Antriebstechnik Mit Schrittmotoren vibrationsarm und genau positionieren

Schrittmotoren gelten als wirtschaftliche Lösung für Positionieraufgaben. Hinsichtlich ihrer Komplexität und der Integration von Rückmeldungsfunktionen sind sie zunehmend konkurrenzfähig zu anderen Antriebskonzepten. Anhand eines Beispiels zeigt Oriental Motor die Möglichkeiten seiner 2-Phasen-Schrittmotorantriebe auf.

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Für den Betrieb mit kundenseitigen Endstufen oder als komplette Schrittmotorantriebe mit Treibern stellt Oriental Motor 2- und 5-Phasen-Schrittmotoren zur Verfügung. Den aktuellen Stand der Schrittmotortechnik stellt hier die Schrittmotor-Treiber-Kombination der AR-Serie dar. Schrittverluste werden durch die Funktion closed-loop-control vermieden, bei der ein Sensor zur Erkennung der Rotorposition im Bedarfsfall automatisch den geschlossenen Regelkreis aktiviert. Dies hat sich bereits im Vorgänger-Modell Alpha Step bewährt.

Dank dieser Funktion ist die Zuverlässigkeit auch bei abrupten Lastwechseln und Beschleunigung mit der von Servoantrieben vergleichbar; der Vorteil des Schrittmotors, das sofortige Stillstehen ohne Oszillieren, bleibt erhalten.

Anwendungsbeispiel: 2-Phasen-Schrittmotorantrieb positioniert Buchwippe

Buchscanner werden für die Erhaltung historischer Dokumente eingesetzt, die auf digitalen Speichermedien einer breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden können. Der Hersteller Microbox GmbH nutzt die 2-Phasen-Schrittmotorantriebe der Serie RBK für die Heranführung der zweigeteilten Buchauflagefläche an die Optik. Dabei gleicht diese so genannte Buchwippe Höhen- und Gewichtsunterschiede von Büchern bis zu 20 cm Rückendicke und maximal 20 kg Gewicht aus.

Die Bewegungen der Wippe werden mit der neuen Serie von 2-Phasen-Schrittmotorantrieben RBK von Oriental Motor ausgeführt. An der gewünschten Position muss die Wippe exakt stoppen und stehen bleiben. Diese Positioniergenauigkeit von ± 0,05° wird durch den Mikroschrittbetrieb gewährleistet. Der Mikroschritttreiber unterteilt den Vollschritt in bis zu 128 Mikroschritte und ermöglicht so ein vibrationsarmes Positionieren, das auch bei niedrigen Drehzahlen gut funktioniert und sich durch besonders geringe Betriebsgeräusche auszeichnet.

Smooth-Drive-Funktion verringert Betriebsgeräusch

Störende Geräusche entstehen zusätzlich, wenn sich Vibrationen des Motors auf das Gerätegehäuse übertragen, was auch die Präzision verringert. Durch den Mikroschritttreiber von Oriental Motor mit der proprietären Smooth-Drive-Funktion werden Geräusche, besonders im niedrigen Drehzahlbereich, deutlich verringert.

In der ersten Scanner-Generation 2005 wurde zunächst die Motor-Treiber-Kombination CSK eingesetzt, dann aber auf den Mikroschrittantrieb umgestellt. Heute sind die Scanner mit RBK299-Antrieben ausgestattet. Der Mikroschritttreiber RBD verfährt genau dieselbe Distanz mit derselben Geschwindigkeit wie im Vollschrittmodus, ohne dass der Anwender Änderungen an den Puls-Eingangsfrequenz-Einstellungen vornehmen muss. Die Aufteilung in Mikroschritte erfolgt automatisch.

Gleichzeitig korrigiert der Treiber die Form des Motorstroms, vor allem in der dritten harmonischen Oberwelle. Je gleichmäßiger die Sinuskurve, desto geringer sind auch die Vibrationen und desto höher in der Folge die Schrittwinkelgenauigkeit. Im Gegensatz zu herkömmlichen Mikroschritttreibern, die durch ihre Funktionsweise große Bauteile erfordern, arbeiten die neuen Treiber mit verkleinerten und insgesamt weniger Komponenten mit neuen Schaltkreisen und Filtern, wodurch die Vorteile des Mikroschrittes auch in begrenztem Bauraum zur Verfügung stehen.

Die RBK299-Antriebe bestehen aus Motoren mit 85 mm Flanschmaß und dem RBD-Treiber. Sie liefern hohe Haltemomente von 4,4 Nm und können so die Buchwippe zuverlässig auf der gewünschten Position halten, damit der Scan einwandfrei wird.

Weiterer Schrittmotor bewegt Kamera im Scanner

Ein weiterer Antrieb von Oriental Motor, der 2-Phasen-Schrittmotor PK223, bewegt die oben im Scanner angebrachte Kamera. Die PK-Serie eignet sich überall dort, wo kundenseitig eigene Endstufen vorhanden sind und ein zuverlässiger, unkomplizierter Motor benötigt wird. Drei neue Varianten erschließen zusätzliche Einsatzgebiete. So erreicht eine Kabelanbindung statt der üblichen Litze die Schutzart IP 54.

Falls erforderlich, gibt es die PK-Serie darüber hinaus auch dicht in IP 65. Eine Ausstattung mit Encoder ist ebenfalls standardmäßig möglich. Dies erspart dem Anwender die Abstimmung auf eigene Lösungen. Spielfreiheit und Genauigkeit zeichnen die PK-Motoren mit Kegelradgetriebe aus.

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