Richtige Hardware für mein Projekt?

International Deutsch
#1

Hallo!

Ich benötige Hilfe bei der Auswahl der Hardware für folgendes Projekt:
Ich möchte eine Art Rotationsbeschichter bauen. Dabei soll eine definierte Menge eines Substrats auf eine rotierende Scheibe getropft werden. Nach beliebig gewählter Zeit und Umdrehungen der Scheibe soll diese gestoppt werden und das Substrat aushärten. Der Vorgang soll im Folgenden ein paar mal wiederholt werden, um so eine gewisse Substratdicke zu erreichen. Das Tropfen des Substrats würde ich analog zu einem Perfusor, wie er in der Medizin genutzt wird, realisieren wollen.

Folgendes Setup habe ich mir vorgestellt:
Ein Gleichstrommotor versetzt die Scheibe in Rotation.

Mittels Schrittmotor und einer Art Antriebsspindel drücke ich eine Spritze zusammen, in welcher sich das Material befindet. Über ein Schlauchsystem wird das Material zentriert über der Scheibe abgetropft.

Eventuell soll später das Projekt erweitert werden, indem die Position des Schlauches über der Scheibe verändert wird.
Wäre dazu ein Servomotor sinnvoll?

Sämtliche Halterungen und Befestigungen würde ich mit einem 3D Drucker herstellen.

Nun zu meinen konkreten Fragen:

  1. Ich habe bereits ein wenig Erfahrung mit Anfängerprojekten und Arduino und bin vertraut mit Grundlagen in c++.
    Reicht zur Steuerung ein normaler Arduino Uno mit Adafruit V2 Shield aus oder gäbe es da passendere Bauteile?
  2. Als Steppermotor hätte ich einen QSH2818-51-07-012 rumliegen, wobei ich nicht weiß ob sich die Kraft gut auf eine
    Spindel übertragen lässt!?
  3. Der Gleichstrommotor muss keine hohen Drehzahlen fahren, aber ich würde gern die Geschwindigkeit auslesen.
    Lässt sich dies für jeden beliebigen Motor machen?

Vielen Dank im Voraus!

Viele Grüße
Daniel

#2

Für einen Prototypen sollte der Uno ausreichend sein, später kann auch was kleineres verwendet werden.

Welche Treiber Module oder Shields benötigt werden, hängt von den Motoren ab (Spannung, Leistung) ab, und die wieder von der zu bewegenden Mechanik (Drehzahl, Drehmoment…).

Der Gleichsstrommotor für die Rotation sollte IMO sowieso über eine Einstellmöglichkeit oder Regelung verfügen, und dafür muß ein Drehzahlsignal verfügbar sein. Falls nicht, einen Rotationsencoder (Lichtschranke…) anbauen. Damit kann der Arduino beides erledigen, Steuerung und Anzeige der Drehzahl.

#3

Hallo,
es ist immer ein wenig schwierig zu Projekten anderer etwas sinnvolles zu sagen.
Ich habe die Erfahrung gemacht, das man bei der Entwicklung nicht genug Speicher
und Pin´s haben kann. Nichts geht über Hubraum! Kleiner werden kann man immer
noch.
Bekomme doch erst einmal raus, welche Pin´s Dein MotorShield am Uno belegt- und
ob Dir der Rest noch ausreichen wird.

Bei dem GleichstromMotor kommt es darauf an, welche Masse denn in rotation
gebracht werden soll. Auch sehr darauf, ob die Scheibe dirket an der Welle
betrieben wird- oder ob es eine Übersetzung gibt.

Der StepperMotor hat wie alle Motoren eine Welle, die Kraftübertragung zu einer
Spindel hängt davon ab, wie diese denn mit der Welle verbunden wird.
Gummischlauch, Kardanwelle, Buchse oder Kreuzgelenk. Mit übersetzung oder
ohne…

Welche Kraft der Motor min. aufbringen muß könntest Du Dir berrechnen. Dafür
brauchst Du eine Waage mit Gramm-Anzeige, die Spritze, den Schlau und Dein
Substrat.

Spritze füllen, dann Kolben der selben senkrecht auf die Waage drücken. Wenn
sich das Substrat durch den Schlauch bewegt, Gramm ablesen.
Dann weißt Du z.B. das ein Druck von 257g auf den Kolben das Substrat in
Bewegung setzt. Damit kommst Du dann auf die Kraft.
Aber Achtung!
Langsam drücken, Fließgeschwindigkeit gering, geringe Kraft.
Schnell drücken, Fließgeschwindigkeit hoch, größere Kraft.

Die Umfangsgeschwindigkeit kannst Du mit Hallsensoren bestimmen. Achte aber
darauf, das keine Unwucht an der Scheibe entsteht. Besser wäre eine Gabellicht-
lichtschranke (Loch in Scheibe) oder eine Reflexionslichtschranke.

Auch ein Endschalter für den Kolben der Spritze wäre von Vorteil. Auch würde
ich mir mal Gedanken über das Material Deiner Befestigungen Gedanken machen.
3D-Drucker ist ja schön und gut, aber gibt es für den auch Material, das sich
unter Belastung nicht verformt?

Da kommt Eines zum Anderen, das wird schnell zum Groschengrab.
Gruß und Spaß
Andreas

#4

Bin mir nicht sicher, ob Adafruit V2 Shield und der Schrittmotor wegen Spannungs-/Stromsteuerung zusammenpassen.

Es gibt auch DC-Motore mit Encoder.

#5

Vielen Dank für die schnellen Antworten!

Dann mache ich mich als erstes mal an die Auswahl der Motoren.

Die Scheibe, welche durch den Gleichstrommotor angetrieben wird, soll direkt
an die Welle montiert werden. Sowohl Scheibe als auch Substrat werden nur wenige
Gramm wiegen, sodass hier kaum Last anfallen wird. Der Motor sollte doch schon 600rpm
im Leerlauf schaffen, jedoch tue ich mich etwas schwer bezahlbare Motoren (<=50€)
zu finden. Agume hat eine Seite genannt, welche folgendes Modell anbietet:
Gleichstrommotor

Den Aufbau des “Perfusors” hatte ich mir ähnlich wie in dieser hervorrangenden Anleitung vorgestellt. Wie stark der Motor dazu sein muss werde ich in den nächsten Tagen testen.

Die Erweiterung mit dem dritten Motor habe ich in der Zwischenzeit wieder verworfen, sodass insgesamt nur die beiden o.g. Motoren benötigt werden.

Könnt ihr kleinere Modelle des Arduino und Motor Shields empfehlen, welche für mein Vorhaben ausreichen? Ich würde gern die Elektronik wie in der Anleitung im Gehäuse verstecken. Nach aktueller Planung soll also Folgendes angeschlossen werden: Gleichstrommotor mit Encoder, Bipolar Stepper Motor, 2 Endschalter.

Vielen Dank :slight_smile:

#6

Schlingek:
Könnt ihr kleinere Modelle des Arduino und Motor Shields empfehlen, ...

Mechanisch kleiner nehme ich den Nano oder ProMini. Ich bestelle die in China.

Encoder gibt es auch einzeln oder mit Motor: http://www.exp-tech.de/catalogsearch/result/?q=encoder.

Schrittmotorsteuerung mit DRV8825 oder SilentStepStick.

Das sind meine Bezugsquellen, aber verstehe das bitte als Anregung zum Selbersuchen.

#7

Ich habe mich nun für folgende Bauteile entschieden und würde mich abschließend über ein Feedback zu Kompatibilität und Eignung freuen:

Arduino Uno

DC-Motor mit Encoder

DC-Motor Treiber

Schrittmotor

Schrittmotortreiber

Vielen Dank :slight_smile:

#8