Motor für Spindeltrieb

[theRiddimKing]

Hallo,

für ein Studienprojekt bin ich auf der Suche nach einem geeigneten Motor und habe gehofft ihr könnt mir dafür ein paar Tipps geben.

Die Vorgaben sind:

-12VDC Versorgung per Bleigelakku

-min. 200 U/min

-Preis bis max. 40€

An den Motor soll eine Spindel (aktuell 20x4) senkrecht angebracht werden und die Last, zwischen 6 und 25 Kg, nach oben und unten befördern. Die Spindel sollte dabei idealerweise direkt auf den Motor lasten. Das Ganze soll in einem 250er PVC-Rohr verbaut werden, somit sollten das Abmaß des Motors von der Mitte nicht größer als 115mm sein.

Ich habe mich schon etwas informiert und habe mir schon Scheibenwischermotoren angeschaut, die genügten Kraft haben, aber leider meist zu groß für das Rohr sind.

Auch bei Schrittmotoren habe ich geschaut, komm da aber nicht richtig weiter. Die meisten Modelle sind entweder zu teuer oder haben die Leistung nicht.

Kennt ihr noch Alternativen?

Wäre über konstruktive Vorschläge wirklich dankbar.

Danke im Voraus.:)

Gruß Thomas

[i_make_it]

Wenn Du Dir schon Motoren mit genug "Kraft" angesehen hast, könntest Du diese Daten ja noch angeben. Eventuell kennt jemand ein Model das bei der Drehzahl und der Abmessung das entsprechende Drehmoment aufbringt.

Weil mit den vorhanden Angaben müsste jeder erst selbst den Steigungswinkel, die Kraft zum Heben der Last mit Reibung und das notwendige Drehmoment ausrechnen.

[theRiddimKing]

Stimmt, das Drehmoment hab ich vergessen anzugeben.

Hab über die Formel gerechnet: M=(p/2*pi)*(F/Wirkungsgrad)

Bei einer Steigung von p= 4 mm, einer Kraft von F=250N und einem geschätzten Wirkungsgrad von 0,9, komme ich auf M=0,18 Nm.

Mit einer gewissen Sicherheit dazu kann man auf min. 0,2 Nm gehen.

Allerdings kommt mir dieser Wert trotzdem sehr klein vor, kann das stimmen?

[Manf]

Bei einer Spindel mit 4mm Steigung und einer Drehzahl von 200upm bewegt sich die last um 200/60x4mm (=13,3mm)pro Sekunde.
Die Nutzlast wird mit einer Kraft von bis zu 250N gehoben.
Das entspricht dann einer Abgabeleistung an der Last von 3,3W.
Das ist ja recht wenig.
Die Spindel und das Motorgetriebe könnten jeweils die Hälfte der Leistung aufnehemen. Dann wäre man grob geschätzt bei 13W.
Nur mal so als Anhaltspunkt, die Spindel könnte durchaus auch mehr Verluste haben.

Hat sich überschnitten, die Verluste würde ich wie gesagt etwas höher ansetzen.

[theRiddimKing]

Das deckt sich ungefähr mit meinen bisherigen Berechnungen.

Jetzt fehlt nur noch der passende Motor ;)

[Manf]

Das geht so in die Richtung.
Etwas kleiner in Preis und Leistung, bitte selbst beurteilen.

https://www.reichelt.de/Getriebemotore/GM39-6-30-12V/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=159642&GROUPID=7832&artnr=GM39%2C6+30+12V&SEARCH=%252A
(https://www.reichelt.de/Getriebemotore/GM39-6-30-12V/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=159642&GROUPID=7832&artnr=GM39%2C6+30+12V&SEARCH=%252A)https://www.reichelt.de/Getriebemotore/GM39-6-75-12V/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=159644&GROUPID=7832&artnr=GM39%2C6+75+12V&SEARCH=%252A

(https://www.reichelt.de/Getriebemotore/GM39-6-75-12V/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=159644&GROUPID=7832&artnr=GM39%2C6+75+12V&SEARCH=%252A)https://www.conrad.de/de/getriebemotor-12-vdc-mfa-919d501-501-222365.html


Wenn man das vergleicht dann geht es klar in die Richtung Akkuschrauber, auch ausgepackt oder mit abgesägtem Griff.
http://www.idealo.de/preisvergleich/ProductCategory/3687F1641684-7343626.html?param.resultlist.sortKey=minPrice

[theRiddimKing]

Danke für die Links.

Der Motor, der meiner Meinung am besten passt ist dieser:

https://www.reichelt.de/Getriebemotore/GM39-6-30-12V/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=159642&GROUPID=7832&artnr=GM39%2C6+30+12V&SEARCH=%252A

Aber ich weiß nicht ob ich da falsch liege, aber ich kann mir einfach noch nicht vorstellen, dass dieses kleine Ding eine Last von bis zu 25kg hochschraubt.


Die Idee mit den Akkuschraubern ist mir auch schon gekommen. Aber da man dafür den Motor mit Getriebe benötigt und die Vorgabe der Hochschule leider eBay als Bezugsquelle ausschließt, bleibt mir eigentlich nur übrig einen neuen Akkubohrer zu zerlegen und diese sind meist außerhalb der Preisklasse mit 12V Akkuspannung.

[i_make_it]

@ TheRiddinKing: Der von Dir verlinkte Motor ist auch zu klein.
Die Leerlaufdrehzahl ist laut Datenblatt 210U/min.
Die Lastdrehzahl geht runter bis 140U/min.
Was Du aber haben willst ist eine Lastdrehzahl von 200u/min bei 0,2-0,4Nm.
Da die Drehzahlbedingung bei diesem Motor nur bei 1:14,14 gegeben ist, muß man dort nach dem Drehmoment sehen.
Das ist allerdings mindestens 50% zu klein.

Von Daher kann der Motor die 25Kg wirklich nicht heben.
Zumindest nicht in der Geschwindigkeit die Du haben möchtest.

[theRiddimKing]

@i_make_it:
Stimmt, damit scheidet er leider auch aus.
Unter die 200 U/min bei Last dürfen wir nicht kommen.

- - - Aktualisiert - - -

Hab folgenden Schrittmotor gefunden:

https://nodna.de/NEMA-23-Bipolar-Schrittmotor

Meint ihr, der ist für meine Zwecke geeignet?

Was sagt die Angabe in "kg cm" genau aus?

[i_make_it]

Mit (kg cm) bist Du bei einem Streitpunkt hier im Forum angelang.
Ich verweise mal auf meine detailierte Ausführung.
https://www.roboternetz.de/community/threads/69753-Kraft-%28N%29-und-Drehmoment-%28Nm%29-Angaben-in-nicht-SI-konformen-Ausdr%C3%BCcken-verstehen

Grob und Kurz ist hier das Kraftkilogramm bzw. Kilopond gemeint.
Die ist eine auf die Erdschwerkraft bezogene Krafteinheit und wegen der Verwechslungsmöglichkeit mit dem Massekilogramm seit 1970 in Deutschland nicht mehr gebräuchlich.

Nimm ein kg und hänge es an einen waagerecht stehenden Hebelarm von 1cm Länge der an der Motorwelle befestigt ist.
Die Gewichtskraft diese einen Kilogramms ist dann F=m*g oder N=kg* 9,81m/s²
Was die Einheit des Newton ergibt.
1 kgcm ist demnach 9,81Ncm.

Wie geschrieben findest du die Details in meinem oben verlinktem Post.

[Manf]

Hier mit Akku
http://www.idealo.de/preisvergleich/ProductCategory/3687F1013024.html?param.resultlist.sortKey=minPric e

(Ohne Akku gibt es mitunter auch ganz tolle Sachen.)

Ich schätze mal dass es auch ein 3,6V Schrauber neu werden kann der ohne Gehäuse eingesetzt wird.
Wegen der geringern Baugröße.

Ein kleiner Spannungskonverter zur Versorgung passt dann wohl auch noch mit in den Preis.

Wenn es eine Aufgabe der Schule ist dann wird man wohl daruf warten dass ein Massenprodukt mit seiner hohen Effizienz ausgesucht wird.
Ein Bohrschrauber mit 1/4" Aufnahme und allen möglichen Adaptern ist vielleicht noch besser für die Aufgabe zugeschnitten als ein reiner Getriebemotor der noch angekoppelt werden muss.

[theRiddimKing]

Danke für die Tipps, jetzt muss ich mir nur noch einen passenden Bohrer raussuchen. :)

[i_make_it]

Der erste für 19,95 ist doch schon mehr als ausreichend.

bavaria Akku-Bohrschrauber BCD 12 (NiCd, 12 V, 1000 mAh, 1 Gang, 6 Nm, 16-fache Drehmomenteinstellung)
Rechts- und Linkslauf
Drehzahl: 550 min-1

Er ist für 12V,
er hat eine Leerlaufdrehzahl von 550 U/min
und ein maximales Drehmoment von 6Nm.

0,2Nm wären 3,3%, also dürfte die Lastdrehzahl locker die 200U/min schaffen.

Rechts-Linkslauf ist gegeben, und als Bohrschrauber gibt es auch ein Achsiallager, das die 25kg Last abfangen kann.
Ob das Lager auf Dauer 25kg abkann, wird sich zeigen, bei den anderen Motoren die bisher in der Auswahl standen, konnte aber bestimmt keiner 25kg Achsiallast aufnehmen.
10-15kg schaffen Akkuschrauber aber üblicherweise über ihre geplante Lebensdauer schon.
Ggf. muß man sich das Gehäuse ansehen und wie man von da die Kraft von rund 250N ableiten kann ohne das man ein Wärmeproblem im Schrauber bekommt.

[theRiddimKing]

@i_make_it:
Den habe ich mir gerade auch angeschaut.


Mir ist aber noch ein weiterer ins Auge gesprungen:

http://www.lux-tools.com/de/produkte/neue_power-tools/li-ionen_geraete/akku_winkelschrauber_aws_12_li.jsc

durch das gewinkelte Getriebe, hätte sich das Problem mit der Direktbelastung erledigt und genügend Leistung hat er auch.

Allerdings macht mir noch die Länge sorgen, ob der Motor und Getriebe alleine kleiner als 115mm sind?

Hab dem Hersteller mal ne Anfrage geschickt.

[hbquax]

Woher kommt denn deine Annahme für den Wirkungsgrad deine Spindel? Du hast da ganz am Anfang mal 0,9 angenommen, das halte ich aber für seeeehr optimistisch. Der wird in der Realität deutlich unter 0,5 liegen, oder noch darunter. Die meiste Energie wird bei Spindeln für die Überwindung der Reibung verbraucht, nur ein kleiner Teil wird in Hubarbeit umgesetzt.

[theRiddimKing]

Sorry, für die späte Antwort.
@hbquax: Der Wirkungsgrad ist einfach nur ein Schätzwert gewesen.
Ich habe deswegen einen Motor mit 1,1Nm ausgewählt, der selbst mit einem Wirkungsgrad von 20% noch genug Leistung haben sollte.

[Geistesblitz]

Muss es eigentlich eine 20x4-Spindel sein? Wenn das noch variabel ist wäre was mit geringerer Steigung denkbar, dann könnte man die Spindel mitunter direkt antreiben, ohne Getriebe. Bei Pollin gibt es oft DC-Motoren mit und ohne Getriebe zu günstigen Preisen, die durchaus auch recht hohe Leistungen haben. Je höher die Leistungsangabe, desto Drehmomentsteifer ist der Motor, die Drehzahl bricht bei Belastung also weniger ein. So eine Gewindeübersetzung ist schon recht heftig, da sind 25kg nix. Schrittmotoren machen oft nur Sinn, wenn genau positioniert werden soll, da sie auch nur mit entsprechender Ansteuerung funktionieren. DC-Motoren sind da wesentlich simpler in der Verwendung.

[i_make_it]

Muss es eigentlich eine 20x4-Spindel sein?



An den Motor soll eine Spindel (aktuell 20x4) senkrecht angebracht werden und die Last, zwischen 6 und 25 Kg, nach oben und unten befördern.


Bei 25kg Senkrecht nach oben heben dürfte was kleineres wie Tr20x4 problematisch sein.
Zum einen muß das Gewinde den Querschnitt haben um bei dem Gewicht nicht abzuscheeren und zum anderen muß der Kernduchmesser den Druck aushalten und bei einem Hub von mehr als 10 mal Kerndurchmesser (unter 16mm bei Tr20x4) auch auf Knickung stabil sein.

[theRiddimKing]

Erst ein mal ein gesundes neues Jahr, euch allen. :cool:

Wie weit wir den Spindeldurchmesser reduzieren können, lasse ich grad von einem Kommilitonen berechnen.

Ich verwende ja jetzt einen Motor der bis zu 3000 U/min schafft. Da ich ja deutlich weniger benötige überlege ich die Steigung der Spindel zu verringern, um die benötigte Kraft zu verringern.

Meint Ihr das ist sinnvoll?

[hbquax]

Meinst du mit "Kraft" das Drehmoment? Das wird, wie ich schon schrieb, wesentlich durch die Reibung hervorgerufen, es wird daher nur etwas kleiner, wenn du die Spindelsteigung reduzierst. Eine Verringerung des Durchmesser ist da wirkungsvoller.
3000 U/min kommt mir relativ viel vor für einen Spindelantrieb, das sind ja 50 U/sek, und mit 4 mm Steigung sind das mal eben 200 mm pro Sekunde. In 5 Sekunden fährst du dann einen Meter weit.

[theRiddimKing]

Ja ich mein das Drehmoment.

Ich brauch ja für meine angepeilte Ausfahrzeit bei einer Steigung von 4 ungefähr 200 U/min.
Bei einer geringeren Steigung bräuchte ich für die gleiche Zeit eine höhere Umdrehung.

[hbquax]

Hier ist ein schönes Spielzeug:

http://www.igus.de/wpck/9111/Screwdrives_productfinder

Da kannst du dir deine Anforderungen zusammenklicken, wenn du dann auf Ergebnisse gehst (zweiter Reiter) kriegst du angezeigt, welche Spindeln in Frage kommen und welches Drehmoment benötigt wird.

[i_make_it]

Das Tool ist ganz nett, aber so alleine nicht zur Auswahl nutzbar.
Da es die Knickung nicht berücksichtigt.
Solanger also eine Gewindespindel rein auf Zug belastet wird, könnte es genommen werden.
Bei einer auf Druck belasteten Gewindespindel wie hier,


Die Spindel sollte dabei idealerweise direkt auf den Motor lasten.

muß man allerdings die Knickung berücksichtigen.
Wenn man sich sonst zur Konstruktion noch keine Gedanken gemacht hat, nimmt man am besten Fall II (Eulerscher Knickfall II) de dieser am ungünstigsten für die Spindel ist und somit auch alle anderen Fälle abgedeckt sind.
Beim E-Modul nimmt man am besten Edelstahl, da das deutlich geringer ist wie bei anderen Stahlsorten.
Den Spannungsquerschnitt für das Flächenträgheitsmoment nimmt man als den Kreis des Kerndurchmessers.
Somit bekommt man einen minimalen Kerndurchmesser einer Gewindespindel für den schlechtesten anzunehmenden Fall.
Das kann man später noch mal mit den konkreten Werten nachrechnen und die Dimensionierung nach unten anpassen.

http://www.maschinenbau-wissen.de/skript3/mechanik/festigkeitslehre/134-knicken-euler
https://de.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%A4chentr%C3%A4gheitsmoment
https://de.wikipedia.org/wiki/Elastizit%C3%A4tsmodul

[MechaMind]

Wenn Du Kugelumlaufspindeln einsetzt gibt's die Knicklasttabelle in vielen Fällen im Katalog mit.

Das was Du an Wirkungsgrad damit gut machst, kann Dir die Motorgröße u.U. etwas reduzieren ( ist halt ein Unterschied ob ich 80% oder 30 % eta verrechnen muss ... kost aber halt mehr!) Die Lagerung im A Schild des Motors für die Spindel zu nehmen würde ich bleiben lassen es sei denn Du hast soviel Geld, dass Du modulare Druckantriebe aus der kommerziellen Robotechnik einsetzen kannst ( und die Lagerschilde selber definieren kannst) - ich kenn aber keinen der so klein baut! (Luftspaltdurchmesser bedeutet Moment).

In der Größenordung wuerde ich Motorlager ->Wellenkupplung -> Festlagereinheit gehen

Wenns ein DC Motor sein soll kannste mal bei Hobbyking schauen Modellbaumotore mit hoher Leistungsdichte .... Du hast da nur das Problem, die Motore laufen Senorless also nur über die induzierte Spannung kommutiert somit ist Anlauf unter Last ein Problem ... es sei denn Du baust einen schnellen Encoder und eine entsprechende sensorbasierte Kommutierung auf oder findest da eine Lösung aussderdem sind die meisten Motoren zu schnell für Deine Applikation so, dass Du ein Getriebe zwischenrein bräuchtest und ... so ein Motor kann manche Getriebe durchaus überfordern....

www.Hobbyking.com