Suche Hilfe bei der Wahl von Linearaktuator/Schrittmotor und Arduino + Motorstrg

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Moin moin,

Ich bin aus dem Bereich Maschinenbau, habe dadurch eher wenig Erfahrung im Programmieren(2 Semester Java) und möchte für meine Abschlussarbeit einen Versuchsstand errichten.

Ich habe leider wenig Ahnung von der Thematik hier und muss zudem meine Fragen auch noch sehr offen stellen, habt bitte Nachsehen.

Was ich bisher weiß:

  • Ich brauche einen Linearaktuator, welcher mittels Schrittmotor funktioniert. Ich möchte also einen Weg s1 verfahren können und einen weiteren Weg s2 von Punkt s1 aus verfahren können etc. Vor und zurück sollten auch möglich sein.

Abfolgen á la: Vor bis Sensor ausgelöst; Stopp; 5 Schritte vor; 10 Schritte zurück; 15 Schritte vor; 20 Schritte zurück; usw.

  • Nötig wäre eine Druckkraft des Linearaktuators von mindestens 1,2 kN aber lieber wären mir ca. 2kN. Es soll Material hiermit verformt werden.

  • Es gibt massig Angebote für Linearaktuatoren, die 6kN und mehr aufbringen können, die jedoch nicht als Schrittmotor agieren.

  • Eine All-in-One-Gehäuse-Lösung wäre ideal, da ich mich möglichst wenig mit dem Bau der Vorschubeinheit beschäftigen möchte. Ich möchte also nicht selbst mit Führungen und Spindeln hantieren müssen, wenn ich mir diesen Schritt sparen kann. Der Rest des Aufbaus wird schon komplex genug und die Methodik selbst muss noch erarbeitet werden.

Meine Fragen an euch und euren Erfahrungsschatz wären also:

  • Kennt ihr Linearaktuatoren, welche mittels Schrittmotor betrieben werden und die nötige Kraft aufbringen können? Ich würde mich notfalls auch mit 600 N zufrieden geben, also gerne alle Vorschläge her.

  • Wo finde ich solche Komponenten?

  • Welcher Arduino und welcher Motorcontroller wären hierzu nötig?

  • Falls es keine All-in-one-in-einem-Gehäuse-Lösung gibt, welchen normalen Schrittmotor würde ich hierfür am besten nehmen?

  • Bei einer Spindelsteigung von 2 mm bräuchte ich für meine Bedürfnisse einen Motor, der ein Drehmoment von 0,64 Nm aufbringen kann (bei Wirkungsgrad 100%), wenn ich mich da nicht vertan habe. Welchen würdet ihr mir hierzu empfehlen?

  • Würde dieser hier ggf. passen für das was ich vorhabe? Habe ihn mit Absicht mit ausreichend Drehmomentreserve gewählt, da der Wirkungsgrad und die mir zur Verfügung stehenden Spindelsteigungen noch nicht ganz klar sind.

Sanyo Denki 103H7 Schrittmotor 1.8°, 24 V dc / 4 A, 2.7Nm, 4-adriger Anschluss

Mein Kostenrahmen beträgt für die Vorschubeinheit inkl. Arduino und allem was dazu gehört ungefähr 500€.

LG,

Irek00

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Es gibt massig Angebote für Linearaktuatoren, die 6kN und mehr aufbringen können, die jedoch nicht als Schrittmotor agieren

Hat vermutlich seinen Grund. Aber du bist der Maschinenbauer.

  • Vielleicht brauchst du eher einen Encoder, der dir sagt, wie weit sich deine Presse bewegt hat?

  • Das hat jetzt mit Arduino nichts zu tun, oder?

3

Hi

Ich denke auch, daß ein Stepper hier der falsche Ansatz ist.
Alleine schon wegen der benötigten Kraft muß eine unglaubliche Untersetzung dazwischen, was wieder in seeeehrrr langsamer Geschwindigkeit resultieren wird - ein Stepper kann man nicht beliebig schnell drehen lassen (auch verliert Der ungemein Kraft, je schneller Er dreht).

Ist der Stepper vorgegeben? Welcher?
Daraus ergibt sich das nötige Getriebe (für die Kraft) und den Urlaubszettel kannst Du auch schon ausfüllen, weil der Kram echt langsam werden wird.

Unter welchen Umständen soll 'damit' aufgehört werden?
Wenn ich nun als Press-Objekt ein Stahl-4-Kant nehme - Das wird sich nun Mal nicht so schnell beeindrucken lassen - der Stepper wird Schritte verlieren - wie willst Du Das mitbekommen?
Also wird ein Encoder her müssen.
Dann ist der Schritt nicht mehr weit zu einem Servo-Antrieb - Die können Geschwindigkeiten erreichen und Kräfte entwickeln, wo der Stepper nicht Mal neidisch gucken wird ...
Macht die Sache nicht billiger, aber es gibt Servos, Die mit Step/Dir angesteuert werden - und eine Fehlermeldung raus hauen, wenn die geforderte Position nicht (rechtzeitig) erreicht wird.

MfG

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michael_x:
Hat vermutlich seinen Grund. Aber du bist der Maschinenbauer.

  • Vielleicht brauchst du eher einen Encoder, der dir sagt, wie weit sich deine Presse bewegt hat?

  • Das hat jetzt mit Arduino nichts zu tun, oder?

Dein erster Satz erschließt sich mir leider nicht.

  • Encoder usw kann man sicher auch nutzen, ich hatte nur gehofft, dass ich das Ganze mit einem Schrittmotor lösen kann.

  • Mit Arduino hat es was zu tun, da ich das Ganze mit Arduino ansteuern möchte. Ich wollte eingangs nur danach fragen ob ihr da Ideen habt mit welchem Motor mein Ziel zu erreichen wäre.

postmaster-ino:
Hi

Ich denke auch, daß ein Stepper hier der falsche Ansatz ist.
Alleine schon wegen der benötigten Kraft muß eine unglaubliche Untersetzung dazwischen, was wieder in seeeehrrr langsamer Geschwindigkeit resultieren wird - ein Stepper kann man nicht beliebig schnell drehen lassen (auch verliert Der ungemein Kraft, je schneller Er dreht).

Ist der Stepper vorgegeben? Welcher?
Daraus ergibt sich das nötige Getriebe (für die Kraft) und den Urlaubszettel kannst Du auch schon ausfüllen, weil der Kram echt langsam werden wird.

Unter welchen Umständen soll 'damit' aufgehört werden?
Wenn ich nun als Press-Objekt ein Stahl-4-Kant nehme - Das wird sich nun Mal nicht so schnell beeindrucken lassen - der Stepper wird Schritte verlieren - wie willst Du Das mitbekommen?
Also wird ein Encoder her müssen.
Dann ist der Schritt nicht mehr weit zu einem Servo-Antrieb - Die können Geschwindigkeiten erreichen und Kräfte entwickeln, wo der Stepper nicht Mal neidisch gucken wird ...
Macht die Sache nicht billiger, aber es gibt Servos, Die mit Step/Dir angesteuert werden - und eine Fehlermeldung raus hauen, wenn die geforderte Position nicht (rechtzeitig) erreicht wird.

MfG

Ggf. habe ich die Funktion von Schrittmotoren nicht ganz auf dem Schirm.
Angenommen ich wollte jetzt einen Löffel von 15 cm Länge mit meinem Aufbau um 2 mm verbiegen, nicht plastisch, nur elastisch. Das heißt, nach dem Entspannen des Aufbaus, geht der Löffel zurück in seine Ausgangsposition.
Wenn der Stepper nun einen Schritt weiterdreht und somit über die Spindelsteigung der Löffel leicht ausgelenkt wird um 0,01 mm (bei 2 mm Spindelsteigung), dann "verliert" er diesen Schritt weil er auf Widerstand trifft? Würde der Stepper dann nicht einfach "aufgeben" und den "unvollständigen" Schritt nicht mitzählen? Oder rattert seine Zählweise weiter obwohl er sich nicht drehen kann?

Ich hatte bisher gedacht, dass solch ein Schrittmotor einfach immer einen Schritt weiter macht, insofern er nicht untermotorisiert ist.

Bin hier nicht ganz im Bilde, da Schrittmotoren etc absolut nicht in meinen Kompetenzbereich fallen.

Bei diesem hier...

Sanyo Denki 103H7 Schrittmotor 1.8°, 24 V dc / 4 A, 2.7Nm, 4-adriger Anschluss

...habe ich im Datenblatt herausgefunden, dass dieser zB bei 800 U/min ca. 1,8 Nm Drehmoment hat.
Bei 2 mm Spindelsteigung und einem Wirkungsgrad von 0,67 komm ich auf 3788,76 N Kraft, die ich über die Spindel übertragen könnte. Bei 100% Wirkungsgrad wärens 5654,87 N. Das übertrifft meine geforderten 2 kN ja bei weitem.
Ggf. habe ich hier aber auch einen Zahlendreher drin, habe es aber nochmal geprüft, müsste stimmen.

Und bei 800 U/min und 2 mm Spindelsteigung komme ich auf 1600 mm/min, was 26,67 mm in der Sekunde ergibt. Das ist für mich in jedem Fall schnell genug. Die Frage ist nur, ob es sich so einfach rechnen lässt?

LG,
Irek

5

irek00:

  • Encoder usw kann man sicher auch nutzen, ich hatte nur gehofft, dass ich das Ganze mit einem Schrittmotor lösen kann.

Du redest von „Spindelsteigung 2 mm“. Ist das der gesamte Verfahrweg?

  • Mit Arduino hat es was zu tun, da ich das Ganze mit Arduino ansteuern möchte. Ich wollte eingangs nur danach fragen ob ihr da Ideen habt mit welchem Motor mein Ziel zu erreichen wäre.

Für den Anfang - und Deinen Einsatzj - finde ich den UNO gut. So einer treibt mit Motor-Shield entweder einen Stepper oder zwei DC-Motore an. Bei meinem Langzeitgebastel kam es mir darauf an, möglichst wenig Energie zu verbrauchen, deshalb habe ich zwei Getriebemotore mit Kodierscheiben ausgestattet, die ich mit zwei IR-Tastern ablese. Evtl. wäre so etwas besser geeignet.

Gruß

Gregor

PS:

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Hi

Erschwerend kommt hinzu, daß die 24V nicht zu den 4A und dem angegebenem Spulenwiderstand von 2,4Ω passen - dort würde ich eher 10A erwarten ... was hat dann die 24V dort zu suchen?

MfG

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postmaster-ino:
Erschwerend kommt hinzu, daß die 24V nicht zu den 4A und dem angegebenem Spulenwiderstand von 2,4Ω passen - dort würde ich eher 10A erwarten ... was hat dann die 24V dort zu suchen?

Bei für Stromsteuerung ausgelegten Steppern wird im allgemeinen eine Spannung angegeben, mit der der Stromtreiber versorgt wird. Und für diese Spannung gilt dann auch die Drehzahl/Drehmoment Kurve im Datenblatt. Oft sind da auch die Kennlinien für 2 unterschiedliche Spannungen angegeben. Für Stromsteuerung ausgelegte Stepper werden nie mit der Spannung = (Spulenwiderstand x Spulenstrom) betrieben. Da geht auch das Datenblatt nicht von aus :wink: . ( Der angegebene Motor mit 4A hat sogar nur 0,65Ohm Spulenwiderstand ).

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gregorss:
Du redest von „Spindelsteigung 2 mm“. Ist das der gesamte Verfahrweg?

Für den Anfang - und Deinen Einsatzj - finde ich den UNO gut. So einer treibt mit Motor-Shield entweder einen Stepper oder zwei DC-Motore an. Bei meinem Langzeitgebastel kam es mir darauf an, möglichst wenig Energie zu verbrauchen, deshalb habe ich zwei Getriebemotore mit Kodierscheiben ausgestattet, die ich mit zwei IR-Tastern ablese. Evtl. wäre so etwas besser geeignet.

Gruß

Gregor

PS:

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Spindelsteigung bedeutet in diesem Falle, dass der Schlitten, welche über eine Spindelmutter auf einer Linearführung bewegt wird, mit jeder Umdrehung der Antriebsspindel um 2 mm verfährt. Denn die Steigung des Gewindes an der Spindel beträgt 2 mm pro Umdrehung. Ist nur ein Beispiel, am Ende kann ich theoretisch auch mit 4 mm Spindelsteigung arbeiten, je nachdem welche Komponenten man sich dann zulegt. Angestrebter Verfahrweg wären eher 30-50 mm. 30 solltens schon sein und mehr als 50 müsstens vermutlich nicht sein.

Lg,

Irek