Vorteile eines Schrittmotors gegenüber anderen Motoren [Archiv]

Nasenbertram

10.07.2004, 13:32

Hallo an alle.

Ich bin ganz neu in diesem Forum, und habe darum ein paar Fragen an euch.

Wir sind von der Schule her mit einem Projekt beauftragt worden, in dem es unter anderem darum geht, eine PVC Scheibe mit einem Durchmesser von 1200 mm auf eine Drehzahl von 1 U/min zu bringen.

Dabei haben wir uns entschieden, die Scheibe von aussen nach dem Prinzip des Reibradgetriebes anzutreiben.
Dabei treibt ein kleines Rad, welches auf der Achse unseres Motors sitzt die große Scheibe am Rand an. Während der Motor eine Vielzahl an Umdrehungen macht, macht die große Scheibe nur eine einzige.

In Gebrauch haben wir einen Schrittmotor von RS Components, HSX Serie Größe 34
Max. Haltemoment : 2,8 Nm
Max. Strom bipolar in Reihe : 3,0 A Paralell : 6,0 A
Angesteuert wird der Motor über eine SPS und eine Schrittmotortreiberplatine.

Wir haben das Prinzip ausprobiert und genügend getestet. Jetzt wird in einer Dokumentation von uns gefordert, zu begründen warum wir uns bei dem Motor für einen Schrittmotor entschieden haben, und nicht etwa für einen Getriebemotor oder einen Gleichstrommotor oder einen Servomotor......

Kann mir da jemand von euch mal ein paar Vor- und Nachteile nennen?

Wäre super nett, da sich aus unserem Projektteam niemand so wirklich mit Motoren oder der Elektrik ans sich auskennt!

Danke schon mal vorab!!

MfG Bert

sonic

10.07.2004, 15:45

...
Wir haben das Prinzip ausprobiert und genügend getestet. Jetzt wird in einer Dokumentation von uns gefordert, zu begründen warum wir uns bei dem Motor für einen Schrittmotor entschieden haben, und nicht etwa für einen Getriebemotor oder einen Gleichstrommotor oder einen Servomotor......
...

Naja also ist doch euer Projekt? Das müsstet Ihr doch wissen oder?
Naja, vielleicht weil ein Schrittmotor bei einer Schrittfrequenz X genau in der Geschwindigkeit Y dreht?

Getriebemotor bräuchte eine Regelung und die Elektronik dafür...
Servomotor hat zwar eine Regelung, aber die ist auf Positionierung abgestimmt und nicht unbedingt auf die Drehzahl...

Ooch, euch fällt bestimmt was ein ;-)

Gruß, Sonic

Manf

10.07.2004, 18:02

Google: Ergebnisse 1 - 10 von ungefähr 1,790 für "schrittmotor, vorteile"

martin

10.07.2004, 18:15

Hallo,

Was macht ihr denn jetzt mit der drehenden Scheibe 8-[
(nur so aus Interesse)

Grüsse, Martin

Nasenbertram

10.07.2004, 19:40

Haben ne Laserschneidanlage automatisiert. Auf der Drehscheibe werden die zu lasernden Teile sortiert und auf ein Förderband geleitet, welches sie dann in die Laseranlage transportiert.

Albanac

11.07.2004, 10:18

hört sihc ja cool an!

Bilder!!!

Vorteile des Schrittmotors (hier) wie sonic schon sagte

man kann die geschwindigkeit exakt regeln (z.B. der Motor hat 200 Schritte pro Umdrehung dann braucht er 2000 Schritte pro Minute bei einer 1:10 Untersetzung für 1 U/min

beim normalen E-Motor brächte man erst einen drehgeber der Aufschluss über die Geschwindigkeit gibt

Frank

11.07.2004, 19:05

@Nasenbertram: Die Vorteile sollten Euch ja am besten einleuchten, weil ihr die Anwendung am besten kennt. Je nach Anwendung können Vor- und Nachteile ja völlig anders ausfallen.
In Eurem Fall nehme ich auch auch das die genaue Positionierung und die schnellen genauen Bewegungen der großer Vorteil ist. EIn Schrittmotor kann man halt auch schlagartig genau anhalten, was bei anderen Motoren schon schwierig ist.

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11.07.2004, 22:37

Nun, ev. (je nach Übersetzung) kann ein Schrittmotor auch nachteilig sein.

Der Motor kann nur schrittweise schalten, also entstehen letzten Endes an der großen Scheibe auch nur Schritte bzw. ich kann nur im Bereich der Übersetzung eines Schrittes nachregeln. Das wird immer etwas ungenau.
Ein Motor, der geregelt angesteuert wird, könnte hier (wiederum je nach Übersetzung) sehr viel feiner angesteuert und ausgesteuert werden.

Allerdings ist der Aufwand dabei auch höher: Umdrehungszeit muss gemessen und umgerechnet werden und der Regler für den Motor muss dementsprechend nachjustiert werden.

Wobei ich hier gerade schon einen Vorteil (geringerer Aufwand) genannt habe ... ;-)

12.07.2004, 04:55

@Nasenbertram

Kann mir da jemand von euch mal ein paar Vor- und Nachteile nennen?

Wäre super nett, da sich aus unserem Projektteam niemand so wirklich mit Motoren oder der Elektrik ans sich auskennt!

Wie seid ihr denn dann überhaupt zu der Entscheidung einen Schrittmotor zu verwenden gekommen?
Jemand der sich wirklich überhaupt nicht mit Motoren und Elektronik auskennt, denkt bei so einer Aufgabe doch eher an einen ganz normalen Gleichstrom-Motor und hätte versucht den irgendwie über die Spannung auf die passende Geschwindigkeit zu bringen.
Ohne Elektronik-Kenntnissse bekommt man einen Schrittmotor doch auch gar nicht ans drehen.

Theoretisch kämen für eine halbwegs konstante Drehzahl ohne zu regeln auch noch Drehstrom-Motoren in Frage, da die proportional zur Netzfrequenz drehen.

Für euer Schulprojekt wäre Drehstrom aber sicherlich keine geeignete Lösung.

LoD

12.07.2004, 09:18

(Mist falschen Knopf gedrückt...nochmal tippen)

Also ich hätte für diese Aufgabe bestimmt keinen Schrittmotor verwendet:

1. muss ich Albanac und Sonic widersprechen:

Vorteile des Schrittmotors (hier) wie sonic schon sagte

man kann die geschwindigkeit exakt regeln (z.B. der Motor hat 200 Schritte pro Umdrehung dann braucht er 2000 Schritte pro Minute bei einer 1:10 Untersetzung für 1 U/min
In diesem Fall wird es zwangsläufig einen Schlupf entweder am Gummiring, oder im Schrittmotor geben. Der Umfang des Rades mit Gummiring ist nicht definiert und wird sich durch Abrieb mit der Zeit Ändern ändern. Eine Messung der Tatsächlichen Drehgeschwindigkeit kann also eigentlich nicht ausbleiben. zumindest sollte sie manuell mal überprüft werden.

2. Ein Schrittmotor ist für Positionieraufgaben konzipiert, was bedeutet, dass er sich schnellst möglich zum nächsten Schritt (bzw. Viertelschritt) bewegt. dafür wird er diese Position mit dem Max. Haltemoment von 2,8 Nm versuchen festzuhalten. Bei der "Regelung" nach Schritttacktung wird dann an den Haltepositionen immer so lange gewartet, bis die mittlere Geschwindigkeit wieder stimmt.
Die Scheibe mit einem großen Massenträgheitsmoment, wird diese schnellen Beschleunigungen und abbremsungen allerdings nicht mitmachen. Es muß also zu Schlupf am Ring oder im Motor kommen.

3. Aus 1. und 2. folgt dass ein erhöhter Abrieb des Gummirings zu erwarten ist, wobei der Gummiring an sich die Lösung noch ein wenig rettet. Denn er gibt dem System mit einem ruckelden Antrieb und einer Trägen Scheibe noch ein wenig bewegungsspielraum und Dämpfung. Mit einem Zahnrad antrieb dürften die Teile auf der Scheibe durch die kleinen Schläge das wandern anfangen und der Motor definitiv Schritte verlieren und dabei gar rückwärzschritte einfügen.

4. Da der Motor für das Festhalten von Positionen gedacht ist, hat er eine ungleich größere Leistungsaufnahme als Motoren die für das Umlaufen gedacht sind.

Ich kann gerne noch ein Paar Vorteile anderer Antriebsprinziepien aufführen, aber ich glaube, damit werde ich auch nicht wirklich hilfreich sein. Tut mir leid, wenn ich damit gerade etwas Kontraproduktiv bin. Für die Doku sollte man sich aber vielleicht doch nochmal bei Google ein paar Vorteile zusammensuchen und hinbiegen wie ihr das jetzt braucht. Bei einer Verteidigung solltet ihr Euch aber auf oben genannte Gegenargumente gefasst machen. Wend jetzt lieber still. :-#

12.07.2004, 10:09

bei solchen Anwendungen mit großen Untersetzungen (in diesem Fall von mir geschätzt 1:30 ) ist das Massenträgheitsmoment der Last auf den Motor bezogen durch i^2 zu dividieren und damit für einen Motor mit 2,8Nm wohl kein Thema.
Stichwort Schlupf: der dürfte (wenn überhaupt auftretend) gleichbleibend und damit kompensierbar sein. Die mögliche Abnutzung des Gummirades ist ein vom Motorprinzip unabhängiger Aspekt und müßte über Justageintervalle berücksichtigt werden.
RG

LoD

12.07.2004, 12:12

Die Übersetzung ist ja nicht Motorseitig. Der Motor wird mit dem Antriebsrad eine kleine schnelle Bewegung machen (das Antriebsmoment ist übrigens die meiste Zeit kleiner als das Halte Moment) und anschließend mit dem Haltemoment diese neue Position festhalten. Da die Große Scheibe auf Grund ihrer Trägheit sich von der schnellen Vortriebsbewegung wie auch von dem Haltemoment nur begrenzt beeindruckt wird kann nur die Gummischnur einen gewissen ausgleich schaffen.
Wenn die Untersetzung tatsächlich reicht, um (1:30 ist an sich wenig) um die ganze Platte ein kleines Stück weiterzu schlagen und abrupt zum stehen zu bringen (mit jedem Schritt) macht es das eher schlächter als besser.

i^2 ??? wo kommt dass her? Vielleicht für die Leistung, scheint mir aber grad auch nicht plausibel. ein Moment wird nur um i vertärkt. Dafür geht in die Berechnung des Trägheitsmomentes der Radius quadratisch ein. Nur mal aus Plausibilitätsgründen anders gesagt: würde i^2 das Moment verstärken und das Trägheitsmoment dagegen verschwinden, könnte die Scheibe gar nicht groß genug werden (da ja die Untersetzung steigt), da die Erfahrung aber zeigt, dass der Antrieb sich mit einer großen Scheiben eher schwer tuen wird kann das so nicht ganz stimmen...

Der Abrieb ist mit nichten unabhängig vom Motor. Während ich mit einem Schrittmotor Bauart bedingt keine gleichförmige Bewegung erreichen kann (oder nur mit sehr hohem Aufwand (Stromregelung für alle Phasen und Momentmessung)) belaste ich das Gummiband duch ständig wechselnde Lastfälle wesentlich stärker. Beim Anfahren und Bremsen muss auch eine vorsichtige Kurve gefahren werden um nicht durchzurutschen. Dies würde sich bei einem Gleichstrommotor von alleine regeln, da hier ein (weitgehend) kontinuierliches Moment erzeugt wird, das keine Lastwechsel verursacht. Wenn ich Leistung in einen Gleichstrom motor stecke, wird sie in mechanische Leistung gewandelt (mit dem Verlust des Wirkungsgrades) Bei einem Schrittmotor wird in erster liene ein (Fest)Haltemoment erzeugt, das bestenfalls dazu gedacht ist mechanische Leistung aufzufangen. Die Bewegung ist nicht Ziel dieser Bauform!!!
Man kann wie gesagt auch eine Art Direktantriebssteuerung darauf loslassen, dazu benötigt man aber eine feine rückmeldung über die Lage (mindestens 8 Mal genauer als genauer als der Schrittwinkel.) oder einen Momentaufnehmer. Beides dürfte den Rahmen für diese Aufgabe sprengen.

sonic

12.07.2004, 15:29

Ihr habt ja alle recht,

aber das war das ein Schulprojekt von Schülern. Die werden meistens von jemandem betreut der sich damit auskennt. Der Grund warum in der Doku die Entscheidung Schrittmotor nochmal genau erklärt werden muss ist wahrscheinlich der, daß sie nicht ganz kapiert haben warum da ein Schrittmotor rein musste.

Deswegen vermute ich mal, daß es nicht NUR darauf angekommen ist die Scheibe irgendwie mit 1 Upm zu drehen. Dafür spricht ja auch das Werkstücke auf ein Förderband "sortiert" werden sollen.

Wenn's nur die Drehung ansich gewesen wäre, hätte ich persönlich auch einen "normalen" Motor + Regelung genommen. Ich hätte in meinem 1. Posting vielleicht "steuern" schreiben sollen. Ich bin allerdings von oben genannten Vorraussetzungen ausgegangen.

By the way, die Scheibe ist zwar groß, aber schwer ist relativ. Die ist aus PVC nicht aus Metall. Ich kenn jetzt zwar die Dichte von PVC nicht und die Dicke der Scheibe auch nicht, aber 2,8Nm sollten dafür ausreichen.

@LoD: Ich finde den Begriff "weiterschlagen" im Bezug auf einen Schrittmotor irreführend. So krass, wie der Begriff unterstellt, sind die Beschleunigungen nicht. Außerdem stand im Originalposting nichts von den geforderten Genauigkeiten.

Uns fehlen halt (wie meistens) die nötigen Informationen über Ziel und Anforderungen des Projekts. Also schlagt euch nicht die Köpfe über Dinge ein, die von Vorraussetzungen abhängig sind, die wir nicht kennen ;-)

Da ein Laserschneideanlage selten in einer normalen Schule steht, geh' ich, wie gesagt, davon aus, daß das Ganze ein Projekt von Schülern in Zusammenarbeit mit einer Firma war. Und da Firmen (meistens) genau wissen was sie wollen, wird der Schrittmotor und Reibrad da schon Sinn machen.

Grüßlen, Sonic

12.07.2004, 17:56

Ich bin bei dem Begriff "Schule" jetzt einfach mal von einer Berufsschule ausgegangen, bei der den Azubis ja meist ein Unternehmen zur seite steht. Denke auch, dass da die z.B. die Firma sagt hier habt ihr Schrittmotor und wir brauchen einen Sortiertisch. Der Lehrer sagt ihr sollt ne Projektarbeit machen, und die Azubis sagen Klasse, das kombinieren wir. Wenn der Lehrer dann aber dumme Rückfragen stellt kommt da vielleicht sowas bei raus.

Also schlagt euch nicht die Köpfe ... ein, ...
Sorry, das wollte ich natürlich nicht, hoffe die Köpfe sind noch ganz.

Hast recht, PVC hat eine Dichte von 1400 kg/m^3 bei einem Radius von 0,6m un einer Dicke von 0,05 macht das etwa 800g. --> ein Massenträgheitsmoment von 0,1425 kg*m^2
Multipliziert mit der Winkelbeschleunigung ergibt sich dann das Trägheitsmoment. Das wird über die Übersetzung dann in der Tat gehalten warscheinlich trotz hoher Winkelbeschleunigungen des Steppers gehalten. Heißt, dann aber andersrum, dass die Erschütterungen des Stepperantriebs in der Scheibe gut spürbar sein. Damit kann es zum wandern leichter Teile auf der Scheibe kommen.

Wenn das jetzt aber tatsächlich eine so leichte Scheibe

LoD

12.07.2004, 18:22

P.S.: Ich habe den besagten Haken beim Login gesetzt... Vielleicht hätte ich mich vorhin nicht so brav abmelden dürfen...

13.07.2004, 08:41

@ LoD:
i² soll heißen, daß das Massenträgheitsmoment der untersetzt (dadurch langsam) angetriebenen Last nur mit 1/i² am Antrieb wirksam wird. In vielen Fällen ist ( bei Beschleunigung/Abbremsung) das Massenträgheitsmoment des (schnell drehenden ) Motorankers viel stärker wirksam als das der schweren, aber langsam drehenden Last.
Das 'normale' Moment (Kraft mal Hebelarm) wird durch die Übersetzung natürlich linear größert (von Reibungsverlusten mal abgesehen).
Und den Begriff Schrittmotor sollte man nicht zu grob wortlich nehmen. Es gibt Treiberschaltungen für Halb-,Viertel-,Mikroschrittbetrieb.
Den grundsätzlichen Nachteil der Stepper, unbemerkter Schrittverlust bei fehlender Rückmeldung; kann man in vielen Fällen vernachlässigen. Man muß nur wissen, ob die Antriebsmomente ausreichend gleichmäßig bleiben.
RG

LoD

13.07.2004, 08:58

Ein Stepper verfügt eben nicht über ein Antriebsmoment, es sei denn man man treibt einigen Aufwandt (wie gesagt). Auch Viertelschritte sind Schritte, nur dass das Haltemoment und damit auch das Pseudo Antriebsmoment durch gegeneinander wirkende Spulenbestromung durch einen höheren Energieverbrauch reduziert wird.

Zum i²: Soweit ist es jetzt logisch, nur dass in diesem Fall der Radius (Hauptverantwortlicher für i und linear in i enthalten) quadratisch im Massenträgheitsmoment eingeht (1/2*m*r²) und nocheinmal quadratisch in der Masse eine Kreisscheibe versteckt ist (2*pi*r²*h*D). Will sagen je größer Du die Untersetzung (bei gleichgrußem Antriebsrad also größer wedender Abtriebsscheibe) wählst, dasto quadratisch GRÖSSER wird Deine Last!!!

Michael

13.07.2004, 11:04

Hallo Lod,

wird dann an den Haltepositionen immer so lange gewartet, bis die mittlere Geschwindigkeit wieder stimmt.
da liegst du falsch, die Drehzahl des Motors ist hier so hoch, dass seine eigene Trägheit schon für den Rundlauf sorgt.

Mit einem Zahnrad antrieb dürften die Teile auf der Scheibe durch die kleinen Schläge das wandern anfangen und der Motor definitiv Schritte verlieren und dabei gar rückwärzschritte einfügen.

hmmm, du hast scheinbar ein Verständnisproblem. Wenn dein Motor Rückwärtsschritte macht, dann hast du was falsch gemacht ;)

Da der Motor für das Festhalten von Positionen gedacht ist,
nein, nein, der Motor ist schon für das Drehen gemacht, nur muss man halt wissen, wie.

Der Motor wird mit dem Antriebsrad eine kleine schnelle Bewegung machen (das Antriebsmoment ist übrigens die meiste Zeit kleiner als das Halte Moment) und anschließend mit dem Haltemoment diese neue Position festhalten.
mit Verlaub: Du hast keine Ahnung! Das sagen mir auch die 2 dort nachfolgenden Sätze.

Damit kann es zum wandern leichter Teile auf der Scheibe kommen.
Das bezweifle ich. Was sagt denn der OP hierzu?

Ein Stepper verfügt eben nicht über ein Antriebsmoment,
Du hast ein Verständnisproblem.

Vielleicht hat Manf die Zeit und Lust, die Verschiedenen Dreh-(Antriebs-)Momente während einer Umdrehung eines Schrittmotors und eines Gleichstrommotors grafisch aufzuarbeiten. Du wirst dich wundern, wie ungleichmässig der DC-Motor dreht ;)

Gruss, Michael

Manf

13.07.2004, 11:19

Nach einigem des zuletzt gesagtem könnten Zweifel aufkommen, ob es sich beim Schrittmotor um einen Motor handelt, der direkt als Motor eingesetzt werden kann und der etwas antreibt.
Man kann den Schrittmotor direkt als Motor einsetzten, als einen Motor, der bei einem Strom ein Moment erzeugt, der sich langsam und schnell drehen kann und der einen arbeitspunktanhängigen Wirkungsgrad hat.
Er hat wie ein Gleichstrommotor eine "Motorkonstante" die angibt, welches seine höchste Drehzahl bei einer bestimmeten Spannung ist und wie groß sein Drehmoment bei einem bestimmten Strom ist.
Die Ansteuerung in Schritten oder Mikroschritten ist sicher aufwändiger, der erreichbare Wirkungsgrad ist oft geringer, dafür hat er eine integrierte Positionsbestimmung.

LoD

13.07.2004, 13:26

Also, nochmal...
Ein Schrittmotor ist ein Motor, der durch einen vielstrahligen (gerade nicht durch vier teilbar z.B. 4*x-1) Sternanker am Läufer und in der Regel acht Polschuhe aufgebaut ist. Je nach Bestromung der Wicklungen an den Polschuhen richtet sich der Anker und damit der Läufer (wie in jedem Motor) so aus, dass sich ein Möglichst geringer Luftspalt einstellt. Das besondere bei der Auslegung und Konstruktion dieses Motortyps ist, dass bei Bestromung einer Phase eine Winkelstellung gehalten wird. Eine minimale Änderung des Läuferwinkels führt zu einer sehr hohen Änderung des Luftspaltes und damit zu einem steil ansteigenden Moment. Wenn ein äußeres Moment das Haltemoment gerade übersteigt springt der Motor (mindestens) 4 Vollschitte weiter. Bleibt man gerade noch unter diesem Moment sollte man eine Auslenkung von knapp 1 Vollschritten bewirkt haben. Überschreitet man die Position eines Vollschrittes wirkt das moment zwar noch in die richtige Richtung, fällt aber ab. die anderen zwei Vollschritte wirkt das Moment unterstützend dem äußeren Moment. Diese Phasen durchläuft man beim Verlust eines Schrittes auch automatisch. Genau dieses meinte ich, dass für Kurze Zeit eine Moment in falsche Richtung wirkt und zwar bei korrekter Beschltung.

Befindet sich der Motor an der exakten Position eines Schittes im Stillstand. und man bestomt nur die folge Phase. So bewirkt dies Ein Moment von, das Tatsächlich dem Haltemoment entspricht als Antriebsmoment (hab tatsächlich vorher einen kleinen Gedankenfehler gemacht). Allerdings fällt dieses Moment bis zum erreichen des nächsten Schrittes auf Null ab.
Bei einer normalen Ansteuerung erfolgt die Bestromung immer nur mit vollem Strom. Das heißt Der Rotor wird maximal beschleunigt, und nach erreichender neuen Position wieder gebrems bis er sich auf der neuen Position eingependelt hat. Natürlich kann man die Takte nun schnell aufeinander folgen lassen. Wird man allerdings so schnell, dass die Abbremsphase zu Null wird, riskiert man Schlupf (und damit auch wieder kurzzeitige Gegenmomente).

Viertelschrittbetrieb:
Eine Phase wird voll Bestromt und die folge Phase wird gleichzeitig voll bestromt. -> ein halber Schritt wird ausgeführt. das Maximale Haltemoment an dieser Position wird wird durch das Gegeneinanderwirken der Beiden Momente der beiden Momente etwa halbiert (meinet wegen auch nur Faktor sin(pi/4), wobei diese Annahme entgegen der Optimierungsziele dieses Motortyps laufen), gleiches gilt dann auch für das Antriebsmoment. Der Motor läuft Runder, aber auf kosten des Momentes. Die Federsteifigkeit des Antriebs (und damit die Positionssicherheit) wird herabgesetzt.

Mikrosteppverfahren:
Man kann das Spiel natürlich auch weitertreiben, und die Übergänge Zwischen den Vollschritten weiter unterteilen, indem man die Bestromung steuert und man so einen noch weicheren Übergang hinbekommt aber auch hier gilt es geht weiter auf Kosten des Antriebsmomentes und der Steifheit des Antriebs. Im endeffekt mache ich soetwas wie eine blinde (im Gegensatz zu sensorlose) elektronische Komutierung. Die Lage des Läufers wird nicht bestimmt. Man geht davon aus, dass es sich an der Position befindet, an der er sich statisch und unbelastet einfinden würde und bestromt den Folge(mikro)schritt so, dass er für diese Läuferlage optimiert ist. Wenn Man dagegegen einen Echten Rundlauf bei optimalem Moment haben möchte muss man mindestens eine der Unbekannten messen: Entweder die Lage des Läufers (zwischen den Schritten) oder das wirkende Moment. An Hand der Spuleninduktivität könnte man die Läuferposition vielleicht noch beobachten (vgl sensorlose Komutierung) Aber wie schon Eingangs erläutert sind Schrittmotoren darauf ausgelegt einen möglichst steilen Auslenkungs Gegenmoment Verlauf zu haben. Für einen ruhigen Lauf wie auch eine saubere Komutierung ist hingegen ein sinusförmiger Verlauf wünschenswert.
Ein darauf ausgelegter Vielpolmotor wird dann aber eher unter Bezeichnung Direktantrieb zu finden sein.

P.S.: Michael, es gibt einen Unterschied zwischen sachlichen Anmerkungen und persönlichen.
Du hast ein Verständnisproblem. gehört nicht in die erste Kategorie.
Ich lasse mir allerdings gerne erklären, an welchen Punkten ich im Studium was falsch verstanden habe. Oder Unterstütze Dich gerne dabei meine Anmerkungen richtig zu verstehen, denn ich weiß, dass ich mich häufig sehr verworren ausdrücken und tonnenweise Rechtschreibfehler und Interpunktionsfehler einschreue.

Viele Grüße
LoD

Manf

13.07.2004, 13:50

Ich muß schon feststellen, daß die Betrachtung der Wirkungsweise des Schrittmotors von wechselnden Standpunkten aus vorgenommen wird und damit nicht widerspruchsfrei bleibt.

Ich möchte Vorschlagen in einer ersten Betrachtung nicht mit Schrittfehlern anzufangen um danach noch die Grundfunktion unterschiedlicher Typen und Betriebsarten in einem Zug zu streifen.

Können wir das ein bischen sortieren und mit einer verfügbaren Beschreibung anfangen wie sie ja offensichtlich aus dem Studium zur Verfügung steht?

Arbeitspunkte, Motorkonstante,
Wirkgrößen, Verlustgrößen,
Spannungssteuerung, Stromsteuerung,
Vollschrittbetrieb, Mikroschrittbetrieb
Reluktanzmotor, Phasenmotor, (Hybridmotor)
Das sind doch alles getrennte Unterkapitel die zum Teil auch im Netz verfügbar sind.
Manfred

LoD

13.07.2004, 15:51

Schöne Seite zu dem Thema übrigens:
http://www-users.rwth-aachen.de/thorsten.ostermann/i_schritt.htm
Nach den Benennungen auf dieser Seite einiges durcheinandergewürfelt, das Grundprinziep sehe ich aber bestätigt.
Beschrieben habe ich zwar das Reluktanz-Prinziep, aber vom grundsätzlichen Prinziep besonders gegenüber für den Umlauf konzipierten Motoren ändert sich dabei wenig.

Ein paar meiner persönlich Best Of Zitate:

Aus den Kennlinien, die im Motordatenblatt angegeben sind, kann man aber ersehen, wie sich der Motor unter günstigen Bedingungen verhält. Zusätzlich wird das Haltemoment angegeben. Das gibt an, welches (von außen wirkende) Drehmoment der stehende Motor halten kann, ohne seine Position zu verändern. Das Antriebsmoment des Motors ist meistens kleiner.
...

Der Schrittmotor dreht sich bei jeder Spulenumpolung einen 'Schritt' weiter (daher sein Name). Erfolgt die Umschaltung schnell genug, geht der Rotor in eine Drehbewegung über.
...

F: Warum verliert der SM bei hohen Drehzahlen Schritte?
A: Bei hohen Drehzahlen wirkt die Induktivität der Motorwicklung dem Anstieg des Stromes (jeweils nach dem Umpolen der Wicklung) entgegen. Der Strom erreicht so nicht mehr seinen Sollwert, bevor die Wicklung schon wieder umgepolt wird. Dadurch sinkt das Drehmoment, was irgendwann dazu führt, daß der Motor seine Last nicht mehr Antreiben kann.

Und nochmal auf Englisch etwas zur Dynamik der Schritte:
http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/physics.html#dynamics

In practice, there is always some friction, so after the equilibrium position moves one step, the rotor is likely to oscillate briefly about the new equilibrium position.

...

If a rigidly mounted stepping motor is rigidly coupled to a frictionless load and then stepped at a frequency near the resonant frequency, energy will be pumped into the resonant system, and the result of this is that the motor will literally lose control. There are three basic ways to deal with this problem:

Use of elastomeric motor mounts or elastomeric couplings between motor and load
...

usw... ich glaube ich habe doch mehr Ahnung als so manch einer zu glauben scheint

sonic

13.07.2004, 16:41

[..]
P.S.: Michael, es gibt einen Unterschied zwischen sachlichen Anmerkungen und persönlichen.
Du hast ein Verständnisproblem. gehört nicht in die erste Kategorie.
Ich lasse mir allerdings gerne erklären, an welchen Punkten ich im Studium was falsch verstanden habe. Oder Unterstütze Dich gerne dabei meine Anmerkungen richtig zu verstehen, denn ich weiß, dass ich mich häufig sehr verworren ausdrücken und tonnenweise Rechtschreibfehler und Interpunktionsfehler einschreue.
Viele Grüße
LoD

Junge, Junge, jetzt hauen sie sich doch die Köpfe ein ;-)

Ich glaub der Michael hat das noch nicht mal böse gemeint. Ich kann ihn aber schon ein bisschen verstehen. Deine Begriffswahl ist teilweise irreführen, s.h. "weiterschlagen". Ich glaube auch das du nicht wirklich verstanden hast -> was Michael dir sagen wollte <-.
By the Way, ich glaube nicht das du im Studium was falsch verstanden hast, aber du hast noch nicht alles gehört, oder? Ich entdecke auch jeden Tag neue Dinge die andere Sachen relativieren ;-)

Das ein SMotor kein Antriebsmomennt hat hab ich dir auch nicht abgenommen. Und das ein Schrittmotor dazu gemacht ist Positionen zu halten auch nicht ganz ;-) Lies dir nochmal das Posting durch wo es um den Vergleich der Antriebsmomente normaler Motoren / und Schrittmotoren und der Trägheit geht.

Außerdem schreibst du immer noch so als ob "nur" ein Haltemoment da wäre, und zwischen den Positionen die Beschleunigung gegen unendlich geht. Das ist halt physikalisch einfach nicht möglich.

Versuchs doch mal so zu sehn:
Im Prinzip ist ein SM ein ganz normaler Motor. Allerdings hat er mehr Wicklungen die einzeln angesteuert werden. Beim normalen funktioniert das automatisch. Deswegen kann der Schrittmotor an bestimmten Positionen angehalten werden. Der normale würde sich immer weiter drehen.

Bei Beiden ist die Antriebskraft immer die magnetische Anziehung zwischen Spule und Magnet. Die ist für eine Spule immer erst positiv und dann negativ. Wenn man jetzt aber immer die nächste Spule anschaltet bevor die vorherige bremsend wirkt, dann läuft auch ein Schrittmotor rund.

Und wie schon gesagt wurde, läuft ein "normaler Motor" auch nicht mit absolut konstantem Drehmoment. Das siehst du ganz gut wenn die magnetischen Kräfte nicht groß genug sind, um den Totpunkt zu überwinden. Sprich wenn die Spannung am untersten Limit ist, dann läuft der auch ziemlich unrund.

Der ganze Effekt wird aber durch die Trägheit der angetriebenen Masse aber wieder gemittelt.

Hoffentlich war das jetzt richtig und ICH werde jetzt nicht geflamed ;-)

Gruß, Sonic

Manf

13.07.2004, 16:49

@LoD: Ich habe, wie ich hoffe, nicht die Person mit ihrer Ahnung in Frage gestellt, aber ich mußte wohl etwas bremsen.

Nun gut, vielleich kommen wir so weiter, immer hin haben wir hier eine Quelle zitiert, die auch sonst verwendet wird.
http://www-users.rwth-aachen.de/thorsten.ostermann/i_schritt.htm

Was mir immer wieder in der Darstellung auffällt ist die FAQ page des oben genannten Links mit der Diskussion des stillstehenden Schrittmotors:
Hier wird ein Nennstrom angesprochen, der zur Erwärmung des Motors führt:

"F: Ist es normal, daß der Motor so heiß wird?
A: Jaein. Schrittmotore nehmen auch im Stillstand ihren Nennstrom auf, wenn dies nicht durch die Ansteuerelektronik verhindert wird. Da die Energie nicht in Bewegung umgesetzt wird, muß sich der Motor zwangsläufig erwärmen. "

Das wäre ein Ansatzpunkt zur weitergehenden Diskussion: Ist die Erwärmung des Schrittmotors bei Ansteuerung mit Nennstrom im Stillstand größer als beim Lauf (z.B. ungefähr Nennfrequenz, halbes Nennmoment) oder ist sie geringer?
Um welche grundsätzlichen Anteile unterscheidet sich die Erwärmung in den beiden Betriebspunkten?

Ich denke, daß man an solchen Grundbetrachtungen tiefer in die das Verständins der Technik eindringen kann.
Manfred

Nasenbertram

13.07.2004, 17:13

Hallo!

Danke schon mal für eure Diskussionen zu dem Thema. Ich konnte dabei schon einige Interessante Details auf- (mit) nehmen!! =D>

Habe aber auch noch ein paar grundlegende Fragen. 8-[

Und zwar:

Wenn ich den Motor bipolar anssteuere, bedeutet das lediglich, dass der Motor im rechts- sowie im linkslauf betrieben werden kann?? Oder was hat das sonst noch zu bedeuten.

Wir mussten unseren bipolar ansteuern, da die Schrittmotor-steuerplatine nur für bipolaren Betrieb geeignet ist.

Und, welche Vor- bzw. Nachteile bringt es, wen ich bei 4 Spulen je 2 Spulen in Reihe oder paralell schalte????

Eine Paralellschaltung soll zur Folge haben, dass es zu mehr Drehmoment im oberen Drehzahlbereich kommt.

Was ist dann der Vorteil einer Reihenschaltung????

Wäre nett, wenn ihr mir diese Fragen och beantworten könntet!!!!

MfG

Bert

Frank

13.07.2004, 18:09

Ergänzend zu Eurer Diskussion schaut auch mal auf unsere Schrittmotorseite:

https://www.roboternetz.de/schrittmotoren.html

Neben Grundlagen findet man da auch zahlreiche Links. Diese habe ich heute wiede rum einige interessante Seiten ergänzt.

Zu den Fragen:
Ja sicher kann der Motor im bipolaren Betrieb auch in beide Richtungen bewegt werden. Im Bipolaren Betrieb wird der Motor quasi in bestimten Kombinationen umgepolt. Aber das wird im oberen Link genauer erläutert.

Wenn du 2 Spulen in Reihe schaltest, hast du höhere Innenwiderstand und Induktivität und geringere Stromaufnahme, benötigt wird dann natürlich die doppelte Spannung. Im Parallelbetrieb ist es genau umgekehrt. Das Drehmoment unterscheidet sich nur geringfügig. Allerdings bei einer festen niedrigen Spannungsquelle mit Stromregelung, kann das parallelschalten wegen dem niedrigen Innenwiderstandes Vorteile bieten weil der Strom in weiteren Grenzen geregelt werden kann.

Aber auch diese Fragen werden im oberen Link und in dem dort genannten Schrittmotor-FAQ ausführlicher erläutert

LoD

13.07.2004, 20:32

Meine Aussage, dass ein Schrittmotor keine Antriebsmoment hat, wird nicht durch die Feststellung widerlegt, dass er sich von alleine drehen kann. Die Konzeption des Motors aber eben so, dass das Antreiben ein Nebeneffekt (durchaus gewollt, sonst würde man es festschweißen) ist. Ziel ist es vielmehr mit wenig Aufwandt eine bestimmte Position anzufahren und diese auch gegen eine Last zu halten. (Hohe Federsteifigkeit in der Angefahrenen Position). Natürlich freue ich mich, wenn mein Drucker die 600 Positionen pro inch auch schnell findet. Trotzdem habe ich bislang keinen Drucker gesehen, an dem der Schlitten an einem Stahlband befestigt wird, sondern immer an einem Gummiriemen (Vibrationsdämpfung gegen die Anregung des Motors).
Mit einem großen Aufwandt kann ich wie schon erwähnt natürlich ein möglichst großes Antriebsmoment erreichen und verhindern, das
ein Gegenmoment erreicht wird.

Wenn man jetzt aber immer die nächste Spule anschaltet bevor die vorherige bremsend wirkt, dann läuft auch ein Schrittmotor rund.

Aber genau wenn ich diesen zustand erreiche bin ich an der Stelle, bei der ich gerade noch keine Schritte verliere. Will ich sicher keine Schritte verlieren, dann muss ich sichersein, dass der Läufer eine Position erreicht hat, bei der der nächste Beschaltungsschritt ein positives Moment auf den Läufer ausübt. Das diese Laüferposition muss ich entweder sehr genau messen, oder durch hinreiched Leistungsreserven sicherstellen, dass ich diese Position erreicht habe. Das muss sich dann aber in einem Unrunden Lauf auswirken.

Nehmen wir zum Vergleich mal einen bürstenlosen Servomotor. Das Grundkonzept ist identisch. Abwechseln bestrombare Wicklungen außen, permanenterregter Anker in der Mitte (Reluktanz wäre genauso möglich).
Ich kann diesen Motor sogar wie einen Schrittmotor betreiben. Dieser Motortyp ist aber dahingehend konziepiert ein möglichst lineares Antriebsmoment erzeugen zu können. Das Funktioniert sogar praktisch ohne Rastkräfte und mit nur drei Polschuhen.
Die Polschuhe sind hier nicht mit scharfkantigen zahnradähnlichen Polschuhflächen versehen, die bei idealer Überdeckung ein minimales Luftspaltvolumen haben, welches bei gringer Auslenkung stark vergrößert wird. Statdessen wird hier darauf wertgelegt, dass der Gesamtluftspalt im Magnetischenkreis an jeder Läuferposition gleichbleibt.

Mit einem großen Aufwand kann ich aber dennoch Eine Position winkelgetreu halten, und eine möglichst steile Federkonstante um den Sollpunkt aufbauen. Trotzdem würde ich hie dann nicht von einem maximalen Haltemoment reden, obwohl ich es Durch inteligentes drumherum natürlich erzeugen kann. Ich könnte mich jetzt auch auf den Standpunkt stellen, dass das in den Datenblättern angegebene "Anhaltemoment" entspricht dem "Haltemoment" des Schrittmotors. Irgendwie kommt das auch ungefähr hin, oder man kann es da hinoptimieren, aber Diese Kenngröße ist keine Kenngröße des bürstenlosen Servomotors, sondern lediglich des Gesamtsystems.
Umgekehrt hat eben nicht der Schrittmotor ein Antriebsmoment, sondern nur der Schrittmotor mit der Ansteuerung zusammen. Der selbe Schrittmotor hat dabei an unterschiedlichen Ansteuerungen unterschiedliche Antriebsmomente und eine unterschiedliche Abhängigkeit von der Drehzahl. Aber das Haltemoment wird vom Antriebsmoment niemals überschritten, sondern bestenfalls erreicht und das auch nur in Spitzen.

Ich hoffe ich habe mich jetzt verständlicher ausgedrückt.

recycle

13.07.2004, 21:30

Dass ein Schrittmotor von einem Schritt zum nächsten "holpert" ist mir ja klar, aber bei welchem Motor ist das denn anders?

Gleichstrom-, Wechselstrom und auch Verbrennungsmotoren machen das doch genauso, nur in weniger Schritten.
Der runde Lauf wird doch eigentlich immer erst durch Schwungmassen erreicht, die das Ruckeln bei entsprechender Drehzahl ausgleichen.

Falls es tatsächlich nötig sein sollte, könnte man bei der hier diskutierten Konstruktion doch auch erst mal versuchen durch mehr Schwungmasse oder eine höhere Drehzahl auf bessere Ergebnisse zu kommen.

@LoD

Mit einem Zahnrad antrieb dürften die Teile auf der Scheibe durch die kleinen Schläge das wandern anfangen und der Motor definitiv Schritte verlieren und dabei gar rückwärzschritte einfügen.

Ist zwar nicht ganz vergleichbar, aber ich hatte früher einen Plattenspieler mit Direktantrieb. Wenn man da den Plattenteller abgenommen hat, konnte man mit sehr gut erkennen, dass der Motor ein Drehung in jeweil 6 oder 8 Schritten gemacht hat.
Sobald der Plattenteller wieder drauf saß, drehte er aufgrund der Schwungmasse aber gleichmässig rund, was man ausser per Gehör auch an der angebrachten Stroboskop-Leuchte prüfen konnte.

Plattenspieler mit dieser Art Antrieb waren damals meist auch etwas teurer als vergleichbare Modelle mit Riemenantrieb und normalem Gleichstrom-Motor. Das wäre vermutlich nicht der Fall gewesen, wenn der "Schrittantrieb" des Motors hörbar bis zum Tonabnehmer durchgekommen wäre.

Was deine Begründung gegen den Schrittmotor angeht, kann ich der zwar teilweise von der Theorie her folgen, in der Praxis kommt es aber doch drauf an, dass man das Ziel mit möglichst einfachen Mitteln erreicht.

Wenn ein einfacher Schrittmotor mit einem Gummirädchen seinen Zweck erfüllt, ist ein Gleichstrommotor mit Drehzahlregelung schon deshalb die schlechtere Lösung, weil sie wesentlich aufwendiger wäre.

Für die theoretische Betrachtung der Vor- und Nachteile in der Dokumentation sind deine Hinweise sicherlich richtig.

Dein Schluss, dass die hier gewählte Lösung schlechter als eine wesentlich aufwendigere Lösung ist, ist aber etwas voreilig.
Das kann eigentlich ja nur derjenige beurteilen der die Anforderungen genau kennt und überprüfen kann ob sie erfüllt sind oder nicht.

sonic

13.07.2004, 22:25

[..]
Ich hoffe ich habe mich jetzt verständlicher ausgedrückt.

Ja hast du, aber...;-)
Du befindest dich bei deinen Gedankengängen in so kleinen Dimensionen, das diese Effekte durch ander größere Einflüsse überdeckt werden.

Probiers doch einfach mal aus, nimm einen Schrittmotor in die linke Hand, und einen normalen in die Rechte. Schalt beide ein, ungefähr gleiche Drehzal, und dann sag mir welcher runder läuft. Ich glaube das kannst du dann nicht so genau sagen. Die Vibrationen vom SM sind vielleicht anders als vom NM, aber gemittelt in der Intensität ungefähr gleich.

Und jetzt stell dir vor an beiden Motoren ist jeweils eine Welle gekuppelt die um 0,02mm unrund läuft + eine angetriebene Masse auch mit ein paar hundertstel Toleranz im Rundlauf. Im Prinzip kommt das dann doch nicht mehr drauf an, ob ein Schrittmotor treibt oder ein normaler, oder?

Naja, ich glaub wir drehn uns irgendwie im Kreis ;-)

Aber das mit der Trennung zwischen Antriebsanforderung und Halteanforderung ist mir noch nicht klar. Meiner Meinung nach ist der Schrittmotor selbstverständlich dazu entwickelt worden etwas anzutreiben, aber eben mit der Option auch eine bestimmte Position mit einer bestimmten Kraft zu halten. Ich glaube da gehst du mit der wissenschaftlichen Trennung der beiden Aspekte etwas zu weit. Das hängt eben nicht unwesentlich von der Anforderung des Projektes ab.

Gruß, Sonic

Manf

14.07.2004, 09:37

Viele Aspekte sind anhängig von der Sichtweise:

Wenn beispielsweise gesagt wird, es hätte jemand noch "keinen Drucker gesehen, an dem der Schlitten an einem Stahlband befestigt wird, sondern immer an einem Gummiriemen" dann ist das auch ein Problem der Sichtweise, einfach mehr reinschauen in die Systeme. In allen klassischen Diskettenlaufwerken (bis ca. vor 10 Jahren) ist der Kopfantrieb mit Stahlband realisiert, ebnso wie in Plottern, größere Drucker haben das zum Teil auch. Von dem Diskettenkopfantrieb ist auch ein Foto dabei.

Ein weiterer Punkt ist mir noch aufgefallen: Es gibt tatsächlich auch funktionsfähige Stepper Motoren, die über kein Antriebsmoment verfügen.
http://www.ptgindustries.com/MotionSystems/Linea_stepper.htm
Wir hätten keinen Moment daran zweifeln sollen.
Manfred

Manf

14.07.2004, 09:46

Wenn ich den Motor bipolar anssteuere, bedeutet das lediglich, dass der Motor im rechts- sowie im linkslauf betrieben werden kann?? Oder was hat das sonst noch zu bedeuten.
Und, welche Vor- bzw. Nachteile bringt es, wen ich bei 4 Spulen je 2 Spulen in Reihe oder paralell schalte????

Eine Paralellschaltung soll zur Folge haben, dass es zu mehr Drehmoment im oberen Drehzahlbereich kommt.
Was ist dann der Vorteil einer Reihenschaltung????
Die Motorspulen sollen Magnetfelder erzeugen, die nacheinander in unterschiedliche Richtung weisen. Wenn man in einer Spule den Strom nur ein und ausschalten kann, dann muß man für die Gegenrichtung eine weitere Spule einsetzen. Bei bipolarem Betrieb verwendet man jede Spule in beiden Richtungen, der Strom fließt also nacheinander in der einen Richtung und nach dem Abschalten auch in der anderen Richtung durch die Spule.

Wenn man zwei Spulen gleichzeitig betreibt dann kann man den doppelten Strom hindurch schicken (bei Paralellschaltung). Schaltet man die Spule in Reihe, dann hat der Strom die doppelte Wirkung wie bei einer Spule, man muß allerdings immer eine Spannung anlegen, die höher ist als die induzierte Spannung, damit der Strom fließt. Die induzierte Spannung ist ja bei den zwei Spulen doppelt so groß wie bei einer Spule. Das wird dann bei hohen Drehzahlen, bei denen die induzierte Spannung hoch ist, schwierig.
Manfred

LoD

14.07.2004, 16:20

Hat vielleicht etwas damit zu tun, dass ich mich Schwingungen und Resonanzen in Strukturen beruflich beschäftige. Sollte ich es nicht in der Hand spüren können, kann ich es dir mit Sicherheit ab nächste Woche Dienstag mit nem Scanning Laser Interferometer nachweisen. ;)
Dass die Teile die auf der Scheibe sortiert werden sollen anfangen können ("können"=ich werd vorsichtiger) zu wandern hängt noch von deren Gewicht und Größe ab. Wenn man ne Eigenfrequenz trifft hüpfen Teile von der Scheibe, egal wie schwach die Anregung ist.

Vergleich Unwucht zu Schrittmotor: 1. Ich glaube kaum, dass man viele (schadenfreie) Motoren finden wird, deren Rotor eine nur eine Toleranz von 2 Hundertsteln hat. Jedenfalls nicht bei Motoren deren Hersteller ein ordentliches Datenblatt herausgeben und Kennzahlen garantieren. 2. Werden bessere Motren ausgewuchtet. 3. ist die Unwuchtmasse einer 3mm Welle mit einer Rundlauftoleranz von 0,02 und endlicher länge ein Witz. 4. ist der Energiegehalt einer einer unrunden Welle drehzahlabhängig (glaube dann aber quadratisch).
Beim Schrittmotor ist die Energie der Anregung größer, je weiter ich mich von seiner Leistungsfähigkeit wegbleibe. Bewege ich ihn nur schrittweise weiter, am besten mit einer Stromregelung ist die Anregung am größten. Und der Läufer Schwingt mit seiner Eigenfrequenz aus. Klebt man auf den Motor eine große, schwere Scheibe (ohne die Lagerdes Motors zu überlasten) eine Fahrradfelge oder so, sollte man dieses Einschwingen auf die Neue Position auch sehen können, da die Eigenfrequenz dann auch im wahrnehmbaren Bereich ist und aufgrund der niedrigeren Frequenz bei gleicher Energie die Amplituden größer sind. Zusätzlich wirkt der große Durchmesser noch als "Amlitudenverstärkung".
Bei großen Drehzahlen wird der Motor dann ruhiger, er kommt aber auch seiner Leistungsgrenze näher (wenn man eine konstante Last annimmt, die nicht mit Steigender drehzahl auch mit steigt).
Will sagen der Vergleich ist Drehzahlabhängig. Nehmen wir einen billigen DC-Motor mit nem augenudelten Getribe und Welle mit Schlag und lassen das Agangsseitig mit 1U/min Drehen und vergleichen das mit nem 200Schritte Stepper bei gleicher Drehzahl, wird man den Stepper sicher deutlich spühren. Andersrum wird man Nen Motor mit Schlag bei 20000U/min deutlicher spüren, als einen Stepper der mit einem ÜBERsetzungsgetribes auf die selbe Drehzahl gebracht wird. Mit so einem Getriebe.

@Manf: OK, hast mich ertappt, mal wieder zu stark generalisiert. Allerdings werden Plotter spätestens durch die Stiftreibung gedämpft. Der benannte Diskettenlaufwerkskopfantrieb hat(te) eine zum Teil doppeltgeführten Gleitschlitten mit verhältnismäßig langen Kunststoff- oder gar Filzbuchsen. Außerdem wird das Diskettenlaufwerk praktisch nur statisch betrieben, also erst nach dem abklingen mechanischer eigenschwingungen. Bei großen Druckern wird allerdings auch wieder eine ganze menge anderer Aufwandt betrieben, um Schwingungen zu reduzieren.
Jetzt aber mal die Gegenfrage, warum werden Schrittmotoren nicht in Festplatten eingesetzt (bzw. als Umkehrschluss aus deiner Aussage, warum werden sie nichtmehr in Diskettenlaufwerken eingesetzt)?

Manf

14.07.2004, 17:12

Jetzt aber mal die Gegenfrage, warum werden Schrittmotoren nicht in Festplatten eingesetzt (bzw. als Umkehrschluss aus deiner Aussage, warum werden sie nichtmehr in Diskettenlaufwerken eingesetzt)?
In Diskettenlaufwerken werden die Stahlbandantriebe nicht mehr eingesetzt weil kleinere Massen bewegt werden und damit ein neue billigere Konstruktion eingesetzt wird. Schrittmotorgewicht ist auf weniger weniger als 20% reduziert. Es ist ein Gewindespindelantrieb.
(Erzähle bitte nicht die alten Diskettenlaufwerke hätten sich nicht bewährt.)
Die alten Plattenlaufwerke hatten mindestens zum Teil ebenfalls Stahlbandantriebe, die jetzt durch viel schnellere und dynamisch weitaus anspruchsvollere Magnetschwenkarme ersetzt sind. (offene Spule im Magnetfeld).

Es geht mir aber wirklich um den Schrittmotor an sich, ich will noch mal auf die Ostermannsche FAQ site zurückkommen:
Der Schrittmotor setzt die elektrische Leistung, die er erhält in verschiedene Leistungsanteile um, die sich zunächst qualitativ klar bestimmen lassen und die man dann auch noch ansatzweise quantitativ abschätzen kann.
Die Leistung wird umgesetzt in:
1. Wirkleistung: Mechanische Ausgangsleistung
2. Ohmsche Verlustleistung
3. Magnetische Verluste, (und oder incl. Wirbelstromverluste)
4. Mechanische Verluste
(5. im System, nicht im Motor, Ansteuerungs-Verluste)

Bei Stillstand unter Nennstrom sind welche Anteile wirksam?
2.
und beim Lauf ist dieser Anteil 2. gleich groß.
Es kommen beim Lauf für die Erwärmung des Motors die Anteile 3. und 4. hinzu.
Der Lauf selbst kühlt den Motor, der stets gekapselt ist, nicht.
Damit erwärmt sich der Motor bei Stillstand weniger als beim Lauf.

Ich hätte das Thema gerne einmal angesprochen und Argumente der Schrittmotor Experten hierzu eingeholt, da die Seite hier schon zitiert wurde.
(siehe oben)
Manfred

sonic

14.07.2004, 17:32

[..]
Dass die Teile die auf der Scheibe sortiert werden sollen anfangen können ("können"=ich werd vorsichtiger) zu wandern hängt noch von deren Gewicht und Größe ab. Wenn man ne Eigenfrequenz trifft hüpfen Teile von der Scheibe, egal wie schwach die Anregung ist.

Klar, aber das ist eben ein Spezialfall. Aber wer weiß, vielleicht ist ja gerade das der Sinn und Zweck. Kann mir's zwar nicht vorstellen, aber vielleicht sollen die Teile genau so von der Platte bewegt werden.

Vergleich Unwucht zu Schrittmotor: 1. Ich glaube kaum, dass man viele (schadenfreie) Motoren finden wird, deren Rotor eine nur eine Toleranz von 2 Hundertsteln hat. Jedenfalls nicht bei Motoren deren Hersteller ein ordentliches Datenblatt herausgeben und Kennzahlen garantieren. 2. Werden bessere Motren ausgewuchtet.

Ja, Ok, mit der Unwucht hab ich wahrscheinlich von dem abgelenkt, was ich eigentlich gemeint hab...

3. ist die Unwuchtmasse einer 3mm Welle mit einer Rundlauftoleranz von 0,02 und endlicher länge ein Witz. 4

Genau da drauf wollte ich hinaus ;-) Aber spüren wirst du sie trotzdem.

[..]
Jetzt aber mal die Gegenfrage, warum werden Schrittmotoren nicht in Festplatten eingesetzt (bzw. als Umkehrschluss aus deiner Aussage, warum werden sie nichtmehr in Diskettenlaufwerken eingesetzt)?

Das sind wieder Äpfel und Birnen und hat mit der rotierenden Scheibe nichts zu tun. Die Schrittmotoren werden nicht mehr eingesetzt weil Voice-Coil-Motoren einfacher, billiger, leichter zuverlässiger und genauer sind.
Mit Schwingungen hat das nichts zu tun. Als Antrieb werden meistens Dreiphasenmotoren eingesetzt, eben wegen der Laufruhe.
Das alles hat bis heute nichts daran geändert, daß du deine Festplatte immer noch hörst wenn sich der Kamm bewegt.

Vielleicht kommen wir ja so auf einen gemeinsamen Nenner ;-)

Welche Kraft treibt den Rotor eines Motors an?
Ist dadurch das Antriebsmoment konstant?
Welche Möglichkeit gäbe es einen Schrittmotor über einen Drehzalbereich so zu betreiben, das minimale Vibrationen auftreten (rein elektrisch gesehen)?

Gruß, Sonic

Manf

14.07.2004, 18:19

Welche Kraft treibt den Rotor eines Motors an?
Ist dadurch das Antriebsmoment konstant?
Welche Möglichkeit gäbe es einen Schrittmotor über einen Drehzalbereich so zu betreiben, das minimale Vibrationen auftreten (rein elektrisch gesehen)?
Gruß, Sonic
1. Das hängt schon ein bischen von der Bauform ab, aber dafür machen wir einen neuen Thread auf in dem wir etwas grundsätzlicher über Motoren Diskutieren.
2. Ein gleichmäßiger Lauf wird durch besondere Maßnahmen bei der Kommutierung erreicht. Im Aufbau oder in der Ansteuerung.
3. Im Drehzahlbereich vom Stillstand bis etwas unterhalb der Nenndrehzahl die ist das unbedingt der Mikroschrittbetrieb, es gibt unterschiedliche Ansichten und natürlich auch Motorqualitäten die die Einschätzungen bedingen, aber eine Steigerung der Auflösung um den Faktor 16 bis 32 ist lohnenswert. Ich habe selbst eine Ansteuerung erprobt mit 64 Schritten pro Sinuskurve und bin von der Gleichmäßigkeit des Laufs begeistert. https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=1702

Ich wollte aber noch mal auf mein Thema hinweisen.

Es geht mir aber wirklich um den Schrittmotor an sich, ich will noch mal auf die Ostermannsche FAQ site zurückkommen:

sonic

14.07.2004, 20:03

[..]
1. Das hängt schon ein bischen von der Bauform ab, aber dafür machen wir einen neuen Thread auf in dem wir etwas grundsätzlicher über Motoren Diskutieren.

Stimmt natürlich, ich wollte eigentlich versuchen die Diskussion auf eine etwas allgemeinere Stufe zu bringen. Ich glaube die Diskussion hakt ein bisschen an der punktuellen Betrachtungsweise.

2. Ein gleichmäßiger Lauf wird durch besondere Maßnahmen bei der Kommutierung erreicht. Im Aufbau oder in der Ansteuerung.

Eben, da drauf wollte ich hinaus...

3. Im Drehzahlbereich vom Stillstand bis etwas unterhalb der Nenndrehzahl die ist das unbedingt der Mikroschrittbetrieb, es gibt unterschiedliche Ansichten und natürlich auch Motorqualitäten die die Einschätzungen bedingen, aber eine Steigerung der Auflösung um den Faktor 16 bis 32 ist lohnenswert. Ich habe selbst eine Ansteuerung erprobt mit 64 Schritten pro Sinuskurve und bin von der Gleichmäßigkeit des Laufs begeistert. https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=1702

Ich wollte aber noch mal auf mein Thema hinweisen.

Es geht mir aber wirklich um den Schrittmotor an sich, ich will noch mal auf die Ostermannsche FAQ site zurückkommen:

Ok ;-) Muss im Lauf nicht auch noch Punkt 1 dazu?

Gruß, Sonic

Manf

14.07.2004, 20:14

Ok ;-) Muss im Lauf nicht auch noch Punkt 1 dazu?

Ja, das Thema meinte ich.
Punkt 1 ist die Abgabeleistung, die trägt nicht zur Erwärmung bei.
Manfred

LoD

14.07.2004, 23:18

und beim Lauf ist dieser Anteil 2. gleich groß.
Über genau diesen Punkt läßt sich streiten. Der Betrag "komplexe Widerstand" (also inklusive der Induktivität ist unabhängig davon, ob ich eine Stromregelung verwende oder nicht zunächst sehr viel größer als der Ohmsche Widerstand. Damit wird der Anteil der Leistung, die durch den Ohmschen Widerstand in Wärme gewandelt wird kleiner (sowohl absolut, als auch relativ) Erst wenn das Magnetfeld aufgebaut ist bleibt nur der Ohmsche Widerstand und an dem wird die gesamte Leistung vernichtet.

Manf

15.07.2004, 10:18

Der Betrag "komplexe Widerstand" (also inklusive der Induktivität ist unabhängig davon, ob ich eine Stromregelung verwende oder nicht zunächst sehr viel größer als der Ohmsche Widerstand.
Das ist ein wichtiger Punkt in der Erläuterung.

Es sind zwei Effekte die hier auftreten.
1. Die induzierte Spannung muß überwunden werden und
2. der Stromanstieg auf den "Nennwert" soll nicht durch die Induktivität aufgehalten werden.
Für beide Effekte wirkt aber in gleicher Weise die Stromansteuerung.

Steuert man einen Moter nur mit Spannungen an, dann fließt bei Stillstand der Strom U/R und beim Lauf wird der Strom auf (U-Ui)/R abfallen. Die induzierte Spannung wird sich durch Drehzahlerhöhung soweit steigern, bis nur noch der Strom zur Überwindung des Verlustmomentes fließt.
Beim Einschalten (Kommutieren) einer Spulenspannung wird der Stromanstieg durch die Induktivität mit der Zeitkonstanten L/R verzögert. Liegt nur die Spannung U-Ui an der Spule dann ist die Zeitkonstante voll wirksam. Wird die Spule über eine Stromquelle angesteuert, dann erhäht sich die Spannung auf den n-fachen Wert und der Stromanstieg wird n-mal so schnell erfolgen. (Für die ideale Stromquelle ist n unendlich, im realen Fall so um 10 bis 20).

Man kann damit dann durchaus von einer gut angenäherten Stromansteuerung ausgehen.

LoD

15.07.2004, 11:06

Ich greife mal den Wert von oben auf (I=6A) greife mir nochmal einen Wert aus der Luft (R=1Ohm, hoffe ich liege damit mal in einem realistischen bereich). Statisch sollte U also auf 6V geregelt werden. D.h. bei Deinem realen Fall wäre eine Versorgung zwischen 60V bis 120V angebracht... Halte das für ein bischen hoch. Wenn ich mich an meine Diplomarbeit noch recht entsinne haben da die Vorarbeiter einiges an Aufwand getrieben. Ich hatte 4Ohm Wicklungen für 10A Strom (statisch 40V). Die maximale Spannung war da aber trozdem "nur" 100V für diesen realen Fall also gerade mal ein n von 2,5.
P.S.: Das ganze gab dann allerdings ein Magnetlager mit großem Weg sprich Luftspalt. Da gab es nix was etwas induzieren konnte...
"mein" Magnetlager (http://www.mzh.uni-hannover.de/upload/avi/schweben_Divx320x240_1.avi), aber nicht mein Finger

sonic

15.07.2004, 12:02

..."mein" Magnetlager (http://www.mzh.uni-hannover.de/upload/avi/schweben_Divx320x240_1.avi), aber nicht mein Finger

Schöner Aufbau, ist das ne Drehmaschine auf dem das Lager steht?
Was hat es den mit der "Schnellen Maschine" auf sich?

Sonic

Manf

15.07.2004, 13:03

Ich greife mal den Wert von oben auf (I=6A) greife mir nochmal einen Wert aus der Luft (R=1Ohm, hoffe ich liege damit mal in einem realistischen bereich).
Dann bin ich ja beruhigt, ich habe den Wert einfach aus dem Datenblatt gegriffen es sind 2,5V ohmscher Spannungsabfall. Dann stimmt es ja wieder.
Manfred

LoD

15.07.2004, 13:36

Schöner Aufbau, ist das ne Drehmaschine auf dem das Lager steht?
Was hat es den mit der "Schnellen Maschine" auf sich?
Danke. Es ist an sich eine Schleifmaschine. Zielsetzung war an sich nicht das Lager, sondern Kräfte auf das Werstück (lange dünne Welle mit großer Masse in der Mitte) während des Betriebs auszuüben. Klar ist, dass beim Schleifen solcher Werkstücke (nach einer Weile häftigste) Schwingungen auftreten. Die Scheibe nutzt sich unrund ab, das wiederum macht die Schwingungen nicht besser... Was zu erst da ist die Schwingungen oder die Unrundheit ist dabei die Frage nach Henne und Ei. Klar ist auch, dass wenn man genug Zeit und Manpower mitbringt man solche Werkstücke trotzdem run schleifen kann. Es ging hier aber um eine Grundlagenuntersuchung, wie es zu solchen Schwingungen kommt. Mit meinen Magnetaktoren wurden dann das Werkstück während des Schleifens gezielt mit harmonischen Schwingungen angeregt. Dazu muss man aber vorher die Magnetkraft auch bei wechselnden Luftspalten so regeln, dass sie linear dem Sollwert folgt. Keine Doktorarbeit, aber für ein Diplom reichts. :cheesy:

@Manf: 25-50V sind aber dann auch schon saftige Spannungen. Muss da bei der Gefahreneinstufung jetzt eigentlich von Gleichspannung (vom Baterieblock) oder eher von einer Wechselspannung PWM Signal ausgehen? Bei der Umpolung von Spulen können ja auch durchaus mal doppelte Spannungen auftreten...