Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Grundkonzept Dauerlaufprüfstand Steckzyklen mit Kraftaufnahme


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von Daniel D. (__daniel__)


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Liebes Forum,

mein letztes Elektronik-Projekt liegt schon eine ganze Weile zurück, 
damals habe ich einen Schrittmotor über einen ATmega angesteuert, dessen 
Parameter über eine Excel-VBA-GUI vorgegeben werden konnten während 
Messwerte von einem  Miliohmmeter ebenfalls an bestimmten Stellen an 
Excel übergeben wurden.
War ein nettes Projekt aber auch alles komplett individuell entwickelt.

Seitdem habe ich kaum mehr mit ELektronikentwicklung oder 
µC-Programmierung zu tun gehabt.

Für mein aktuelles Projekt möchte ich euch um Ideen zum Grundkonzept 
fragen - die meisten von euch haben wohl wesentlich mehr Erfahrung.
RaspPi? Arduino? GUI? Auswertung Messdaten?

Das Projekt kann ich grob wie folgt umreißen:
- Steckzyklen von einem Stecker sollen geprüft werden
- Geschwindigkeit des Steckvorgangs soll variabel einstellbar sein
- Hub (0-50mm) soll variabel einstellbar sein
- Steckkräfte (Z-Richtung) sowie Radialkräfte (Lagerreaktionen) sollen 
aufgenommen werden beim Steckvorgang.
- Der Stecker (männlich) ist dabei der bewegliche Teil (am Hub 
befestigt)
- Die Buchse (weiblich) ist dabei fest fixiert bzw. auf einem kleinen 
Kreuztisch montiert, um 1-2 mm aus der Mitte heraus gebracht zu werden 
wobei speziell in diesen Fällen die Kräfte aufgenommen werden sollen.
- Am Ende interessieren die Kräfte sowie der Verschleiß am Stecksystem 
bei den unterschiedlichen Auslenkungen der Buchse aus der Mitte.

Habt ihr kurze Vorschläge für mich mit welchen 
Elektronik/Software/Hardwarekomponenten ihr ein solches Projekt angehen 
würdet um dieses so schnell und kostengünstig wie möglich zu entwickeln?

Herzlichen Dank euch im Voraus für euren Support!
Fragen beantworte ich gerne :)

Viele Grüße
Daniel

von Irgend W. (Firma: egal) (irgendwer)


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Daniel D. schrieb:
> Elektronik/Software/Hardwarekomponenten

Ich habe den eindruck du fängst hier irgendwie mit Schritt 8 von 9 an 
ohne die vorhergehenden überhaupt entwickelt zu haben. Wenn du die ganze 
Mechanik kennst weißt du auch welche Aktuatoren du hast und welche 
Sensoren benötigt werden um dir die benötigten Werte zu liefern. Als 
nächstes dann wie oft, wie genau usw. soll das alles angesteuert bzw. 
ausgewertet werden usw.
Wenn du das alles hast kannst du anfangen dir über die dafür benötigte 
Elektronik Gedanken zu machen...

von Lotta  . (mercedes)


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Erst muß mal die Ethik geklärt werden.
Warum muß immer die Buchse, also der weibliche Teil
fest eingeklemmt werden, währwnd der Stecker frei
schwingen darf? :-O :-))
Das ist ungerecht! :-O

Erzähl doch mal, für was Du das Projekt benötigst.
Als Amateur? Als Profi, der mit der Entwicklung Geld
verdient? Warum? Willst Du dem Hersteller seine Qualität
nachweisen? Die Hersteller von Steckverbindern prüfen
ja sowas bei ihrer Entwicklung und propagierens ja
dann in ihren Datenblättern.

Ich find gerade die Mechanik furchtbar kompliziert,
Hast Du ne feimechanische Werkstatt zur Verfügung,
um die "saugende" Führung des Steckers zu gewährleisten?
Die entstehenden Kräfte hängen ja auch davon ab, wie groß
dein Steckverbinder ist...

Wie willst Du die Kräfte u.s.w. messen? Mit Dehnungsmeßstreifen?

mfg

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Daniel D. schrieb:
> Vorschläge für mich mit welchen Elektronik/Software/Hardwarekomponenten
> ihr ein solches Projekt angehen würdet um dieses so schnell und
> kostengünstig wie möglich zu entwickeln?
Ich würde "von oben her kommen" und eine fertige Beckhoff-SPS mit 
passenden Messklemmen und  tauglichen EtherCAT DC-Servoachsen nehmen.

Denn es kostet letztendlich garantiert mehr, wenn ich mit meine 
Arbeitszeit rechne und selber was zusammenbastle, das hinterher keiner 
ausser mir betreuen, warten, erweitern oder einfach nur ändern kann.

Mit so einer SPS hat man dann auch die Visualisierung, die Datenhaltung 
und -übertragung quasi gleich automatisch miterschlagen.

von Pippi (Gast)


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Lotta  . schrieb:
> Erst muß mal die Ethik geklärt werden.
> Warum muß immer die Buchse, also der weibliche Teil
> fest eingeklemmt werden, währwnd der Stecker frei
> schwingen darf? :-O :-))
> Das ist ungerecht! :-O

Deshalb gibt es schwingende Aufhängungen - reicht aber für eine Seite.

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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Lothar M. schrieb:
> Daniel D. schrieb:
>> Vorschläge für mich mit welchen Elektronik/Software/Hardwarekomponenten
>> ihr ein solches Projekt angehen würdet um dieses so schnell und
>> kostengünstig wie möglich zu entwickeln?
> Ich würde "von oben her kommen" und eine fertige Beckhoff-SPS mit
> passenden Messklemmen und  tauglichen EtherCAT DC-Servoachsen nehmen.
>
> Denn es kostet letztendlich garantiert mehr, wenn ich mit meine
> Arbeitszeit rechne und selber was zusammenbastle, das hinterher keiner
> ausser mir betreuen, warten, erweitern oder einfach nur ändern kann.
>
> Mit so einer SPS hat man dann auch die Visualisierung, die Datenhaltung
> und -übertragung quasi gleich automatisch miterschlagen.


Ja und nein... wenn du auf der SPS firm bist, dann möglicherweise .

Ich würde mir so eine billig cnc Fräse anschauen. wenn die 3018 für 
deine zwecke steif genug gebaut ist, wäre so ziemlich alles dabei.

Ein paar Zeilen gcode senden ist für mich weniger Aufwand als sich in 
eine sps einzuarbeiten... hat halt jeder anderes Vorwissen...

Für die kraftsensoren würde ich bei HBM vorbeischauen.

Alternativ so einen hx711 mit einem arduino und einer billigen x-kG 
wiegezelle von ebay... aber, da muss ich Lothar recht geben, man da ganz 
ehrlich seine Zeit rechnen...

Also ich würde fräse+fertigen kraftmesser nehmen und einen günstigen 
refurbished PC dazu stellen.

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von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Hans W. schrieb:
> so eine billig cnc Fräse anschauen
Passt für mich irgendwie nicht zu
> Dauerlaufprüfstand Steckzyklen mit Kraftaufnahme
Wenn ich "Dauerlauf" und "Prüfstand" höre, dann stelle ich mir was vor, 
das auch nach langer Zeit reproduzierbare Ergebnisse bringt. Aber da 
könnte der Daniel wohl noch ein paar Informationen beisteuern.

Da sieht man, wie ein halbautomatischer Prüfplatz aussehen kann:
* 
https://www.elektroniknet.de/messen-testen/testsysteme/tragbarer-wuerfel-testet-klemm-und-steckverbinder.197223.html
* https://www.smarttester.info/
Da gibts dann sicher noch Andere mit ähnlichen Konzepten.

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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Wenn ich mir die verlinkten Aufbauten ansehen, dann ist die Qualität 
einer 3018 nicht so viel anders.

Ich sehe das so: Zeitaufwand und Geldeinsatz kann man gegenrechnen.

Die auftretenden Kräfte ergeben Anforderungen an die Mechanik.
So eine günstige CNC Fräse kann eine ganz gute Basis sein. Es hängt halt 
davon ab wie es um die zu erwartenden Kräfte steht. Ein USB-C Stecker 
wird sicher kein Problem darstellen... ein CEE Stecker wird wohl nicht 
funktionieren...

Bei der Programmierung ist das ähnlich.
Hast du zufällig Code für das GCode senden parat, dann bist du mit so 
einer Fräse mit dem dazugehörenden GRBL Controller höchst wahrscheinlich 
schneller wie wenn du dich in eine neue Umgebung einarbeiten musst.

Da fehlen ein paar Rahmenbedingungen für mich.

73

von Daniel D. (__daniel__)


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Hello liebe Leute!

Vielen Dank für die Rückmeldungen, über die ich mich sehr freue :)
Es waren schon einige Anregungen dabei, die ich so gar nicht nicht auf 
dem Schirm hatte. Das war tatsächlich auch meine Hoffnung. Mir ist 
natürlich klar, dass ich das auch zur konkreten Umsetzung viel genauer 
spezifizieren müsste. Mich haben eure ersten Gedanken interessiert, da 
ihr wohl wesentlich häufiger solche Projekte umsetzt.

Erstmal dazu:
Lotta  . schrieb:
> Erst muß mal die Ethik geklärt werden.
> Warum muß immer die Buchse, also der weibliche Teil
> fest eingeklemmt werden, währwnd der Stecker frei
> schwingen darf? :-O :-))
> Das ist ungerecht! :-O

Sorry, ich wollte hier natürlich niemandem zu nahe treten. Du hast recht 
- wir können das auch komplett genderneutral betrachten ;D.

Ein paar Antworten zu euren Fragen:

Lotta  . schrieb:
> Erzähl doch mal, für was Du das Projekt benötigst.
> Als Amateur? Als Profi, der mit der Entwicklung Geld
> verdient? Warum?
Ich will die Standzeit der Steckverbinder bei einer automatisierten 
Zuführung prüfen. Bei der automatisierten Zuführung gibt es immer 
Toleranzen, so dass sich Stecker/Buchse über die Einführschrägen finden 
müssen.
Damit möchte ich nicht direkt Geld verdienen, sondern eher Grundlagen 
des Zusammenspiels zwischen Material  Zuführgeschwindigkeit  
Auslenkung aus der Mitte etc. erarbeiten.

Lotta  . schrieb:
> Wie willst Du die Kräfte u.s.w. messen? Mit Dehnungsmeßstreifen?
Ich dachte z.B. an so einen Sensor: 
https://honigmann.com/i456/2-Achsen-Kraftsensor-Radialkraftsensor-RFS150-XY.html?lang=1 
wobei hier die Z-Achse zur Ermittlung der Steckkraft noch fehlt.

Lothar M. schrieb:
> Mit so einer SPS hat man dann auch die Visualisierung, die Datenhaltung
> und -übertragung quasi gleich automatisch miterschlagen.
Was würdest du sagen in welchem Größenbereich man hier finanziell 
rechnen muss? Mit Beckhoff habe ich während des Studiums im Praktikum 
mal gearbeitet aber das ist schon einige Jährchen her :D... Die 
Einarbeitung wäre sicher nicht zu vernachlässigen

Hans W. schrieb:
> Ich würde mir so eine billig cnc Fräse anschauen. wenn die 3018 für
> deine zwecke steif genug gebaut ist, wäre so ziemlich alles dabei.
Super coole Idee... du meinst diese? 
https://www.vevor.de/holzstichmaschine-c_11142/cnc-fraesmaschine-graviermaschine-3018-pro-500mw-laser-fuer-holz-leder-kunststoff-p_010923569466 
nach erster Einschätzung sollte die Steifigkeit ausreichen.
Bräuchte es noch einen 3-Achsen-Kraftaufnehmer und ggf. eine Kopplung 
zwischen den Arbeitszyklen/Position der Z-Achse der Fräse.

Lothar M. schrieb:
> Wenn ich "Dauerlauf" und "Prüfstand" höre, dann stelle ich mir was vor,
> das auch nach langer Zeit reproduzierbare Ergebnisse bringt. Aber da
> könnte der Daniel wohl noch ein paar Informationen beisteuern.
>
> Da sieht man, wie ein halbautomatischer Prüfplatz aussehen kann:
> *
> 
https://www.elektroniknet.de/messen-testen/testsysteme/tragbarer-wuerfel-testet-klemm-und-steckverbinder.197223.html
> * https://www.smarttester.info/
> Da gibts dann sicher noch Andere mit ähnlichen Konzepten
Danke für die Idee und den Link. Auch hier werde ich mal weiter 
recherchieren. Ggf. gibt es wirklich ein passendes Komplettsystem das 
bezahlbar ist.
Die Notwendigkeit bzgl. Reproduzierbarkeit hält sich in Grenzen. Mir 
geht es eher um "Hausnummern" und darum ein besseres Gefühl für 
Geometrie/Materialien/Verschleiß zu erhalten. Ich vergleiche also eher 
einen technischen Glasfaserkunststoff mit einem 3D-Druck-Teil als z.B. 
zwei unterschiedliche Stahllegierungen.

Hans W. schrieb:
> Bei der Programmierung ist das ähnlich.
> Hast du zufällig Code für das GCode senden parat, dann bist du mit so
> einer Fräse mit dem dazugehörenden GRBL Controller höchst wahrscheinlich
> schneller wie wenn du dich in eine neue Umgebung einarbeiten musst.
>
> Da fehlen ein paar Rahmenbedingungen für mich.
Code habe ich nicht parat und auch noch nie damit gearbeitet. Allerdings 
ist das Einarbeiten in diese Steuerung sicherlich weniger zeitaufwendig 
als alles komplett neu aufzusetzen.
Kannst du mir ggf. noch ein paar Fräsen zum Vergleich empfehlen? Hast du 
eine Idee wie man externe Sensoren mit einbindet oder wäre eine 
synchronisierte Abfrage (Position & Kraftwerte) deiner Meinung nach eher 
kompliziert? Theoretisch reicht es mir auch ohne den Bezug zur Position 
der z-Achse.
Andere Rahmenbedingungen kann ich dir gerne nennen - welche brauchst du 
denn?


Danke euch nochmals!

Schöne Grüße und einen schönen Abend
Daniel

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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Du musst dir klar werden welche Belastung auf die Mechanik zu kommt.

Für u.fl, die für eine sehr kleine 2-stellige Anzahl an Stückzahlen 
ausgelegt sind, wird wahrscheinlich die billigste 3018 Ausführung oder 
sogar ein 3d Drucker reichen.

Wenn du aber 10k Steckzyklen von USB-C testen willst, wirst du wohl oder 
übel eine vernünftige kugelumlaufspindel, oder eine qualitativ 
hochwertige Pneumatik brauchen.

Bei den günstigen Fräsen wär vllt. noch die 3020 erwähnenswert.

Alle gibt's mit trapezgewinde, kugelumlaufspindel, mit rund- oder 
profilführungen. Man muss halt wissen, was man braucht.

Gcodes sind kein hexenwerk... Viel mehr wie linear-move wirst du nicht 
brauchen.
https://marlinfw.org/docs/gcode/G000-G001.html

73

von Gerald B. (gerald_b)


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Es gibt von FESTO auch kleine Pneumatikzylinder, mit denen du das machen 
könntest. Hubgeschwindigkeit mittels Nadelventil justierbar, Endlage per 
Reedkontakt standardmäßig überprüfbar und Betätigungskraft könnte man 
über einen Drucksensor per T-Stück am Pneumatikschlauch bestimmen.

von Lotta  . (mercedes)


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Mit der Fräse ists keine schlechte Idee.

Dann kann man für die Buchse ein Proxon Koordinatentischchen
vorsehen das auf Abstanshaltern ein Edelstahlstreifen trägt.
In diesen ist dann die Buchse zusammen mit nem Drucksensor
eingelassen.

Denke bitte auch an die Überwachung einiger Pins deiner
Steckverbindung mittels Konstantstromquelle und AD - Spannungsmessung,
um auch Qualitätsaussagen über die entstehenden Kontaktschwierig-
keiten treffen zu können!

mfg

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