Schrittmotoren ermöglichen eine präzise Steuerung von Positionierung und Geschwindigkeit und sind ein wichtiger Bestandteil vieler industrieller Anwendungen. Drei gängige Schrittmotortypen – Getriebe-, Hybrid- und Permanentmagnetmotoren (PM) – verfügen jeweils über unterschiedliche Eigenschaften, die sie für unterschiedliche Anwendungen geeignet machen.

Dieser Artikel untersucht die Stärken und Schwächen dieser drei Motortypen und hilft Ihnen dabei, den für Ihre spezifischen industriellen Anforderungen am besten geeigneten Motortyp zu finden.

Übersicht über Schrittmotoren

Bevor man sich mit den Einzelheiten der einzelnen Typen befasst, ist es wichtig, die grundlegende Funktionsweise eines Schrittmotors zu verstehen. Schrittmotoren wandeln elektrische Impulse in mechanische Bewegungen um.

Schrittmotoren bieten höchste Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit, da sie sich in exakten Schritten bewegen – im Gegensatz zu herkömmlichen Motoren, die sich kontinuierlich drehen. Dadurch eignen sie sich ideal für Anwendungen wie die industrielle Automatisierung, Robotik und CNC-Maschinen, die eine präzise Bewegungssteuerung erfordern.

Getriebe-Schrittmotoren

 

Getriebe-Schrittmotoren sind im Wesentlichen Schrittmotoren mit einem zusätzlichen Getriebe, das die Drehzahl des Motors senkt und gleichzeitig das Drehmoment erhöht.

Wenn ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen benötigt wird, sind diese Motoren ideal. Durch die Kombination eines Schrittmotors mit einem Getriebe lässt sich das Ausgangsdrehmoment deutlich steigern, ohne dass ein größerer Motor erforderlich ist.

Hauptvorteile:

• Hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen: Dank der Untersetzung, die das Drehmoment erhöht, eignen sie sich für Hochleistungsanwendungen.
• Präzise Steuerung: Die inhärente Fähigkeit des Schrittmotors zur Positionssteuerung bleibt erhalten, und der Getriebemechanismus ermöglicht eine noch präzisere Steuerung der Bewegung.
• Kompaktes Design: Schrittmotoren mit Getriebe vereinen die Kompaktheit von Schrittmotoren mit dem zusätzlichen Vorteil höherer Leistung und eignen sich daher ideal für Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen.

Hauptnachteile:

• Erhöhte Komplexität: Die mechanische Komplexität eines Getriebesystems kann zu erhöhtem Wartungsbedarf führen.
• Verringerte Effizienz: Die mechanischen Getriebe verursachen zusätzliche Reibung, die die Gesamteffizienz verringern und den Verschleiß mit der Zeit erhöhen kann.
• Höherer Geräuschpegel: Die Getriebe können Geräusche erzeugen, die in bestimmten Anwendungen unerwünscht sein können.

Getriebe-Schrittmotoren werden häufig in der Robotik, in Förderanlagen und anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen ein hohes Drehmoment erforderlich ist, der Platz jedoch begrenzt ist.

Hybrid-Schrittmotoren

Hybrid-Schrittmotoren vereinen die besten Eigenschaften von Schrittmotoren mit variablem Widerstand und Permanentmagneten. Sie bieten im Vergleich zu herkömmlichen Schrittmotoren eine effizientere Lösung, da sie sowohl ein hohes Drehmoment als auch eine präzise Steuerung bieten. Das Hybrid-Design ermöglicht eine bessere Leistung, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten.

Hauptvorteile:

• Höhere Effizienz: Das Hybriddesign bietet eine höhere Effizienz als herkömmliche PM- oder VR-Schrittmotoren.
• Präzision und Drehmoment: Hybrid-Schrittmotoren bieten hervorragende Präzision und behalten auch bei höheren Drehzahlen ein gutes Drehmoment.
• Kostengünstig: Sie sind für eine Vielzahl von Anwendungen beliebt, da sie ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bieten.

Hauptnachteile:

• Komplexes Design: Hybridmotoren sind komplexer als einfache PM- oder VR-Motoren, was zu höheren Kosten und einem höheren Wartungsaufwand führen kann.
• Höhere Wärmeentwicklung: Diese Motoren neigen dazu, mehr Wärme zu erzeugen als andere Schrittmotortypen und erfordern daher effektive Kühllösungen.

Für präzise Geräte, die sowohl ein hohes Drehmoment als auch eine hohe Drehzahl erfordern, wie CNC-Maschinen und 3D-Drucker, werden häufig Hybrid-Schrittmotoren eingesetzt.

Permanentmagnet-Schrittmotoren (PM)

Permanentmagnet-Schrittmotoren verwenden einen Permanentmagneten im Rotor, der mit dem Magnetfeld des Stators interagiert und so Bewegung erzeugt. Im Vergleich zu Getriebe-Schrittmotoren und Hybrid-Schrittmotoren sind diese Motoren in der Regel einfacher zu bauen, was ihre Kosten in vielen Anwendungen senkt.

Hauptvorteile:

• Kostengünstig: Dank ihres einfachen Designs sind PM-Schrittmotoren günstiger als andere Typen.
• Kompakt und leicht: Da diese Motoren in der Regel leichter und kleiner sind, eignen sie sich für tragbare Anwendungen.
• Geringere Leistungsaufnahme: PM-Schrittmotoren sind energieeffizienter als manche Hybridausführungen, insbesondere bei Anwendungen mit geringerem Drehmoment.

Hauptnachteile:

• Reduziertes Drehmoment bei hohen Geschwindigkeiten: Der Einsatz von PM-Schrittmotoren in Hochgeschwindigkeitsanwendungen wird durch ihre Neigung zu Leistungseinbußen bei höheren Geschwindigkeiten eingeschränkt.
• Geringere Präzision: Während sie bei niedrigeren Geschwindigkeiten eine gute Präzision bieten, fehlt ihnen bei höheren Geschwindigkeiten die Genauigkeit und das Drehmoment von Hybrid- oder Getriebe-Schrittmotoren.

PM-Schrittmotoren werden häufig in kleinen Anwendungen wie Druckern, Automatisierungssystemen mit geringem Stromverbrauch und kleinen Maschinen eingesetzt.

Vergleichstabelle: Getriebe-, Hybrid- und PM-Schrittmotoren

Merkmal	Getriebe-Schrittmotoren	Hybrid-Schrittmotoren	Schrittmotoren mit Permanentmagnet
Drehmoment	Hoch bei niedrigen Geschwindigkeiten	Mittel bis hoch über einen Geschwindigkeitsbereich	Niedrig bei hohen Geschwindigkeiten
Geschwindigkeit	Niedrige Geschwindigkeit, hohes Drehmoment	Hohe Geschwindigkeit und ausgewogenes Drehmoment	Niedrige bis mittlere Geschwindigkeit, begrenzt bei hohen U/min
Präzision	Hohe Präzision, ausgezeichnet für niedrige Drehzahlregelung	Hervorragende Präzision und Drehmoment über alle Geschwindigkeiten	Gute Präzision bei niedrigen Geschwindigkeiten
Effizienz	Geringer aufgrund der Zahnräder	Höher als bei PM-Motoren	Gute Effizienz bei niedrigen Geschwindigkeiten
Kosten	Höher wegen mechanischer Komplexität	Mittlerer Preis, kosteneffektiv für viele Aufgaben	Am kostengünstigsten
Wartung	Höher aufgrund der Zahnräder	Mittel, aber höher als bei PM-Motoren	Gering, einfaches Design
Anwendung	Robotik, Förderbänder, schwere Aufgaben	CNC-Maschinen, 3D-Drucker, präzise Steuerung	Drucker, Kleinserien-Automatisierung

 

Auswahl des richtigen Schrittmotors

Die Wahl eines Getriebe-, Hybrid- oder PM-Schrittmotors richtet sich nach den spezifischen Anforderungen Ihrer industriellen Anwendung.

• Getriebe-Schrittmotoren: Optimal geeignet für Anwendungen, die ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen erfordern, wie z. B. in der Robotik und Fördertechnik. Diese Motoren überzeugen in Umgebungen mit begrenztem Platzangebot und begrenzter Leistung.
• Hybrid-Schrittmotoren: Optimal für Anwendungen, die sowohl hohe Drehzahlen als auch hohe Drehmomente erfordern, wie z. B. CNC-Maschinen und 3D-Drucker. Sie bieten eine kostengünstige und leistungsoptimierte Lösung.
• Permanentmagnet-Schrittmotoren: Perfekt für kostengünstige, kleine Anwendungen, bei denen hohe Präzision und Energieeffizienz entscheidend sind, wie z. B. Drucker oder kleine Maschinen.

Fazit

Getriebe-Schrittmotoren eignen sich hervorragend für Anwendungen mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl, während Hybrid-Schrittmotoren ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Präzision und Geschwindigkeit bieten. Permanentmagnet-Schrittmotoren eignen sich ideal für kostensensible Anwendungen, bei denen Einfachheit und Effizienz im Vordergrund stehen.

Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines Schrittmotors für Ihre industriellen Anforderungen die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung – Drehmoment, Drehzahl, Präzision oder Kosten – und wählen Sie den Motortyp, der diesen Anforderungen am besten entspricht.