Schrittmotoren zeichnen sich durch ihre präzise Positioniereigenschaft und ihr hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen aus. Allerdings müssen sie sorgfältig dimensioniert werden, damit der Schrittmotor auf die Last und die Anwendungsparameter abgestimmt ist. Dadurch wird die Möglichkeit eines Schrittverlusts oder eines Blockierens des Schrittmotors minimiert. Der Zusatz eines Planetengetriebes zu einem Schrittmotorsystem kann folgende Vorteile bringen. Reduzierung des Trägheitsverhältnisses von Last und Schrittmotor

1.Reduzierung des Trägheitsverhältnisses von Last und Schrittmotor

Trägheit ist eine der Ursachen für fehlende Schritte bei Schrittmotoranwendungen. Wenn das Trägheitsmoment der Last wesentlich größer ist als das Trägheitsmoment des Schrittmotors, hat der Schrittmotor Schwierigkeiten, die Last zu steuern und kann überschwingen (mehr Schritte als befohlen) oder unterschwingen (fehlende Schritte).

Ein zu hohes Trägheitsverhältnis zwischen Last und Schrittmotor kann auch zu einem zu hohen Strom des Schrittmotors und zum Stillstand führen. Das Verhältnis zwischen der Trägheit der Last und der Trägheit des Schrittmotors bestimmt die Fähigkeit eines Schrittmotors, eine Last anzutreiben oder zu steuern. Damit das Schrittmotorsteuerungssystem die Last während der Beschleunigung und Abbremsung effektiv steuern kann, sollten die Trägheit des Schrittmotors und der Last so weit wie möglich gleich sein.

JL = Trägheitsmoment der Last

JM= Trägheitsmoment des Motors

Wenn das Trägheitsverhältnis zu hoch ist, kann es auf zwei Arten verringert werden: Erhöhung des Verhältnisses (Ausgangsabstand pro Umdrehung des Motors) oder Verwendung eines größeren Motors. Durch den Einbau eines Getriebes in das System wird das Trägheitsverhältnis zwischen Last und Motor entsprechend dem Quadrat der Übersetzungsverhältnisse verringert. Bei der Verwendung eines größeren Motors mit höherem Trägheitsmoment sind jedoch mehr Platz und Kosten erforderlich. Planetengetriebe sind die bevorzugte Lösung.

i = Untersetzungsverhältnis

2.Erhöhtes Drehmoment auf die Last

Aufgrund ihrer geringen Einbaumaße werden Schrittmotoren häufig in Systemen mit begrenzten Einbaubedingungen eingesetzt. Die kleine Größe von Schrittmotoren führt zu kleinen Drehmomenten. Das Hinzufügen eines Planetengetriebes erhöht das für den Antrieb der Last verfügbare Drehmoment, während der Einbauflansch unverändert bleibt. In dem Fall, dass die Last durch eine Motor-Getriebe-Kombination angetrieben wird, wird ein Wert, der proportional zum Übersetzungsverhältnis und dem Wirkungsgrad des Planetengetriebes ist, mit dem Drehmoment des Motors durch das Planetengetriebe multipliziert.

To = Abtriebsdrehmoment an der Getriebewelle

Tm = Abtriebsdrehmoment an der Motorwelle

η = Getriebewirkungsgrad

In Planetengetrieben hingegen erfolgen die Erhöhung des Drehmoments und die Reduzierung der Drehzahl gleichzeitig. Das heißt, wenn das Planetengetriebe mit einem Schrittmotor verbunden ist, muss sich der Schrittmotor schneller drehen. Er muss die Zielgeschwindigkeit um einen Faktor, der dem Übersetzungsverhältnis entspricht, an die Last liefern.

No = Abtriebsdrehzahl an der Getriebewelle

Nm = Abtriebsdrehzahl an der Motorwelle

3.Reduzierung der Resonanz und Vibration von Schrittmotoren

Bei niedrigen Drehzahlen treten bei Schrittmotoren starke Vibrationen und Geräusche auf, die wir als " Resonanzgebiet " der Schrittmotoren bezeichnen. Der "Resonanzgebiet" tritt im Allgemeinen bei niedrigen Drehzahlen (40-100 U/min) im Drehzahlbereich des Motors auf. Nachdem ein Planetengetriebe eingebaut wurde, wird die Antriebsdrehzahl des Schrittmotors schneller, während die Abtriebsdrehzahl des Planetengetriebes langsamer wird, so dass der Schrittmotor außerhalb seines Resonanzfrequenzbereichs läuft, wodurch das Resonanzgebiet erfolgreich umgangen wird und der Schrittmotor ruhiger laufen kann.

4.ermöglicht den Betrieb von Schrittmotoren mit extrem niedriger Geschwindigkeit

Oftmals sind Schrittmotoren nicht in der Lage, mit extrem niedrigen Drehzahlen von beispielsweise 1 Umdrehung pro Minute zu laufen. Aber durch den Einbau eines Planetengetriebes kann der Schrittmotor mit extrem niedrigen Drehzahlen laufen. In einigen der extrem niedrigen Drehzahlbereiche können Schrittmotoren zwar die Resonanzzone vermeiden, aber es kommt zu einem Krabbeln des Schrittmotors und er läuft nicht gleichmäßig. Durch den Einbau eines Planetengetriebes kann durch Erhöhung der Schrittmotordrehzahl ein Betrieb mit extrem niedriger Drehzahl erreicht werden.

5.Schutz der Schrittmotoren vor Beschädigung

Das Planetengetriebe bietet einen gewissen Schutz für Schrittmotoren. Das Planetengetriebe nimmt während des Betriebs hohe Drehmomente auf. Wenn eine Überlast auf den Schrittmotor übertragen wird, wird der Betrag der Überlast durch den Wert der Getriebeübersetzung geteilt.

Bei sehr hohen Überlastungen kann der Schrittmotor beschädigt werden, wenn die Überlast direkt vom Schrittmotor aufgenommen wird. Beim Einbau eines Planetengetriebes ist zunächst das Planetengetriebe zu beschädigen. Das Planetengetriebe kann mit relativ geringem Kostenaufwand wieder in Betrieb genommen werden, indem einfach die Ersatzteile ausgetauscht werden. Wenn der Schrittmotor direkt beschädigt wird, ist die Reparatur relativ langsam und kostspielig.

6.Energieeinsparung

Bei Dauerbelastung und niedriger Drehzahl muss die Stromstärke von Maschinen und Anlagen erhöht werden, um ein ausreichendes Abtriebsdrehmoment zu gewährleisten. Diese Umstände führen häufig zur Erwärmung der Geräte, was die Wärmeabfuhr und die Isolierung beeinträchtigt und den Energieverbrauch erhöht. Durch den Einbau von Planetengetrieben können Schrittmotoren das Abtriebsmoment mit einem viel geringeren Strom erreichen und so effektiv Energie sparen.

7. günstigeres Preis-Leistungs-Verhältnis.

Das erhöhte Drehmoment eines Planetengetriebes entspricht auch einer Erhöhung der Eingangsleistung, wodurch die vom Motor benötigte Eingangsleistung reduziert wird (bei Anwendungen, bei denen eine Drehzahlregelung erforderlich ist). Im Allgemeinen sind Motoren teurer als Planetengetriebe, so dass es kostengünstiger ist, sie als Alternative zu verwenden.

Zusammenfassung

Der Einbau eines Planetengetriebes in einen Schrittmotor bietet folgende Vorteile: Verringerung des Trägheitsverhältnisses zwischen Last und Schrittmotor, Erhöhung des Drehmoments der Last, Verringerung der Schwingungen des Schrittmotors, Betrieb mit extrem niedrigen Drehzahlen, Schutz des Schrittmotors vor Beschädigung, Energieeinsparung und Kosteneffektivität.