Schrittmotor um 7kg anzuheben (Steuerung über Arduion)

[bio]

Hallo, ich möchte ein Werkstück, ca. 7kg tauchen. Nach dem Tauchen muss das trocknen, dann wieder getaucht werden, wieder trocknen ... bis 15x eine doofe Arbeit, die ich momentan mit der Hand und einer einfachen Rolle und einem Seil mache. Das soll nun ein Stepper übernehmen.

Das Seil soll direkt auf der Welle des Motors laufen. Mit einem Testmotor 0,25 Nm läuft das auch schon prototypisch, aber mit viel zu wenig Power.

Welchen Motor brauche ich? Wie stark muss der sein? Haltemoment ist etwas mehr als Zugmoment, aber damit kann man doch etwa rechnen, oder? Aber wie berechne ich das, wenn der Durchmesser 6-8 mm ist (Seil direkt auf der Welle) oder ca. 8 mm mehr, falls das Seil mit zwei Windungen gewickelt wird? Alles bisher theoretische Angaben.
Das wäre meine wichtigste Frage, die Stärke des Motors!

Komme ich mit dem Testmotor - nach Datenblatt 12V geeignet - eigentlich mit der jetzigen Versorgung von 6V und 500 mA (das verträgt der L293D noch gut) an die 0,25 Nm im Datenblatt heran? Oder bin ich da deutlich drunter. Nur um einen Anhaltspunkt zu haben?

Weiter habe ich gelesen, dass Schrittmotoren deutlich mehr als die angegebene Spannung vertragen. Regelt das eigentlich auch das Steuerungs-IC L293D / SN754410 / L298 oder dumm gefragt ist auf einem "motor-driver" / shield noch mehr Logik für die Spannungsregulation untergebracht?

Der Motor hängt dann ja an der Decke, die Steuerung (Arduino) am Tauchkorb. Wie befestigt ihr denn so was wie http://www.kibuck.com/en/15-motor-controllers am Motor oder kommt das auf das Dev-Board fürs Arduino? Was ist da die Empfehlung Motor-Driver am Motor oder an der Steuerung - bei mir sind da ca. 1,5 m dazwischen. Brauche ich dann für die Spannungsversorgung der Logik des Motordrivers V und Ground auch vom Arduino oder kann ich das von dem Motornetzteil "abzweigen"?

Vom form-factor wäre das ja hübsch http://www.interinar.com/uim24004.html - ist aber glaube ich nicht für stepper.

Ich möchte Arduino und ein paar Schalter in einer flachen Box unterbringen. Was würdet ihr wegen der Kühlung denn empfehlen, IC L293D bis 600 mA/ SN754410 bis 1 A / L298 bis 2 A oder ratet iher eher zu einem Motor-Driver dier dann nicht beim Arduino, sondern am Motor untergebracht wird?

Weiter habe ich Stepper mit gleichem Haltemoment gesehen, die einen aber mit 12V die anderen mit bis zu 50. Was würdet ihr bei gleichem Haltemoment empfehlen?

Schon einmal danke für eure Hilfe, und sorry für die vielleicht dummen Fragen!

[Geistesblitz]

Die Leistungsstufe (L293D/L298 und Co.) regelt den Strom nicht, das macht wenn dann der L297. Da wird die Spannung, die über einen Sensewiderstand an der Spulenleitung gemessen wird, mit einer von dir vorgebbaren Referenzspannung verglichen und dementsprechend der Strom eingestellt. Mehr Strom heißt mehr Drehmoment aber auch mehr Wärme.

Für 7kg an 8mm Radius (8mm Durchmesser+8mm zusätzliche Wicklungen) bräuchtest du ein Drehmoment von mindestens 0,54Nm. Bei Unsicherheit würde ich mich aber immer für einen dickeren Motor entscheiden, den Strom kann man ja dank des L297 immernoch anpassen.

[ranke]

Ein Schrittmotor wäre für diese Anwendung nicht meine erste Wahl. Bei Überlast oder Stromausfall rauscht die ganze Chose wieder nach unten. Ob die Lager den Seilzug auf Dauer aushalten ist auch fraglich.
Was spricht gegen einen Scheibenwischermotor?

[-Mike-]

Ich würde einen Potenzflaschenzug basteln/bauen.
Damit kannst du das Gewicht von 7Kg "verkleinern" auf ca 3,5kg somit kannst du auch einen Kleineren Motor benutzen.
Ein Flaschenzug zu bauen ist eigentlich sehr einfach.
Ein Normaler Motor sollte reichen, du misst dann einfach die Zeit wo der Motor Hoch bzw Runter brauch.

[Arkon]

Grade was die angesprochene Selbsthaltung angeht, würde ich zu einem Schneckengetriebe tendieren. Die Vorteile wären die Selbsthemmung bei Stromabfall, dadurch kein benötigter Haltestrom, hohe Übersetzung im Getriebe, dadurch schwächerer->günstigerer Motor nötig.

Nachteilig wäre das, bei Eigenbau, etwas kompliziertere Gehäuse für das Getriebe. Wobei auch das eigentlich recht einfach ist oder schlicht gekauft wird.

[bio]

Was spricht gegen einen Scheibenwischermotor?

Scheibenwischermotor oder anderer "normaler" Motor mit Zeitmessung für hoch und runter hatte ich mir auch schon überlegt. Ich brauche aber eine relativ genaue Positionierung. So auf +- 2 mm soll das Werkstück jedes mal etwa gleich tief eingetaucht werden. Auch darf nicht auf den Boden touchieren.

Da man zwischendurch auch Tauchflüssigkeit nachfüllen kann, messe ich mit einem IR-Distanzsensor (Sharp GP2Y0A41SK0F) den Abstand zur Flüssigkeitoberfläche, wenn die Tauchtiefe noch nicht erreicht ist gebe ich einen stepp zu usw. So kann ich auch gut wieder an die Ausgangsposition fahren, was mit einem Scheibenwischermotor (für mich bisher schwieriger ist. Ausserdem kann ich so eine maximale Tauchtiefe gut einstellen (z.B. einfach -2300 stepps), und muss das nicht mit zusätzlichen Sensoren überwachen.

Wie ist das bei der Trockenzeit, wenn der (Scheibenwischer-)Motor nicht an ist, da bräuchte ich dann eine Seilbremse oder ein Getriebe, oder?

Ja, das Problem mit "rauscht die ganze Chose wieder nach unten" sehe ich auch. Wie Arkon schreibt und ich mir das auch schon angelesen habe wäre für die Selbsthemmung ein Schneckengetriebe nicht schlecht. Gibt es so etwas kombiniert mit einem Stepper, der dann ca 150 RPMs hinbekommt? Auf der anderen Seite würde ich die Gefahr eines Stromausfalls und damit eine verpfuschte Serie in kauf nehmen, wenn ich nicht dauernd daneben stehen muss! Die Lager, hmmmm, das stimmt. Zur Not müßte man die Welle weiter führen und auf der anderen Seite nochmal lagern, das wäre eine Entlastung für den Motor. Hat das jemand schon mal gemacht und best practice-Beispiele?

Wo und wie bringt ihr denn eure Motor-Driver an? Am Motor oder eher in Nähe der Steuerungselektronik? Und wie macht ihr das mit der Stromversorgung

[ranke]

Das mit der Positionierbarkeit ist natürlich ein Argument das anscheinend für den Stepper spricht. Ein Scheibenwischermotor macht auch keine 150 1/min, sondern etwa nur die Hälfte. Wenn Du jetzt (Stepper, 150 1/min) mit einem wirksamen Wickeldurchmesser von 8mm rechnest, brauchst Du etwa 16mm Durchmesser (also 50mm Umfang) um die selbe Ziehgeschwindigkeit beim Scheibenwischermotor zu erreichen. Um auf +/-2mm zu positionieren muss der Wischermotor die Wickelwelle auf +/- 15 Winkelgrad positionieren können. Das dürfte sogar mit einem simplen Endschalter (der den Motor bei Erreichen des Grenzwerts abschaltet) noch gehen. Genauer geht es sicher noch mit einer analogen Regelung, die die Spannung bei Annäherung an den Sollpunkt langsam herunterregelt. Das dürfte aber aus meiner Sicht eine unnötige Komplizierung darstellen.
Eine Haltebremse braucht der Wischermotor nicht, er hat schon ein eingebautes Schneckengetriebe, das selbsthemmend ist (deswegen läuft er auch so langsam).

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Wenn Du jetzt (Stepper, 150 1/min) mit einem wirksamen Wickeldurchmesser von 8mm rechnest, brauchst Du etwa 16mm Durchmesser (also 50mm Umfang) um die selbe Ziehgeschwindigkeit beim Scheibenwischermotor zu erreichen. Um auf +/-2mm zu positionieren muss der Wischermotor die Wickelwelle auf +/- 15 Winkelgrad positionieren können. Das dürfte sogar mit einem simplen Endschalter (der den Motor bei Erreichen des Grenzwerts abschaltet) noch gehen.

Stimmt, wenn ich den Radius erhöhe könnte ich auch auf die 150 RPMs kommen. Meinst du ein Scheibenwischermotor mit Schneckengetriebe "schafft" dann noch 7 kg. Ich habe bisher mit minimalem Radius gerechnet, da dann ja die Zugkraft stärker ist und die Positionierbarkeit gut ist. Momentan ist aber eher der Distanzsensor das Nadelöhr für die Genauigkeit. Rechne momentan mit einem Mittelwert von 10 Messungen. Werde aber den Median - da gibts für den Arduino auch eine schöne Klasse http://arduino.cc/playground/Main/RunningMedian - an Stelle des Mittelwerts nehmen, der ist gegen Ausreißer robuster.

Eine Haltebremse braucht der Wischermotor nicht, er hat schon ein eingebautes Schneckengetriebe, das selbsthemmend ist (deswegen läuft er auch so langsam).

Ahh, Wischermotor mit Getriebe! Das ist ein Schneckengetriebe. Verlockend, auch der Preis dann ... und selbsthemmend. Ich bräuchte dann aber unbedingt einen Endabschalter auch für oben ...

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Danke für die Erklärung zu Leistungsstufen vs. L297, daher trifft man das Duo L298 und L297 häufig zusammen an, nun hab's ich auch kapiert!

0,54 Nm mit 7 kg. Gut, hier gefragt zu haben. Wie gesagt, bin ich mit den Formel nicht ganz klar gekommen und hätte eher auf das dreifache "getippt". Danke!

Mein Testmotor läuft aktuell mit 80 RPMs (mit mehr "ruckelt" der), was mir zu wenig ist. Das Werkstück sollte sich nicht zu sehr erwärmen (Tauchflüssigkeit hat ca. 60°C), ich denke 120 RPMs, besser etwas mehr, wäre gut. Leider gibts bei den Spezifikationen der Stepper die Angabe max. RPMs fast nie. Kann ich die aus einer anderen Spezifikationszahl ableiten oder ist meine Stromversorgung einfach zu dünn? Wie viel RPMs machen "normale" Stepper mit 0,5 -1 Nm denn?