Schrittmotoren - Drehmomentkennlinie

[Bastihan (Gast)]

Guten Tag,

ich bin dabei ein Projekt zu planen und bin gerade an dem Punkt 
angekommen, welchen Schrittmotor ich wählen soll bzw. ich das Drehmoment 
herausbekomme.

Ich habe mir diese Seite zum Thema Schrittmotoren durchgelesen
http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Schrittmotoren

Dort wird gesagt, dass das Drehmoment auf den Drehmomentkennlinien zu 
finden ist, nicht immer angegeben ist, und sich mit steigender Drehzahl 
verringert. Im Anhang befindet sich die Kennlinie zum Schrittmotor. 
(Hellrote Linie)
Für meine Anwendung ist das Haltemoment sehr wichtig, aber dennoch 
möchte ich mit dem Drehmoment eine maximale Geschwindigkeit ausrechnen, 
bei dem der Motor ein Gewicht von 2,5kg problemlos bewegen kann.


Schrittmotor
http://de.nanotec.com/fileadmin/files/Datenblaetter/Schrittmotoren/ST4118/L/ST4118L1206-A.pdf

Lese ich es richtig ab, dass der Motor ein Drehmoment von 0,35Nm bei 200 
U/min halten kann?
Angenommen ich suche eine Zahnscheibe (Durchmesser) an der eine eine 
Kraft von 25N angreift und gebe den Motor 200 U/min.

M = F * L -> L = M / F

F = 2,5kg * 9,81m/s2
F = 24,525N gerundet 25N

L = 35N/cm / 25Nm
L = 1,4cm
Hebellänge 1,4cm -> 0,014m
Durchmesser der Zahnscheibe = 28mm

Heißt es, dass der Motor, der eine Hebellänge von 0,014m besitzt, eine 
Kraft von 25N (2,54kg) aufbringen kann?

Vu = 2  pi  r * 1/s
Vu = 2  pi  0,014m * 3,33 1/s
vu = 0,29277m/s

Hier würde der Motor das Gewicht mit einer Hebellänge von 0,014m auf 
eine Geschwindigkeit von 0,29277m/s (29,27cm/s) bringen können? Ich 
finde das schon recht flott oder habe ich gedanklich irgendwo etwas 
vergessen? Alle Angaben sind ohne Reibung.


Lg
Sebastian

[Walter S. (avatar)]

was willst du denn machen?
Das Gewicht anheben (und beschleunigen) oder
nur beschleunigen?

[Michael B. (laberkopp)]

Bastihan schrieb:
> habe ich gedanklich irgendwo etwas vergessen

Theoretisch hast du richtig gerechnet, praktisch würde ich das 
Drehmoment durch 2 teilen um den Widrigkeiten der Realität Rechnung zu 
tragen.

[Bastihan (Gast)]

Ich möchte eine lineare Bewegung erzeugen, die mindestens eine Steigung 
von 100% bezwingen kann. Also eine Masse auf der schiefen Ebene nach 
oben befördern. Technische Mechanik ist kein Problem, es hapert eher an 
der Elektrik.
Der Motor sollte auch 1 Schritt machen können und das Gewicht halten 
oder ist das mit einfachen Mitteln nicht möglich ?

[W.A. (Gast)]

Bastihan schrieb:
> Ich möchte eine lineare Bewegung erzeugen, die mindestens eine Steigung
> von 100% bezwingen kann. Also eine Masse auf der schiefen Ebene nach
> oben befördern. Technische Mechanik ist kein Problem, es hapert eher an
> der Elektrik.

Da solltest du dich erstmal mit so Dinge wie Haft-/Gleitreibung, 
Hangabtriebskraft und Beschleunigung, nicht nur vom Gewicht sondern auch 
von den drehenden Komponenten im Motor, beschäftigen. Eine Masse von 
2.5kg sagt da überhaupt nichts. Der Motor bringt nur Drehmomente, ggf. 
über Getriebe. Um die Beschleunigungskräfte zu begrenzen, fährt man mit 
Schrittmotoren wohl definierte Beschleunigungsrampen, bis die gewünschte 
Schrittfrequenz/Drehzahl erreicht ist.

[Bastihan (Gast)]

Das d'alembert prinzip ist mir bekannt und stellt kein Problem dar, weil 
ich gelegentlich damit zutun habe.

Das angegebene Drehmoment vom Hersteller, sollte die anderen Faktoren im 
Motor doch schon berücksichtigt haben. Wozu sollte ich denn noch die 
Komponenten im Motor ausrechnen. Elektrische Impulse wandeln etwas in 
mechanische Energie um.

[W.A. (Gast)]

Bastihan schrieb:
> Das angegebene Drehmoment vom Hersteller, sollte die anderen Faktoren im
> Motor doch schon berücksichtigt haben.

Drehmoment im Motor brauch man zum Beschleunigen und darüber trifft der 
Hersteller keine Aussage.

> Das d'alembert prinzip ist mir bekannt und stellt kein Problem dar, weil
> ich gelegentlich damit zutun habe.

Dan rechne mal los, um von deiner 2.5kg Masse zu einer Aussage über das 
erforderliche Drehmoment zu kommen - dissipative Kräfte nicht vergessen.

[Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann)]

Hallo Bastihan,

> Ich habe mir diese Seite zum Thema Schrittmotoren durchgelesen
> http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Schrittmotoren
>
> Dort wird gesagt, dass das Drehmoment auf den Drehmomentkennlinien zu
> finden ist, nicht immer angegeben ist, und sich mit steigender Drehzahl
> verringert.

Lies den letzten Satz nochmal und erklär mir, was du damit sagen 
willst...

> Im Anhang befindet sich die Kennlinie zum Schrittmotor.
> (Hellrote Linie)

Welche der Linien ist die hellrote?
;)

> Für meine Anwendung ist das Haltemoment sehr wichtig, aber dennoch
> möchte ich mit dem Drehmoment eine maximale Geschwindigkeit ausrechnen,
> bei dem der Motor ein Gewicht von 2,5kg problemlos bewegen kann.

In welche Richtung, mit welcher Mechanik (Reibung, Verluste) und mit 
welcher Beschleunigung?

> Angenommen ich suche eine Zahnscheibe (Durchmesser) an der eine eine
> Kraft von 25N angreift und gebe den Motor 200 U/min.
>
> M = F * L -> L = M / F
>
> F = 2,5kg * 9,81m/s2
> F = 24,525N gerundet 25N
>
> L = 35N/cm / 25Nm
> L = 1,4cm
> Hebellänge 1,4cm -> 0,014m
> Durchmesser der Zahnscheibe = 28mm
>
> Heißt es, dass der Motor, der eine Hebellänge von 0,014m besitzt, eine
> Kraft von 25N (2,54kg) aufbringen kann?

Ja, er kann diese Kraft statisch aufbringen. Zum Beschleunigen ist dann 
aber kein Drehmoment mehr übrig. Die Einheit des Drehmomentes ist 
übrigens Ncm, nicht N/cm. Sonst wäre die Einheit für die Länge deines 
Hebelarms 1/cm...

>
> Vu = 2  pi  r * 1/s
> Vu = 2  pi  0,014m * 3,33 1/s
> vu = 0,29277m/s
>
> Hier würde der Motor das Gewicht mit einer Hebellänge von 0,014m auf
> eine Geschwindigkeit von 0,29277m/s (29,27cm/s) bringen können? Ich
> finde das schon recht flott oder habe ich gedanklich irgendwo etwas
> vergessen? Alle Angaben sind ohne Reibung.

Du hast die Reibung vernachlässigt. Für einen Zahnriemen-Antrieb ist das 
aber eine durchaus gängige Größenordnung.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

[Pandur S. (jetztnicht)]

Bevor du an ein Design gehst solltest du einfach mal einen Schrittmotor 
kaufen und damit spielen. Kein Witz.

[Noch einer (Gast)]

Ja, erst mal reale Erfahrungen sammeln.

So als Hobbybastler bekommst du beim ersten Versuch alle Arten von 
Schwingungen. Die Kräfte, die dadurch entstehen, sind höher als die 
Kräfte in deiner Berechnung.

Und du solltest nicht an die Grenzen gehen. Wenn du einen Schrittmotor 
kurz überlastest, summt er nur mehr, dreht sich danach aber nicht mehr.

[A. B. (sfalbuer)]

Um die Motorachse nicht unnötig mechanisch zu belasten, solltest du über 
eine mechanische Entkopplung über Kupplung oder Zahnriementrieb 
nachdenken.

Im zweiten Fall kannst du damit außerdem dein System effizienter 
gestalten in dem du durch eine Untersetzung bei erreichen der 
Höchstdrehzahl (also da wo der Motor langsam anfängt an Drehmoment zu 
verlieren) deine gewünschte Geschwindigkeit am Seil erreichst. Damit 
erhöht sich dann praktischer Weise auch dein Drehmoment.

Wie schon erwähnt ist deine Berechnung nur für den statischen Fall 
gültig. Wie viel Drehmoment du für eine Bewegung benötigst hängt von der 
gewünschten Beschleunigung ab. Diese zusätzliche Beschleunigungskraft 
addiert sich zu der Gewichtskraft. Also kein Hexenwerk, du musst nur 
überlegen wie viel Zeit bzw. Strecke die für den Hub hast. Daraus ergibt 
sich ja dann die Beschleunigung.

Wenn du Nanotec Steuerungen verwendest bieten diese außerdem die 
Möglichkeit runde Beschleunigungskurven zu fahren. Das ist praktisch da 
man sich darüber dann nicht auch noch kümmern muss.

Gruss

A.B