In vielen industriellen Anlagen müssen Achsen nicht nur bewegt, sondern an einer bestimmten Position zuverlässig angehalten werden. Genau hier stoßen klassische Schrittmotoren unter ungünstigen Bedingungen an ihre Grenzen. Verliert der Motor durch eine zu hohe Last, starke Beschleunigung oder eine ungünstige Resonanz Schritte, erkennt die Steuerung diesen Fehler bei einem herkömmlichen offenen System zunächst nicht. Closed Loop Schrittmotoren verfolgen einen anderen Ansatz: Die tatsächliche Motorposition wird kontinuierlich erfasst und mit der Sollposition verglichen.
Dafür sitzt meist ein Encoder direkt an der Motorwelle. Die Rückmeldung gelangt zum Treiber, der Abweichungen zwischen vorgegebener und realer Position erkennen kann. Bei einer steigenden Last lässt sich der Motorstrom entsprechend anpassen. Das unterscheidet ein geschlossenes Schrittmotorsystem deutlich von einer einfachen Kombination aus Motor und Stepper-Treiber. Die Steuerung reagiert nicht mehr ausschließlich auf die ausgesendeten Schrittimpulse, sondern berücksichtigt auch, was die Mechanik tatsächlich macht.
Besonders interessant ist diese Technik bei CNC-Maschinen, Pick-and-Place-Systemen, Verpackungsanlagen, Förderachsen und automatisierten Montageeinrichtungen. Dort können Positionsfehler nicht nur die Genauigkeit verschlechtern, sondern Ausschuss oder Stillstandszeiten verursachen. Ein Closed Loop System kann einen drohenden Schrittverlust frühzeitig feststellen und die Bewegung korrigieren. Je nach Treiber und Regelstrategie sind außerdem Überlast- und Positionsfehler als Diagnoseinformationen verfügbar.
Ein weiterer Vorteil liegt im Energieverbrauch. Bei manchen Systemen wird der Motorstrom nicht dauerhaft auf einen hohen Wert eingestellt, sondern an die aktuelle Belastung angepasst. Während einer leichten Bewegung kann dadurch weniger Leistung umgesetzt werden. Gleichzeitig bleibt die verfügbare Kraft bei Bedarf erhalten. Das wirkt sich nicht nur auf den Stromverbrauch, sondern auch auf die Wärmeentwicklung von Motor und Treiber aus.
Trotz der Vorteile ersetzt ein Closed Loop Schrittmotor nicht automatisch einen Servomotor. Bei sehr hohen Drehzahlen, extrem schnellen Lastwechseln oder besonders dynamischen Bewegungsprofilen kann ein Servo die bessere Wahl sein. Auch die Qualität des Encoders, die Auflösung der Rückmeldung und die Abstimmung des Reglers spielen eine entscheidende Rolle.
Für die industrielle Positioniertechnik ist der Closed Loop Schrittmotor deshalb vor allem dort interessant, wo die Einfachheit und das hohe Haltemoment eines Schrittmotors erwünscht sind, gleichzeitig aber eine zuverlässige Überwachung der tatsächlichen Bewegung benötigt wird. Er schließt eine praktische Lücke zwischen klassischem Schrittmotor und vollwertigem Servoantrieb.
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