Schrittmotor
Grundlegendes
Schrittmotoren findet man in vielen
Peripheriegeräten von Computern, wie z.B. Scanner, Disketten-
und CD-/DVD-Laufwerken, Tintenstrahldrucker, sowie in allen CNC
gesteuerten Geräten, zu denen auch der 3D-Drucker zählt. Im
Gegensatz zum klassischen Gleichstrommotor besitzt der
Schrittmotor mehrere Wicklungen bzw. Spulen, die es ermöglichen
den Motor in kleinen definierten Schritten drehen zu lassen. Die
Spulen werden in einer bestimmten Reihenfolge abwechselnd unter
Spannung gesetzt, um den Motor kontinuierlich drehen zu lassen.
Wird eine Spule permanent bestromt, so wird der Rotor gehalten
und lässt sich erst, durch aufbringen eines bestimmten Moments
durchdrehen. Hierbei spricht man vom Haltemoment, was eine
wichtige Kenngröße eines Schrittmotors ist. Das Moment wird in
Ncm (Newton-Zentimeter) angegeben. Das Drehmoment im Betrieb
liegt etwas unterhalb des Haltemoments, jedoch stehen die beiden
Momente im Verhältnis. Das heißt: Je höher das Haltemoment,
desto höher ist auch das Drehmoment.
Am häufigsten ist der unipolare Hybrid-Schrittmotor, mit eine
Auflösung von 200 Schritten pro Umdrehung, also 1,8° pro Schritt
anzutreffen, aber auch 400 Schritte (0,9°) sind nicht unüblich.
Grundsätzlich gibt es bipolare (4-polig) und unipolare (5- und
6-polig) Bauarten, wobei sich ein unipolarer Motor auch Bipolar
ansteuern lässt. Es gibt auch Schrittmotoren mit mehr als 8
Anschlüsse, diese sind aber nur selten und in den oben genannten
Geräte quasi nicht anzutreffen und beim Hobby-Basteln eigentlich
gar nicht.
Für die weitere Betrachtung und auch für die Schaltbilder gehen
wir von einem vereinfachten Aufbau aus:
Bipolar
Ein bipolarer
Schrittmotor ist an seinem 4-poligen Anschluss zu erkennen und
besitzt zwei Spulenpaare.
Unipolar
Ein unipolarer Schrittmotor ist
an einem 5- bzw. 6-poligen Anschluss zu erkennen. Er besitzt
ebenfalls 2 Spulenpaare, diese teilen sich jedoch in 4 "Halbspulen"
auf. Dazu besitzt er pro Spule jeweils einen Mittelabgriff (c).
Bei einem 5-poligen Anschluss sind die beiden Mittelabgriffe
intern gebrückt und nur ein Kabel/Pin wird rausgeführt (c).
Dadurch sind die unipolaren Ansteuermöglichkeiten reduziert. Bei der bipolaren Ansteuerung wird der
Mittelabgriff ohnehin nicht beschaltet.
Annäherndes Ermitteln der Ausgänge durch Messen
Um bei fehlendem
Datenblatt nicht völlig im Dunkeln zu stehen kann man die
Ausgänge mit einem gewöhnlicher Multimeter auf Widerstand
durchmessen. Jedoch können hiermit zunächst nur die Anschlüsse
den beiden Spulen zugewiesen werden.
Bipolar (4-polig)
Man schnappt sich einen Anschluss und misst alle übrigen
dagegen. Dort wo ein Widerstand zu messen ist befindet sich das
andere Ende der Spule. Folglich gehören die anderen beiden
Kabel/Pins zur anderen Spule.
Behelfsmäßiges Testen: Um die angenommene Anschlusszuordnung zu
testen, kann man die Spulen nacheinander erregen, wobei die
Polarität nach jedem Durchlauf beider Spulen gedreht werden
muss. Also: 1a=+/1b=-, 2a=+/2b=-,1a=-/1b=+,2a=-/2b=+,... Der
Motor sollte sich dabei in eine Richtung drehen. Kehrt man die
Abfolge um, so sollte sich der Motor in die entgegengesetzte
Richtung drehen.
Im Betrieb ist die Ansteuerung jedoch eine andere und die
Motoren können im Halb- und Vollschritt gefahren werden.
Unipolar 6-polig
Hier wird die Messung etwas aufwendiger. Um die Spulenausgänge
zu ermitteln muss man nach dem größten der beiden zu findenden
Widerstande Ausschau halten. Misst man zwei mal
den gleichen Wert, so hat man den Mittelabgriff erwischt.
Ansonsten sollte man zwei mal unendlich und einen kleineren und einen doppelt so großen
Widerstand messen. Der größere Wert gehört dann zur gleichen
Spule und der halb so groß gemessene Widerstand zum
dazugehörigen Mittelabgriff.
Behelfsmäßiges Testen:
Zunächst legt man an den beiden
Mittelabgriffe 1c und 2c, eine gemeinsame Plusspannung (+) an.
Dann schaltet man die
Halbspulen fortlaufend, über kreuz an Masse (-). Also:
1a=-,2b=-,1b=-,2a=-,...
Der Motor sollte
sich dabei in eine Richtung drehen. Kehrt man die Abfolge um, so
sollte sich der Motor in die entgegengesetzte Richtung drehen.
Im Betrieb ist
auch hier die Ansteuerung eine andere und die Motoren können im
Halb- und Vollschritt gefahren werden.
Unipolar 5-polig
Bei dieser Variante kann man mit einem Multimeter leider nur den
gemeinsamen Mittelabgriff ermitteln. Ansonsten misst man
zwischen den Spulen immer den vollen Spulenwert zweier
Halbspulen.
Bei 5-poligen Anschlüssen (Buchse) liegt der gebrückte
Mittelabgriff oft in der Mitte.
Bei 6-Poligen Anschlüssen (Buchse) liegen die Mittelabgriffe oft
auf Pin 1 und 5, wobei die eine Spule auf Pin 1 und 5 liegt und
die andere auf Pin 3 und 6.
Hat man ein gutes Fingerspitzengefühl, so kann man auch einen
erhöhten Widerstand beim durchdrehen des Motors erkennen, sollte
man die passende Kabel- bzw. Pin-Paarung kurzschließen, also
brücken.
Anschlüsse am 3D-Drucker-Mainboard
Üblicherweise
werden Schrittmotoren bei 3D-Druckern bipolar (Board hat 4 Pins)
angesteuert und ist oft wie folgt ausgelegt:
Eine Spule liegt auf Pin 1 und Pin 2, die andere auf auf Pin 3
und Pin 4.
Da die Belegung jedoch nicht
einheitlich festgelegt ist, dienen die hier abgebildeten
Darstellungen nur als eine mögliche Variante.
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