das maximale Drehmoment benötigt, idealerweise auch die Kennlinie, die aber nur selten verfügbar ist.

Bei Schrittmotoren wird die mechanische Leistung in W normalerweise nicht angegeben, in vielen Fällen ist es aber für eine erste Abschätzung, welche Baureihe in Frage kommt, durchaus sinnvoll.

Beispielrechnung:

Drehmoment 10 Nm bei 200 rpm
P = Md (Nm) * n (U/min) * π / 30
oder etwas gröber und sehr einfach P = Md * n * 0,1 (P [W], M [Nm], f [U/s] = 209 W (M [Nm], n [rpm])= 10 * 200 * 0,1 = 200 W (hier kommt also nur ein Motor der ST8918-Baureihe in Frage)

Mit der Näherungsformel kann man die Leistung praktisch direkt aus der Kennlinie ablesen, ohne einen großen Fehler zu machen.

Die Leistung des Schrittmotors steigt bis zur Knickdrehzahl an und bleibt dann bei höheren Drehzahlen relativ konstant, da das Moment in etwa linear mit steigender Drehzahl fällt.

Welche Mikroschritt-Einstellung ist die zweckmäßigste?

Dies hängt stark von der jeweiligen Drehzahl und vor allem auch dem geforderten Drehzahlbereich ab. Ist nur eine niedrige/hohe Drehzahl notwendig, so passt die Regel höchstmöglicher/kleinstmöglicher Mikroschritt, da bei kleinen Drehzahlen weitgehend die Resonanzen und Geräusche reduziert werden. Hier sollte jedoch im Treiber eine Stromkompensation integriert sein, um ein annähernd gleiches Drehmoment zu erreichen, während bei hohen Drehzahlen oft Halbschritt oder sogar Vollschritt ausreicht, um einmal den Strom noch in die Wicklung zu bekommen und um den externen Taktgeber nicht übermäßig auszulasten.
Bei einer Anwendung für einen größeren Drehzahlbereich ist es oft sinnvoll, wenn der Treiber wie bei den SMCI-Steuerungen eine adaptive Frequenzumschaltung ermöglicht, um für alle vorkommenden Drehzahlen ein optimales und geräuscharmes Laufverhalten zu erreichen. Sollte nur ein einfacher Treiber zur Verfügung stehen, so ist oft der Halbschritt ein guter Kompromiss, da sich die Resonanzen gegenüber dem Vollschritt bereits um ein Vielfaches reduzieren.

Sind hohe Mikroschrittauflösungen > 32/1 sinnvoll?

Die Verlockungen sind oft unwiderstehlich, einen Schrittmotor-Treiber zu kaufen, der eine möglichst hohe Mikroschritteinstellung ermöglicht, um dadurch eine hohe Auflösung und somit auch eine hohe Genauigkeit zu erreichen. Die Ernüchterung folgt, wenn man z.B. einen Treiber mit einer Auflösung von 1/128 (entspricht rechn. bei einem 1,8° Schrittmotor = 0,0140625° / Schritt = 25600 Schritte/U) bestellt und dann im Test hinsichtlich Genauigkeit einen starken Rückschlag erleidet.
Maßgeblich ist die Drehmomentreserve im Mikroschritt zum aktuellen Lastwinkel oder zur aktuellen Position (je kleiner die Drehmomentreserve desto größer die Abweichung im Mikroschritt). Ohne Mikroschritt-Stromkompensation reduziert sich das Haltemoment bzw. die Drehmomentreserve gegenüber dem Vollschritt 1/1=100%, dem Halbschritt ½=70,7% und dem Viertelschritt ¼=38%, 1/8=19,5%, 1/16=10%, 1/32=5%, 1/64=2,5%, 1/128=1,25%.

Das heißt, bei einem Mikroschritt von 1/64 bzw. 1/128 ändert sich der Strom nur um 2,5% bzw. 1,25% vom Nennstrom. Diese kleine Stromänderung bewirkt ohne Stromkompensation kaum eine Winkelveränderung an der Motorwelle, da schon die Polfühligkeit (statisches Haltemoment) größer ist als die vom Differenzstrom herbeigeführte Magnetflussänderung bzw. dem Kraftfeld im Statorfeld.
Beim Drehrichtungswechsel bzw. Reversieren wird der Fehler noch größer, da hier zunächst viele Mikroschritte benötigt werden, bevor die Motorwelle sich überhaupt zurückzudrehen beginnt, um anschließend einen großen Sprung zu machen, wenn die Mikroschritte sich auf ca. 1/8- oder ¼-Schritt-Werte bewegen.

Ohne Stromkompensation ist also der Mikroschrittbetrieb noch einigermaßen mit guter Genauigkeit bis zum ½- und evtl. ¼-Schrittbetrieb reproduzierbar, darüber hinaus dient er eigentlich nur zur Reduzierung der Resonanzen und Laufgeräusche sowie für ein besseres Laufverhalten bei kleinen Drehzahlen. Wobei über den 1/16 und 1/32 Schrittmode auch hier keine signifikanten Vorteile mehr erkennbar sind.

Als erstes sollte man bei einem günstigen Anbieter von Mikroschritt-Treibern mit einem hohen Auflösungsvermögen hinterfragen, ob diese Steuerung eine integrierte Stromkompensierung beinhaltet. So lassen sich Geld- und vor allem Zeitaufwand vermeiden.
Neben der Stromkompensation bilden die Schrittmotoren selbst keine wahre Sinuskurve über 360° ab. Die verzerrten Sinuskurven der Motoren, die weder eine wahre oder echte Sinusform haben, noch exakt um 90° zueinander Phasen verschoben sind, beeinträchtigen ebenso die Genauigkeit des Schrittwinkels; dies vor allem in den Mikroschritten. Nanotec hat die Stromkurven seiner neuen Treiber den etwas verzerrten Sinuskurven seiner Motoren angepasst. Dadurch können reduzierte Schrittwinkelfehler von < 3% erreicht werden. Bei den Plug & Drive Motoren können sogar die Schrittwinkelfehler nochmals verbessert werden. Auch die im Mikroschritt, da die Stromkurve der Sinuskurve des Motors angepasst wird, da sie ja eine Einheit bilden.

Welche Vorteile hat die Stromabsenkung (spez. bei Motorstillstand)

Da das Haltemoment höher ist als das Drehmoment kann man bereits mit niedrigerem Strom ein gleich großes Haltemoment erreichen.

Im Stillstand ist bei manchen Anwendungen zudem oft nur ein Bruchteil des Drehmoments erforderlich, sodass ein vermindertes Haltemoment völlig ausreichend ist. Da die Verlustleistung quadratisch zum Strom ist, reduziert sich diese bei einer Stromabsenkung von 25% bereits auf ca. 50%.
Beispiel am Motor ST4118M1404: Verlustleistung Pv = I2 * R = 1.42 * 1.2 = 2.35 W, bei einer Stromabsenkung von 25% Pv = I2 * R = 1.052 * 1.2= 1.32 W = 56%

Diese Reduzierung bringt nicht nur Vorteile im Energiehaushalt, sondern verringert auch die mittlere Temperatur des Treibers sowie des Motors. Durch die Temperaturverringerung kann letztlich eine noch höhere Lebenserwartung der Komponenten erzielt werden.

Alle Nanotec-Treiber haben eine automatische bzw einstellbare Stromabsenkung integriert und reduzieren somit erheblich die Verlustleistung bei Motorstillstand.

Haben die Nanotec Steuerungen einen Eingang für das Encodersignal?

Diese Funktion wird standardmäßig von den meisten unserer Steuerungen sowie von den PD-I Motoren der Plug&Drive-Serie unterstützt. Werden andere Steuerungen eingesetzt, so ist dies nur möglich, wenn eine übergeordnete SPS die Auswertung des 5 V TTL Pegels des Encoders übernimmt und entsprechend den Takt des Clock-Eingangs nachregelt.

Welche Start/Stopp Frequenz ist möglich bzw. sinnvoll?

Die max. mögliche Start/Stopp Frequenz hängt einmal von der Reibbelastung bzw. dem Reibmoment, aber vor allem von den externen trägen Massen ab und ist bei Leerlauf des Motors in der Drehmomentkennlinie mit fs angegeben.
Legt man eine Gerade zwischen fs und max. Drehmoment, so kann man ganz grob im ersten Ansatz die mögliche Start/Stopp Drehzahl am Schnittpunkt von Drehmoment und Geraden finden, wobei das Beschleunigungsmoment Ma = J * a zum Reibmoment addiert werden muss.
Die Aufnahme der wirklichen Start/Stopp Kennlinie kann nur durch aufwendige Messergebnisse mit unterschiedlichen externen trägen Massen aufgenommen werden, die dann als Kennlinienschar in die Drehmomentkennlinie als Parameter eintragen werden. Da auf der anderen Seite die exakten Schwungmomente am Projektbeginn oft noch nicht vorliegen, können wir in unserem Labor mit unterschiedlichen trägen Massen die möglichen Startfrequenzen experimentell ermitteln.

Software & Programmierung
Welche Betriebssysteme werden von NanoPro unterstützt?

NanoPro funktioniert unter folgenden Betriebssystemen:
Win 2000, Win XP 32bit/64bit, Win Vista 32bit/64bit, Win7 32bit/64bit. Win8 und Mac werden nicht unterstützt.

Wird das alte Programm automatisch gelöscht, wenn ein neues Programm übertragen wird?

Ja, denn es läuft nur ein Programm auf der Steuerung.

Ist es möglich auszulesen, welches Java-Programm auf die Steuerung übertragen wurde?

Nein, das ist nicht möglich. Man kann das geladene Programm nur starten/stoppen und mögliche Fehlermeldungen lesen. 

Was ist beim Schreiben/Kompilieren eines Programms mit NanoJ Easy V1 zu beachten?
  • Die „overall size“, die der Compiler beim Kompilieren angibt, sollte unter 4096 Bytes liegen, inkl. Variable.
  • Je länger ein Variablenname, desto mehr Programmplatz wird benötigt. (static int i benötigt 34 Bytes, static int i_lang dagegen 39 Bytes). 
  • Je nach Datentyp wird unterschiedlich viel Speicherplatz benötigt (je eine Variable mit 1 Buchstabe als Name):
    int          34 Bytes
    char      40 Bytes
    byte      40 Bytes
    float      48 Bytes
    double  55 Bytes
  • Der Stack ist auf 50 Einträge begrenzt, was besonders bei rekursiv arbeitenden Programmen zu beachten ist.
  • Die „konstanten Variablen“ müssen als „static final“ deklariert werden, um Platz zu sparen, „static“ alleine reicht nicht aus.
  • „Public“ Variablen sind nicht möglich, es können lediglich „static“ Variablen verwendet werden. Das gleiche gilt für Klassen, die ebenfalls als „static“ definiert sein müssen.
  • Die Switch-Case-Struktur wird nicht unterstützt.
Linearaktuatoren
Warum verwenden wir Peek als Werkstoff?

In allen hybriden Linearaktuatoren von Nanotec kommen Gewindebuchsen aus dem Hochleistungskunststoff Polyetheretherketon (Peek) zum Einsatz, der auch bei hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen sehr verschleißfest ist. Die thermoplastischen Muttern von Nanotec bieten dadurch im Vergleich zu herkömmlichen Gewindebuchsen aus Bronze wesentlich bessere Gleiteigenschaften, da weniger Reibung entsteht, und sie sind nahezu doppelt so effizient. Die Lebensdauer des Motors ist höher und durch die selbstschmierende Mutter der Wartungsaufwand geringer.

Welche spezifischen Besonderheiten haben die Nanotec Linearaktuatoren?

Die erreichbaren Auflösungen, Vorschub-Geschwindigkeiten und Kräfte errechnen sich auf Basis der Spindelsteigung (p in mm), Drehmoment-Kennlinie (Md in Ncm) und Wirkungsgrad wie folgt:

  • Auflösung in mm/Schritt = / (360° / Schrittwinkel) z.B. 1 mm / (360°/0,9°) = 0,0025 mm/Schritt
  • Vorschubgeschwindigkeit = f • Auflösung z.B. 2000 1/s • 0,0025 mm = 5 mm/sec
  • Schubkraft in N = MdMot • 2π • Wirkungsgrad / p z.B. L5609X ca. 15 Ncm bei 2 kHz = 15 • 6,28 • 0,1/0,1 cm = 94 N (Spitzenmoment)
  • Wirkungsgrad = Der Wirkungsgrad beträgt nach DIN 267 - Blatt 1; von Feingewinde ca. 0,1 ; von Trapezspindel ca. 0,4 ; von Kugelrollspindel ca. 0,9. Ferner müssen die Haft- und Rollreibung (0,9 zu 0,7), die Oberflächenbeschaffenheit (Rauhtiefe/Härte der Spindel und Mutter), die Materialpaarung (Stahl/Stahl), (Stahl/Cu-Bronze), (Stahl/Kunststoff POM), der Verschmutzungsgrad und die konzentrische Spindelführung bei der Berechnung der Lebensdauer-Abschätzung berücksichtigt werden. Die Betriebsfestigkeit und mögliche Lebensdauer sind unbedingt durch einen reelen Versuch zu ermitteln. (Empirisch ergibt sich für das Gesamtsystem ein Wirkungsgrad von ca. 0,3 bei Trapezspindel, ca. 0,7 bei Kugelumlaufspindel)
Bremsen
Was ist beim Einsatz von Bremsen an Schrittmotoren zu beachten?

1. Höhere Betriebssicherheit bei vertikalen Achsen

Um bei Stromausfall oder Not-Halt eine unkontrollierte, schwerkraftbedingte Abwärtsbewegung zu vermeiden, werden die Nanotec Bremsen überwiegend in Z-Achsen für Personen- und zum Objektschutz eingesetzt

2. Sicherheitsbremse bzw. Haltebremsen

Alle Nanotec Bremsen sind Haltebremsen bzw. Sicherheitsbremsen mit zwei Reibflächen (Ruhestrombetätigte Bremsen) und es muss zum Lüften oder Öffnen der Bremse eine Spannung von 24V DC angelegt werden. Sie werden in aller Regel an der B-Lagerseite von Elektromotoren angebaut Das Abbremsen der Bewegung übernimmt dabei der geregelte Antrieb, dessen Drehzahl zuerst bis auf Null verzögert wird (Bewegungsstillstand), bevor die Sicherheitsbremse schließt. BKE Bremsen sind elektromagnetische lüftende Bremsen für Trockenlauf, deren Kraftfluss von Dauermagneten erzeugt wird.

BW und BL Bremsen sind dagegen durch Federkraft lüftende Bremsen, deren Kraft durch eine Druckfeder erzeugt wird. Unbestromt drücken Federn gegen die Ankerscheibe der Bremse. Die Reibbeläge des Rotors, der über eine Verzahnung mit der Motorwelle verbunden ist, werden zwischen dieser Ankerscheibe und der Anbaufläche (Motorrückseite) der Bremse eingespannt. Wird die Spule der Bremse bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, das die Ankerscheibe anzieht und so den Rotor mit den Reibbelägen freigibt. Die Bremse ist gelüftet. Die angegebenen Drehmomente gelten für Trockenlauf bei absolut fettfreien Reibflächen. Bei fettigen Reibflächen fällt das Moment ab.

3. Not Stopp Bremse

Um eine Anlage sicher zum Stillstand zu bringen, müssen entsprechende Maßnahmen im Sinne des Havariemanagment oder im Rahmen der Maschinensicherheit in einer Gefahren Analyse untersucht und überprüft werden. Die Nanotec Bremsen erfüllen die im Datenblatt angegeben statischen Haltemomente und können nicht zusätzlich die oft erheblichen dynamischen Beanspruchungen eines sicheres Abbremsen einer Last übernehmen. Liegt die dynamische Beanspruchung im Rahmen der statischen Beanspruchung der Bremse (Reibarbeit, Drehzahl, kJ, Einschaltdauer usw.), so kann die Bremse bis ca. 10 mal als Not Stopp Bremse funktionieren und muss anschließend überprüft und in der Regel ausgetauscht werden. Gerade in Regionen mit einem nicht stabilen Netz kommt es öfters zu Stör- und Notausfällen (führt zu unkontrollierten Bewegungen) und gerade hier sollte die Maschinensicherheit nicht unterschätzt werden

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