TorqueMotor / Schrittmotor für hohe Last?

[muckelzwerg]

Hey Leute, ich suche für ein paar Experimente einen passenden Motor.
Er soll bei sehr langsamem Lauf bis hin zum Stillstand etwa 100kg Zuggewicht aushalten. Da wird bspw. ein Kabel von einer Trommel gezogen und mit bis zu 100kg belastet. Der Motor soll dann unabhängig vom Zuggewicht den Stillstand, bzw. eine bestimmte Drehzahl aufrechthalten. (= kein "Schrittverlust"?)
Das heißt doch ich brauche sowas wie einen Permanentmagentschrittmotor? Richtig?
Nun kann ich mir zwar durchlesen, wie der funktioniert, aber ich hab dadurch noch lange keine Erfahrung damit. Kann mir da jemand ein wenig helfen?

Funktionert das grundsätzlich, oder muss ich das anders lösen?
In welchem Bereich finde ich solche Motoren, was kommt da an Kosten auf mich zu und wo liegen evtl. Qualitätsunterschiede?
Was ist zum Thema Untersetzung zu sagen?


P.S: Dass so ein Teil kein Fliegengewicht für Schreibtischroboter ist, das ist mir schon klar. Darum gehts aber auch nicht. ;)

[021aet04]

Ich würde einen AC (Drehstrom) oder DC Motor mit Getriebe einsetzen. Natürlich brauchst du dann noch den richtigen Antriebsregler (FU bzw Stromrichter). Die Motoren gibt es bis in den kW bzw MW Bereich, also für dich mehr als ausreichend. Wenn du einen Getriebemotor einsetzt hast du den Vorteil das der Motor schwächer sein kann.

MfG Hannes

[muckelzwerg]

Also Du meinst keinen Permanentmagnet sondern einen gewöhnlichen E-Motor? Den kann ich aber doch im Stillstand nicht belasten?
Vermutlich versteh ich grad was falsch.

[021aet04]

Suchst du eine elektrische Bremse oder einen Motor der am Kabel anzieht?

Wenn du eine Bremse suchst gibt es sog. Hysteresebremsen http://www.mobac.de/pdf/mobac-strombremsen.pdf
Die gibt es elektrisch (kann man regeln) oder rein mit einem Magneten.

Wenn du auch aufwickeln willst empfehle ich dir einen stromgeregelten DC Motor. Der Motor wird ständig am Stromlimit (einstellbar) betrieben. So kannst du immer den gleichen Zug aufrechterhalten. So kannst du, wenn das Kabel gespannt ist, den Zug konstant halten. Der Motor wirkt als Bremse. Wenn das Kabel durchhängt (z.B. bei der Montage) kannst du das Kabel anschließend mit dem Motor spannen, da er dann aufwickelt. Der Motor muss aber Fremdgekühlt werden (Lüfter).

MfG Hannes

[muckelzwerg]

Eine Bremse wäre leider nur die halbe Miete. Ich beschreib mal etwas genauer, vielleicht hilft das mehr.

Stell Dir vor ein Proband sitzt an einer Rudermaschine. (Sowas in dieser Art: http://www.trendkieker.de/etope/k__cambridge.jpg)
Anstatt gegen eine Bremse/Feder/Schwungscheibe/Gewicht zu ziehen, soll das Zugseil auf die Motorwelle umgesetzt werden.
Der Motor soll nun eine geregelte Gegenkraft liefern. Der Kern des Projekts sind eigentlich die verschiedenen Regelalgorithmen und die entstehenden Bewegungs-/Lastkurven.
Bspw. soll der Motor sperren, bis ein bestimmter Zug (mit Zugwaage am Kabel oder über den Motor gemessen) erreicht wird. Ab dann lässt er am Kabel nach und erlaubt das Abwickeln mit einer festen Geschwindigkeit.
Bei einer anderen Variante, soll eine bestimmte Weg/Zeit Kurve eingehalten werden. Da soll der Motor abhängig von der Zugleistung seine Gegenkraft erhöhen oder senken, um die gewünschte Bewegung zu erreichen.
Es gibt noch verschiedene andere Varianten.

Mit einer Bremse kann ich zwar unterschiedlichen Auszug abbilden, aber nicht das Kabel zurückholen. Das soll aber eben auch gehen. Der Motor soll dann z.B. mit einer festen Umdrehungsanzahl einholen. Oder noch komplexer, ab einer bestimmten Zugkraft, fängt er an das Kabel einzuholen. Wird die Kraft unterschritten also die "Kabelspannung" zu gering, dann bleibt er wieder stehen.


Jetzt suche ich eine Kombination aus Motor und "Umsetzung" (da könnte ruhig ein Getriebe verwendet werden), die
1) von der Leistung her keine Probleme bekommt und sich nicht beschädigen lässt, solange ich im erlaubten Bereich bleibe
(wenn ich einen gewöhnlichen E-Motor "festhalte" macht der das ja nicht unbedingt lange mit)
2) sowohl im Stillstand als auch bei bestimmten (eher niedrigen, bzw. entsprechend untersetzten) Drehzahlen eine bestimmte Zugleistung bietet und sich davon nicht abbringen lässt.


Als Test kann man sich vielleicht Folgendes vorstellen:
Der Motor geht (über Umsetzung oder direkt) auf eine Welle, auf dieser Welle sitzt eine Kabeltrommel.
Das Kabelgewicht und der Trommelradius werden erstmal vernachlässigt, am Kabel hängt ein Gewicht. Wenn der Motor auf Stillstand gestellt wird, bleibt das Gewicht stehen.
Solange das Gewicht nicht den erlaubten Bereich überschreitet, kann der Motor sowohl Stillstand, als auch jede beliebige Drehzal von x bis y fahren, ohne dass er vom Gewicht dabei gebremst wird, bzw. nur vernachlässigbar wenig. (Dimensionierung?)
Das geht sowohl in Auf- als auch in Abrollrichtung.


Drehmoment zu Drehzahl ist ja nicht konstant. Soweit ich weiß, hat man beim Permanentmagnet das höchste Drehmoment im Stillstand?
Da müsste es dann ja irgendwelche Kennlinien geben, so dass ich schauen kann, welcher Motor bei welcher Drehzahl noch genug Moment hat, um das Gewicht zu ziehen.
Und versteh ich das überhaupt richtig, dass der Motor nicht abbremst, solange das erlaubte Drehmoment nicht überschritten wird?
Oder muss ich das nochmal zusätzlich regeln?

Danke für die Hilfe!

[021aet04]

So wie du es geschrieben hast gibt es mehrere Varianten. Du benötigst immer einen DC Motor (Empfehlung) mit Antrieb. Damit du den Zug feststellen kannst gibt es 2 Möglichkeiten. Entweder du verwendest den Strom des Motors und regelst ihn danach (normale Stromregelung) oder als 2te Möglichkeit du verwendest eine Tänzer/Zugregelung. Wenn du eine Zugmessung nimmst kann ich dir die Firma "FMS Force Measuring Systems" empfehlen. Wir verwenden in der Firma solche Messdosen und Auswertegeräte
http://marktplatz.kunststoffweb.de/firmen/fms-force-measuring-systems-ag-oberglatt-2215.html
Wieviel die kosten weiß ich aber nicht, da ich diese nur einbaue. Die Messdosen gibt es in verschieden Größen/Drehmomenten. Ich würde dir, solltest du dir so eine zulegen, die digital einstellbaren Auswertegeräte (wie z.B. EMGZ321 o.Ä.) emppfehlen, da diese sehr leicht auch von Anfängern bzw Laien zu bedienen ist.

http://www.fms-technology.com/en/index.php

MfG Hannes

[muckelzwerg]

Puh, das geht ja schon schön in den Profibereich. Vielleicht mach ich erstmal eine Testphase mit "Schreibtischleistung". Am Regelkreis ändert das ja nichts.

Was meinst Du mit "DC Motor mit Antrieb"?

Kann ich da wirklich einen gewöhnlichen Gleichstromer nehmen? Das wäre dann ja ungefähr so, als würde ich eine Bohrmaschine festhalten. ;)
Verbrennt der sich nicht irgendwann selbst?
Ich kenn solche Kabelwickelsysteme, die auf Reibung beruhen. Da läuft der Motor aber trotzdem immer durch und wird nicht direkt ans Kabel gehängt, sondern über eine Art "Bremstrommel" gekoppelt.

[021aet04]

Mit DC Motor mit Antrieb meine ich einen normalen DC Motor (wie ich oben schon geschrieben habe mit Fremdkühlung=Lüfter) mit passenden Antriebsregler (=Stromrichter)
Der Motor muss gekühlt werden wenn er bestromt wird und stillsteht, da er wie du schon geschrieben hast abbrennt. Hier ist ein Foto von einen etwas stärkeren DC Motor (ich schätze das der bis ca 10k
W hat)
http://www.controltechniques.com/CTcom/images/dc%20motor_v_Variation_1.jpg
Bei mir in der Firma sind die Motoren hauptsächlich Tänzer bzw Strom geregelt. Die Motoren können stillstehen. Bei den Aderlinien werden die FMS Zugmessdosen (bis 50N) eingesetzt.

MfG Hannes

[muckelzwerg]

Ok, so langsam blick ich das.
Letztlich wäre das doch sowas hier?
http://www.jat-gmbh.de/dt/app/14_wickeln_ohne_taenzer.html
http://www.jat-gmbh.de/dt/app/13_wickeln_mit_taenzer.html

Jetzt klingt das für mich erstmal ziemlich "dreckig". Den Motor blockieren, also wird er warm, also muss ich wieder kühlen ...
Heißt für mich umgekehrt, dass da schon einiges an Arbeit und Abstimmung nötig ist, bis sowas mal anständig funktioniert?

Ungefähr an diesem Punkt war ich und hatte dann nach Torquemotoren, Permanentmagnet usw. geschaut. Natürlich muss auch der die Leistung irgendwie umsetzen und wird im Stillstand warm, schon klar.
Aber ich hatte gehofft, da gibt es etwas "Komplettes", was mir bereits ein paar Probleme entfernt. (ohne externe Kühlung, Ansteuerung über Drehmoment oder Schritte ...)
Vielleicht hab ich da aber auch eine falsche Vorstellung? (da kommt dann wohl durch, dass ich von E-Technik nicht so viel Ahnung hab ^^)

[021aet04]

Normalerweise verwendet man bei stärkeren Motoren (ab ca. kW Bereich) einen Thermistor der die Themparatur misst. Dieser schaltet entweder bei einer zu hohen Themparatur. So erkennt die Anlage das der Motor zu heiß wird und schaltet ab. Als 2te Möglichkeit ist das ein themparaturabhängiger Widerstand verwendet wird (egal ob NTC, PTC,...). Dann braucht man eine eigene Auswerteschaltung. Dies dient aber nur dazu um eine Störung zu melden, also als Sicherheit.

Motoren werden je nach Einsatzzweck gekühlt oder eben nicht. Bei einer Bohrmaschine wird normalerweise der Motor mit einer hohen Drehzahl verwendet. Dadurch kühlt sich der Motor durch die Drehzahl selbst (eigenkekühlt). Wird der Motor (egal ob AC, DC,...) mit einer niedrigen Drehzahl oder an der Leistungsgrenze betrieben wird eine Kühlung aufgebaut. Diese kann von einem einfachen Lüfter bis hin zu einer Wasserkühlung o.Ä. sein. Diese Motoren nennt man dann fremdgekühlt.

Du kannst zwar bei deinem Aufbau den Motorstrom verringern das er weniger Wärme erzeugt, dadurch hast du dann aber wieder das Problem das du weniger Kraft bzw Drehmoment hast. Das willst du aber nicht haben.

Dadurch musst du entweder einen Motor fremdkühlen oder einen Motor zum Aufrollen und eine Hysteresebremse verwenden, die die Kraft aufrechhält.
Der Nachteil bei einem Verbund aus Motor/Hysteresebremse wäre der größere Schaltungsaufwand und das teurere System (da ein Regler für den Motor und ein Regler für die Bremse benötigt wird).

MfG Hannes

[Ostermann]

Ob dafür ein Schrittmotor (ggf. mit Getriebe) oder ein Servomotor (EC) in Frage kommt, ist eine Frage des benötigten Drehmoments. Bis ca. 5Nm kann man mit einem Schrittmotor erledigen, darüber braucht man dann ein Getriebe und/oder einen Servomotor. Wichtiger ist hier der passende Treiber. Benötigt wird ja offenbar ein einstellbares, konstantes Moment. Soll der Motor nur halten, oder auch ziehen? Wenn der Motor nur halten soll, wird das mit einem Servo schwierig, weil man dann eine Mischung aus Positions- und Momentregelung benötigt. Wenn der Motor ziehen soll, kann man eine Drehmoment-Regelung verwenden, d.h. Sollwert ist das gewünschte Drehmoment. Ein Motor ohne Last würde dann allerdings bis zur parametrierten Drehzahlgrenze hochdrehen. Diese Betriebsart können außerdem nicht alle Servoverstärker.

Es gibt drei Arten von Schrittmotoren, relevant sind aber eigentlich nur noch Hybridmotoren, die die Vorteile von Permanentmagnetmotoren und Reluktanzmotoren kombinieren. Über welchen Hebel bzw. Scheibenradius greifen denn die 100kg an? Senkrecht oder waagerecht? Sprich: Reden wir von einer reinen Zugkraft, oder kommt noch eine Gewichtskraft dazu?

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann