Zahnstange, Reibung, Kraftwirkung

Halli Hallo,

hab mal so generelle Fragen, die ich mit Hilfe von Tante Wiki, google etc nicht klären konnte…


stellt euch bitte erst folgenden Aufbau vor:

  • 2 Elektromotoren
  • 2 Metallplättchen (30x30x0.5mm)
  • auf den Metallblättchen befinden sich jeweils eine Zahnstange

Die Metallblättchen sollen nun (senkrecht stehend) hoch und runter bewegt werden.
Die Metallblättchen befinden sich in einer Art Führung.

So nun meine Fragen bzw. meine Probleme:

Es gibt anscheinend mehrere Geometrien für Zahnstangen bzw. deren Zähne.

folgende habe ich gefunden:

  • Evolventenverzahnung
  • Konchoidenverzahnung
  • Zykloidenverzahnung

Nur leider finde ich nichts zur Richtung der Kraft zwischen den einzelnen Zähnen bzw. die Vor- und Nachteile der einzelnen Verzahnungen. Bei zwei Zahnrädern ist ja die Kraftübertragung bzw. die Richtung der Kraft abhängig vom Flankenwinkel oder so ähnlich. (sieht man ganz gut, bei wiki unter „Zahnrad“)

Wie ist das nun bei Zahnstangen? Wer kennt sich da aus?

Was könnt ihr mir empfehlen, wenn ich sicher stellen muss, das die Kraftwirkung parallel bzw. auf der senkrechten Achse der Metallblättchen befindet? Es darf keinen Falls die Blättchen mit der Führung verklemmen. Material wäre bei den Blättchen und der Führung irgendein Metall.

Weitere Infos: - der Verfahrweg für die Blättchen beträgt max. 20mm

  • die Position der Blättchen ändert sich häufig. daher darf nicht viel Reibung entstehen… etc. häufige Richtungsänderungen

Das sollte es gewesen sein…

Vielen Dank

(P.S. mir ist klar das eine Bibliothek bestimmt weiter helfen könnte, aber die hat vor meiner Nase zu gemacht :frowning: )

Hallo Fragewurm,


stellt euch bitte erst folgenden Aufbau vor:

  • 2 Elektromotoren

Hier liegt ein Konstruktionsfehler vor.

Das einfachste wäre ein gemeinsamer Antrieb beider Zahnräder über einen starr gekoppelten Abtrieb.

Wenn du das wirklich mit zwei unabhängigen Motoren machen willst, brauchst du eine Positionsmessung für jeden Motor und eine entsprechende Regelung. Wenn die Motoren nicht synchron laufen, wird es immer verkannten.

MfG Peter(TOO)

Hier liegt ein Konstruktionsfehler vor.

Hallo Peter,

hier liegt ein Schnellschuß Deinerseits vor, der evtl. falsch ist.

Es wurde nicht gesagt, daß die beiden Metallplatten synchron herauf- und herunter fahren müssen.

Es scheinen 2 einzelne Teile zu sein, die unabhängig voneinander verfahren werden sollen (müssen, können)?

Eine Skizze oder genauere Beschreibung der Aufgabenstellung wäre hilfreich. Bei solchen winzigen Kleinteilen würde ich vielleicht nicht Motörchen, Zahnrädchen und Zahnstängchen nehmen, sondern kleine Pneumatik- Zylinder(chen) direkt anschließen. Aber ich kenne Sinn und Zweck und Vorgaben dieser Konstruktion nicht.

Ohne diese gesamten Randbedingungen zu kennen, würde ich das Wort „Konstruktionsfehler“ nicht so vorschnell verwenden.

Gruß:
Manni

Hallo,

wie schon vermutet, werden die Plättchen nicht synchron bewegt. Diese müssen sogar manchmal entgegengesetzt verfahren werden.

Um sich das besser Vorstellen zu können weitere Erklärung:

  • Man kann sich den Aufbau vor einer Optik vorstellen. Die Plättchen dienen dann als Blende. Durch die unterschiedliche Positionierung blende ich unterschiedliche Bereiche aus bzw. erzeuge unterschiedliche Lichtverteilungen.

(Im Endefekt nichts anderes als die Hand vor einer Taschenlampe mit der ich einen Hund and die Wand werfe, bildlich gesehen :smile: )

Pneumatik hab ich mir schon überlegt. Da ich aber einen Verfahrweg von ca. 10-15mm habe und auf 0,1mm genau bestimmte Positionen anfahren will, fand ich das zu ungenau. Oder gibt es was in der Richtung?

Vielen Dank schon mal

Thomas

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Hallo Thomas

  • Man kann sich den Aufbau vor einer Optik vorstellen. Die
    Plättchen dienen dann als Blende. Durch die unterschiedliche
    Positionierung blende ich unterschiedliche Bereiche aus bzw.
    erzeuge unterschiedliche Lichtverteilungen.
    Pneumatik hab ich mir schon überlegt. Da ich aber einen
    Verfahrweg von ca. 10-15mm habe und auf 0,1mm genau bestimmte

Es geht auch genau, einfach und gut-:
Mit Gewindestellern, eine Mutter die auf einer Spindel läuft kannst Du ruckfrei, schnell, mit definierter Geschwindigkeit ( Gewindesteigung) deine Platten verfahren.
An der Mutter muss ein sogenannter Nutenstein sein, der in einer parallel zur Spindel liegenden Führung das Verdrehen verhindert.

Gruß
Rochus

Hier liegt ein Konstruktionsfehler vor.

Das einfachste wäre ein gemeinsamer Antrieb beider Zahnräder
über einen starr gekoppelten Abtrieb.

Hallo Peter,

Du hast sicher das P. von Thomas vom 17.09.08; 10:48 gelesen.
Beide Teile müssen unabhängig voneinander positioniert werden.
Siehst Du wie schnell eine Fehleinschätzung (Konstruktionsfehler) durch vorschnelle eigene Annahmen zustande kommt?

Gruß:
Manni

Hi,

vielen Dank erstmal für die Hilfe.

Das hört sich schonmal sehr gut an. Die Punkte ruckfrei, schnell und vorallem genau ist sehr wichtig.

Eine Frage kommt aber dann noch auf:

Wenn ich verschiedene Positionen dieser Blättchen (Blenden) habe und diese willkürlich anfahren möchte… wie kann ich am einfachsten feststellen wo meine jeweilige Blende gerade steht. (Der Programmieraufwand spielt keine Rolle)

Einerseits gibt es ja E-motoren die mir gleich ihre Position sagen, andererseits sind die glaub ich doch etwas teurer.

Sensoren möchte ich so weit es geht natürlich vermeiden… bzw. zu Hohe Kosten.

Langt es wenn ich mit dem Laststrom arbeite und irgendwie die Endpositionen anfahren lasse? Geht dann der Laststrom nach oben, hab ich einen der beiden Endpunkte erreicht.

Zum Aufbau nochmal was:

Ich möchte quasi Verschiedene Positionen definieren und dann per „Knopfdruck“ beispielsweise Position 1 anfahren. Wenn ich nun Position 5 anfahren möchte sollte dies direkt von Position 1 aus möglich sein. Daher muss ich meiner Meinung nach genau wissen wo meine jeweilige Blende steht.

Vielen Dank für eure Hilfe

Thomas

P.S. der Programmieraufwand ist Nebensache…

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Hallo Thomas,

Ganz am Anfang habe ich mich irgendwie verlesen, meine Antwort war deshaln falsch :frowning:

Einerseits gibt es ja E-motoren die mir gleich ihre Position
sagen, andererseits sind die glaub ich doch etwas teurer.

Sensoren möchte ich so weit es geht natürlich vermeiden…
bzw. zu Hohe Kosten.

Es gibt eigentlich nur zwei Möglichkeiten:

  1. Ein Motor mit Positionsgeber, die Lage des Motors wird also gemessen. Wie einfach eine Referenzposition zu finden ist, hängt dabei auch von der Untersetzung ab. Wenn der ganze Bereich weniger als eine Umdrehung beträgt ist es einfach. Allerdings ist mit einem Servomotor die Ansteuerung etwas komplex.

  2. Du verwendest einen Schrittmotor. Die Position wird dann durch die Anzahl an Schritten, welche der Motor ausführt, bestimmt.
    Allerdings ist ist beim Einschalten nicht bekannt in welchem Zustand sich das System befindet. Es muss also als erstes eine bekannte Referenz-Position angefahren werden, von welcher dann über die Schritte gerechnet werden kann.

Im einfachsten Fall kann man das mit einem mechanischen Anschlag machen. Man fährt einfach mit dem Schieber so weit wie der Weg maximal sein könnte um diese Position zu erreichen. Zur Sicherheit gibt man noch ein paar Schritte zu. Wenn die Position erreicht wird, blockiert der Motor einfach und die zusätzlichen Schritte bewirken keine weitere Bewegung des Schiebers. Die Mechanik muss dabei natürlich die Auftretenden Kräfte auffangen können.

Die andere Möglichkeit besteht darin, dass man einen Schalter mit bekannter Position anfährt. Der Schalter kann z.B. eine Lichtschranke sein. Wichtig dabei ist, dass der Schalter immer aus der selben Richtung angefahren wird, damit die Hysterese keinen Einfluss hat.

Bei deinem System ist wohl die Variante mit dem mechanischen Anschlag am Einfachsten.
Die Frage ist, ob die Dimensionen so sind, dass man überhaupt zwei Schalter einbauen kann ?
Im Prinzip könnte man eine Lichtschranke für beide Schieber verwenden. Allerdings weiss man beim Einschalten nicht, ob nun beide oder nur einer der Schieber die Lichtschranke gerade unterbricht. Man muss dann vorsorglich beide Schieber entsprechend verschieben. Nun kann sich aber der eine Schieber schon am anderen Ende der Strecke wodurch er dann mechanisch begrenzt wird, was dann konstruktiv berücksichtigt werden muss, wodurch die Lösung mit dem mechanischen Anschlag auch möglich wäre.

Schrittmotore sind nicht teurer als entsprechende Servomotoren.
Das betrifft sowohl den Motor, als auch die Ansteuerung. Im allgemeinen ist der Schrittmotor die günstigste Variante, besonders wenn ein Mikrocontroller sowieso zur Verfügung steht.

MfG Peter(TOO)

Halli Hallo,

Hallo Thomas,

Ganz am Anfang habe ich mich irgendwie verlesen, meine Antwort
war deshaln falsch :frowning:

Kann passieren :smile: Es sei dir verziehen :smile:

Einerseits gibt es ja E-motoren die mir gleich ihre Position
sagen, andererseits sind die glaub ich doch etwas teurer.

Sensoren möchte ich so weit es geht natürlich vermeiden…
bzw. zu Hohe Kosten.

Es gibt eigentlich nur zwei Möglichkeiten:

  1. Ein Motor mit Positionsgeber, die Lage des Motors wird also
    gemessen. Wie einfach eine Referenzposition zu finden ist,
    hängt dabei auch von der Untersetzung ab. Wenn der ganze
    Bereich weniger als eine Umdrehung beträgt ist es einfach.
    Allerdings ist mit einem Servomotor die Ansteuerung etwas
    komplex.

  2. Du verwendest einen Schrittmotor. Die Position wird dann
    durch die Anzahl an Schritten, welche der Motor ausführt,
    bestimmt.
    Allerdings ist ist beim Einschalten nicht bekannt in welchem
    Zustand sich das System befindet. Es muss also als erstes eine
    bekannte Referenz-Position angefahren werden, von welcher dann
    über die Schritte gerechnet werden kann.

Die Idee mit dem Schrittmotor find ich bisher sehr gut. Beim Einschalten ist es kein Problem, wenn sich das System erst selbst „kalibriert“. Die Zeit steht zur Verfügung.

Im einfachsten Fall kann man das mit einem mechanischen
Anschlag machen. Man fährt einfach mit dem Schieber so weit
wie der Weg maximal sein könnte um diese Position zu
erreichen. Zur Sicherheit gibt man noch ein paar Schritte zu.
Wenn die Position erreicht wird, blockiert der Motor einfach
und die zusätzlichen Schritte bewirken keine weitere Bewegung
des Schiebers. Die Mechanik muss dabei natürlich die
Auftretenden Kräfte auffangen können.

Gegen den Anschlag fahren sollte kein Problem sein. Da sowohl die Blende als auch deren Führung aus Metall sein wird, sehe ich da keine Probleme.

Die andere Möglichkeit besteht darin, dass man einen Schalter
mit bekannter Position anfährt. Der Schalter kann z.B. eine
Lichtschranke sein. Wichtig dabei ist, dass der Schalter immer
aus der selben Richtung angefahren wird, damit die Hysterese
keinen Einfluss hat.

Lichtschranken find ich schon wieder zu umfangreich. Da bei der Variante mit dem Anschlag ich auf weitere Bauteile verzichten kann, zieh ich das vor.

Bei deinem System ist wohl die Variante mit dem mechanischen
Anschlag am Einfachsten.

Jo denke ich auch.

Die Frage ist, ob die Dimensionen so sind, dass man überhaupt
zwei Schalter einbauen kann ?

Ich hab sehr wenig Platz zur Verfügung. Daher wird es schon schwer genug die beiden Motoren unter zu bringen. Daher würde ich gern auf weitere Bauteile schon alleine wegen dem nicht vorhanden Platz verzichten.

Im Prinzip könnte man eine Lichtschranke für beide Schieber
verwenden. Allerdings weiss man beim Einschalten nicht, ob nun
beide oder nur einer der Schieber die Lichtschranke gerade
unterbricht. Man muss dann vorsorglich beide Schieber
entsprechend verschieben. Nun kann sich aber der eine Schieber
schon am anderen Ende der Strecke wodurch er dann mechanisch
begrenzt wird, was dann konstruktiv berücksichtigt werden
muss, wodurch die Lösung mit dem mechanischen Anschlag auch
möglich wäre.

Schrittmotore sind nicht teurer als entsprechende
Servomotoren.

sehr gut :smile:

Das betrifft sowohl den Motor, als auch die Ansteuerung. Im
allgemeinen ist der Schrittmotor die günstigste Variante,
besonders wenn ein Mikrocontroller sowieso zur Verfügung
steht.

Jo Microcontroller steht zur Verfügung.

MfG Peter(TOO)

Muss die ersten Ideen mal überarbeiten…

Melde mich wieder wenns was neues gibt

Vielen Dank für die Hilfe

Thomas

Hallo Thomas,

Muss die ersten Ideen mal überarbeiten…

Hier wäre was kleines:
Typ: 15M020…
https://www.distrelec.de/ishopWebFront/catalog/produ…

Die Baugrösse ergibt sich aus dem nötigen Drehmoment.
Die kleinsten Schrittmotore findest du in manchen digitalen Armbanduhren mit Analoganzeige. Diese haben aber nur gerade die Kraft den Zeiger zu bewegen.

MfG Peter(TOO)