Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Servomotor für Kugelgewindetrieb


von Dan G. (shanks)


Lesenswert?

Hi,

hoffe man kann mir hier helfen, da ich doch noch ziemlich unsicher bin 
was das alles betrifft.

Hier mal die Ausgangslage:

Ich habe ein Kugelgewindetrieb was eine Last von maximal 5 kg (eher 
weniger, aber es soll vielleicht nach oben erweiterbar sein), vertikal 
in beide Richtungen fahren soll. Außerdem soll eine Druckkraft von bis 
zu 100N aufgebracht werden können. Ich gehe mal davon aus, dass das 
zulässige Druck/Zug Moment bei mind. 50N liegen muss um die Last zu 
heben und dann nochmal mit der gleichen Kraft, Druck ausüben zu können, 
wenn die Last von 5 kg aufliegt. In diesem Fall sollte mir die 
Schwerkraft ja helfen. Korrigiert mich, wenn ich hier falsch liege.

Nun möchte ich das ganze mit eine Servomotor steuern. Die Drehzahl 
sollte von 0 bis 3000 regelbar sein. Ich bräuchte auf jeden fall eine 
Drehzahl von 3 U/min bis mindestens 1500 U/min.

Hier mal meine bisherige Rechnung:

Kugelgewindetriebe besitzt die Strecke von 30 cm und eine Steigung von 
5mm;
Die Geschwindigkeit des Schlittens soll zwischen 0,01 cm/s bis 5cm/s 
regelbar sein. Die Maximale Kraft, welche aufgebracht wird, soll bei 100 
N liegen.

Daraus folgt dann:
min. Drehzahl = 3 U/min
max. Drehzahl = 1500 U/min
Kraft = 100 N
Leistung = 5 W
Drehmoment = 0,08 Nm

Hoffe mal die Ergebnisse stimmen so.
Wäre z.B dieser Motor hier:

http://de.rs-online.com/web/p/servomotoren/7701404/
mit dieser Steuerung:

http://de.rs-online.com/web/p/servomotoren-steuerungen/7701378/?origin=PSF_421240|acc

kompatibel? Und könnte ich damit das erreichen, was ich vor habe? Also 
das die Drehzahl wirklich bis auf 3 eingestellt werden kann.

Schon einmal vielen Dank im Voraus.

Gruß
Shanks

: Bearbeitet durch User
von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


Lesenswert?

Wenn der Motor einen Encoder enthält sollte der Verstellbereich kein 
Problem sein. Mit dem Lexium-Zeug kenne ich mich nicht aus, aber ich 
sehe keinen Grund, warum das anders sein sollte als bei Siemens, 
Beckhoff und Co. Der Preis ist auf jeden Fall interessant.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Dan G. (shanks)


Lesenswert?

Kann ich Grundsätzlich davon ausgehen, dass jeder Motor mit der 
richtigen Steuerung eine beliebige Drehzahl zwischen 0 und max. Drehzahl 
annehmen kann?
Und vermutlich ne ganz dumme Frage. Die Drehrichtung lässt sich dann 
auch über die Antriebseinheit steuern, oder?

: Bearbeitet durch User
von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


Lesenswert?

Im Prinzip ja. Bei sehr niedrigen Drehzahlen benötigt man aber Geber mit 
entsprechender Auflösung. Sensorlos (auf Basis der Gegen-EMK) oder nur 
mit (schaltenden) Hallsensoren geht das dann nicht mehr. Die 
Drehrichtung kann man i.d.R. über die Steuerung vorgeben.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Jost .. (jojocp)


Lesenswert?

Hallo shanks..

Den Motor wirst du bis auf 3 UPM herunter kriegen, da er extra für 
solche Aufgaben wie deine gemacht ist. Auch alles unter 3 UPM geht klar. 
Meistens wird bei solchen Aufgaben jedoch nicht nach Drehzahl gesteuert, 
sondern nach Position.
Ich habe selber drei ziemlich ähnliche Servomotoren und Servoregler von 
Berger und Lahr (Vorgänger von Schneider Electric) hier rumliegen. Die 
Positionierauflösung der Dinger ist wirklich Klasse (um die 0,1° genau).

Ich habe selber keine Verwendung mehr für die Motoren und Regler - wenn 
du also Interesse hast kannst du dich ja mal Melden.

Zu deiner Berechnung der Kugelgewindespindeln kann ich dir leider nichts 
weiteres sagen.

Grüße, Jost

von Dieter W. (dds5)


Lesenswert?

Dan G. schrieb:
> Hier mal meine bisherige Rechnung:
>
> Kugelgewindetriebe besitzt die Strecke von 30 cm und eine Steigung von
> 5mm;
> Die Geschwindigkeit des Schlittens soll zwischen 0,01 cm/s bis 5cm/s
> regelbar sein. Die Maximale Kraft, welche aufgebracht wird, soll bei 100
> N liegen.
>
> Daraus folgt dann:
> min. Drehzahl = 3 U/min
> max. Drehzahl = 1500 U/min
> Kraft = 100 N
> Leistung = 5 W
> Drehmoment = 0,08 Nm

Wenn ich mich nicht verrechnet habe werden die 0,1mm/s bei 1,2 1/min
und die 50mm/s bei 600 1/min erreicht.

Bei maximal 50mm/s werden 300mm Wegstrecke in 6s zurückgelegt, davon 
wird noch ein Teil zum Beschleunigen und Bremsen benötigt. Das 
Trägheitsmoment des gesamten Systems wird bei 5W vermutlich diesen 
Anwendungsfall nicht erlauben (hab's aber nicht nachgerechnet).

von Georg (Gast)


Lesenswert?

Dan G. schrieb:
> vertikal
> in beide Richtungen fahren soll

Dabei musst du beachten, dass Kugelumlaufspindeln nicht selbsthemmend 
sind, der Wirkungsgrad ist so gut, dass man den Schlitten wegdrücken 
kann, wobei sich der Antrieb dreht. Die Folge ist, dass dir das Ganze 
nach unten rasselt, sobald du den Antrieb abschaltest. Du musst also 
aktiv halten (Positionssteuerung) oder eine Bremse einbauen.

Georg

von Dan G. (shanks)


Lesenswert?

Ich seh gerade das ich mich oben verschrieben habe. Die Steigung beträgt 
2mm. Schande über mich.

Aber die Rechnung von dds5 stimmt. Bei dieser Steigung komm ich auch auf 
die gleichen Werte.

@Georg: Danke das du mir das gesagt hast. Daran hätte ich nicht gedacht.

Wie kann ich denn dieses Problem lösen, da ein Servomotor mit Bremsen 
deutlich teurer ist. Positionssteuerung wird vermutlich nur 
funktionieren, wenn der Antrieb aktiv ist. Eigentlich wollte ich, dass 
der Schlitten bei deaktivierten Zustand an der obersten Position der 
Lineareinheit stehen bleibt.
Sorgt dann nicht auch allgemein die Schwerkraft für Probleme beim hoch 
und runterfahren?

Also wenn ich das richtig verstanden habe, benötige ich dann noch ein 
externes Bremsmodul, wenn ich möchte, dass der Schlitten während des 
Betriebs stehen bleibt.

: Bearbeitet durch User
von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


Lesenswert?

Es gibt externe Bremsen, z.B. von Mayr. Billiger als ein Motor mit 
integrierter Bremse ist das aber vermutlich nicht. Du kannst auch 
darüber nachdenken, die Achsen in der oberen Position zu verriegeln, 
z.B. über einen Zylinder. Dann kann es bei einer Störung im Betrieb aber 
trotzdem passieren, dass die Achse runterfällt. Oder du verwendest einen 
Gewichtskraftausgleich (z.B. Gegengewicht oder Feder-Dämpfer-System). 
Aber auch das bietet keine absolute Sicherheit.

Daher musst du immer eine Gefahrenanalyse machen und überlegen, welche 
Schäden (insbesondere Personenschäden) im Fehlerfall drohen und wie 
wahrscheinlich das ist.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Herbert (Gast)


Lesenswert?

Ich habe letztens auf eBay einen Motor von Nanotec ersteigert. Kann ich 
nur empfehlen, für deine Anwendung muss es nicht umbedingt ein 
Servomotor sein. Einfach über RS485 anzusteuern und die Steuerung ist 
schon mit bei. Varianten mit Bremsen gibts glaube ich auch:

http://de.nanotec.com/produkte/155-plug-drive-motoren-plug-drive-motoren/

Gruss

Herbert

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.