Closed-Loop-Technologie Schrittmotoren Funktionsweise Closed-Loop-Schrittmotoren vereinen die Stärken von Schritt- und Servomotor-Technologie. Sie laufen ruhiger und resonanzärmer als herkömmliche Schrittmotoren, bieten präzise Positionsrückmeldung und -kontrolle, kurze Ein- und Ausschwingzeiten und arbeiten ohne Schrittverluste. Damit sind sie die ideale Alternative, wenn Energieeffizienz, Laufruhe und hohe Lasttoleranz gefragt sind. Im Vergleich zu Servomotoren punkten Closed-Loop-Schrittmotoren mit hohem Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, schneller Einschwingzeit und exakter Positionierung ohne Nachpendeln – zu einem günstigeren Preis bei meist kompakterer Baugröße. Das Closed-Loop-Verfahren wird auch als Sinuskommutierung über Encoder mit feldorientierter Regelung bezeichnet. Im Kern steht eine leistungsangepasste Stromregelung, kombiniert mit der Rückführung der Steuerungssignale. Über die Encodersignale wird die Rotorlage präzise erfasst, woraufhin in den Motorwicklungen sinusförmige Phasenströme erzeugt werden. Die Vektorregelung des Magnetfelds stellt sicher, dass das Statormagnetfeld stets senkrecht zum Rotormagnetfeld steht und die Feldstärke exakt dem gewünschten Drehmoment entspricht. Dadurch entsteht eine gleichmäßige Motorkraft, die den Motor besonders laufruhig macht und eine hochpräzise Regelung ermöglicht. Echtes/Pseudo Closed Loop Nicht jeder Schrittmotor mit Encoder ist ein echter Closed-Loop-Motor. Manche werben zwar mit „Closed-Loop“, bieten jedoch keine feldorientierte Regelung mit sinuskommutierter Stromregelung. Sie erfassen lediglich die Schrittposition, können aber Schrittwinkelfehler während des Betriebs nicht korrigieren. Echtes Closed Loop mit feldorientierter Regelung hingegen kompensiert Schrittwinkelfehler bereits während der Fahrt und gleicht Lastwinkelfehler innerhalb eines Vollschritts aus. Vorteile gegenüber Standard-Schrittmotoren Klassische Schrittmotoren sind zuverlässige und kostengünstige Antriebe, die überall dort eingesetzt werden, wo feste Positionen angefahren werden müssen. Sie arbeiten im Takt-Richtungs-Modus, auch Open Loop genannt. Dabei handelt es sich um einen offenen Regelkreis, bei dem die Steuersignale nicht zurückgeführt werden. Die fehlende Positionsrückmeldung ist die zentrale Einschränkung: Schrittversatz oder Schrittverlust – etwa durch Überlast – werden nicht erkannt. Zudem zeigen Schrittmotoren bei niedrigen Frequenzen ein ausgeprägtes Resonanzverhalten. Schon eine kleine Lasterhöhung oder eine Drehmomentspitze kann dazu führen, dass der Motor Schritte verliert, aus dem Tritt fällt oder sogar zum Stillstand kommt. Closed-Loop-Schrittmotoren sind eine Weiterentwicklung der klassischen Schrittmotor-Technologie, bei der typische Einschränkungen und Nachteile eliminiert wurden:Kein Zukauf oder Einkalkulieren einer Sicherheitsreserve (üblich bis zu 50%) erforderlichHöherer Wirkungsgrad bei Lastschwankungen; kein Stehenbleiben bei ÜberlastEnergieeffizienter Betrieb dank intelligenter StromregelungPraktisch resonanzfreiLängere Lebensdauer der Lager durch geringere Erwärmung und minimale VibrationKürzere Beschleunigungszeiten, da auch bei hohen Drehzahlen ein hohes Drehmoment erreicht wirdPräzise Positionierung durch laufende Kontrolle und Korrektur Vorteile gegenüber Servo-Motoren Closed-Loop-Schrittmotoren von Nanotec sind in vielen Fällen eine attraktive Alternative zu Servoantrieben, beispielsweise bei Aufwickel- oder Bandantrieben. Sie ermöglichen nicht nur die präzise Regelung von Drehzahl und Position, sondern auch die exakte Kontrolle des Drehmoments. Damit vereinen Closed-Loop-Schrittmotoren die Vorteile beider Welten: Sie liefern ein hohes maximales Drehmoment, einen hervorragenden Wirkungsgrad und hohe Dynamik, während sie die Drehmomentwelligkeit minimieren und ausgezeichnete Laufruhe gewährleisten. Der Closed-Loop-Schrittmotor arbeitet im Drehmomentmodus wie eine Feder, deren Kennlinie über ein Potentiometer eingestellt werden kann. Der Motor liefert eine stabile Kraft, selbst wenn er im Stillstand gegen diese Kraft arbeitet. Sobald die Kraft abnimmt, beginnt der Motor zu drehen und passt sein Drehmoment proportional zur abnehmenden Kraft an, bis der eingestellte Strom- bzw. Drehmomentwert erreicht ist. Dadurch eignet sich der Closed-Loop-Schrittmotor ideal für alle Arten von Aufwickel-, Spann- und Pressaufgaben. Closed-Loop-fähige Schrittmotoren sind eine attraktive Alternative, wenn:Ein hohes Drehmoment bei Drehzahlen bis zu 500 U/min und gleichzeitig eine kompakte, kostengünstige Lösung ohne Getriebe gesucht wird.Eine schnelle Inbetriebnahme ohne aufwändiges Tuning erforderlich ist.Lasten im Stillstand gehalten werden müssen.Das typische Ein- und Ausschwingverhalten (Hunting) von Servomotoren, das insbesondere bei variablen Lasten und Pulsationen auftritt, zu intolerablen Schleppfehlern führt – Servomotoren überfahren bei plötzlichen Lastveränderungen ihre Position und müssen anschließend korrigiert werden.Ideale Anwendungsgebiete für Closed-Loop-Schrittmotoren:Mehrachsanwendungen (seriell, Ethernet, EtherCAT, CANopen)Stellaufgaben mit LastschwankungenWickelanwendungenBandantrieb (Start/Stopp, Positionieren)Dosierpumpen und AbfüllanlagenHalbleiterbestückungWafer-ProduktionTextilmaschinen und Industrie-NähmaschinenRobotikPrüf- und InspektionssystemeAnwendungen, bei denen es auf laufruhigen Betrieb, kurze Einschwingzeit und genaue Positionierung ankommt
