Harter Anschlag für Steppermotor

Hey Leute,

ich habe eine Hofturmuhr gebaut, die auch einwandfrei arbeitet. Auch die Glockenschläge werden präzise ausgelesen und an die mechanische Einheit (Hammer) weitergegeben. Es scheitert etwas am mechanischen Teil. Ich habe einen Steppermotor verwendet und an dessen Achse einen kleinen Hammer gesetzt. Das Schlag funktionier zwar, aber es kommt ständig zu Doppelschlägen oder Luftschlägen. Der Motor hat zwei harte Anschläge: Einmal in der Ruheposition und einmal an der Glocke an sich.

int SET_vorschub = -15;           // Hammer Vorschub (0-200; -15)
int SET_rueckzug = 15;            // Hammer Rückzug (0-200; 15)
int SET_geschw = 60;              // Hammer Geschwindigkeit (10-120; 60)
int SET_glockenPause = 900;       // Pause zwischen Glockenschläge (900 ms)

void setup()
{
        stepper.setSpeed(SET_geschw);
}

void glockenSchlag (int stunde, bool glocke)
{
    for(int i=0; i<stunde; i++)
    {
        digitalWrite(MotorPin1, HIGH);
        digitalWrite(MotorPin2, HIGH);
        stepper.step(SET_vorschub);
        delay(50);
        stepper.step(SET_rueckzug);
        delay(150);
        digitalWrite(MotorPin1, LOW);
        digitalWrite(MotorPin2, LOW);
        delay(SET_glockenPause);
    }
}

Meine Frage ist: Was passiert, wenn der Motor die Anweisung bekommt, 15 Steps zu drehen, aber der Bewegungsradius nur 13 Steps zulässt? Dreht der Motor durch? Stoppt er und bemerkt, dass es nicht weitergeht? Wenn er nun wieder 15 zurückgehen soll, rechnet er dann 15-15 oder 13-15?
Der erste Schlag ist immer normal, die anderen danach wirken wirr. Er bleibt auf halbem Wege stehen, schlägt zweimal, dann rutscht er auch mal wieder in die korrekte Ruheposition.
Logisch wäre natürlich, den Motor nur so viele Steps anzuweisen, wie er Platz hat. Problem ist dann nur, dass der Schlag nicht laut genug ist. Ich wollte mehr "Anpressdruck" bzw. Schlagkraft erzeugen, in dem ich ihn mehr Steps laufen lasse, als er Platz hat.

Vielleicht könnt ihr mir erklären, wie ein Steppermotor auf so ein Problem reagiert.

Bilder und Verlauf des Projekts sind hier zu sehen. Das Problem an sich aber nicht.
https://uhrforum.de/threads/uhrentuermchen.551868/page-5

Dann dreht er 13 Steps. Ist das Drehmoment des Motors zu klein, die Mechanik zu zerstören, "verliert er Schritte". Das Programm weiß mangels Rückmeldung nichts von den Schrittverlusten und geht von 15 vollendeten Schritten aus.

Das Programm weiß nichts von den Schrittverlusten und bewegt den Motor 15 Schritte zurück, also mutmaßlich zwei zu viel.

Ist an der Mechanik ein Drehencoder oder so angebracht, kann das Programm die tatsächlich gemachten Schritte mitzählen. Es gibt auch Schrittmotoren mit eingebautem Encoder.

Oder Du drehst nicht 13 Schritte zurück, sondern bis zu einem Endanschlag als Referenzpunkt.

Hallo wie schön, noch ein Uhrenbastler auf der Welt :slightly_smiling_face:
zu Deiner Mechanik würde ich Dir mal empfehlen den Glockenhammer nicht direkt an den Steppermotor anzuschrauben sondern eine Mechanik basteln, wo der Motor nur als "Hammerbeschleuniger" arbeitet. Das könnte ein exzentrisches Rad sein oder, ... na ja auf die Schnelle ... schau Dir mal eine mechanische Pendeluhr an, in meiner sind die Hämmerchen wie horizontale Pendel angebracht, die von einem Rad angehoben und auf die Glocke fallen gelassen werden, und das bei jeder Umdrehung des Rades.

Solche Leute soll es geben: Uhren Sammelthread

Meine knapp 15 cm hohe LED-Uhr:

@agmue Danke für die Erläuterung. Das erklärt, warum der Hammer nur einmal ordentlich schlägt und sich dann verrechnet.

@galacticobmg Glaube mir, ich habe mir schon zahllose Schlagwerke angeschaut. Ich habe auch schon mehrere Varianten versucht. Am besten hat immer noch der Stepper funktioniert. Dein Hinweise mit der Entkopplung ist sicher der Schlüssel zum Erfolg. Ich stelle mir gerade eine Art Torsionsfeder vor. Somit wäre Der Hammer zwar noch immer mit der Welle verbunden, aber leicht entkoppelt. Man könnte Schwung erzeugen, ohne den Motor hart an den Anschlag fahren lassen zu müssen.

Mir fehlt aber grad noch die Vorstellungskraft für eine solche Kupplung. 3D-Programm und 3D-Drucker sind am Start. Derzeit sieht es halt so aus:

ich schätze mal wenn wir hier im Arduinoforum Uhrenmechanik diskutieren, werden uns die Moderatoren rausschmeissen. Was den Stepper betrifft hast Du ja schon einen Hinweis im Post#2, und das ist auch immer das mechanische Problem, wenn Du den Hammer direkt am Motor hast.
Der Uhren Sammelthread ist leider schon 10 Jahre alt, da kann man nix mehr posten.
Aber wenn die Moderatoren es erlauben zeige ich auch mal eine meiner Uhren, die Berlinuhr, mit Arduino NANO:

Wenn es nicht zu abwegig ist, eher nicht. Unser deutschsprachige Moderator @uwefed wohnt in Italien und genießt lieber entspannt einen guten Wein, gutes Olivenöl oder was es sonst noch an italienischen Genußfreuden so gibt.

Wie die Zeit vergeht, eben schien mir der Uhren Sammelthread noch geöffnet :zany_face:

Uwe kann ein Thema auf Wunsch wieder öffnen, bei einem meiner Themen hat er das schonmal gemacht.

agmue
Hast Recht, muß abnehmen.

Nein niemals, nur teeren und federn :wink:

Schick mir den Link und ich öffne den Tread wieder.
Grüße Uwe

1 Like

Was genau haben denn die anderen Varianten für Probleme gemacht?
Wenn der Steppermotor irgendwas mit Gewicht hochzieht und wenn es weit genug oben ist wird herunterfallen ausgelöst das müsste doch immer funktionieren. Mag sein das der Anschlag zu schwach ist, aber das ist ja dann nur eine Frage der Dimensionierung.

Fallen lassen ist schwierig, weil der Hammer nach Anschlag sofort wieder von der Glocke entfernt werden muss, um den Klang nicht zu dämmen. Das kann ein Stepper natürlich sehr gut. Aber wie gesagt, die Lautstärke lässt sich nur mit mehr Aufschlag realisieren, aber sobald der Hammer die Glocke berührt, dreht der Motor durch und verliert Schritte.

Ich habe jetzt die Welle vom Hammer etwas entkoppelt. Mal sehen ob das funktioniert. So kann ich dem Steppermotor 15 Schritte anweisen, auch wenn der Drehwinkel nur 13 Schritte zuließe. Die restlichen Schritte werden durch die Spiralfeder zu Schwung umgewandelt.

Oder ich gebe ihm genau 15 Schritte bei passenden 15 Schritten. Normalerweise würde er die Glock so nur streicheln, aber mit der Feder schleudert er eventuell den Hammer den restlichen Weg. Ich probiere mal herum.

Mit einer Spiralfeder stelle ich mir das so vor:

  1. Der Motor dreht los, die Trägheit hält den Hammer "fest".
  2. Die gespannte Feder bewegt den Hammer.
  3. Der Motor bremst vor der Glocke, der Hammer schießt über das Ziel hinaus und berührt die Glocke zum Klang.
  4. Der Motor dreht zurück.

Schwingende Systeme haben Eigenfrequenzen, weshalb vermutlich viel Probieren erforderlich ist, das System gut abzustimmen.

Hallo Andreas,
bin wieder da, musste neues Profil erstellen. Meine Beiträge sind zum Teil weg. Deine Uhr sieht toll aus.
Grüße und meldet euch
(Tschuldigung, dass ich mich hier eingeklinkt habe) :wink:

Ich habe soche Sachen mit handelsüblichen Elektromagnet gesehen.
zB Xrn-19/42tl Solenoid Elektromagnet Feder Rückkehr Dc 12V 16mm Zug Druck Rohr | eBay (Nur zur Veranschaulichung). Auf der Seite mit dem Gewinde schießt der Bolzen 16 mm heraus.

Hier baut er sich alles selbst: https://www.youtube.com/watch?v=juq-4QEklgM

Grüße Uwe

@uwefed Einfache Solenoids sind zu schwach. Da kommt kaum was an Ton heraus. Man bräuchte schon kräftigere. Ich Kirchtürme arbeiten immer mit Hämmerchen.

@agmue Du hast es genau so beschrieben, wie ich es mir vorgestellt habe. Und es klappt hervorragend. Auch das mit dem Herumprobieren hast du gut erkannt. Daher habe ich zwei individuelle Stops eingebaut. So lässt sich das ganze sehr präzise einstellen. Plus softwareseitige Möglichkeiten. Der hintere Stop ist dafür da, die Schwingung in der Ruheposition sofort einzudämmen, damit ich den Motortreiber möglichst schnell abschalten kann. Ansonsten verreißt der schwingende Hammer den Motor und ändert die Position.

Die gibt es sicher auch größer.

Grüße Uwe

Danke für's Video :slightly_smiling_face: