Schrittmotoren, Servomotoren

Ein Schrittmotor ist ein bürstenloser Gleichstrom-Motor, der eine volle Umdrehung in eine Anzahl von gleichen Schritten unterteilt. Die Position der Ankerwelle des Motors lässt sich dabei so steuern, dass sie sich bis zum gewünschten Schritt bewegt und dort verharrt, ohne dass ein Positionssensor für die Rückmeldung benötigt wird. Der Schrittmotor übernimmt also völlig autark einen ganz speziellen Dienst. Deshalb wird für Schrittmotoren vielfach auch der Begriff Servomotoren oder kurz Servos verwendet, in der Robotik oder beim Flugzeugmodellbau zum Beispiel.

Gesteuert wird ein Schrittmotor durch elektrische Impulse, bereitgestellt durch Motor-Treiber oder Mikrocontroller mit spezieller Software und Peripherie. Jeder Impuls rotiert die Welle um einen festen Winkel. Dazu besitzen Servomotoren mehrere gezahnte Elektromagnete, die als Stator um einen zentralen Rotor – ein zahnradförmiges Eisenstück – angeordnet sind.

Um die Welle des Motors zum Drehen zu bringen, wird zunächst einer der Elektromagneten mit Strom versorgt. Er zieht die Zähne des Zahnrads magnetisch an. Wenn sich die Zähne auf diesen Elektromagneten ausrichten, sind sie zum nächsten Elektromagneten leicht versetzt.

Das heißt:  Wird der nächste Elektromagnet eingeschaltet und der erste ausgeschaltet, dreht sich das Zahnrad leicht, um sich am nächsten Elektromagneten auszurichten. Von da an wiederholt sich der Vorgang. Jede dieser teilweisen Umdrehungen wird als Schritt bezeichnet, wobei eine maximale Anzahl von Schritten – beispielsweise 200 – eine volle Umdrehung ergibt. Auf diese Weise kann die Welle des Motors um einen exakten Winkel gedreht werden.

Die kreisförmige Anordnung der Motor-Elektromagnete ist in Gruppen unterteilt, jede Gruppe mit gleich vielen Magneten wird als Phase bezeichnet. Die Elektromagnete jeder Gruppe sind mit den Magneten der anderen Gruppen verschachtelt und bilden ein einheitliches Anordnungsmuster. Elektromagnete innerhalb der gleichen Gruppe werden alle gemeinsam erregt. Aus diesem Grund haben Schrittmotoren mit mehr Phasen typischerweise mehr Leitungen zur Steuerung des Motors.

Computergesteuerte Servomotoren sind eine Art von Motion-Control-Positioniersystemen. Sie werden typischerweise digital als Teil eines Open-Loop-Systems für den Einsatz in Halte- oder Positionieranwendungen gesteuert.

Im Bereich Laser und Optik finden sich Servomotoren häufig in Präzisionspositioniergeräten wie Linearaktuatoren, Lineartischen, Drehtischen, Goniometern und Spiegelhalterungen. Weitere Einsatzgebiete von Servomotoren sind Verpackungsmaschinen und die Positionierung von Ventilvorsteuerstufen für Fluidsteuerungen.

Zu den kommerziellen Anwendungen von Servomotoren zählen Festplattenlaufwerke, Flachbettscanner, Computerdrucker, 3D-Drucker, Plotter, Spielautomaten, Bildscanner, CD/DVD-Laufwerke, intelligente Beleuchtungssysteme, Kameraobjektive und CNC-Maschinen.