Welche Komponenten für Schrittmotor 1,2 Nm 30° links recht drehen für Rohloff Fahrrad Schaltung

Hallo, ich heiße Richard aka Richie bin gelernter Energieanlagenelektroniker und fahre gerne und viel Fahrrad.

Für mich ist das Thema Adruino und Servo/Schrittmotor völlig neu.

Ich würde gerne ein Rohloff Nabenschaltung elektrisch schalten und hoffe auf Empfehlung für Komponenten dazu von euch.

Ich suche einen Motor (mit Getriebe) der > 1,2Nm an der Well aufbringt.
Es soll zwei Taster zur Bedienung geben.
Betätigung S1 = Welle dreht sich 30° links
Betätigung S2 = Welle dreht sich 30° rechts

Jeweils 13 mal in jede Richtung da 14 Gänge und pro Drehbewegung möglichst < 200 ms.

Nach dem drehen wird kein Haltemoment benötigt.

Und Empfehlungen für die passende Elektronik (Treiber, Kontroller) brauche ich auch.

Stromversorgung wird mit einem Li-Io Akku, Wahlweise 1S - 6S realisiert, also 3,7 V, 7,4 V, 11,1 V, 14,8 V, 18,5 V, oder 22,2 V Nennspannung möglich.

Ich habe mir bereits zwei Schrittmotoren zum experimentieren gekauft:

-crouzet 82910001 mit 15:1 Getriebe
-Saia UFB1 mit 24:1

Ob die passen, wird sich zeigen.

Zur Erklärung:

Es geht darum eine Rohloff Nabenschaltung mit Rennrad Lenker und Rennrad-Brems-Schalthebeln zu fahren.

Es gibt für die Rohloff Nabenschaltung vom Hersteller für die analoge Bedingungen nur einen Drehgriff-Schalter, der für grade Lenker geeignet ist.
Will man nun einen Rennlenker fahren, muss man bis dato Kompromisse eingehen.
Z. B. mittels eines teilbaren Lenker, da man auf einen Rennlenker (drop bar) den Dreh-Schaltgriff nicht über die Biegungen geschoben bekommt.
Oder man behilf sich mit extra Adptern/Halterungen.
Beides hat zur Folge, dass man nicht wie bei den meisten modernen Fahrrädern während des schaltens, auch bremsen kann, da Dreh-Schaltgriff und Bremshebel zu weit von einander entfernt sind.

Es gibt Lösungen, die eine Bedienung mit Rennrad-Brems-Schalthebeln ermöglichen.
Z. B. "cinq - shift:R" oder "Gebla - Rohbox"
Jedoch ist dann die Schaltlogik, gegenüber der gewohnten, anders.
Rauf und runter schalten wäre wahlweise links oder rechts vertauscht und die Bedienung, wie bei einem Schaltwerk, mit einer Hand nicht möglich.

Von Rohloff selbst gibt es die E-14.
Eine elektronische Schaltung.
Genau das, was ich will!
Leider jedoch nur exclusiv an neu Bosch - E-bikes und auch nicht auf Nachfrage von mir direkt bei Rohloff für den Endverbraucher zu erwerben.

Da ich bei schlechtem Wetter/im Winter gerne vom Rennrad aufs Fahrrad mit Rohloff und Rennlenker wechseln möchte ohne mich an eine neue Bedienung gewöhnen zu müssen, würde ich das gerne elektrisch Schalten.
So bin ich mit der Anordnung der Schalt-Taster flexibel.

Ich schaffe es ja nicht mal beim Umstieg vom Nexus 8 Fahrrad auf das, mit SRAM grip-shift, mich an die invertierte Drehrichtung des Drehgriff-Schalters zu gewöhnen.
Ständig schalte ich in die falsche Richtung.
Vorallem nervt sowas am Anstieg mit belandenem Anhänger am Fahrrad.
Plötzlich ist man in einem noch schwereren Gang und bis zum wieder runter schalten, steht man gefühlt schon fast...

Zur Funktion:

Die Nabe wird über die externe Schaltbox (das Teil in der Hand) geschaltet.
Dabei wird die so genannte "Seil-Rolle", analog zum Drehgriff-Schalter über zwei Bowdenzüge pro Gang ein Stück gedreht.
Die Rastung erfolgt in der Nabe.

Anstelle der Seil-Rolle, die über eine 8 mm Sechskantaufnahme die Gangwechsel mittels Zahnrädern an die Nabe überträgt, würde ich gerne einen Motor anbauen.
Ähnlich der Rohloff E-14.

Liebe Grüße, Richie :v:.

Du brauchst ein Schrittmotor-Treiber (stepper driver) Modul für den maximalen Strom Deiner Motoren, die Spannung halten sie so ziemlich alle aus. Anschließen und mit der AccelStepper Bibliothek testen, ob die Motoren stark genug sind.

Für den Einbau ergibt sich ein Problem mit der Stellung des Hebels zum Einschaltzeitpunkt. Möglicherweise steht der Hebel auf dem gerade eingelegten Gang, so daß von dieser Position weitergeschaltet werden kann - ich würde mich aber nicht darauf verlassen. Und beim Weiterschalten sollte ggf. vermieden werden, über den ersten bzw. letzten Gang hinauszuschalten.

Gib uns mal die Links wo du die Schrittmotore gekauft hast oder einen Link zu den Datenblättern.
Grüße Uwe

Hi Dittrich.
Danke für die schnelle, hilfreiche Antwort.

Können die Treiber etwas stärker dimensioniert sein?
Der crouzet 82910001 hat laut Datenblatt 0,52 A pro Phase, der SAIA UFB1 hat keine Angebe zum Strom nur in einem Diagramm wird er mit 0,4 A gefahren.

Z. B. einen L298N, der kann wohl 2 A.

Variiert denn die "Null" Stellung bei einem Schrittmotor?

Die Rohloff hat vor dem 1.und nach dem 14.Gang einen Anschlag.

Wäre es denn schädlich für den Motor, wenn er da gegen fährt, bzw. kann man das denn einfach erkennen und verhindern?

Gebraucht auf ebay, wollte erstmal ein wenig experimentieren.

Crouzet, der hat ein 15:1 Getriebe:

https://www.mouser.de/datasheet/2/92/stepper-motors-direct-drive-stepper-motors-7-5-5-w-973074.pdf

SAIA UFB1, der hat ein 1:24 Getriebe:

https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://datasheet.octopart.com/UFB13N01RM-Leadex-datasheet-8486797.pdf&ved=2ahUKEwjRkdPpvYDxAhUOrqQKHa1JDKEQFjAAegQIAxAC&usg=AOvVaw3AALhiwdgPcuhuPoNZLmNL&cshid=1622895808748

Die Treiber sollten stärker dimensioniert sein, da der Strom im Stillstand (Kurzschluß) sehr hoch werden kann. Deshalb haben gute Treiber für stromgespeiste Motoren eine einstellbare Strombegrenzung.

Die alten L2... Module sollten nicht verwendet werden, die haben sehr hohe Verluste. Nimm was moderneres mit MOSFETs.

Motoren haben keine Null-Stellung, die muß außerhalb vorgegeben werden. Ob die Motoren und Treiber das Auflaufen auf die Anschläge überleben, müßte man ausprobieren. Der resultierende Kurzschlußstrom kann ggf. erkannt und zum Abschalten benutzt werden. Gut wenn der Treiber ein entsprechendes Signal liefern kann.

Nein die variiert nicht. Die gibts schlicht nicht.

Eher nicht, er rattert nur.
Erkennen: Nein.

Schrittfehler können grundsätzlich nicht erkannt werden.
Es sei denn, man verwendet einen absolut Positionsgeber.
Aber dann braucht man wiederum keinen Schrittmotor.

Evtl. stimmt mit deiner Idee etwas nicht.
Dann hättest du dich aber viel zu früh auf eine bestimmte Technik festgelegt.

So viel Input, ich bin begeistert :+1:.

Habe zwar zwei gebrauchte Schrittmotoren zum experimentieren bestellt, bin aber nicht perse darauf festgelegt.

Könnte evtl. einen oder zwei Endlagen-Taster verbauen und die dann gleich zum positionieren verwenden, oder?
Oder einen in den mittleren Gängen, denn da gibt es dann keine Überschneidung.
Um alle Gänge durchzuschalten, muss die Welle ca. 1,25x drehen.
Und halt einen entsprechenden Kontroller, der das auch kann.

Hier im Video die Schaltbox und Seil-Rolle, die ich gerne motorisierten würde.
Ab min 03:00 sieht man das Prinzip ganz gut:

Einspruch.
Das hier sind Schrittmotore und keine Gleichstrommotore. Bei Schrittmotore ändert sich der Strom nicht wenn er blockiert wird. Du kannst auch nicht das blockieren mittels Strommessung erkennen.

Grüße Uwe

Das gilt wenn der Motor etwa still steht. Beim Drehen sinkt der Strom aufgrund der Induktivität ab, und deshalb sollte man dem Treiber ein Vielfaches der nominellen Motorspannung spendieren, damit der Strom bei jedem Step möglichst schnell ansteigen kann. Dann kann der Strom im Stand auf ein Vielfaches des Nennstroms ansteigen, und es sollten nur Treiber mit einstellbarer Strombegrenzung benutzt werden.

Bei stromgesteuerten (niederohmigen) Steppern und bei Microstepping muß auf jeden Fall der Treiber den Strom begrenzen.

Schrittmotore können Strom- oder Spannungsgesteuert sein.
Bei stromgesteuerten Schrittmotoren regelt /begrenzt) der Treiber den Wicklungsstrom und deshalb kann die Versorgungsspannung höher als die Nennspannung des Motors sein. Wie Du schreibst verwendet man höhere Spannungen ( normalerweise 4 fache Nennspannung) damit die Wicklungsinduktivität weniger Einfluß auf den Anstieg des Stroms hat und somit für längere Zeit während eines Schrittes der Nennstrom fließt.

Bei Spannungansteuerung gibt es normalerweise keine Stromkontrolle.

Nehmen wir zB den Motor Crouzet 7.5° 5 Watts 2 phases Part number 82910001
Der hat 9 Ohm pro Wicklung und 12mH pro Wicklung bei 4,7V Nennspannung und 0,52 A pro Windung (Io). τ = L / R = 12mH / 9 Ohm = 0,001333
I(t) = Io*(1-e^(-t/ τ))
Nach der Zeitkonstante τ=L/R ist I auf ca. 63% von Io angestiegen. Nach 3 τ ist der Strom auf 95% des Endwertes gestiegen.
Bei dem genannten Motor ist also nach 4mS der Endstrom erreicht. Meine Differenzalrechnungs-Kometenz ist ziemlich total verrostet darum kann ich nicht den Mittelwert des Stromes für verschiedene Schrittgeschwindigkeiten berechnen.
Im Datenblatt sind die Drehmomentkurven in Funktion der in Serie geschalteten Widerstände und dementsprechend erhöhte Versorgungsspannung. Kurve d entspricht dem Motor mit einem Widerstand von 3* Rw also 3* 9 Ohm = 27Ohm und 18,8V Versorgungsspannung ( dann fließt der Nennstrom). Dadurch ist der Einfluß der Induktivität geringer. τ wird zu 12mH/36 Ohm = 0,0003333 und damit steigt der Strom 4 mal so schnell. Das bedeutet aber auch daß 3/4 der Leistung im Vorwiderstand verbraten wird (ca 14W für jede der beiden Wicklungen).

So einfach ohne Regelung eine höhere Versorgungsspannung verwenden ist sehr gefährlich. Da geht der Motor ziemlich sicher kaputt. Die Versorgungsspannung müßte je nach Drehzahl eingestellt werden. Das ist, meiner Meinung, in Zusammenspiel mit einer Spannungsansteuerung aber zu kompliziert.
Einfacher ist ein StromTreiber und ein dafür geeigneter Motor.
Der Crouzet könnte Stromgesteuert werden der UFB nicht (Nennspannung zu hoch).

Nochmal auf den Crouzet Motor zurückkommen.
Ich halte diesen Motor für nicht geeignet. Es ist ein Permanentmagnet-Schrittmotor und hat deswegen einen großen Schrittwinkel. (7,5° oder 48 Schritte pro Umdrehung)
Der UFB-Motor hat nur 15° bzw 24 Schritte.
Zusammen mit dem Getriebe sind das dann 720 bzw 576 Vollschritte pro Umdrehung. Bei 30° sind das 60 bzw 48 Vollschritte.

Ein Hybridmotor hat 200 Schritte oder 1,8° und kann deswegen feiner auflösen. Ein eventuelles Getriebe erhöht die Auflösung.

Ich weiß nicht wie schnell der Gangwechsel von statten gehen soll. Sagen wir mal 1 Sekunde.
60 Schritte in 1 Sekunde zu fahren sind 60 Hz bei Vollschritt und 120 Hz bei Halbschritt. Da ist die Drehmomentabsenkung durch die Induktivität sehr moderat.

Grüße Uwe

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