Welche vorteile bringen Microschritt im vergleich zum ½ schritt ?
- Ersteller Guido
- Erstellt am
Hallo Guido,
Mir ist nicht ganz klar, was du mit "brummen" meinst. In der Regel brummen die Motoren im Stand ein wenig, bis die Steuerung auf Stromabsenkung geht. Was ohne Frage stimmt ist, dass das Laufgeräusch gegenüber Vollschritt beim Halb- und Mikroschritt wesentlich "runder" wird.
Es kommt auch auf die verwendeten Komponenten an. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass bei meinem Aufbau der Vollschritt eher zu Schrittverlusten geführt hat, als der Halbschritt. Dazu gibts in der Fachliteratur auch Hinweise... (Massenträgheitsmoment des Motors, Drehmomentkennlinie, ...)
Schließlich ist es so, wenn du sehr hohe Spindelsteigungen verwendest, um sehr hohe Verfahrgeschwindigkeiten zu verwirklichen, sinkt natürlich die Genauigkeit (z. B: Steigung 6 mm, eine Umdrehung 200 Steps = 0,03 mm/Step; bei 1/8-Schritt-> 1600 Steps/Umdr. = 0,004 mm/Step). Man muss natürlich auch wissen, ob man diese theoretische Genauigkeit braucht...
Gruß Klaus.
Das kommt auf die Steuerung an. Manche Steuerungen heben den Strom bei den "Zwischenschritten" entsprechend an, dass "fast" kein Unterschied bei der Kraft besteht.
Mir ist nicht ganz klar, was du mit "brummen" meinst. In der Regel brummen die Motoren im Stand ein wenig, bis die Steuerung auf Stromabsenkung geht. Was ohne Frage stimmt ist, dass das Laufgeräusch gegenüber Vollschritt beim Halb- und Mikroschritt wesentlich "runder" wird.
Es kommt auch auf die verwendeten Komponenten an. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass bei meinem Aufbau der Vollschritt eher zu Schrittverlusten geführt hat, als der Halbschritt. Dazu gibts in der Fachliteratur auch Hinweise... (Massenträgheitsmoment des Motors, Drehmomentkennlinie, ...)
Schließlich ist es so, wenn du sehr hohe Spindelsteigungen verwendest, um sehr hohe Verfahrgeschwindigkeiten zu verwirklichen, sinkt natürlich die Genauigkeit (z. B: Steigung 6 mm, eine Umdrehung 200 Steps = 0,03 mm/Step; bei 1/8-Schritt-> 1600 Steps/Umdr. = 0,004 mm/Step). Man muss natürlich auch wissen, ob man diese theoretische Genauigkeit braucht...
Gruß Klaus.
Hallo,
jaaanein.
Grundsätzlich wird Mikroschritt verwendet, um
- die Genauigkeit zu erhöhen (im Hobbybereich tun sich hier viele Fragezeichen auf)
- die Laufgeräusche zu reduzieren (hier reicht i. d. R. 1/2 bzw. 1/4 Schritt)
- Resonanzen zu "bekämpfen" (nach Fachliteratur macht das aber max. bis 1/32 Sinn)
Hoher Mikroschritt und hohe Drehzahl passen aber auch nicht. Da es eine bestimmte Zeit dauert, bis man den "Strom in die Wicklung bringt", ist bei hoher Drehzahl die Motorwelle wegen der Massenträgheit u. U. schon weiter als sie sein dürfte... Außerdem wird der Taktgeber voll gefordert, also kann es sein, dass allein deshalb, weil die Steuerung die Signale nicht herbekommt, Schrittverluste auftreten.
Ähnliches Problem entsteht beim Anlaufen. Ein sehr hoher Mikroschritt bedingt sehr geringe Magnetfeldänderungen. Dabei kann es passieren, dass das "Haltemoment" (Raststellungen ohne Strom) höher ist als die Magnetfelddifferenzen und die Welle erst nach einigen Schritten anläuft...
Ach ja, es gibt Hersteller die schreiben, dass (neben dem Problem der Stromanpassung) die Schrittmotore keine wahren Sinunskurven abbilden. Je feiner also der Mikroschritt umso mehr (relativer) Winkelfehler entsteht, wenn dieser nicht softwaretechnisch bereinigt wird. Das bedeutet aber wieder, dass die Steuerung zu ganz bestimmten Motoren passt....
Übrigens: Wenn durch die Steuerung keine Stromanpassung erfolgt, dann sinkt das Drehmoment bei 1/2-Schritt auf ca. 70 %, bei 1/4-Schritt auf ca. 38 %, bei 1/4-Schritt auf ca. 19,5 % usw.
...usw. und so fort
Gruß Klaus.
PS: In punkto Genauigkeit würde ich - bevor ich über sehr feinen Mikroschritt nachdenke - erst anhand des gewünschten Spindeldrehzahlbereiches und der Schrittmotorenkennlinie überlegen, ob nicht evtl. ein Getriebe (z. B. Zahnriemenübersetzung) interessant ist.
jaaanein.
Grundsätzlich wird Mikroschritt verwendet, um
- die Genauigkeit zu erhöhen (im Hobbybereich tun sich hier viele Fragezeichen auf)
- die Laufgeräusche zu reduzieren (hier reicht i. d. R. 1/2 bzw. 1/4 Schritt)
- Resonanzen zu "bekämpfen" (nach Fachliteratur macht das aber max. bis 1/32 Sinn)
Hoher Mikroschritt und hohe Drehzahl passen aber auch nicht. Da es eine bestimmte Zeit dauert, bis man den "Strom in die Wicklung bringt", ist bei hoher Drehzahl die Motorwelle wegen der Massenträgheit u. U. schon weiter als sie sein dürfte... Außerdem wird der Taktgeber voll gefordert, also kann es sein, dass allein deshalb, weil die Steuerung die Signale nicht herbekommt, Schrittverluste auftreten.
Ähnliches Problem entsteht beim Anlaufen. Ein sehr hoher Mikroschritt bedingt sehr geringe Magnetfeldänderungen. Dabei kann es passieren, dass das "Haltemoment" (Raststellungen ohne Strom) höher ist als die Magnetfelddifferenzen und die Welle erst nach einigen Schritten anläuft...
Ach ja, es gibt Hersteller die schreiben, dass (neben dem Problem der Stromanpassung) die Schrittmotore keine wahren Sinunskurven abbilden. Je feiner also der Mikroschritt umso mehr (relativer) Winkelfehler entsteht, wenn dieser nicht softwaretechnisch bereinigt wird. Das bedeutet aber wieder, dass die Steuerung zu ganz bestimmten Motoren passt....
Übrigens: Wenn durch die Steuerung keine Stromanpassung erfolgt, dann sinkt das Drehmoment bei 1/2-Schritt auf ca. 70 %, bei 1/4-Schritt auf ca. 38 %, bei 1/4-Schritt auf ca. 19,5 % usw.
...usw. und so fort
Gruß Klaus.
PS: In punkto Genauigkeit würde ich - bevor ich über sehr feinen Mikroschritt nachdenke - erst anhand des gewünschten Spindeldrehzahlbereiches und der Schrittmotorenkennlinie überlegen, ob nicht evtl. ein Getriebe (z. B. Zahnriemenübersetzung) interessant ist.
hallo Klaus
ich finde deine Bemerkungen zum Thema recht realistisch und praxisnah - mit Ausnahme der zitierten über das Drehmoment.
Ich weiss nicht genau was du mit Stromanpassung meinst. Soweit ich weiss versucht man bei mikroschritt generell eine Art Sinuskurve zu erreichen. Das verringert das Drehmoment auf ca 70 %. Oder lieg ich da falsch ?
Grüße, Gerd
Hallo Gerd,
danke für die Blumen
.
Kurz ein paar Gedanken zur Erklärung Mikroschritt/Vollschritt:
Nehmen wir einen Rotor mit zwei Polen.
Nehmen wir dazu vier Wicklungen.
Vollschritt das heißt stark vereinfacht, ich gebe z. B. auf die Wicklungen "12Uhr" und "3Uhr" so Strom, dass sie ein +Feld erzeugen (die beiden anderen haben ein -Feld) und der Rotor richtet sich auf 1.30Uhr aus. Nächster Schritt, ich gebe auf die beiden nächsten Wicklungen Strom (z. B. 3 Uhr und 6 Uhr) und der Rotor springt um 90° weiter = 1 Schritt.
Halbschritt: Anfang wie oben, der zweite Schritt ist dann aber nur jeweils eine Wicklung (3Uhr). Der Rotor springt um 45° weiter und richtet sich bei 3Uhr aus.
Der Unterschied wird nun deutlich (? ist das so ?): Einmal wirkt nur eine Wicklung (bzw. zwei gegenüber), beim nächsten Schritt wirken zwei (bzw. alle vier, 2x "+", 2x "-"), jedoch je um 45° zum Rotor versetzt, so dass hier vereinfacht die Winkelbeziehung 45° (= Wurzel 2 = 1,4) gilt.
Will man also immer das selbe Magnetfeld erzeugen, so muss, wenn nur eine Wicklung bestromt wird, diese mit dem 1,4fachen Strom beaufschlagt werden.
Wird dies nicht gemacht, verliert der Motor ca. 30 % seines Drehmoments.
So wie ich das jetzt lese, ist das alles etwas konfus erklärt. Ich hoffe ihr versteht das trotzdem. Wenn nicht, steinigt mich bitte nicht.
Bei "mehr" Mikroschritt bekommen halt die beiden Wicklungen auch unterschiedliche Protzentsätze des Stroms, so dass der Rotor irgendwo zwischen den bisher genannten Positionen stehen bleibt.
Und nun zu deiner Frage:
Wie oben zu erklären versucht, kann man die Wicklungen immer mit dem selben (Gesamt-)Strom beaufschlagen, dann sinkt das Drehmoment bei Mikroschritt. Die besseren Steuerungen erhöhen jedoch je nach Position (Mikroschritt) den Strom so, dass immer (nahezu) das gleiche Magnetfeld entsteht. Das Drehmoment bleibt dann einigermaßen gleich.
Das mit der Sinuskurve, die eigentlich keine ist, ist eine Nebenbaustelle.
Gruß Klaus.
danke für die Blumen
.Es ist doch überall ein Haar in der Suppe
Kurz ein paar Gedanken zur Erklärung Mikroschritt/Vollschritt:
Nehmen wir einen Rotor mit zwei Polen.
Nehmen wir dazu vier Wicklungen.
Vollschritt das heißt stark vereinfacht, ich gebe z. B. auf die Wicklungen "12Uhr" und "3Uhr" so Strom, dass sie ein +Feld erzeugen (die beiden anderen haben ein -Feld) und der Rotor richtet sich auf 1.30Uhr aus. Nächster Schritt, ich gebe auf die beiden nächsten Wicklungen Strom (z. B. 3 Uhr und 6 Uhr) und der Rotor springt um 90° weiter = 1 Schritt.
Halbschritt: Anfang wie oben, der zweite Schritt ist dann aber nur jeweils eine Wicklung (3Uhr). Der Rotor springt um 45° weiter und richtet sich bei 3Uhr aus.
Der Unterschied wird nun deutlich (? ist das so ?): Einmal wirkt nur eine Wicklung (bzw. zwei gegenüber), beim nächsten Schritt wirken zwei (bzw. alle vier, 2x "+", 2x "-"), jedoch je um 45° zum Rotor versetzt, so dass hier vereinfacht die Winkelbeziehung 45° (= Wurzel 2 = 1,4) gilt.
Will man also immer das selbe Magnetfeld erzeugen, so muss, wenn nur eine Wicklung bestromt wird, diese mit dem 1,4fachen Strom beaufschlagt werden.
Wird dies nicht gemacht, verliert der Motor ca. 30 % seines Drehmoments.
So wie ich das jetzt lese, ist das alles etwas konfus erklärt. Ich hoffe ihr versteht das trotzdem. Wenn nicht, steinigt mich bitte nicht.
Bei "mehr" Mikroschritt bekommen halt die beiden Wicklungen auch unterschiedliche Protzentsätze des Stroms, so dass der Rotor irgendwo zwischen den bisher genannten Positionen stehen bleibt.
Und nun zu deiner Frage:
Wie oben zu erklären versucht, kann man die Wicklungen immer mit dem selben (Gesamt-)Strom beaufschlagen, dann sinkt das Drehmoment bei Mikroschritt. Die besseren Steuerungen erhöhen jedoch je nach Position (Mikroschritt) den Strom so, dass immer (nahezu) das gleiche Magnetfeld entsteht. Das Drehmoment bleibt dann einigermaßen gleich.
Das mit der Sinuskurve, die eigentlich keine ist, ist eine Nebenbaustelle.
Gruß Klaus.
hallo Klaus,
Ich hab noch ein bisschen gegoogelt.
Eine lesenswerte Schrittmotoreinführung hab ich zb hier gefunden.
Meine 70% muss ich sicher wieder verwerfen. Allerdings glaube ich nach wie vor nicht an deine "Halbierungstheorie". Die Wahrheit liegt vielleicht irgendwo in der Mitte. Siehe zb hier.
An anderer Stelle (Faulhaber) hab ich sogar gefunden
Noch eine Bemerkung aus der Praxis:
Microschritt halte ich am ehesten für sinnvoll bei kleinen Drehzahlen. Z.B bei der Styroschneide nach Hans23. Bei den verbreiteten Gewindespindelantrieben sehe ich keine Vorteile.
Grüße Gerd
Ich hab noch ein bisschen gegoogelt.
Eine lesenswerte Schrittmotoreinführung hab ich zb hier gefunden.
Meine 70% muss ich sicher wieder verwerfen. Allerdings glaube ich nach wie vor nicht an deine "Halbierungstheorie". Die Wahrheit liegt vielleicht irgendwo in der Mitte. Siehe zb hier.
An anderer Stelle (Faulhaber) hab ich sogar gefunden
Noch eine Bemerkung aus der Praxis:
Microschritt halte ich am ehesten für sinnvoll bei kleinen Drehzahlen. Z.B bei der Styroschneide nach Hans23. Bei den verbreiteten Gewindespindelantrieben sehe ich keine Vorteile.
Grüße Gerd
Hallo Gerd,
ich verstehe nicht ganz, was du mit "Halbierungstheorie" meinst.
Aber wenn du bei deinem Link zu Nanotec etwas weiter liest:
Nanotec-FAQ
dann liest du hier eigentlich das selbe, was ich sagen wollte.
Vielleicht habe ich mich auch falsch ausgedrückt.
Übrigens ist unter Online-Tool eine sehr schöne, animierte Darstellung eines Schirttmotors bei Voll- und Mikroschritt vorhanden.
Aber auch beim RoboterNetz (dein erster Link) schreiben sie, dass bei Halbschritt in den Positionen 3 Uhr usw. nur noch 1/Wurzel2, also 70 % Kraft am Rotor vorhanden ist (ohne Stromanhebung).
Das selbe ist auf der "Ur-Seite" der Modell-CNC-Technik:
Thorsten Ostermann
zu lesen.
Gruß Klaus
ich verstehe nicht ganz, was du mit "Halbierungstheorie" meinst.
Aber wenn du bei deinem Link zu Nanotec etwas weiter liest:
Nanotec-FAQ
dann liest du hier eigentlich das selbe, was ich sagen wollte.
Vielleicht habe ich mich auch falsch ausgedrückt.
Übrigens ist unter Online-Tool eine sehr schöne, animierte Darstellung eines Schirttmotors bei Voll- und Mikroschritt vorhanden.
Aber auch beim RoboterNetz (dein erster Link) schreiben sie, dass bei Halbschritt in den Positionen 3 Uhr usw. nur noch 1/Wurzel2, also 70 % Kraft am Rotor vorhanden ist (ohne Stromanhebung).
Das selbe ist auf der "Ur-Seite" der Modell-CNC-Technik:
Thorsten Ostermann
zu lesen.
Das glaube ich sofort, wenn der Strom angepasst wird (wie bereits ganz oben geschrieben).
Denke ich auch. Wenn man Halbschritt auch schon zu Mikroschritt zählt, dann würde ich hier eine Einschränkung machen. Bei einer Fräse (wie bereits mehrfach gesagt, kommt es immer auf die Gesamtauslegung an) würde ich Halb- oder 1/4-Schritt verwenden. Vor allem testen, wie sich die Umstellung auf die Resonanz auswirkt.
Gruß Klaus
nein halbschritt zähl ich noch nicht zu mikro. Für Gewindespindel halte ich das für das beste. Vollschritt ist meistens doch zu "hart" und führt noch eher zu Resonanzen.
"Halbierungstheorie"
Wenn man den maximal-strom konstant lässt, dann halbiert sich das Drehmoment (na ja ca.) wenn man die Schrittzahl verdoppelt.
Also von 70 auf 38, von 38 auf 19.5 usw.
Wie gesagt, alles andere glaub ich dir ja, aber da musst du noch Überzeugungsarbeit leisten.
Grüße, Gerd
"Halbierungstheorie"
Ich bin nicht sicher ob ich's richtig verstanden habe, aber ich hab's so interpretiert:
Wenn man den maximal-strom konstant lässt, dann halbiert sich das Drehmoment (na ja ca.
) wenn man die Schrittzahl verdoppelt.Also von 70 auf 38, von 38 auf 19.5 usw.
Wie gesagt, alles andere glaub ich dir ja, aber da musst du noch Überzeugungsarbeit leisten
.Grüße, Gerd
hallo Klaus,
ich habe das bei Nanotec jetzt auch gelesen.
ops
, da stehen ja "deine" Zahlen!
Aber ich glaube man darf das nicht so interpretieren, dass z.B. bei 1/16 mikro nur mehr 10% des Drehmoments zur Verfügung stehen. Das widerspricht auch meiner praktischen Erfahrung mit dem TB6560. Der macht, zumindest theoretisch nach Datenblatt, angenäherte Sinuskurven, und zwar so, dass der quadr. Mittelwert immer ca 71% des Maximalstroms ist (auch bei 1/2 Schritt), im Vollschritt = 100%.
Grüße, Gerd
ich habe das bei Nanotec jetzt auch gelesen.
ops
, da stehen ja "deine" Zahlen! Aber ich glaube man darf das nicht so interpretieren, dass z.B. bei 1/16 mikro nur mehr 10% des Drehmoments zur Verfügung stehen. Das widerspricht auch meiner praktischen Erfahrung mit dem TB6560. Der macht, zumindest theoretisch nach Datenblatt, angenäherte Sinuskurven, und zwar so, dass der quadr. Mittelwert immer ca 71% des Maximalstroms ist (auch bei 1/2 Schritt), im Vollschritt = 100%.
Grüße, Gerd
Hallo Gerd,
Heißt das nun, dass eine Stromanpassung bei kleiner 1/2-Schritt erfolgt? und die Stromhöhe in Form einer Sinuskurve angepasst wird? Das wäre eigentlich wieder logisch.
Ein weiterer Erfahrungspunkt: Man kann die Stromhöhe nicht beliebig (natürlich um den Sollwert) varieren. Insbesondere wenn man auch mit dem Strom zu hoch geht, wird das Resonanzproblem ganz drastisch.
Gruß Klaus.
Nun bin ich völlig verwirrt
Heißt das nun, dass eine Stromanpassung bei kleiner 1/2-Schritt erfolgt? und die Stromhöhe in Form einer Sinuskurve angepasst wird? Das wäre eigentlich wieder logisch.
Ich denke, da wirken zwei Dinge zusammen - diese Erfahrung habe zumindest ich gemacht. Dadurch dass die Motoren bei Vollschritt wesentlich "härter" laufen, kommt es auch eher zu Resonanzen. Diese führen aber wieder zu Schrittverlusten, so dass die abrufbare Kraft auch nicht der theoretischen entspricht. Bei Halb-/Mikroschritt wird zwar das Drehmoment geringer, das Resonanzproblem aber auch.
Ein weiterer Erfahrungspunkt: Man kann die Stromhöhe nicht beliebig (natürlich um den Sollwert) varieren. Insbesondere wenn man auch mit dem Strom zu hoch geht, wird das Resonanzproblem ganz drastisch.
Gruß Klaus.
Das beruhigt mich, ich dachte schon nur mir gehts so
Aber ja, so scheint das zu sein mit dem Strom bei 1/2 und mikroschritt.
Hab dir ein Datenblatt dazu geschickt.
Deine letzten Bemerkungen kann ich auch aus meiner Sicht vollständig bestätigen.
Grüße, Gerd
