Die Miniaturisierung spielt bei der Konstruktion von Anlagen neben geringer Vibration, geringer Geräuschentwicklung und hoher Geschwindigkeit eine wesentliche Rolle. Mikroschritt-Treiber sind aufgrund ihrer geringen Vibration sehr populär. Bislang waren allerdings gerade diese Treiber oftmals verhältnismäßig groß, sodass der Wunsch nach Verkleinerung nicht erfüllt werden konnte. Dank der neu entwickelten Stromkontrolle konnte Oriental Motor bei der CRK-Serie auf die größeren Bauteile auf der Platine verzichten. Zudem werden Stromkontrolle und Peripherieschaltkreis in zwei ICs zusammengefasst, was die Anzahl der Bauteile erheblich reduziert. Der CRK-Treiber bedient somit nicht nur die Forderung nach einer Verkleinerung der Komponenten, sondern überzeugt gleichzeitig mit einer guten Performance hinsichtlich der Vibrationen. In der Medizintechnik beispielsweise werden hohe Anforderungen an die Geräte gestellt. Sie müssen hochpräzise und fein mit empfindlichen und sehr kleinen Teilen arbeiten. Mikrotome sind wortwörtliche Klein-Schneider. Sie werden für die Herstellung von Präparaten für die Mikroskopie eingesetzt. Je nach Objekt kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz; geschnitten wird mit Stahl, Glas oder Diamanten oder mit einem Laserstrahl. Jede Bewegung, sei es die der Klingen oder die der zu schneidenden Probe, muss hochpräzise ausgeführt werden. Der Mikroschritttreiber der CRK-Motoren von Oriental Motor ermöglicht Positionieren mit hoher Genauigkeit im Vollschritt ohne Beeinträchtigung der Winkelgenauigkeit, welche für die Standardausführung ±0,05° im lastfreien Zustand beträgt. Durch einige Neuentwicklungen wird der Treiber so verkleinert, dass er auch in Situationen eingesetzt werden kann, für die er vorher wegen der benötigten großen Bauteile von vornherein ausfiel. Die Verkleinerung wird durch drei Faktoren bestimmt: Durch den Einsatz der Stromkontrolle, durch die neu entwickelten ICs und durch die Verwendung verkleinerter Bauteile. Bild 1 zeigt den Treiber im Verhältnis zu dem der Vergleichsserie CSK. Die neue Treibergeneration wurde bezüglich der Installationsgröße um 42%, beim Volumen um 29% und bei der Masse um 20% reduziert. Die Verringerung der Bauteileanzahl erhöht zudem die Zuverlässigkeit, weil es weniger \“Sollbruchstellen\“ durch mechanischen Verschleiß gibt. Geringere Vibrationen und weniger Geräuschentwicklung Die CRK-Serie ist mit der so genannten Smooth-Drive-Funktion ausgestattet, die den Mikroschritt-Antrieb automatisch betreibt, ohne dass Schrittwinkel, Pulsanzahl und -frequenz geändert werden müssen. Der Antrieb garantiert damit geringe Vibrationen und hält den Geräuschpegel niedrig. Bild 2 zeigt eine Vergleichsmessung der Vibrationen; die Verbesserung in den Drehzahlbereichen von 60 U/min oder darunter ist offensichtlich. Dank Mikroschritt erfolgt der Wechsel des Motorstroms sanft, so dass sich der magnetische Fluss nicht abrupt ändert; der Geräuschpegel bleibt ebenso niedrig. Der Smooth-Drive-Modus bewirkt vor allem im unteren Geschwindigkeitsbereich mit bis zu 300 U/min eine deutliche Verringerung der Geräuschentwicklung (siehe Bild 3). Insgesamt stehen 25 verschiedene Schrittwinkel zur Auswahl, einschließlich der Basis-Schrittwinkel von Zwei-Phasen-Schrittmotoren mit 1,8° und 0,9° und von Fünf-Phasen Schrittmotoren mit 0,72° bzw. 0,36°. Dies hat den großen Vorteil, dass auf der einen Seite die Vorzüge der Fünf-Phasen-Technologie genutzt werden können, ohne die Vorteile der Zwei-Phasen-Technologie aufgeben zu müssen. Anwender von Zwei-Phasen Schrittmotorantrieben können somit problemlos auf die CRK-Serie umsteigen. Über ein externes Signal lassen sich zwei Schrittwinkel einstellen und umschalten. Weitere Funktionen umfassen die automatische Stromabsenkung und die Motorstromabschaltung. Verkleinerung des Treibers Herkömmliche Mikroschritt-Treiber setzen die so genannte PAM-Methode (Pulse Amplitude Modulation) zur Stromkontrolle ein, was den Vorteil von geringer Motorvibration bei niedrigen Geschwindigkeiten mit sich bringt. Nachteil ist jedoch, dass große Bauteile wie Schalter, Freilaufdiode, Glättungsdrossel oder Kondensator verwendet werden müssen. Nicht nur die Verkleinerung der einzelnen Komponenten trägt zur Verkleinerung des Treibers bei. Ebenso führt die Verwendung von insgesamt weniger Bauteilen zum Ziel. Zur Motorstromkontrolle gibt es die Methode, die Pulsweitenmoduation (PWM) direkt mit dem Frequenzumrichter vorzunehmen und eine am Motor anliegende Durchschnittsspannung zu ändern. Allerdings zieht die Stromkontrolle mit der PWM-Methode auch einige Nachteile nach sich, nämlich bezüglich der Stromerkennung, dem Rückstrom der Freilaufdiode und der Startcharakteristik. Das Problem der Stromerkennung liegt darin, dass sie an dem Punkt erfolgt, an dem der Strom aus dem Frequenzumrichter kommt. Da der Strom aber nicht so stetig wie bei der PAM-Methode, sondern eher wellenförmig fließt, wird die Stromerkennung erschwert. Bei Oriental Motor wurde das Problem durch die Integration eines Schaltkreises gelöst. Dieser berechnet den fließenden Strom anhand des Spitzenwerts. Beim Problem mit dem Rückstrom der Freilaufdiode geht es darum, dass es durch diesen Rückstrom zu einer Überlappung mit dem gemessenen Strom kommt, was den Messwert verfälscht. Ein spezieller Filter schafft hier Abhilfe. Eine weitere Herausforderung bei der Entwicklung des neuen Treibers bestand in einem relativ ungünstigen Startverhalten, das durch die PWM-Methode und die Spitzenwertmessung des Stroms bedingt auftrat. Mit einem neu hinzugefügten Schaltkreis zur Beschleunigungs-Kompensation bekam man dieses Problem in den Griff. Durch die oben beschriebenen Bemühungen und die Verwendung neuer IC-Bausteine konnte beim CRK-Treiber im Vergleich zu einem herkömmlichen Treiber die Anzahl der Bauteile um 45 % reduziert werden. Die dadurch resultierende enorme Platzeinsparung geht obendrein noch Hand in Hand mit einer höheren Zuverlässigkeit des Treibers. Große Auswahl Dem Anwender stehen mit der CRK-Serie insgesamt über 120 einzelne Lösungen zur Auswahl, angefangen vom Standard-Typ (Haltemoment 0,13-1,66 Nm) über die Typen mit hohem Drehmoment (Haltemoment 0,0231 – 0,42 Nm) bzw. hoher Auflösung (Haltemoment 0,042 – 2,3 Nm) bis hin zu den Getriebetypen (Kegelrad-, Planeten- und Harmonicgetriebe). Die Baugrößen reichen von 20 mm bis 60mm. Die CRK-Serie ist mit CE und UL gekennzeichnet.
Oriental Motor GmbH
