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Resonanzen

Der Schrittmotor ist ein schwingfähiges System. Bedingt durch seine Bauweise hat er im unteren Drehzahlbereich auch ausgeprägte Resonanzen. Steuert man den Motor so an, dass er einen einzelnen Vollschritt ausführt, so kann man beobachten, dass er in der Endposition ausschwingt. Das Ausschwingen ist abhängig vom eingestellten Strom, anders gesagt, die Federkonstante des Motors ist proportional zum Erregerstrom. Die Ausschwingfrequenz ist die Eigenfrequenz des Motors. Wenn man den Motor mit dieser Eigenfrequenz ansteuert, ist es sehr wahrscheinlich, dass er keine gesteuerte Bewegung ausführt, sondern nur unkontrolliert vibriert.

Diese Schwingneigung ist auch von der Höhe der Stromänderung abhängig, mit der der Motor angesteuert wird. Beim Vollschritt ist die Stromänderung am größten, also sind auch die Resonanzen im Vollschrittbetrieb in niederen Drehzahlbereichen am ausgeprägtesten.

Resonanzen können im schlimmsten Fall dazu führen, dass der Motor ausser Tritt fällt.

Gegenmaßnahmen:

Um die Auswirkungen der Resonanzstellen im Frequenzband des Motors gering zu halten, können folgende Maßnahmen getroffen werden:

1) Schrittmotor nicht im Vollschritt betreiben

Im Vollschrittbetrieb ist die Änderung der Stromvorgaben am ausgeprägtesten. Das Weiterschalten von Schritt zu Schritt wirkt als relativ "harte Anregung" des Schwingungssystems. Daher empfiehlt es sich, den Schrittmotor nicht im Vollschritt, sondern im Halbschritt-, oder noch besser im Mikroschrittbetrieb (1/4, 1/8,...1/512) zu betreiben. Je höher die Schrittauflösung, desto ruhiger der Lauf, und desto geringer oder "weicher" die Anregung des Schrittmotors.

2) Schrittmotor mit geringst möglichem Strom ansteuern

Da die Intensität der Schwingung von der Intensität des anregenden Impulses abhängt, empfiehlt es sich, den Motor mit der geringsten noch sicher möglichen Bestromung anzusteuern.

3) Schrittmotor schnell über Resonanzbereiche beschleunigen

Den Schrittmotor möglichst immer außerhalb der Resonanzbereiche betreiben. Wird schnell über den Resonanzbereich beschleunigt, so bleiben die Auswirkungen der Resonanz in der Regel verschwindend gering

4) Schrittmotorsystem dämpfen

Durch das Anbringen externer Lasten und Massenträgheitsmomenten wird das Schrittmotorsystem bereits gedämpft. Obendrein verschiebt sich die Resonanzfrequenz. Auch über die Aufhängung und Befestigung der Schrittmotoren lässt sich das Resonanzverhalten stark beeinflussen. Wenn auch elektronische Dämpfungsmaßnahmen, wie z. B. die Erhöhung der Schrittauflösung nicht ausreichend sind (z. B. in optischen Systemen), so besteht zusätzlich die Möglichkeit, einen externen Dämpfer auf der Motorwelle anzubringen.

5) Ansteuerung variieren

Wie stark ein Schrittmotor zu Schwingungen angeregt wird, hängt auch vom ansteuernden Treiber ab. Ein gechopperter Treiber regt in der Regel stärker zum Resonieren an, wie z. B. ein linearer Treiber. Die Ausprägung der ansteuernden Stromform beeinflusst das Schwingverhalten der Motors.

 

 

 

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