Super Steppermotor für wenig Geld

[LotharK]

Hallo Gemeinde,

für den Umbau meines Kreuztisches Proxxon MF70 benötigte ich 3 Steppermotoren. Nach langem Suchen fand ich bei Pollin den unipolaren Schrittmotor HOWARD für 2,95 EUR.
Ich dachte mir, für das Geld ein kugelgelagerter Motor, den schaue ich mir mal an. Zumal mit 3,6° optimal. Vielleicht lässt er sich ja Bipolar ansteuern.

Als das Teil kam, die blanke Ernüchterung: 5 Anschlüsse, also nichts mit Bipolar. Da der Motor zum Zurückschicken zu billig und zum Wegschmeißen zu gut ´war, entschloss ich mich, den Motor mal zu öffnen und anzusehen. Notfalls könnte man ja die 2 Kugellager verwenden. Zu meinem Erstaunen ist der Motor so was von bastelfreudig aufgebaut, das mir der Gedanke kam, die 4 Spulen neu zu wickeln und neu zu verdrahten. Zuerst entlötete ich die Leiterplatte und entfernte sie. Mit etwas Geschick ein Kinderspiel. Zu lange draufrum löten sollte man nicht, da die Pins in die Plaste gesteckt sind.
Nach entfernen der Leiterplatte können die Spulen ausgebaut werden.
Da jede der 4 Spulen 2 Wicklungen mit 0.08mm Culack-Draht enthielt schnitt ich diese kurzerhand runter und wickelte 0,28er CuLack a 110 Wdg. pro Spule drauf.
Die Spulen angeschlossen und die 4 Drähte aus dem Motor rausgeführt. Danach den Motor zusammengebaut. Jedes Spulenpaar hat einen Widerstand von 4 Ohm.

Den Motor an meine Schnittstellenkarte mit L298 angeschlossen und einen Strom von 1 A eingestellt.

Das Ergebnis ist verblüffend. Selbst bei hoher Drehzahl gelingt es mir nicht, den Motor mit 2 Fingern an der Welle zu stoppen.

Für so wenig Geld solch leistungsstarken Motor, das hätte ich im Traum nicht gehofft.

Vielleicht interessiert es ja jemanden.

MfG LotharK

[Geistesblitz]

Interessante Sache. Wie aufwändig ist denn der Umbau mit den Spulen? Wie viel musstest du zusätzlich ausgeben?

[LotharK]

Hi,

Du musst nichts zusätzlich ausgeben. Den Draht für die neuen Wicklungen habe ich aus nem alten 24V Schütz. So was läst sich leicht auftreiben. Alles andere kannst Du eh wieder verwenden.

MfG LotharK

[Geistesblitz]

Ich glaub, das werd ich auch mal probieren. Verschwendet man ja auch nicht viel Geld bei :D
Schade nur, dass es zu den Dingern nicht wirklich Datenblätter zu finden gibt. Obwohl, wenn man die eh neu wickelt, sind die eh nicht mehr zu gebrauchen :D

Edit: Hast du denn auch ein Foto, wie das Teil von innen ausschaut?

[Geistesblitz]

Hast du die 0,28mm Drähte nur genommen, weil du die liegen hattest, oder gibts da noch weitere Gründe? Wie bist du auf die 110 Windungen gekommen?

[LotharK]

Der 0,28mm Draht lag gerade rum und ich hatte ausreichen davon, um 5 Motoren zu wickeln. Immerhin sind das 20 Spulen. Bei ca. 110 Windungen ist Schluss. Da ist der Körper voll. Natürlich kann jeder andere Draht genommen werden. Wobei ZUFÄLLIG dieser Draht gute Werte brachte. Ein dünnerer Draht geht natürlich auch. Wobei ich nicht unter 0,15mm gehen würde. Aber das ist nur meine Meinung.
Die Motoren laufen seit Tagen einwandfrei und sind sehr kraftvoll. ich habe einen Strom von 1A eingestellt. Sie verlieren keine Schritte und haben ordentlich Drehmoment.

[Manf]

Dann zeig doch mal ein Foto wie der Motor von innen aussieht.
Achso, Du hast sie ja schon wieder zu, oder ist noch einer offen oder zu öffnen?

21473

[LotharK]

Hallo,
hier mal das gewünschte Bild. Bei der Gelegenheit kann man auch gleich die einzelnen Leitungen gegen ein ordentliches Anschlßkabel ersetzen.

21482

[Geistesblitz]

Das sieht wirklich sehr umbaufreundlich aus, hab mir auch mal welche bestellt, kosten ja nicht viel^^
Leider gibt es bei Pollin keinerlei ordentliche Kabel für sowas, was hast du denn dafür genommen?

[LotharK]

Wie schon geschrieben. Kinderleicht. Als Kabel habe ich irgend ein USB-Kabel genommen. Der Kabeldurchmesser reicht.

[Geistesblitz]

Und schon sind sie aus dem Sortiment...
Gut, dass ich noch welche bestellt hab. Mal sehen, wann die ankommen.

[LotharK]

Da hattest Du ja einen "GEISTESBLITZ". Leider habe ich es verpasst. Ich hätte mir gern noch 4 oder 5 hingelegt.
Schade, die waren jahrelang im Sortiment.

Wenn Du mit dem Umbau fertig bist, schreib mal Deinen Eindruck von dem Motor.

MfG Lothar

[Geistesblitz]

So, sie sind heute angekommen und machen einen guten Eindruck. Hatte einen schonmal auseinandergenommen und mir angeschaut, das sieht wirklich sehr basteltauglich aus. Lassen sich die Plastikteile von den Spulen eigentlich herausnehmen, ohne sie kaputt zu machen? Irgendwie lassen sich die Nasen bei der Platine nicht richtig wegdrücken. Aber genug Platz für dickere Spulen ist da auf jeden Fall. Die Montageschrauben scheinen gleichzeitig auch für den Einbau gedacht zu sein, lassen sich die Motoren damit denn auch gut befestigen?

[LotharK]

Hi,

erst mal vorsichtig die Leiterplatte ablöten. VORSICHT! Die Stifte sind in die Plaste direkt eingesetzt. Langes draufrumlöten führt zum Verlust der Stifte. Mit einer Entlötpumpe geht es aber ganz gut. Wenn die Leiterplatte entfernt ist, kannst Du die Spulenkörper gut sehen, Beim genaueren Hinschauen, wirst du feststellen, dass immer eine Seite in die andere geklipst ist. Wenn Du die Flanken leicht wegdrückst, schnappen die Spulen auf der jeweiligen Seite fast von selbst vor. Klappe nun die Spulen in die Mitte, Danach kannst Du sie nach einer Seite rausziehen. Warum neue Spulenkörper? Die drinn sind, die sind perfekt.
Alles was Du selber baust, wird sicher schlechter, da die originalen ja gespritzt sind.

Die Motoren habe ich mit den vorhandenen Bohrlöchern auf extra Grundplatten befestigt. Ich habe aber neue, längere Schrauben genommen.

MfG Lothar

[Geistesblitz]

Das mit den längeren Schrauben hatte ich auch schon überlegt.
Hab jetzt inzwischen auch schon einen Satz Spulen gewickelt und miteinander verbunden. Hast du eigentlich die Spulen in Reihe oder parallel geschaltet? Ich hab jetzt parallel gemacht, mal gucken, ob mein Konstrukt läuft.

[LotharK]

Hi,

doch nicht parallel.
Wenn Du alle Spulen gleich gewickelt hast, beschrifte die linke Seite mit A und die andere mit B. Nun verbinde die gegenüberliegenden Spulen Eingang an A von dort intern B an A der gegenüberliegenden Spule. Nun B dieser Spule rausführen. Das gleiche mit dem 2. Spulenpaar.

MfG LotharK

[Geistesblitz]

Dann hast du anscheinend in Reihe gewickelt. Kann man auch machen, beeinflusst aber auch das Betriebsverhalten. Parallelschaltung der Spulen soll besser sein, wenn man nicht so viel Spannung zur Verfügung hat.

[Geistesblitz]

So, nachdem ich endlich den Treiber wieder aufgebaut hab konnte ich feststellen, dass der Schrittmotor läuft. Allerdings verhält sich der Treiber komisch, hab am L297 am Vref-Eingang nen 4,7k-Widerstand nach +5V und ein 10k-Poti nach Gnd geschaltet und am Osc-Eingang einen 22k-Widerstand nach +5V und einen 33nF-Kondensator nach Gnd, so wie es im Datenblatt steht, und trotzdem scheint es nicht funktionieren. Am Schrittmotor wird immer die volle Spannung durchgeballert und der Motor sowie der L298 erhitzen sich ordentlich. Was kann da falsch sein?

Edit: ok, atte nur den Control-Eingang falsch beschaltet, trotzdem wird alles bei wenig Strom recht warm...

Edit²: so, hab jetzt auch gleich mal einen alten Motor an die Steuerung gehauen. Die stinken gegen die aufgebesserte Version total ab :D

[Geistesblitz]

Ich hol diesen Thread mal aus der Versenkung wegen einer Frage:
Weiß jemand, wie sich die Spulenparameter auf die Eigenschaften des Motors auswirken? Wie verhalten sich Drehmoment, maximale Drehzahl, Strom und Spannung, wenn man die Drahtdicke bzw. die Windungszahl der Spulen variiert? Kann dazu leider nichts finden und eine Modellbildung anhand der üblichen Formeln für Spulen ist schwierig, da ich nicht genau weiß, wie das alles in Wechselwirkung steht (wegen dem Strom-Chopper und ähnlichem).

[Manf]

Es gibt einen Satz von Regeln über diese Zusammenhänge.
Ein wichtiger Einstieg ist das Drehmoment ist proportional Strom x Windungszahl.
Die induzierte Spannung ist proportional Drehzahl x Windungszahl.
Die elektrische Zeitkonstante ist L / R, beide sind proportional dem Quadrat der Windungszahl (für R bei konstantem Wicklungsquerschnitt).
Die Spanung an der Spule ist die induzierte Spannung plus dem Spannungsabfall an L und R.

So elementar ist es etwas unübersichtlich, für mehr Windungen bracht man eben mehr Spannung.

Eine schöne Abschätzung erhält man wenn man die Drehmoment - Drehzahl - Kurven von Nanotec ansieht. Dort sind solche Kurven für sonst gleiche Motoren mit unterschiedlicher Windungszahl dargestellt.

[Geistesblitz]

Vielen Dank für deine Antwort, das hilft mir schonmal weiter.
Demnach würden mehr Wicklungen ein höheres Moment bei gleichem Strom erzeugen, aber auch diesem Strom mehr Widerstand entgegensetzen. So macht das natürlich Sinn. Mit der Drahtdicke kann man dann wahrscheinlich nur den ohmschen Widerstand beeinflussen, oder beeinflusst das auch die Verlustleistung? Nimmt dann eigentlich auch das Moment schneller mit der Drehzahl ab?
Wie es mir bisher scheint, verhält es sich wohl so:
Mehr Wicklungen: mehr Moment beim gleichen Strom aber höherer Spannung
Dickerer Draht: weniger ohmsche Verluste -> weniger Wärmeentwicklung

Also der gute alte Grundsatz "je mehr, desto besser" :D
Ich wer mal ein paar Tests dazu machen, hab ja noch 4 von den Motoren unverändert übrig.

[Geistesblitz]

So, hab jetzt die Zeit gefunden, einen neuen Motor zu wickeln. Hab den selben Draht genommen, allerdings anstelle von 150 jetzt 250 Wicklungen auf jede Spule geknallt. Das Drehmoment hat sich deutlich erhöht, die Drehzahl geht aber auch deutlich früher in die Knie. Bei 240µs Schrittzeit (4167 Hz) fängt er an zu stottern, beim alten Motor waren es 120µs Schrittzeit (8333 Hz), also doppelt so schnell. Hab die aber auch nur bei 15V betrieben, bei 36V sieht das ganze bestimmt nochmal ne Nummer anders aus.