Für welche Anwendungen sind Brems-Schrittmotoren geeignet?

In Automatisierungsausrüstungen und Präzisionsbewegungssteuerungssystemen müssen Schrittmotoren nicht nur eine genaue Positionierung bieten, sondern auch ihre Positionen im Stillstand oder bei ausgeschalteter Stromversorgung beibehalten.

Ein Standard-Schrittmotor verlässt sich auf das elektromagnetische Haltemoment, um seine Position im stromdurchflossenen Zustand zu halten. Sobald die Stromversorgung abgeschaltet wird, verschwindet dieses Haltemoment, und externe Lasten können dazu führen, dass sich die Motorwelle dreht.

Um dieses Problem zu lösen, werden Bremsschrittmotoren häufig in Anwendungen eingesetzt, die ein zuverlässiges Halten der Position erfordern.

Aber wie funktioniert ein Bremsschrittmotor? Für welche Anwendungen ist er geeignet? Und was sollte man bei der Auswahl beachten?

Ein Bremsschrittmotor ist ein Schrittmotor, der mit einem zusätzlichen Bremsmechanismus ausgestattet ist. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Motorwelle mechanisch zu halten, wenn der Motor stoppt oder die Stromversorgung verliert, und unerwünschte Bewegungen durch Schwerkraft oder äußere Kräfte zu verhindern.

Am häufigsten verwenden Bremsschrittmotoren einen elektromagnetischen, federbelasteten Bremsmechanismus.

Das Funktionsprinzip ist wie folgt:

• Strom EIN – Bremse gelöst: Wenn die Bremsspule mit Strom versorgt wird, löst die elektromagnetische Kraft die Bremse, wodurch sich die Motorwelle normal drehen kann.

• Strom AUS – Bremse angezogen: Wenn die Stromversorgung der Bremsspule unterbrochen wird, drückt eine interne Feder die Reibplatte gegen die Bremsfläche und zieht die Bremse an.

• Positionsbeibehaltung: Die Bremse bleibt ohne elektrische Leistung angezogen und verhindert, dass sich die Abtriebswelle unter externen Lasten dreht.

Dieses Design ist allgemein als federbelastete, elektrisch gelöste Bremse bekannt.

Es ist wichtig zu beachten, dass dieser Bremstyp hauptsächlich für statisches Halten und nicht für häufiges, schnelles dynamisches Stoppen ausgelegt ist. Unter normalen Betriebsbedingungen sollte die Bremse gelöst werden, bevor der Motor zu drehen beginnt.

Bremsschrittmotoren eignen sich besonders für Geräte mit vertikalen Lasten, Positionshalten bei Stromausfall oder Anwendungen, die zusätzlichen Schutz gegen unerwartete Bewegungen erfordern.

Vertikale Hebesysteme gehören zu den häufigsten Anwendungen für Bremsschrittmotoren.

Beispiele hierfür sind automatische Hebebühnen, Materialhebevorrichtungen und automatisierte Handhabungsgeräte.

Wenn der Motor stoppt, kann die Schwerkraft dazu führen, dass sich die Last nach unten bewegt und die Spindel oder den Getriebemechanismus nach hinten treibt.

Ein Bremsschrittmotor kann die Motorwelle bei Stromunterbrechung sperren und so unerwünschte Bewegungen der Last verhindern.

In automatisierten Produktionslinien müssen bestimmte Positioniermechanismen im Stillstand in einer festen Position verbleiben.

Typische Anwendungen sind:

• Automatische Lade- und Entladesysteme.

• Materialhandhabungsplattformen.

• Automatisierte Positionierarbeitsplätze.

• Vertikale Fördermechanismen.

Wenn die Anlage pausiert oder einen Stromausfall erleidet, hilft die Bremse, die mechanische Position zu halten und das Risiko unerwarteter Lastbewegungen zu verringern.

Einige medizinische Geräte verwenden Motoren zur Anpassung von Höhe, Winkel und Positionierung.

Beispiele hierfür sind elektrische Krankenhausbetten, Untersuchungsgeräte und bestimmte Rehabilitationsgeräte.

Nach Abschluss einer Anpassung müssen diese Geräte eine relativ stabile Position beibehalten.

Bremsschrittmotoren können bei Stromunterbrechung eine mechanische Haltefunktion bieten und so die Sicherheit und Zuverlässigkeit dieser Bewegungsmechanismen verbessern.

Spezifische medizinische Anwendungen müssen auch relevante Sicherheitsstandards, redundante Bremsen und Anforderungen an den Ausfallschutz berücksichtigen.

In einigen CNC-Maschinen und Präzisionspositioniersystemen steuern Motoren die Positionen von Arbeitstischen, Werkzeugen und anderen beweglichen Komponenten.

Bei vertikalen Bewegungsachsen können sich mechanische Komponenten nach dem Stillstand des Motors verschieben, wenn kein wirksamer Halte- oder Bremsmechanismus vorhanden ist.

Ein Bremsschrittmotor kann bei Stromunterbrechung eine mechanische Haltekraft bieten und so das Risiko unerwünschter Bewegungen verringern.

Bei horizontalen Bewegungsachsen mit zuverlässiger Selbsthemmung oder mechanischen Haltestrukturen ist eine zusätzliche Bremse jedoch möglicherweise nicht immer erforderlich.

Bestimmte Robotergelenke und automatisierte Roboterarme müssen im Stillstand oder bei Stromausfall bestimmte Positionen beibehalten.

Bei Gelenken, die Schwerkraftlasten tragen, kann der mechanische Arm unter seinem eigenen Gewicht absinken oder sich drehen, wenn kein wirksamer Bremsmechanismus vorhanden ist.

Bremsschrittmotoren können für diese Gelenke zusätzliche Positionhaltefähigkeiten bieten.

Roboteranwendungen erfordern jedoch eine sorgfältige Berücksichtigung von Gelenklasten, Trägheit, Bremsansprechzeit und Sicherheitsanforderungen. Die eingebaute Bremse des Motors sollte nicht als einzige Sicherheitsvorkehrung betrachtet werden.

Der Hauptunterschied besteht darin, ob der Motor über eine unabhängige mechanische Bremsfunktion verfügt.

Es ist wichtig zu verstehen, dass ein Bremsschrittmotor nicht unbedingt eine höhere Positioniergenauigkeit bietet.

Die Bremse ist hauptsächlich für das Halten bei Stromausfall ausgelegt. Die Positioniergenauigkeit hängt weiterhin vom elektromagnetischen Design des Motors, der Ansteuermethode und dem Steuerungssystem ab.

Die Auswahl eines Bremsschrittmotors erfordert mehr als nur die Überprüfung von Größe und Haltemoment. Die Bremse muss auch mit der tatsächlichen Last und den Anwendungsanforderungen übereinstimmen.

(1) Bremsmoment

Das Bremsmoment bestimmt, wie viel mechanische Haltekraft die Bremse aufbringen kann.

Bei der Auswahl sollten das Lastgewicht, die Getriebestruktur, das Übersetzungsverhältnis und ein geeigneter Sicherheitsfaktor berücksichtigt werden, um eine ausreichende Bremskapazität zu gewährleisten.

(2) Motorhaltemoment

Das Haltemoment bezieht sich auf die Fähigkeit des Motors, externen Drehmomenten im stromdurchflossenen und ruhenden Zustand zu widerstehen.

Motorhaltemoment und Bremsmoment sind zwei verschiedene Spezifikationen und sollten nicht austauschbar verwendet werden.

(3) Bremsspannung

Elektromagnetische Bremsen benötigen in der Regel eine unabhängige Stromversorgung.

Überprüfen Sie die Nennspannung, den Strom und die Auslösebedingungen der Bremse, um die Kompatibilität mit dem elektrischen System des Geräts sicherzustellen.

(4) Bremsansprechzeit

Eine Bremse benötigt eine gewisse Zeit, um nach dem Abschalten der Stromversorgung anzuziehen.

Bei Anwendungen mit vertikalen Lasten müssen die Bremsansprechzeit und die Steuersequenz zwischen Motor und Bremse berücksichtigt werden, um eine Lastbewegung zu verhindern, bevor die Bremse vollständig angezogen ist.

(5) Einbaumaße und mechanische Schnittstelle

Überprüfen Sie die Motorrahmengröße, die Körperlänge, die Wellenabmessungen und die Bremsstruktur, um die Kompatibilität mit der vorhandenen Ausrüstung sicherzustellen.

Für Geräte mit hauptsächlich horizontaler Bewegung, bei denen das mechanische Getriebe bereits eine ausreichende Selbsthemmung bietet, kann ein Standard-Schrittmotor ausreichend sein.

Bremsschrittmotoren sollten jedoch in Betracht gezogen werden, wenn eine Anwendung die folgenden Merkmale aufweist:

• Vertikale Lasten, die von der Schwerkraft beeinflusst werden.

• Eine Anforderung, die Position nach Stromverlust zu halten.

• Ein Bedarf, unerwünschte Lastbewegungen während des Anlagenstillstands zu verhindern.

• Zusätzliche Anforderungen an die Halteleistung bei Stromausfall.

• Spezielle Anforderungen an die Positionsbeibehaltung unter bestimmten Betriebsbedingungen.

Darüber hinaus können bei Hebevorrichtungen, die potenzielle Personensicherheitsrisiken bergen, Motorbremsen mechanische Absturzsicherungen, Sicherheitsbremssysteme oder andere erforderliche Sicherheitsvorrichtungen nicht ersetzen.

Ein Bremsschrittmotor integriert einen elektromagnetischen Bremsmechanismus in einen Standard-Schrittmotor und bietet zusätzliche mechanische Haltefähigkeit bei Stromunterbrechung.

Er eignet sich besonders für vertikale Hebevorrichtungen, automatisierte Produktionslinien, medizinische Geräte, CNC-Positioniersysteme und bestimmte Roboteranwendungen.

Bei der Auswahl eines Bremsschrittmotors ist es unerlässlich, das Motorhaltemoment, das Bremsmoment, die Lastträgheit, die Bremsansprechzeit und die Einbaumaße zu berücksichtigen.

Die Wahl des richtigen Bremsschrittmotors bedeutet nicht nur, die Anforderungen an die Bewegungssteuerung zu erfüllen, sondern auch eine zuverlässige Lasthaltefunktion zu gewährleisten, wenn der Motor stoppt oder die Stromversorgung verliert.

Für Hersteller von Schrittmotoren ist es unerlässlich, die richtige Kombination aus Motor und Bremsmechanismus basierend auf der Struktur der Kundenanlage und den tatsächlichen Lastanforderungen bereitzustellen, um eine zuverlässige Bewegungssteuerung zu erreichen.