Schritt- oder Getriebemotor?

[logliner]

Hallo zusammen,

ich möchte/muss einen Entwicklungstank für 8mm-Film zusammenbauen. Hierfür brauche ich zwei Motoren, um den Film im Chemiebad mehrmals umzuwickeln. Der Motor benötigt ca. 85Upm. Ausserdem darf dieser die Achse nicht blockieren, sobald er stillsteht, um das Umwickeln nicht zu verhindern.

Ein, zwei Fragen vom Dilettanten (ich) hierzu:

Wird ein Getriebemotor mit weniger als seiner Nennspannung gefüttert, sollte sich seine Umdrehungszahl vermindern, ist das korrekt? - Ich bräuchte also einen Motor mit mind. 85Upm, um anschliessend die korrekte Anzahl Umdrehungen über die Spannung zu erreichen ...
Ansonsten bräuchte ich wohl einen Schrittmotor. Blockieren diese die Achse wenn sie still stehen ...?


Besten Dank im Voraus für Eure Antworten!

[ranke]

Hallo logliner,
die erste Frage hast Du Dir selbst schon richtig beantwortet. Allerdings ist zu beachten, dass Getriebemotoren mit größerer Übersetzung nicht an der Achse durchdrehbar sind. Das liegt daran, dass das Reibmoment des Motors durch das Getriebe verstärkt wird. Leider sind in den technischen Angaben zu Getriebemotoren selten Angaben dazu zu finden.
Der stromlose Schrittmotor ohne Getriebe läßt sich an der Welle durchdrehen (er hat nur ein leichtes Rastmoment das zu überwinden ist).
Ein weiterer Vorteil des Schrittmotors wäre die höhere Lebensdauer durch niedrige Drehzahl und fehlende Bürsten. Die Drehzahl beim Schrittmotor ist (sofern er mechanisch innerhalb der Lastgrenzen betrieben wird) durch die Ansteuerung sehr genau definiert. Bei Überlast bleibt er brummend stehen und läuft auch nicht mehr an, wenn die Überlast weg ist (man muss erst die Drehzahl herunterregeln, dann läuft er wieder). Beim Getriebemotor ist die Drehzahl nicht nur von der Betriebsspannung, sondern auch von der mechanischen Belastung abhängig. Wenn die Drehzahl genau eingehalten werden muss (Verweilzeit im Bad) müsste man beim Getriebemotor die Drehzahl extra messen und die Spannung nachregeln.

[logliner]

Hallo Ranke,

besten Dank für die schnelle Antwort!

Als Getriebemotor hatte ich ursprünglich das folgende Modell ausgesucht:

http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=70&products_id=164

Dieser besitzt einen eingebauten Drehgeber.

Der wichtigste Punkt ist der folgende: Ich muss das Ende des Films jeweils sehr genau definieren können, indem dieser das erste Mal manuell umgewickelt wird. Sollten anschliessend Verschiebungen auftreten, reisst das Substrat, es springt aus der Verankerung oder die Enden werden nicht entwickelt. Beides würde den Film unbrauchbar werden lassen. Will heissen: Als erstes müssen die Umdrehungen gezählt werden, um sie anschliessend zu speichern und die beiden Motoren bis auf eine Umdrehung genau anzusteuern. Hierfür kann das Controllerboard auch am PC angeschlossen bleiben. Dass diese Aufgabe offenbar besser mit einem Schrittmotor erledigt wird, leuchtet mir ein. Allerdings wird's dann einiges komplizierter und teurer. Was mich etwas verunsichert ist die Trennung von Board und Motorsteuerung. Ehrlich gesagt wüsste ich nicht genau, was ich zu bestellen hätte, um das richtige Material z.V. zu haben.

Deshalb eine allgemeine Frage ... Ist Deiner Meinung nach die oben beschriebene Aufgabe mit den folgenden Komponenten (von www.robotikhardware.de ) zu handhaben?

1 x Baby Orangutan B-328 - Universelles Controllermodul
1 x ISP Adapter von 10 auf 6 pole (Bausatz)
1 x Bascom USB-ISP-Programmer (Programmierkabel)
2 x Getriebemotorhalterung für EMG30
2 x Getriebemotor EMG30 mit eingebautem Drehgeber

Hier noch ein Bild des Entwicklungstanks, den ich verwende ... Vielleicht bringt dies etwas Licht ins Dunkel:

http://super8data.com/database/articles_list/gaylor_bw_process.htm

Auf eine IDE würde ich verzichten, weil ich davon ausgehe, dass das Programm klein genug ausfallen wird, um's mit der frei erhältlichen Version zu erstellen.

Besten Dank für alle bisherigen und zukünftigen Infos!

[ranke]

Gut, ich glaube ich verstehe den Prozess jetzt besser: Der Film wird im Tank zwischen zwei Spulen hin- und hergewickelt. Das bedeutet aber auch, dass die Motoren - bedingt durch die wechselnden Wickeldurchmesser - nie die gleiche Drehzahl haben. Der eine zieht und der andere soll leicht bremsen, damit der Film immer unter leichtem Zug steht.
Für diesen Fall würde ich meine Empfehlung für Schrittmotoren vollständig zurückziehen. Schrittmotoren haben ohne Bestromung kaum Bremsmoment, mit Bestromung kann man bremsen, allerdings würden hier zwei Schrittmotoren gegeneinander arbeiten und das wird nicht gehen, ohne dass einer aus dem Takt kommt.
Mit Getriebemotoren kommt man vielleicht weiter, der bremsende Motor muss dann auf eine niedrigere Drehzahl (also geringere elektrische Spannung) als der ziehende Motor eingestellt werden. Allerdings habe ich das noch nicht so probiert. Auf die Geschwindigkeit des Films in dem Tank scheint es ja nicht so anzukommen. Bei den Getriebemotoren haben wir dann noch das Problem mit dem Filmende, das nicht abreissen darf. Ich sehe da 2 Möglichkeiten:

1. Man macht es elektronisch, zählt also Umdrehungen. Da muss dann aber beim ersten Mal (die Filme sind sicher nicht alle genau gleich lang) trotzdem sehr vorsichtig das Filmende gesucht und gefunden werden, damit es nicht abreisst. Wenn man dann weiss wieviele Umdrehungen es sind, kann man das so immer hin- und herspulen. allerdings braucht man bei den Getriebemotoren einen extra Umdrehungszähler (das kann z.B. eine segmentierte Scheibe sein die wechselnd einen Lichtstrahl unterbricht, was von einem Lichtempfänger registriert und von der Ansteuerung gezählt wird)

2. Man macht es mechanisch, mit je einer Rutschkupplung als Drehmomentbegrenzung pro Motor. Die müsste man sich aber möglicherweise selber bauen, ich wüsste jedenfalls nicht, wo zu kaufen. Trotzdem erscheint mir das momentan attraktiver, weil man elektrisch außer 2 Motoren und entsprechender Spannungsversorgung (und dem Umschalter für die Drehrichtung) wahrscheinlich gar nichts mehr braucht. Allerdings wäre bei der simplen Lösung die Drehrichtungsumschaltung noch manuell.

Im Moment bin ich mir noch etwas im unklaren, auch welchen den Einfluss die Umspulgeschwindigkeit auf den Prozess hat, auch die wechselnden Drehzahlen sind mir noch unklar. Welchen Kerndurchmesser hat eine leere Spule und welchen maximalen Durchmesser ein voller Wickel?
Vielleicht hat ja jemand anderes noch die zündende Idee?

[logliner]

Zum Punkt 1) Der ausgesuchte Getriebemotor hat einen eingebauten Umdrehungszähler. Das sollte die Sache prinzipiell vereinfachten, da nur noch die eintreffenden Daten verarbeitet werden müssen

Zum Punkt 2) Wird von Hand gekurbelt, reicht das Gewicht der abzuwickelnden Spule, um den Prozess genügend abzubremsen. Das sollte auch der Fall sein, wird ein Motor verwendet. Hierzu eine Idee, von der ich nicht weiss, ob sie funktioniert ... Anstatt zwei wird nur ein einzelner Motor (vorzugsweise ein Schrittmotor) verwendet, wobei beide Achsen der Spulen mit ihm verbunden werden. Der Zahnriemen bildet dann ein Dreieck, von ob betrachtet. Ich nehme an, es werden Abweichungen vorkommen, was die Umdrehungen der Spulen angeht. Diese sollten sich aber, auf 15m Distanz, in Grenzen halten, und schliesslich kann anfangs ein Stück Film als Marge locker angelegt werden. Ich würde einen Zahnriemen verwenden, um Schlupf auf den Achsen zu vermeiden. Aber vielleicht könnte dieser auch geeignet sein, um im entscheidenden Moment das Reissen des Films zu vermeiden ... Was meinst Du dazu? Entgeht mir da etwas wichtiges, oder könnte das funktionieren?

Die Achsen der Spulen besitzen einen Durchmesser von 6mm. Um 15m Film in 45 Sekunden manuell umzuwickeln, benötigt es 65 Umdrehungen (manuell gemessen). Auf eine Minute hochgerechnet, ergibt dies 86,666 Umdrehungen. Der Durchmesser einer Spule beträgt 125mm. 15m aufgewickelter Super 8 Film liegt bei 75mm, inkl. Kerndurchmesser der Spule von 60mm. Die Spule ist grösser angelegt, weil der Tank auch für 16 und 35mm geeignet ist, wobei 16mm mind. mit 30m Länge arbeitet und etwas dickeres Substrat verwendet.

Eine kurze Anmerkung: Einen automatisierten Entwicklungstank für zu Hause hat's nie gegeben und wird es wohl auch nie geben. Es existieren drei Hauptprobleme, welche verhindern, dass Langspielfilme in Super 8 entstehen. Ein entscheidendes davon sind die Entwicklungskosten und -zeiten. Im Labor kostet eine Minute Entwicklung ca. 7,50 Euro, plus mind. 2 Wochen Zeit, plus Versandkosten ans Labor. Kann das zu Hause erledigt werden, kommt man auf ca. 2 Euro und 1 Stunde. Ich MUSS das irgendwie hinkriegen :-)

[ranke]

Wenn ich die Idee hinter diesem Prozess richtig verstehe, dann geht es etwa so:
Das Fimstück das gerade zwischen den beiden Spulen ist wird der Badflüssigkeit ausgesetzt, es können während dieser Zeit also Stoffe zwischen Bad und Emulsion ausgetauscht werden. Ein Filmstück im Wickel ist von der Badflüssigkeit abgeschlossen (weil von darüberliegendem Film abgedeckt), der chemische Prozess kommt zum Erliegen, weil keine Stoffe ausgetauscht werden können. Das bedingt aber auch, dass der Wickel halbwegs straff ist.
Wenn Du die beiden Wellen direkt mit einem Zahnriemen verbindest dann ist das nicht mehr gewährleistet, auf einer vollen Rolle mit 65 Wicklungen ist nämlich deutlich mehr Film als auf 2 halben Rollen mit jeweils 32,5 Umdrehungen. Ich habe das kurz abgeschätzt, die Längendifferenz ist über 70 cm! Das gibt dann ganz lockere Wickel oder Filmsalat und die Entwicklung funktioniert so sicher nicht richtig.
Trotzdem könnte der Riemen nicht schlecht sein. Zum Beispiel kombiniert mit je einem Freilauf pro Welle, so dass - je nach Drehrichtung des Motors - immer nur die aufwickelnde Spule angetrieben wird. Besorge Dir doch einmal einen alten Kassettenrekorder oder ein Tonbandgerät oder Videorekorder, dort wurde genau das gleiche Problem (schneller Vorlauf, schneller Rücklauf, Gefahr eines Bandrisses) gelöst. Vielleicht kann man so ein Altgerät sogar direkt an den Entwicklungstank anpassen.

[logliner]

Ich denke, "Freilauf" ist das Stichwort. Das erlaubt den Einsatz eines einzelnen Motors und verhindert auch das Mitlaufen eines solchen. Könntest Du mir noch sagen, ob Du einem Zahn- oder einem Keilriemen den Vorzug geben würdest? Persönlich würde ich einen Zahnriemen nehmen, um sicher zu gehen, dass eine Umdrehung des Motors auch wirklich einer Umdrehung der Spule entspricht ...

Herzlichen Dank für's Mitdenken! Das hat mir wohl viel Zeit und Aufwand erspart!

PS: Eine "Tonbandgerät" hätte ich hier herumstehen. Das ist aber 100kg schwer, und ich brauch's für's Tonstudio :-)

[ranke]

Ich habe nochmal drüber nachgedacht. Das mit den Freiläufen geht so nicht. Anfänglich geht das beim Umspulen schon, aber ab der Hälfte dreht die Abwickelspule schneller als die Aufwickelspule und damit kuppelt auch der zweite Freilauf. Das ergibt dann Filmriss etwas nach der Hälfte (wenn der Motor stark genug ist). Wir müssen uns also eine bessere Konstruktion ausdenken.

[logliner]

Ich dachte der Freilauf wäre ausschliesslich richtungsabhängig, nicht lastabhängig. Hier habe ich jedenfalls solche gefunden, wie ich glaube:

http://www.aunds-vertrieb.de/de/Freilauf_Allgemein.htm

Beim manuellen Umwickeln reicht die Trägheit der Abwickelspule, um den Film straff genug zu halten. Sollte dies beim gleichmässigen Antrieb des Schrittmotors anders sein, wäre wohl eine kleine Bremse angebracht. Ich will nicht stur sein, aber die Kombination aus Freilauf und einzelnem Schrittmotor besticht durch Einfachheit und Effizienz.

Vielleicht verstehe ich die Funktion des Freilaufs nicht ... Für mich schaut das wie eine Art Kugellager aus, welches in eine Richtung die Last mitnimmt und in die entgegengesetzte Richtung leer mitläuft, unabhängig von der Last. Verhält es sich hingegen so wie Du's beschreibst, müsste eine simple Bremse her. Genug Platz gäb's im Tank dafür. Oberhalb des aufgerollten Films gibt's noch gut 30mm, um eine Blattfeder an den erweiterten Spulenkern anzulegen o.ä. ...

[logliner]

Hier gäb's auch elektromagnetische Bremsen:

http://www.aunds-vertrieb.de/de/Elektromagnetische_Kupplungen_Bremsen.htm

[Kabelkasper]

Ich würde es mit zwei Schrittmotoren angehen, für jeden Wickel einen.
Bestromt wird immer nur der 'ziehende', der 'gezogene' wirkt durch sein Rastmoment als Bremse (diese Wirkung ließe sich durch 'leichtes Kurzschließen' noch verstärken) und kann auch gleich als Drehzahlsensor genutzt werden.
Schrittmotor deshalb, weil bei diesen das Moment besser durch den Strom limitiert wird und für die Aufgabe des Umspulens während der Filmentwicklung sicher keine hohen Drehzahlen erforderlich sind.

KK

[ranke]

Eine Bremse ist es auch nicht. Wenn beide Wickel über den Riemen verbunden sind, dann bremst die Bremse auch beide Wickel. Was es aber bringt wäre eine elektromagnetische Kupplung (beziehungsweise 2 davon) Man kuppelt eben die Spule mit dem Antrieb, die aufwickeln soll, die andere bleibt ausgekuppelt. Die Drehrichtung mit der Kupplung zu synchronisieren ist elektrisch einfach. Ich denke aber, dass 2 getrennte Motoren letztlich einfacher und billiger sind als ein Motor, Riemenantrieb und 2 Kupplungen.
Konzeptionell also nochmal zurück zum Anfang, jede der beiden Wickelachsen bekommt einen Motor:

1. Getriebemotor: Darf keine hohe Übersetzung haben, sonst bremst der geschleppte Motor zu stark (vielleicht maximal 10:1). Dann bekommt man aber wahrscheinlich zu hohe Drehzahlen. Wenn man mit der Spannung zu stark heruntergeht, riskiert man, dass er stehen bleibt wenn die Reibung mal etwas höher ist. Die Drehzahlkonstanz wird also schwierig sein, außer man regelt aktiv, was aber wieder zusätzlichen Aufwand macht.

2. Schrittmotor: könnte direkt ohne Getriebe angebaut werden. Bremswirkung des geschleppten Motors ist gering aber offenbar auch nicht notwendig. Drehzahl unempfindlich gegenüber Schwankungen in der Reibung. Ansteuerung ist generell aufwendiger als beim Getriebemotor. Ich glaube nicht, dass man beim Filmende auf Null abbremsen muß, wenn man beim händischen Kurbeln bis zum Anschlag dreht, wird es nichts schaden, wenn der Motor das auch tut (zumindest wenn man den Motor nicht übermäßig kräftig auslegt und bei moderaten Wickelgeschwindigkeiten bleibt). Es würde also genügen nach einer bestimmten Zeit zwischen den Motoren umzuschalten.

Ich sehe gerade den Beitrag von Kabelkaspar. Kommt meinen Gedanken momentan ziemlich nahe.

[logliner]

Ja, leuchtet ein. Zurück zur Ausgangssituation, mit Schrittmotor.

Darf ich nochmals nachhaken ...? Keil- oder Zahnriemen? - Ich würde den Zahnriemen nehmen.

Was haltet Ihr von dieser Einkaufsliste:

1 x http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?products_id=173
2 x http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?products_id=172

Könntet Ihr mir noch einen Tipp geben, wo ich Riemen und entspr. Scheiben herkriege?

Herzlichen Dank im Voraus!

[ranke]

Wenn es 2 Motoren werden (wie zuletzt vorgeschlagen) dann braucht man keinen Riemen. Wenn Du mit 1 Motor arbeiten willst: ich sehe in dieser Anwendung kein Argument das für oder gegen den einen oder anderen Riementyp sprechen würde (ganz im Gegenteil, ich könnte z.B. noch Rundriemen hinzufügen). Der Vorteil des Zahnriemens ist die Freiheit von Schlupf, in dieser Anwendung aber nicht relevant. Also würde ich eher nach Preis und Verfügbarkeit entscheiden.

Edit:
Bezugsquellen für Riemen:
conrad.de
maedler.de

[logliner]

Maedler kannt ich nicht ... Besten Dank für alles!

[logliner]

Am Freitag kamen die Schrittmotoren, der Motortreiber und das USB/I2C-Interface an. Der Schrittmotortreiber (iSMT von ELV) benützt einen TMC223. Ich habe mir das Datenblatt zu dem Chip besorgt und durchgelesen.

Leider gibt's ein paar Verständnisprobleme meinerseits damit. Um hier niemandem Löcher in den Bauch zu fragen ... kann mir jemand eine Quelle für das Ansprechen von Schrittmotoren über I2C angeben, für Anfänger? - Die hauptsächliche Schwierigkeit besteht darin, den Motor eine bestimmte Anzahl Umdrehungen lang laufen zu lassen, um ihn dann zu stoppen. Ich nehme an, dies sollte über den Parameter "Target Position" möglich sein. Der Motor verhält sich aber äusserst seltsam diesbezüglich ... Besten Dank im Voraus!

[021aet04]

Hast du dir die Sequenzliste, die man Downloaden kann, angeschaut? Vielleicht kannst du da die Sequenzen herauslesen. Die Datei kannst du mit dem normalen Editor öffnen falls du HTerm nicht hast und nicht downloaden willst.

Bei diesem DB (http://www.semiconductorstore.com/pdf/newsite/trinamic/TMC223_datasheet_v100.pdf) steht auf S37 wie man eine bestimmte Position anfährt. Ich bin mir aber nicht sicher ob man Byte 2 und 3 auch senden muss oder nicht. Das könntest du eventuell aus der Sequenzliste herauslesen.

Wie steuerst du den Treiber an? vom PC oder µC?

MfG Hannes

[logliner]

Hallo Hannes,

HTerm hab' ich bereits installiert, und alles läuft soweit. Ich verwende das iSMT und das USB/I2C von ELV via PC, zusammen mit einem kleinen Schrittmotor (bipolar, 0,8A). Gestern habe ich mir die Datenblätter vom TMC223 und dem Baugleichen AMIS30624 zu Gemüte geführt. Wenn ich mir viel Mühe gebe, verstehe ich genug davon, um damit zu arbeiten :-)

Im von Dir ebenfalls angegebenen DB steht zwar auf Seite 44, dass der TMC223 keinen velocity mode unterstütze, allerdings ist es möglich mit dem Befehl "97" (vollständige Sequenz: s [adresse] 97 p) den Motor kontinuierlich anzutreiben. Das Problem besteht darin, dass dabei der Befehl "GetFullStatus2" die aktuelle Position nicht ausgibt. Dies ist nur der Fall, wenn ich die target position auf's Maximum (32767) setze und den Motor antreibe.

Eigentlich benötigte ich ein Skript, welches kontinuierlich die aktuelle Position des Motors ausliest und diese zurücksetzt, bis die gewünschte Anzahl Umdrehungen erreicht ist.

Kannst Du mir sagen, ob dies mit HTerm möglich ist? Bisher habe ich es nur geschafft "starre" Befehlsequenzen abzuspeichern und aufzurufen, nicht aber Rückgabewerte des Chips auszulesen und zu verarbeiten ...

Besten Dank im Voraus!

Patrick

[Torrentula]

Kannst Du mir sagen, ob dies mit HTerm möglich ist? Bisher habe ich es nur geschafft "starre" Befehlsequenzen abzuspeichern und aufzurufen, nicht aber Rückgabewerte des Chips auszulesen und zu verarbeiten ...


Ich kenne HTerm jetzt nicht aber du könntest z.B. mit Python oder Processing (eigentlich Java, aber programmiert sich wie C++) versuchen die Daten von über den seriellen Port zu schreiben/lesen. Das geht ganz gut, außerdem kannst du dir deine Anwendung zurechtschneidern wie du sie gerne hättest --> kannst also auch die Daten verarbeiten und nicht "nur auslesen"
Ist eben nur eine Lösung wenn du Lust hast dir ein eigenes Script / Programm zu schreiben.

[logliner]

Nach einer Info-Odysee bin ich gerade dabei, mir die Processing-IDE herunterzuladen. Ich werde später 'mal etwas damit 'rumspielen ... Danke für den Tipp!

[logliner]

Ok, nach tagelangem Rumprobieren muss ich mich wohl damit abfinden, dass das iSMT schlicht nicht mit Processing angesprochen werden kann. Ich würde deshalb das Controllerboard gerne auswechseln. Ich würde mir ein Arduino UNO R3 und ein Adafruit als Schrittmotortreiber zulegen. Der Grund für die Wahl von Arduino ist v.a. die Nähe zu Java, was die IDE betrifft, damit ich nicht extra noch eine weitere Programmiersprache lernen muss.

Gibt's hier zufälligerweise Arduino-Erfahrene, die mir allenfalls weiterhelfen könnten, wenn's 'mal brennt ...? :-)

[021aet04]

Es gibt einige die sich mit Arduino beschäftigen. Ich kann dir da leider nicht helfen.

MfG Hannes

[logliner]

Nun denn ... Die Quintessenz aus dem Ganzen ist wohl die, dass die Arduino-Plattform ihr Versprechen hält und sich gut für Einsteiger eignet. Ich verwende ein Arduino UNO R3, zusammen mit einem Adafruit Motor/Stepper/Servo Shield for Arduino kit - v1.0 ( http://www.adafruit.com/products/81 ) und zwei Schrittmotoren von MotionKing (14HY3402). Natürlich handelt es sich bei meiner Applikation - dem ständigen Umwickeln zweier Filmspulen - um etwas besonders Triviales, was allerdings nicht in allen Fällen bedingt, dass auch die Programmierung so ausfallen muss. Mit der IDE von Arduino und dem Beispielcode von Adafruit liess sich das Ganze jedoch in 5 Minuten erledigen.

Herzlichen Dank an alle für ihre Hilfe! - Besonders der Hinweis auf Processing war sehr hilfreich, da es mich zu Arduino und somit zur Lösung des Problems führte.