Linearer Antrieb stufenlos

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo zusammen,
ich suche einen Antrieb oder ähnliches mit dem ich möglichst stufenlos (viele kleine Stufen gehen auch) etwas hin und her bewegen kann.Moglichst mit einem Poti, bei Poti Rechtsdrehung soll sich eine Stange in eine Richtung bewegen und bei Poti Linksdrehung soll es wieder zurück gehen. Soweit meine Theorie.
Oder gibt es eine andere Möglichkeit eine Stange möglichst schnell hin und her zu bewegen ca. 6 cm pro Sekunde mit einem Hub von ca. 20 cm und wenn möglich sehr geräuscharm.Und nicht nur auf Ein und Aus sondern sollten auch alle Positionen dazwischen möglich sein.

Herzlichen Dank
Thomas

#2

Hallo Thomas,

Oder gibt es eine andere Möglichkeit eine Stange möglichst
schnell hin und her zu bewegen ca. 6 cm pro Sekunde mit einem
Hub von ca. 20 cm und wenn möglich sehr geräuscharm.Und nicht
nur auf Ein und Aus sondern sollten auch alle Positionen
dazwischen möglich sein.

Da fehlt noch die zu bewegende Masse und die Kraft.

Als Linearmotor hatte man das als Kopfantrieb, als man noch 14" Wechselplatten verwendete. Die hatten etwa 20cm Weg und waren aber etwa 20x schneller. Frei positionieren konnte man die auch, typisch um die 200 Positionen.

Heute wäre da ein Schrittmotor mit einer Spindel wohl das einfachste.
Je nach Ansteuerung bekommt man das auch Leise. Der meiste Lärm entsteht meistens durch die Befestigung und Resonanzen im Gehäuse, aber das solltest du als Orgelbauer in den Griff bekommen.

Die andere Möglichkeit wäre im Bereich der Servomotoren (Servoantriebe) zu suchen.
Auch hier entsteht der Lärm hauptsächlich durch Resonanzen.

MfG Peter(TOO)

#3

Hallo Peter

Heute wäre da ein Schrittmotor mit einer Spindel wohl das
einfachste.

Gut, daß du es sagst:smile:

Ich bin gerade auch mit so einem Kombination konfrontiert (alte, kleine CNC)

Sage mir mal, wie wird sichergestellt, daß die Steuereinheit mitbekommt, wenn aus welchen Gründen auch immer der Schrittmotor Schritte verliert?

Gruß.

Balázs

#4

Hallo Balázs,

Sage mir mal, wie wird sichergestellt, daß die Steuereinheit
mitbekommt, wenn aus welchen Gründen auch immer der
Schrittmotor Schritte verliert?

Normalerweise sollte das Design so sein, dass keine Schritte verloren gehen. Schritte gehen nur dann verloren, wenn das Drehmoment des Schrittmotors überschritten wird.

Im einfachsten Fall hat man irgendwo einen Schalter, welchen man dann zum Kalibrieren anfährt. Den fährt man nicht nur bei einem Reset an, sondern auch von Zeit zu Zeit, bzw. bei einem Fehler (so macht man das Z.B. bei Festplatten).
Bei einer CNC kann man das z.B. bei jeden Werkzeugwechsel machen.

Etwas besser wird es, wenn man z.B. bei jeder Umdrehung der Spindel einen Impuls erzeugt. Es ist ja bekannt, wie viele Schritte eine ganze Umdrehung ergeben müssen, der Zählerstand muss dann immer einen bekannten Wert haben und man kann dann den Zähler korrigieren.

Das genaueste wäre dann ein Inkrementalgeber auf der Welle.
Ach da gibt es mehrere Möglichkeiten. Der Geber kann die Selbe oder eine wesentlich höhere Auflösung als der Moto haben, dann kann man jeden einzelnen Schritt gleich korrigieren. Allerdings kann man dann auch einen Servomotor als Antrieb nehmen.

Günstiger kann es sein, wenn der Inkrementalgeber eine geringere Auflösung hat als der Schrittmotor, dann kann man halt z.B. nur bei jedem 8ten Schritt korrigieren.

MfG Peter(TOO)

#5

Hallo Peter

Normalerweise sollte das Design so sein, dass keine Schritte
verloren gehen.

Normalerweise schon:smile:

Schritte gehen nur dann verloren, wenn das
Drehmoment des Schrittmotors überschritten wird.

Klar.
Nun ich kenne diese Maschine nicht, der hat mein Kumpel jetzt erst gebraucht gekauft und mir scheinen die Motoren etwas klein zu sein.
Vorrichtungen (Inkrementalgeber oder was anderes) fand ich da nicht.
Und ich überlegte ob man das nicht durch die Stromaufnahme bei den einzelnen Schritte
diagnostizieren könnte.

MfG Peter(TOO)

Balázs

#6

Hallo Thomas

Ein ähnliches Problem wurde kürzlich mit Drehzahl gesteuertem Servo Motor und Positions Geber gelöst.

Der Positionsgeber liest Vor- oder Rückwärtsfahrt aus und die Position; der Servo Motor reagiert entsprechend - Ende, Anfang.

Gruß
R.

#7

Und ich überlegte ob man das nicht durch die Stromaufnahme bei
den einzelnen Schritte
diagnostizieren könnte.

der strom ist unabhängig von der last. und normalerweise von der ansteuerung in form einer stromregelung vorgegeben.

da ein schrittmotor nie weiß, wo er ist, muss zumindest beim einschalten irgendeine form von referenzfahrt gemacht werden. also irgendein schalter oder eine endstellung angefahren werden. da musst du wohl noch mal suchen.

#8

Und ich überlegte ob man das nicht durch die Stromaufnahme bei
den einzelnen Schritte
diagnostizieren könnte.

der strom ist unabhängig von der last.

Das kann doch nicht dein Ernst sein, vorausgesetzt die Spannung ist konstant was hier wohl der Fall ist :smile:

und normalerweise von
der ansteuerung in form einer stromregelung vorgegeben.

Das könnte schon sein.
Und genau da sehe ich die Möglichkeit über den momentanen Last Info. zu bekommen.

da ein schrittmotor nie weiß, wo er ist, muss zumindest beim
einschalten irgendeine form von referenzfahrt gemacht werden.

Nur so nebenher das stimmte lange.
Es gibt aber schon absolute Winkelsensor mit Speicher schon ne Weile. Bei dieser Maschine natürlich nicht.

Der ref. Punkt ist immer da, den bestimme ich mit dem Messgerät wenn ich messe. Das ist hier nicht das Problem.

also irgendein schalter oder eine endstellung angefahren
werden.

Was jetzt das Messgerät ist.
Wenn Schrittverlust wehrend der Fahrt auftritt hilft der ref.Punkt im Proggi gar nichts weil es bekommt davon nichts.
Wenn aber ihre Zahl bekannt ist dann kann/könnte das Proggi das selbst korrigieren.

#9

Hallo Fragewurm,

da ein schrittmotor nie weiß, wo er ist, muss zumindest beim
einschalten irgendeine form von referenzfahrt gemacht werden.

Nur so nebenher das stimmte lange.
Es gibt aber schon absolute Winkelsensor mit Speicher schon ne
Weile.

Die helfen dir aber gar nichts, wenn im Stromlosen Zustand die Welle gedreht wird :frowning:

Absolute Winkelgeber gibt es schon ewig, sind halt teuer und funktionieren nur für eine Umdrehung. OK, wenn die Bewegung im stromlosen Zustand nicht genau ein Vielfaches von 360° beträgt bekommt man es mit.

also irgendein schalter oder eine endstellung angefahren
werden.

Was jetzt das Messgerät ist.
Wenn Schrittverlust wehrend der Fahrt auftritt hilft der ref.Punkt im Proggi gar nichts weil
es bekommt davon nichts. Wenn aber ihre Zahl bekannt ist dann kann/könnte das Proggi
das selbst korrigieren.

Man kann nach dem Messen wieder den Referenzpunkt anfahren.
Aber man weiss dann immer noch nicht wie viele Schritte auf dem Hinweg und wie viele auf dem Rückweg verloren gingen.

Über die Motorleistung und die Drehzahl kannst du nur bestimmen ob du dich im sicheren Bereich aufhältst, aber den sollte eine vernünftige Steuerung gar nicht verlassen.
Zudem übersiehst du noch, dass Controller schon lange nicht mehr im Vollschrittmodus arbeiten, aktuell sind bis zu 1/64 Schritte.

MfG Peter(TOO)

#10

Hallo Peter.

Hallo Fragewurm,

Meins du da mich?:smile:

da ein schrittmotor nie weiß, wo er ist, muss zumindest beim
einschalten irgendeine form von referenzfahrt gemacht werden.

Nur so nebenher das stimmte lange.
Es gibt aber schon absolute Winkelsensor mit Speicher schon ne
Weile.

Die helfen dir aber gar nichts, wenn im Stromlosen Zustand die
Welle gedreht wird :frowning:

Gegen Böswilligkeit erlässt man Verbote.

Absolute Winkelgeber gibt es schon ewig, sind halt teuer und
funktionieren nur für eine Umdrehung.

Das ist was gerade Vergangenheit ist.

also irgendein schalter oder eine endstellung angefahren
werden.

Was jetzt das Messgerät ist.
Wenn Schrittverlust wehrend der Fahrt auftritt hilft der ref.Punkt im Proggi gar nichts weil
es bekommt davon nichts. Wenn aber ihre Zahl bekannt ist dann kann/könnte das Proggi
das selbst korrigieren.

Man kann nach dem Messen wieder den Referenzpunkt anfahren.
Aber man weiss dann immer noch nicht wie viele Schritte auf
dem Hinweg und wie viele auf dem Rückweg verloren gingen.

Das stimmt ist aber hier (anscheinend) nicht das Problem.
Ich brauche beim Messen keinen Ref.
Messgerät anlegen, dann befehlen los fahre mal 200mm.

Ich fahre verschiedene gemessenen Strecken nacheinander mehrfach ab und irgendwann stimmt das Messergebnis plötzlich nicht mehr.
Das kann ich nur (vorerst:smile: mit Schrittverlust erklären zumal die Strecke nie länger sondern nur kürzer wird.

Über die Motorleistung und die Drehzahl kannst du nur
bestimmen ob du dich im sicheren Bereich aufhältst, aber den
sollte eine vernünftige Steuerung gar nicht verlassen.

Was hier Vernünftig ist kann ich nicht beurteilen.

Zudem übersiehst du noch, dass Controller schon lange nicht
mehr im Vollschrittmodus arbeiten, aktuell sind bis zu 1/64
Schritte.

Tat ich nicht. Bin zwar sicher da kein Experte aber habe mal schon um Schrittmotoren gekümmert.
Und egal welche Auflösung ein Schrittmotor macht es sind weiterhin einzelnen Schritte mit charakteristischen Stromaufnahme.
Warum sollte man da nicht Info. bekommen ist mir immer noch nicht ersichtlich.

MfG Peter(TOO)

Balázs

#11

Hallo Balázs,

Hallo Fragewurm,

Meins du da mich?:smile:

Scheint so :wink:

Über die Motorleistung und die Drehzahl kannst du nur
bestimmen ob du dich im sicheren Bereich aufhältst, aber den
sollte eine vernünftige Steuerung gar nicht verlassen.

Was hier Vernünftig ist kann ich nicht beurteilen.

Ich auch nicht, das hängt vom Motor und dessen Belastung ab.
Hier mal ein paar typische Motorkennlinien:
http://www.ostermann-net.de/electronic/i_schritt.htm

Allerdings, wenn du Schritte verlierst, ist die Ansteuerung nicht vernünftig :wink:

Zudem übersiehst du noch, dass Controller schon lange nicht
mehr im Vollschrittmodus arbeiten, aktuell sind bis zu 1/64
Schritte.

Tat ich nicht. Bin zwar sicher da kein Experte aber habe mal
schon um Schrittmotoren gekümmert.
Und egal welche Auflösung ein Schrittmotor macht es sind
weiterhin einzelnen Schritte mit charakteristischen
Stromaufnahme.

Hier wäre die Erklärung für Voll- und Halbschritt.

Bei der Ansteuerung durch Mikroschritte wird zusätzlich noch der Strom durch die beiden Spulen unterschiedlich aufgeteilt:
http://de.nanotec.com/support/tutorials/schrittmotor…

Nur bei der primitivsten Ansteuerung werden die Spulen mit konstanter Spannung betrieben. Unter anderem hat dies den Nachteil, dass mit zunehmender Schrittfrequenz der Spulenstrom, und entsprechend das Drehmoment, abnimmt.
So eine Spule ist auch nur eine Induktivität :smile:

Praktisch steuert man deshalb die Spulen über Stromquellen an, weshalb deine Idee nicht funktionieren kann, der Spulenstrom ist immer konstant!

Warum sollte man da nicht Info. bekommen ist mir immer noch
nicht ersichtlich.

Die Möglichkeiten kannst du hier nochmals nachlesen, aber das habe ich alles schon ganz am Anfang aufgezählt.
http://de.wikipedia.org/wiki/Schrittmotor#Schrittver…

MfG Peter(TOO)

#12

der strom ist unabhängig von der last.

Das kann doch nicht dein Ernst sein, vorausgesetzt die
Spannung ist konstant was hier wohl der Fall ist :smile:

doch, das ist mein ernst.
und die spannung ist in aller regel auch nicht konstant.
miss es doch einfach mal nach. und mach dich mal mit der funktionsweise eines schrittmotors vertraut.

da ein schrittmotor nie weiß, wo er ist, muss zumindest beim
einschalten irgendeine form von referenzfahrt gemacht werden.

Nur so nebenher das stimmte lange.
Es gibt aber schon absolute Winkelsensor mit Speicher schon ne
Weile. Bei dieser Maschine natürlich nicht.

weil es meist überflüssig ist, spart man sich das ganz gerne.

Der ref. Punkt ist immer da, den bestimme ich mit dem
Messgerät wenn ich messe. Das ist hier nicht das Problem.

es ist aber nicht interessant, wie du das misst, sonder wie die maschine das macht.

Was jetzt das Messgerät ist.
Wenn Schrittverlust wehrend der Fahrt auftritt hilft der
ref.Punkt im Proggi gar nichts weil es bekommt davon nichts.
Wenn aber ihre Zahl bekannt ist

die kann nicht bekannt sein, weil die last nicht bekannt ist. ohne sensor läuft da deshalb nichts.

#13

hallo.

Und ich überlegte ob man das nicht durch die Stromaufnahme bei
den einzelnen Schritte
diagnostizieren könnte.

theoretisch kann man das (stichwort „back EMF“ bzw. „gegen-EMK“).
die gegen-EMK macht sich im stromverlauf bemerkbar, und es gibt schrittmotortreiber, die auf der basis tatsächlich versuchen, schrittverluste zu erkennen.
das ganze ist im betrieb aber nur bedingt zuverlässig und wird meines wissens deshalb - wenn überhaupt - nur bei der referenzfahrt des motors benutzt.

gruß

michael

#14

Hallo Peter.

Hallo Fragewurm,

Meins du da mich?:smile:

Scheint so :wink:

Grund?

Allerdings, wenn du Schritte verlierst, ist die Ansteuerung
nicht vernünftig :wink:

Gelinde gesagt:smile:

Und egal welche Auflösung ein Schrittmotor macht es sind
weiterhin einzelnen Schritte mit charakteristischen
Stromaufnahme.

Nur bei der primitivsten Ansteuerung werden die Spulen mit
konstanter Spannung betrieben.

Scheint mir hier der Fall zu sein:smile:

Unter anderem hat dies den
Nachteil, dass mit zunehmender Schrittfrequenz der
Spulenstrom, und entsprechend das Drehmoment, abnimmt.
So eine Spule ist auch nur eine Induktivität :smile:

Leuchtet mir ein.

Praktisch steuert man deshalb die Spulen über Stromquellen an,
weshalb deine Idee nicht funktionieren kann, der Spulenstrom
ist immer konstant!

Hmm. Ich lese aber (dein Link, danke für:smile:

"Dies kann folgendermaßen verhindert werden.

Die Ansteuerung misst den Strom bei jedem Schritt. Wird der Motor immer etwas unter der Lastgrenze betrieben (und ansonsten mit Störmeldung abgeschaltet), kann auf einen Positionsgeber verzichtet werden.[1]…"

Offensichtlich ist die erwünschtes Info. ja da.

MfG Peter(TOO)

Balázs

#15

Hallo Balázs,

Die Ansteuerung misst den Strom bei jedem Schritt. Wird der
Motor immer etwas unter der Lastgrenze betrieben (und
ansonsten mit Störmeldung abgeschaltet), kann auf einen
Positionsgeber verzichtet werden.[1]…"

Offensichtlich ist die erwünschtes Info. ja da.

Damit wird einfach nur überwacht, dass der Motor in einem Bereich betrieben wird, in welchem er keine Schritte verlieren sollte, weil noch genügend Reserve im Drehmoment steckt.

Die Probleme sind aber:

  1. Du weisst nicht was der Motor genau gemacht hat. Er kann z.B. einen oder zwei Schritte verloren haben oder einen zu weit gesprungen sein.
  2. Je höher die Auflösung des Motors ist (Schritte/Umdrehung) um so schwieriger wird die Erkennung
  3. Funktioniert eigentlich nur bei Voll- oder Halbschritt, bei Mikroschritten geht es nicht.
  4. Einen veränderlichen Strom hat man nur mit Spannungsansteuerung.

Bei Vollschritt und Spannungsansteuerung hat so ein Schrittmotor aber das kleinste Drehmoment und mangelndes Drehmoment ist gerade die Ursache für die verlorenen Schritte

Die Katze beisst sich also in den eigenen Schwanz.

Entweder überwachst du den Strom und verlierst Schritte wegen dem geringeren Drehmoment oder du erhöhst das Drehmoment durch die Ansteuerung und kannst den Strom nicht mehr messen!

OK, du brauchst einen dickeren Motor, durch die Grössere Massenträgheit des Motors braucht der aber etwas mehr Drehmoment um sich selber in Schwung zu bekommen.
Durch die grösseren Spulen und dem Mehr an Eisen hat der meist auch noch eine grössere Induktivität. Das macht dann wiederum die Ansteuerung über die Spannung schwieriger …
Zudem hat der dann eine ganz andere Drehzahl/Drehmomentkurve und eine geringere maximale Schrittfrequenz.

Was wir jetzt dar noch nicht angesprochen haben:
Einen Schrittmotor muss man beschleunigen und abbremsen.
Es gibt eine maximale Schrittfrequenz, welche beim anfahren nicht überschritten werden darf. Ist diese zu hoch verliert man dort schon Schritte, bzw. der Motor dreht gar nicht, sondern brummt nur laut.
Dann kann man in einer Rampe bis zur maximalen Schrittfrequenz hochfahren. Ist die Rampe zu steil, verliert man auch wieder Schritte oder der Motor bleibt stehen und brummt.

Abbremsen geht umgekehrt, wenn man einfach die Schrittfrequenz auf 0 setzt, dreht der Motor, durch die Massenträgheit, mehrere Schritte weiter.
Man muss also wieder mit einer Rampe runter fahren, bis man in einen Drehzahlbereich kommt aus welchem man im nächsten Schritt anhalten kann.

Das Grundproblem beim Schrittmotor ist, dass jeder Schritt nur ein bestimmtes Drehmoment aufbringt. Bei der Beschleunigung muss man also aufpassen, dass dieses Drehmoment nie durch die Massenträgheit und Reibung des Systems überschritten wird, sonst gehen Schritte verloren.

MfG Peter(TOO)
P.S. Vor über 30 Jahren haben wir 3.6V Stepper mit 100V angesteuert um etwa 6k- Schritte/Sekunde zu erreichen. PWM war für 4 Spulen nicht möglich, also hatten wir umschaltbare Spannungen und Leistungswiderstände um annähernd eine Konstantstrom-Ansteuerung zu haben. Der Spulenstrom lag so bei 1.5-2A.
Das Ganze hat dann mehr geheizt als gedreht :smile:

#16

Hallo Peter

Danke für die ausführliche Erklärungen.
Heute machte ich die Führungen und Spindel gut sauber und scheint jetzt das gut bekommen zu haben.
Etlicher mal gemessen und ist bis jetzt Ruhe:smile:

Noch mal danke an allen.
Gruß

Balázs