Stepper/Schrittmotor oder DC-Motor

Was ist der ideale Zeitraffer Motor ? Geht der Shoot-Move-Shoot Modus auch mit einem Gleichstrommotor ? Kann ich einen Schrittmotor auch für Videoaufnahmen verwenden ?

Für welche Motorisierung soll ich mich entscheiden, wenn ich einen Slider (oder Pan / Tilt-Kopf) motorisieren will ? Diese und ähnliche Fragen erreichen uns täglich und wir wollen uns einmal Zeit nehmen, die Unterschiede der verschiedenen Motoren und Ihrer Ansteuerungen zu erläutern.

Gleichstrommotor

DC- Zeitraffer Motor

Der Gleichstrommotor, auch DC (Direct current) -Motor genannt, ist uns allen gut bekannt, denn die meisten Motoren in den Dingen unseres täglichen Bedarfs, Spielzeug und so weiter, sind einfache Gleichstrommotoren. Es gibt sie in unendlich vielen Formen (und Farben, vermutlich)

Ein Gleichstrommotor wird, wie der Name es schon sagt, mit einer Gleichspannung betrieben. Das funktioniert denkbar einfach, denn der Motor hat nur zwei Pole. Werden diese an eine Spannung angeschlossen, dreht sich der Motor. Schliesst man die Pole anders herum an, dreht sich der Motor in die andere Richtung.

Wird die Spannung erhöht, dreht sich der Motor schneller, wird die Spannung verringert, läuft er langsamer. Einfach, oder ?
In der Realität, mit der wir uns ja dummerweise immer mal wieder rumschlagen müssen, ist es ein bisschen komplizierter, denn um einigermassen die Kontrolle über das Verhalten des Motors zu haben, brauchen wir eine Steuerungselektronik. Im einfachsten Fall ist dies ein Potentiometer (verstellbarer Widerstand), der die Motorspannung regelt. Das funktioniert allerdings nur für sehr kleine und schwache Motoren, denn üblicherweise haben Potentiometer Verlustleistungen von ca. 1/4 Watt und damit kann man keinen Slider Motor betreiben.
Wir brauchen also eine etwas kompliziertere Elektronik. Üblicherweise verwendet man sogenannte Treiber-IC, die über einen Microcontroller mit einem Pulsbreitenmodulationssignal (PWM = pulse width modulation) geregelt werden. Mit dem PWM kann man die Spannung, die den Motor versorgt, sehr genau regeln (und damit eben auch die Drehzahl).

Super, oder ? Jetzt könnten wir den Motor z.B. mit 50 % seiner Versorgungsspannung für eine halbe Sekunde laufen lassen und würden ausmessen, wie weit er fährt.  Wenn wir dann wissen, wie weit der Motor fährt, könnten wir uns daraus eine Zeitrafferfahrt basteln - fahren, Foto machen, fahren, Foto machen, Shoot-Move-Shoot eben.
Je nach Motor und Controller geht das in sehr, sehr kleinen Schritten. Aber das Prinzip ist immer gleich: Motor an, Motor aus.

Also, erste Frage beantwortet: klar kann der DC-Motor auch S-M-S. Der MX-3 Controller von Dynamic Perception ist der prominenteste Vertreter dieser DC-Motor Controller.

 

Schrittmotor

Stepper Motor

Wenn ich mit einem DC-Motor SMS- Fahrten machen kann, wozu brauche ich dann noch den Schrittmotor, oder um weiter in coolen Anglismen zu schreiben, einen Stepper ?

Wie oben erwähnt, wird der DC-Motor über eine angelegte Spannung zum laufen gebracht. Vorteil dieser Ansteuerung ist, dass es verhältnismässig einfach ist. Von Nachteil ist allerdings, dass sich eine genaue Positionierung auf diese Weise nur relativ unzureichend realisieren lässt.

Der Schrittmotor funktioniert grundlegend anders, denn hier wird nicht einfach eine Spannung an eine Spule gelegt, die dann ein paar Magnete im Kreis rumdreht (kommutiert), wie beim DC-Motor, sondern im Schrittmotor arbeiten mehrere Spulen, die die Motorachse jeweils nur einen kleinen Schritt (Ach ? ) weiter drehen.  So kann man übrigens DC und Schrittmotor ganz gut unterscheiden: kommen nur zwei Drähte raus, ist es ein DC-Motor, sind es mehr, ist es wahrscheinlich ein Stepper (auf Brushless Motoren und Servos gehe ich hier jetzt einmal nicht ein)
Die Kommutierung muss beim Schrittmotor elektronisch erfolgen, das bedeutet, dass die Steuerungselektronik die Spulen nacheinander schaltet. Je nach dem in welcher Geschwindigkeit sie das tut, dreht sich der Motor schneller oder langsamer (links oder rechts). Für den Laien ist kaum ein Unterschied zu erkennen, ob es sich bei einem Motor um einen DC- oder Schrittmotor handelt, denn sie drehen sich beide und das manchmal auch ganz schön schnell.
Das Nacheinanderschalten der Spulen hat einen interessanten Effekt. Die Steuerung kann nun nämlich genau feststellen, wie viele Schritte sie gemacht hat. Das ermöglicht eine sehr genaue Positionierung, auf Kosten einer aufwändigeren Steuerung.  Aber so können wir exakt wiederholbare Bewegungen machen, was für professionelle Motion Control Anwendungen immer gut ist.

Als Controller für einen Stepper- Zeitraffer Motor kommt z.B der eMotimo TB-3 in Frage, oder die MiniE von Airic Lenz

Fazit

Also jetzt immer nur noch Stepper ? Nein. Es sind hervorragende Filme mit den Dynamic Perception Controllern gemacht worden (z.B.  von Randy Halverston (Dakotalapse), Christoph Malin und anderen professionellen Timelapsern). Die DC-Motor Technik ist robust und einfach und für viele Dinge absolut ausreichend. Nur bei exakt wiederholbaren Fahrten sind die DC-Motoren den Steppern definitiv unterlegen.

Auch die Positionierung ist bei Steppern in der Regel etwas komfortabler. Allerdings darf man nicht verschweigen (und das ist bei Zeitraffer durchaus ein Thema), dass die Stepper etwas mehr Strom verbrauchen und daher grössere Akkus von Nöten sind, besonders, wenn man über die Nacht (oder den Tag) aufnehmen will.

Ein Wort noch zu den Getrieben: Um wirklich sinnvoll mit einem Motor arbeiten zu können, braucht Ihr in der Regel einen Motor mit Getriebe. Dieses Getriebe sollte weitgehend spielfrei (oder spielarm) sein.

Schneckengetriebe eigenen sich für Slider, besonders wegen der Selbsthemmung (d.h. man kann sie nicht von der Abtriebsseite her bewegen, nur von der Motorseite). Diese haben traditionell ein grösseres Spiel, als z.B .Planetengetriebe, die dafür kaum Selbsthemmung haben.  Einen Motor ohne Getriebe zu verwenden ist wenig sinnvoll, auch wenn das gesparte Geld lockt. Bei uns bekommt Ihr Getriebemotoren (Stepper und DC) in allen möglichen Abstufungen, wobei sich für Zeitraffer die 21 rpm DC Motoren und die 1:27 Schrittmotoren als Bestseller erweisen. Beide Motorarten (von unseren Motoren) sind übrigens mit dem Dynamic Perception Quicksnap System kompatibel.

 

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