Aufzug / Seilwinde

[Elfram]

Hallo Roboterfreunde :-)

Mein aktuelles Projekt ist kein mobiler Roboter, sondern eine Art "Lagersystem" (ein "Schubladenschrank", in dem die einzelnen Schubladen verschoben werden können). Keine Sorge, sollte das Projekt erfolgreich sein, werde ich natürlich auch Bilder posten und euch daran teilhaben lassen!

Zunächst habe ich jedoch ein Problem mit dem Antrieb. Um genau zu sein geht es um die vertikale Verschiebung einer Schublade.
Als maximale Masse für den Schubladengreifer + Schublade + Inhalt habe ich 10 kg angenommen. Möchte man diese Masse um einen halben Meter bewegen, muss eine Arbeit von ca. 49,1 J verrichtet werden. Bei einer Geschwindigkeit von 1 m/s benötige ich daher eine mechanische Leistung von 98,2 W.
Rollt man den Draht (s.u.) auf eine Rolle mit 20 cm Durchmesser, ist das wirkende Drehmoment durch die Gewichtskraft 9,8 Nm bei einer benötigten (Dreh-)Geschwindigkeit von 1,6 U/s bzw. 95 U/min.
Soweit die Theorie...

Bisher ist es so gedacht, dass der Schubladengreifer eine Führungsschiene besitzt und an einem Drahtseil o.ä. aufgehängt ist. D.h. das Seil wird oben auf einer Rolle aufgewickelt (ggf. auch mit Gegengewicht wieder heruntergeführt). Problem: Die Schublade soll nach Erreichen der richtigen Höhe einen Moment / eine Weile dort gehalten werden (zum Verschieben auf die Haltebolzen). Um dies zu realisieren, sehe ich drei Möglichkeiten:

<table border="1"><tr><td></td><td>Vorteile</td><td>Nachteile</td></tr><tr><td>Schrittmotor verwenden</td><td>bei entsprechendem Haltemoment kann sich die Rolle nicht zurückdrehen
Stromausfall ist keine Gefahr, da der Greifer normalerweise nicht belastet ist (nur bei Verschieben von Schubladen)</td><td>in dieser Größenordnung nicht einfach zu bekommen?</td></tr><tr><td>Schneckengetriebe bzw. allg. Getriebe mit Selbsthemmung</td><td>jeder Motor verwendbar
hält auch ohne Strom</td><td>geringer Wirkungsgrad (große Reibung)
Bezugsquelle?</td></tr><tr><td>mechanische Bremsvorrichtung (z.B. Bremsbacken vom Fahrrad)</td><td>jeder Motor verwendbar
leicht zu beschaffen</td><td>fehleranfällig
benötigt zusätzliche Ansteuerung</td></tr></table>

Am besten fände ich die Lösung mit einem Schrittmotor, aber ein solcher Motor, der Preis-/Leistungsmäßig an diesen hier (http://www.pollin.de/shop/dt/MDE2OTg2OTk-/Motoren/Gleichstrommotoren/Hochleistungs_Gleichstrommotor_JOHNSON_1607022506. html) herankommt, habe ich bisher nicht finden können (eigentlich habe ich noch gar keine Schrittmotoren mit einem Drehmoment, das nahe an das oben genannte (9,8 Nm) herankommt). Selbst mit Übersetzung sind Schrittmotoren meistens noch eine Größenordnung davon entfernt.

Eine allgemeine Frage zum Getriebe: Ist es mit einfachen Werkzeugen (leider ohne Standbohrmaschine und Fräsmaschine o.ä.) überhaupt möglich, ein einigermaßen vernünftiges Getriebe selber zu bauen? Wenn ja: Wo bekommt man z.B. eine Schnecke her? Wenn nein: Wo gibt es (günstige) Getriebe?

Fazit: Wozu könnt ihr mir raten?


PS: Gleichstrommotoren sind ja unter Umständen nicht in beide Richtungen betreibbar. Wie häufig trifft man auf diese Kandidaten, denn oft ist ja nicht angegeben, um was für einen Motortyp es sich handelt?

[Yossarian]

Hallo

Geschwindigkeit von 1 m/s
Soll das ein Shaker werden?
Für eine Schublade ist es meiner Meinung reichlich schnell.
Die X Achse meiner Fräse wiegt z.B 60kg und wird von einem 1,4Nm Schrittmotor und einer Kugelgewindespindel mit 5mm Steigung mit 50mm/s getrieben.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[ranke]

Wozu könnt ihr mir raten?


Gleichstrommotoren mit selbsthemmendem Schneckengetriebe findet man häufiger, z.B. im Automobilbereich für den Antrieb von Scheibenwischer und Fensterheber.
Gelegentlich werden die auch recht preiswert angeboten, siehe z.B. hier:
http://www.pollin.de/shop/dt/NDQ2OTg2OTk-/Motoren/DC_Getriebemotoren/Gleichstrom_Getriebemotor_DENSO_730557_7030.html

[Elfram]

Hallo

Geschwindigkeit von 1 m/s
Soll das ein Shaker werden?
Für eine Schublade ist es meiner Meinung reichlich schnell.
Naja, damit die Schublade bzw. die Sachen darin nicht abheben, muss das Abbremsen über mindestens 0,1 Sekunden erfolgen (Beschleunigung < Erdbeschleunigung). Bei einer Bewegung, die bei durchschnittlichen 1 m/s nur über einen halben Meter geht (t = 0,5 s) wird das tatsächlich schwierig ;-)


Gleichstrommotoren mit selbsthemmendem Schneckengetriebe findet man häufiger, z.B. im Automobilbereich für den Antrieb von Scheibenwischer und Fensterheber.
Gelegentlich werden die auch recht preiswert angeboten, siehe z.B. hier:
http://www.pollin.de/shop/dt/NDQ2OTg2OTk-/Motoren/DC_Getriebemotoren/Gleichstrom_Getriebemotor_DENSO_730557_7030.html
Danke für den Link. Nach den Angaben dort hat der Motor eine elektrische Leistung von etwa 36 W. Leider weiß ich mangels Erfahrung nicht, wie groß der Wirkungsgrad ist. Ich bin mal davon ausgegangen, dass ich 30 Watt mechanische Leistung beziehen kann. Außerdem plane ich jetzt ein Gegengewicht ein, so dass sich die maximal zu kompensierende Gewichtskraft auf ca. 49 N reduziert.
Damit ergibt sich eine maximale Geschwindigkeit von 0,6 m/s (minimale Abbremszeit ist dann 0,062 s).
Bei 120 U/min wäre der Trommeldurchmesser etwa 9,7 cm. Das erscheint mir ganz sinnvoll. Drahtseil sollte sich darauf (bei Belastung) ja gut aufwickeln lassen, oder?

Habe ich jetzt irgendwas nicht bedacht (oder gehe ich da mit meiner Schulphysik viel zu naiv dran?)? Das wäre ja phänomenal, wenn man das, was man in der Schule lernt, tatsächlich mal gebrauchen kann ;-)

EDIT: Bei dem Motor steht dabei: Drehrichtung links - heißt das, dass der Motor nur in eine Richtung betreibbar ist? Das würde ihn leider für meine Zwecke disqualifizieren :-(

[ranke]

Nach den Angaben dort hat der Motor eine elektrische Leistung von etwa 36 W. Leider weiß ich mangels Erfahrung nicht, wie groß der Wirkungsgrad ist. Ich bin mal davon ausgegangen, dass ich 30 Watt mechanische Leistung beziehen kann.


Scheint mir zu optimistisch zu sein. Für Motor mit Getriebe würde ich nicht mehr als 50% schätzen. Wissen tu ich es aber leider auch nicht. Die technischen Angaben sind aber auch recht dürftig und Elektromotoren können problemlos kurzzeitig um ein Mehrfaches überlastet werden (die angegebenen 3A sind vermutlich ein zulässiger Dauerstrom). Das ist dann auch die Frage, ob die elektrische Leistung zur Verfügung gestellt werden kann.



Bei dem Motor steht dabei: Drehrichtung links - heißt das, dass der Motor nur in eine Richtung betreibbar ist?


Durch Umpolen kann man die Drehrichtung verändern. Häufig ist der Minuspol mit dem Metallgehäuse elektrisch verbunden, wenn der dann an die Autokarosse (= Minuspol des Bordnetzes) geschraubt ist, ergibt sich für die (automobile) Praxis nur noch eine mögliche Drehrichtung.



Bei 120 U/min wäre der Trommeldurchmesser etwa 9,7 cm. Das erscheint mir ganz sinnvoll. Drahtseil sollte sich darauf (bei Belastung) ja gut aufwickeln lassen, oder?


Wenn Du an an ein Drahtseil denkst, wie die Bowdenzugseele bei einer Fahradbremse, dann sollte das noch gehen.



Habe ich jetzt irgendwas nicht bedacht (oder gehe ich da mit meiner Schulphysik viel zu naiv dran?)?


Ja schon ein bisschen.
1. Beispiel: Bei Deiner Leistungsberechnung mittelst Du die Arbeit über den gesamten Bewegungsvorgang. Natürlich wird die maximale Leistung beim Beschleunigen gebraucht, diese Leistung ist deutlich höher. Ob der Motor das kann ist die eine Frage - die andere Frage ist, ob das Netzteil das kann. Die Forderung nach einer relativ hohen Beschleunigung erzwingt doch einige Dimensionierungen, die vielleicht im Rahmen des Projekts nicht sofort einleuchtend erscheinen.
2. Beispiel: wenn Du mit Gegengewichten zur Gewichtskompensation arbeiten willst, bedenke, dass das Gegengewicht auch eine Masse hat, die beschleunigt werden will.
3. Beispiel: Auch rotierende Massen haben Schwungmomente, die man nicht vernachlässigen sollte, besonders wenn sie sich so schnell bewegen wie der Anker des Motors.

[damfino]

Ist die hohe Geschwindigkeit wirklich notwendig? Das kann für Mechanik und Antrieb ein KO Kriterium sein. Probier mal eine 10kg Kiste schnell zu bewegen und zu bremsen und du wirst sofort merken wie schwer das geht.

Geht als Antrieb auch eine Zahnstange oder gleich ein Spindelantrieb? Letzterer wäre langsam, aber selbsthemmend.

LG

[Elfram]

Gut - ich werde mich dann wahrscheinlich mit einer geringeren Geschwindigkeit begnügen müssen. Ich habe auch gerade mal getestet - 10 kg schnell zu beschleunigen ist tatsächlich nicht so einfach ^^ Ist also wahrscheinlich besser so.


Geht als Antrieb auch eine Zahnstange oder gleich ein Spindelantrieb? Letzterer wäre langsam, aber selbsthemmend.
Das war auch ein Ansatz, den ich mir überlegt habe. Da der Greifer allerdings insgesamt eine Strecke von ca. 2 Metern überwinden können muss, sind die Angebote an günstigen Spindeln seeehr rar (die kann man ja auch nicht so einfach verbinden).

Auf jeden Fall vielen Dank für eure Hilfe, das ist ein klasse Forum hier :-)

[damfino]

Vielleicht kann man einen Garagentorantrieb umfunktionieren. Die gibts mit Kette oder Spindel, sind gar nicht so langsam, sicher über 2m Nutzweg, und gibts ab 80€.