Jeder Elektromotor erwärmt sich während des Betriebs. Dies ist die logische Konsequenz des Stromflusses durch eine Drahtspule. Elektromotoren nutzen Kupferdraht und bilden daraus Spulen, die Teil des elektromagnetischen Kreislaufs sind, der zur Erzeugung der Rotation erforderlich ist. Kupfer ist zwar ein sehr guter Leiter, verfügt aber auch über einen Widerstand, der dazu führt, dass er sich erwärmt. Die Menge des Stroms, der dem Motor zugeführt wird, bestimmt zusammen mit dem Wicklungswiderstand, wie heiß der Motor wird. Im Gegensatz zu einem Servomotor, der nur den für die gewünschte Bewegung erforderlichen Strom liefert, ist es für den Betrieb eines Schrittmotors erforderlich, dass stets der volle Nennstrom fließt.
Wärmequellen bei Schrittmotoren
Schrittmotoren sind so konstruiert, dass sie die beim Betrieb mit ihrer Nennleistung entstehende Wärme aufnehmen können. Während der Großteil der erzeugten Wärme von den Motorwicklungen abgestrahlt wird, gibt es bei hybriden Schrittmotoren auch andere Wärmequellen, wie zum Beispiel Vibrationen und Wirbelströme. Da der Motor durch eine Reihe von Rechteckimpulsen angetrieben wird, die mit verschiedenen harmonischen Frequenzen überlagert sind, vibriert der Motor. Diese Vibration produziert nicht nur hörbaren Lärm, sondern auch zusätzliche Wärme. Wirbelströme sind eine weitere Wärmequelle. Das im Stator des Schrittmotors verwendete Stahlblech kann Wirbelströme erzeugen, die zu einer stärkeren Erwärmung des Stators führen. Die Wärme, die sich im Stator des Schrittmotors befindet, überträgt sich auf das Motorgehäuse und die verbundenen Teile, sodass sich der Motor sehr heiß anfühlt.
Wie man die Temperatur des Schrittmotors reduziert
Es ist zwar normal, dass ein Schrittmotor warm läuft, doch es gibt Möglichkeiten, die Wärme zu reduzieren. Die gängigste Methode ist die Verwendung einer speziellen Schrittmotorfunktion, der sogenannten Blindstromreduzierung, die den an den Motor angelegten Strom auf einen bestimmten Prozentsatz senkt, wenn sich der Motor nicht bewegt. Häufig wird das volle Haltemoment des Schrittmotors im Leerlauf nicht benötigt, sodass der angelegte Strom gesenkt werden kann, was wiederum zu einer geringeren Wärmeentwicklung des Motors führt. Aufwändigere Methoden für eine geringere Wärmeentwicklung bestehen darin, die Wellenform des Stroms so anzupassen, dass unerwünschte Oberwellen minimiert und die an den Motor übertragenen Impulse geglättet werden, oder die Mikroschrittfunktion des Antriebs zu nutzen. Methoden zur Wärmesenkung können dem Motor Wärme entziehen, sodass er auch kühler läuft.
Es ist auch möglich, dass ein Schrittmotor und ein Antrieb nicht korrekt aufeinander abgestimmt sind, was bedeutet, dass der Ausgangsstrom des Antriebs höher ist als der Nennstrom des Motors. Bei den meisten Schrittmotorantrieben kann der Ausgangsstrom entweder über Dip-Schalter am Antrieb selbst oder über die Antriebssoftware eingestellt werden.
Kollmorgen bietet Online-Tools, mit denen die zu erwartende Motortemperatur berechnet werden kann, um festzustellen, ob Motor und Antrieb so aufeinander abgestimmt sind, dass eine Überhitzung des Motors entsprechend den Anwendungsanforderungen vermieden wird.
