Was ist der Unterschied zwischen Gleichstrommotor und Schrittmotor? CNC-Technik
Hallo, ich habe folgende frage : Wo liegt der unterschied zwischen dem Gleichstrommotor und dem Schrittmotor, und warum bezeichnet man den Gleichstrommotor als geschlossenes Wirksystem und den Schrittmotor als offenes Wirksystem ?
Ich hoffe ihr könnt mir helfen
2 Antworten
Durch das drehen an den Spindeln wird das Werkzeug über das Werkstück bewegt.
Die Kunst bei CAM Maschinen ist, dass die Spindeln genau kontrolliert werden und zwar wann welche Spindel wie schnell und wie weit gedreht werden muß um das Werkzeug genau da schneiden zu lassen wo es soll.
Bei einem Schrittmotor befindet sich ein Magnet an der Achse der sich in einem Satz Elektromagneten drehen kann. Ist ein Elektromagnet eingeschaltet, richtet sich der Magnet genau in der Achse des Elektromagnetischen Feldes aus. In dem da ganz viele Elektromagnete drin sind, kann man durch Umschalten der Wicklungen dafür sorgen, dass der Motor immer genau einen Schritt, einen Bestimmten ruchteil einer Umdrehung dreht. Typische Werte bei CAM Maschinen sind 2° oder weniger pro Schritt.
Legt man an einen Schrittmotor mit 2° Schrittweite 180 Rechtsschritte an, weiß man, dass sich der Motor ganz genau ein mal rechts herum gedreht hat. Und die GEschwindigkeit mit der der sich dreht hängt davon ab wie schnell man die Schritte durch umschalten der Wicklungen auslöst.
Die CAM Maschine erzeugt also Schrittimpulse und geht davon aus, dass die Maschine genau diesen Schritten folgt. Über Zähler die die Schritte mitzählen weiß die Maschine also jederzeit auf welchen Koordinaten sich das Werkzeug befindet. Das nennt man "offenes Wirksystem" da die Maschine einfach Stur davon ausgeht, dass die Maschine genau das gemacht hat was sie soll und sie kontrolliert es nicht nach.
Man kann die Spindeln aber auch mit Gleichstrommotoren drehen. Bei denen kann man Drehzahl und Drehrichtung vorgeben. Allerdings kann man nur schätzen wo sich das Werkzeug befindet wenn man z.B. 10 Sekunden lang 50% Leistung rechtsherum auf den Motor gegeben hat. Die wahre Position des Werkzeuges ist somit unbekannt. Das kennt jeder, der mal mit "Lego Mindstorms" gespielt hat, hier kann man nur Motoren für bestimmte Zeiten einschalten und muß Spielerisch ausprobieren welche Steuerzeiten zum gewünschten Ergebnis führen - und wenn die Batterien leerer werden oder sich die Reibung verändert (Bei CAM Maschine spielt auch eine Rolle wie viel Gegenwehr das Werkstück dem Werkzeug entgegen stellt), dann stimmen die STeuerzeiten nicht mehr. Hier braucht man ein System das die tatsächliche Position ausmisst und an die Steuerung meldet. Dadurch entsteht ein Regelkreis, ein geschlossenes Wirksystem. Die Steuerung, genauer die Regelung, weiß jetzt immer wo sich das Werkzeug tatsächlich befindet und rechnet aus wann der Motor abzustellen ist und ob der Motor mehr oder weniger Strom braucht um die gewünschte Bewegung durchzuführen.
Der Schrittmotor hat den großen Nachteil, dass wenn der überlastet wird, dreht der sich bei einem Schritt einfach nicht. Wird die Gegenkraft durch das Werkzeug zu groß, gehen Schritte verloren und die tatsächliche Position weicht von der Position ab die die Steuerung meint wo das Werkzeug wäre. Dadurch muß man immer viel Reserve einplanen und kann die volle Kraft und Geschwindigkeit der CAM Maschine nie voll ausnutzen sonst besteht die Gefahr, dass Schritte verloren gehen.
Beim geschlossenen System kann die Maschine maximale Geschwindigkeiten fahren und auch maximale Kräfte auf das Werkzeug abgeben da die immer weiß wo das Werkzeug ist, egal wie schwer oder wie leicht die mechanik gerade bedient wird. Hat man ein geschlossenes Wirksystem, kann man jede Art von Motoren einsetzen, aber Schrittmotoren sind von Natur aus langsam und sehr teuer im Aufbau. DC Motoren können das gleiche Drehmoment aufbringen aber viel schneller laufen und dazu sind die auch viel billiger. Wenn man also ein teures geschlossenes Wirksystem hat, macht es viel mehr Sinn DC-Motoren zu verwenden um die CAM Maschine besser ausnutzen zu können und unnötige Mehrkosten zu vermeiden. Ein Messystem das ständig die absolute Position eines Motors melden kann ist nämlich nicht gerade billig wenn es um höchste Präzision geht.
sehr schön erklärt, es gibt aber ein kleines deteil was du übersehen hast. bei mindstorms gibt es eine flut von sensoren, inclusive einem winkelsensor. du kannst mit mindstroms also getrost geshlossene regelkreise bauen...
es gibt da so ein Pult, ich weiß nicht mehr wie es heißt, war auch von Lego, da konnte man nur 3 Motoren mit ansteuern. und das lief auch nur über Zeit.
lg, Anna
Wenn man an einen Gleichstrommotor eine Spannung anlegt, so dreht er sich.
Der Schrittmotor hat mehrere Anschlüsse. Legt man an einen Anschluss eine Spannung an, so bewegt sich der Schrittmotor in eine bestimmte Position. Um den Schrittmotor weiter zu bewegen, muss man - sehr vereinfacht gesagt - an einen anderen Anschluss eine Spannung anlegen, so dass sich der Schrittmotor in die nächste Position bewegt. Auf diese Art und Weise dreht sich der Schrittmotor immer um einen bestimmten Winkel, und bleibt dann stehen, bis die Anschlüsse wieder geändert werden.
Bei "geschlossenes Wirksystem" denke ich an einen geschlossenen Regelkreis (Englisch: "closed loop"): Dies bedeutet im Falle eines Motors, dass die Position des Motors gemessen werden muss und an die Ansteuerung des Motors zurückgemeldet werden muss. Wenn die Position erreicht ist, muss der Motor angehalten werden.
Das "offene Wirksystem" ist wahrscheinlich vom Englischen "open loop" abgeletet: Dies bedeutet, dass keine Messung notwendig ist, um einen bestimmten Wert (= Position) zu erreichen. Bei einem Schrittmotor ist dies ja der Fall, da jedes Mal, wenn der Anschluss am Schrittmotor gewechselt wird, sich dieser um einen bestimmten Winkel weiterdreht.
