möglichst leisen pan/tilt Mechanismus

[jcrypter]

Gute Morgen liebes Forum,

ich bastel gerade an einer Vorrichtung die ein Display, ein Tablet... in zwei Achsen bewegen kann. Wie ein pan/tilt Mechanismus für eine beliebige andere Anwendung.
Soweit ist das auch nicht sonderlich schwer.
Die Schwierigkeit die ich habe ist, dass die Getriebemotoren die ich bisher verwende, also das was ich noch so rumliegen hatte, recht laut sind.
https://www.conrad.de/de/p/igarashi-typ-20g-50-getriebemotor-12-v-244163.html
Ich weiß nicht genau welche Variante, also welche Übersetzung, ich habe, aber dies ist die gleiche Bauform.
Ich könnte vielleicht Geräuschdämmung betreiben und die mit Schaumstoff oder ähnlichem ummanteln aber das macht das dann größer und ich erwarte auch keine Reduzierung auf ein erträgliches Maß. Das Gerät soll nach Möglichkeit unauffällig im Hintergrund arbeiten und nicht penetrant summen.

Habt ihr eine Idee wie man es anders antreiben kann, gibt es leisere Motoren, ...?
Mir fehlt momentan ein guter Ansatz.
Bisher ist meine Planung ein Netzteil mit 12V zu nutzen.

ich danke für eure Idde!
Crypi

[Moppi]

Hallo!

So leise bekommst Du es z.B. mit Antrieben, wie sie in Kassettenabspielgeräten verbaut wurden. So ein Motor ist schon besonders leise, allenfalls ist ein ganz leises Surren zu vernehmen. Dann findet mittels Gummi-/Kunststoffriemen die Übertragung auf eine größere Scheibe statt. So etwas müsste vermutlich komplett neu konzipiert und aufgebaut werden. Wäre aber wohl in zwei Achsen auch kein unlösbares Problem. Nur, dafür benötigt man eigentlich sehr genau gearbeitete Teile. Scheiben dürfen nicht eiern, Wellen müssen steif, absolut gerade und rund sein. Jede kleine Abweichung im Antriebsstrang führt zu Mehrgeräuschen. In der Tontechnik würde man dann wohl eher vom Rumpeln sprechen. Vielleicht bekommst Du aber mit rel. einfachen Wellen (weiß nicht, wo man gehärtete in bestimmten Längen kaufen kann) und Plastikrädern (Lego oder so? Oder 3D-Druck?), das so gut hin, dass es zumindest leise genug für Deine Ansprüche wäre. Auf jeden Fall fängt die Geräuschvermeidung beim Motor an. Und da würde ich auf diese Tonband- oder Kassetten-Antriebsmotoren setzen.

MfG

[jcrypter]

Danke!
Eine interessante Idee! Jetzt muss ich nur noch eine Bezugsquelle für einen Versuch finden :)

Crypi

[oberallgeier]

Hallo Crypi,
Dein "Conrad - Bestellnummer 244163" hat ein Spitzendrehmoment von 0,09 Nm, also rund 13 ozin. Ich verwende oft (fast 10?) diese Pololumotoren (https://www.pololu.com/category/60/micro-metal-gearmotors) (sind zwar Chinateile - aber eben von ausgesuchten Fertigern, gibts in DE z.B. bei exptech) . Die gibts auch für 12V - und die Abtriebswelle ist auch 3 mm. Dieser wäre ohne Anschluss für Encoder (https://www.pololu.com/product/3040) und dieses Teilchen mit Zweitwelle für Encoder (https://www.pololu.com/product/3051). Den Encoder dazu gibts extra.
Nach meinen Erfahrungen sind die sehr leise (na ja, ein Getriebe dieser Größe piepst fast immer). Eine möglicherweise geräuschlose(re) Variante wäre ein Druckermotor mit ner Drehzahlreduzierung per Gummiriemen . . .

[Moppi]

Was die Kassettenantriebsmotoren angeht, so gibt es 9V (ich meine auch 5V) und ~3V - 4V müsste es auch geben. In China bekommt man noch 5Stck. für etwa 8€, bei Amazon gibt es mindestens noch von Blaupunkt Ersatzmotoren (hier dann pro Stück teuer). Aber Du brauchst nur zwei Motoren und die halten ja auch, dafür wurden sie konzipiert (lange Zeit zu laufen).

Was den Antrieb angeht: die Kraftübertragung in Walkman's war etwas anders, weil dort der Platz nicht vorhanden ist, für eine so große Scheibe. Da wird per Kunststoffband vom Motor auf eine etwas größere Scheibe übertragen und von dort dann weiter mit Zahnradkombinationen (ob es auch Laufwerke mit zwei Riemen gab, weiß ich jetzt nicht). Allerdings sind diese Laufwerke etwas lauter, eben wegen der Zahnräder, aber noch immer recht leise (wenige Zahnräder und geringe Umdrehungszahlen). Für die Lautstärke spielt auch die Umdrehungsgeschwindigkeit im Getriebe eine Rolle (und vom Antriebsmotor natürlich).

Bei LIDAR findet man das Antriebsprinzip auch (hier z.B. gut zu sehen (https://www.amazon.de/Scanradius-LIDAR-Sensorscanner-Vermeidung-Hindernissen-Navigation/dp/B07VLFGT27/)).

MfG

[ARetobor]

Hallo,
ich würde es erst mal mit Fett (harzfrei) versuchen.
Getriebe richtig füllen.
Gruß
ARetobor

PS
Teflonfett beruhigt auch

[jcrypter]

Guten Morgen,

vielen Dank für eure ganzen Antworten!

Ich habe die vorhandenen Motoren erst mal neu gefettet. Das hat überraschend viel gebracht. Nicht ausreichend für das fertige Produkt aber erstmal ein guter Schritt.
Ich bin unsicher wie ich weitermachen soll. Ich möchte ungern viel gern in die Hand nehmen "nur" um zu testen. Ja, "viel" ist relativ, ich weiß.

Mein weiteres Vorgehen wird jetzt erstmal so aussehen:
ich bastel erstmal mit den vorhandenen Motoren weiter, bringe das zu einem funktionierenden Ergebnis und versuche dabei so zu bauen, dass ich Raum habe um andere Motoren/Getriebe/Übersetzungen einzusetzen.
Währenddessen überlege ich mir was ich möchte.

Mir ist gerade aufgefallen, dass die Schrittmotoren meines 3D Druckers recht leise sind. Habt ihr da Erfahrungen mit?

Crypi

[Rabenauge]

Ja- je nach den verwendeten Treiberbausteinen können Schrittmotoren auch fast lautlos arbeiten.
Das liegt tatsächlich an den Treibern, nicht an den Motoren (ausser der preislich alleruntersten Schiene, da rasseln schonmal die Lager).

Wie wärs denn mit einer fertigen Lösung?
Von Rollei gibt es einsatzfertige Handy-Gimbals, die auch seeehr leise arbeiten- ab nem 50er.
Mit nem Eigenbau kostenmässig schwer zu unterbieten....

[jcrypter]

Auf was muss man bei den Treibern achten?
Gibt es empfehlenswerte und welche von denen man absehen sollte?

Zu den Gimbals:
Kann man die selbst ansteuern? Letztlich sollen die Motoren von meiner Software angesteuert werden, also Arduino o.Ä.
Mein Hinweis auf den finanziellen Einsatz war vielleicht missverständlich, ich gebe gern Geld fürs Basteln aus, aber ich kaufe mittlerweile ungern Dinge wie z.b. Motoren bei denen ich nicht weiß ob es letztlich zielführend ist oder um dann festzustellen, dass ich noch was anderes kaufen muss. Ich hoffe, ihr versteht wie ich das meine.

edit: ich habe gerade mal nachgeschaut. Ich glaube nicht, dass die Gimbals genug Kraft haben. Es war jetzt keine Suche in die Tiefe, aber ich habe nur welche gefunden die max 300g tragen können, ich fürchte das reicht nicht.

[oberallgeier]

.. ich kaufe .. ungern Dinge wie z.b. Motoren bei denen ich nicht weiß ob es letztlich zielführend ist ..PN vom Dienstag.

[Moppi]

Eine Möglichkeit wäre vielleicht TMC2208-Treiber (ich denke Rabenauge meint die auch) und NEMA17 Stepper dazu. Die gibt es auch in kleineren Abmessungen, mit kleinerem Drehmoment. Wie: 13Ncm, Größe ~40*40*20mm. Die Normalen NEMA17 sind etwa 40*40*40mm, bei ~40Ncm. NEMA14 etwa 35*35*25mm. Diese Stepper sind recht groß, dazu kommt natürlich das Drumherum. Die TMC steuern die Motoren anders an, deswegen sind die dann wirklich leiser im Betrieb.

MfG

[oberallgeier]

Eine Möglichkeit wäre vielleicht TMC2208-Treiberund NEMA17 Stepper dazu .. Die TMC steuern die Motoren anders ..

Stepper für nen Gimbal? Da bin ich nun sehr erstaunt. Das halte ich regelungstechnisch für ne ziemliche Herausforderung. Hast Du da eigene Erfahrungen mit ner Gimbalsteuerung? Da wird, für Stepper, meines Erachtens eine aufwendige Routine notwendig, um bei der Stromregelung (Führungsgröße vom Beschleunigungssensor) nen Schrittverlust abzusichern (https://www.faulhaber.com/de/support/technischer-support/motoren/tutorials/schrittmotoren-tutorial-schrittverluste-verhindern-bei-schrittmotoren/). Klar, eine Unzahl von 3D-Druckern fahren wohl noch überwiegend ohne entsprechende Absicherung, haben trotzdem keinen Schrittverlust und können daher ihre sauberen Werkstücke produzieren - aber deren Stepper fahren auch eher moderate Beschleunigungen. Wobei mW die (?einige) TMC-s schon ne Überwachung/Vorsorge gegen Schrittverlust haben.

Gut, ich habe bisher nur DC-Antriebe mit Positions- und/oder Geschwindigkeitsregelung gebaut aber noch keinen Gimbal. Insofern ists nur mein Denkansatz ohne Erfahrung mit Steppermotoren.

[Moppi]

Ja- je nach den verwendeten Treiberbausteinen können Schrittmotoren auch fast lautlos arbeiten.
Das liegt tatsächlich an den Treibern, nicht an den Motoren (ausser der preislich alleruntersten Schiene, da rasseln schonmal die Lager).



Auf was muss man bei den Treibern achten?
Gibt es empfehlenswerte und welche von denen man absehen sollte?


Ich habe das nur ergänzt.

Daher:


Hast Du da eigene Erfahrungen mit ner Gimbalsteuerung?
Nein.

Schrittverlust... kommt drauf an. Vom Schrittmotor mit einem Zahnriemen auf ein größeres Rad, wäre eine Möglichkeit. Aber nach meiner Erfahrung, außerhalb von 3D-Druckern, würde ich auch noch eine Lochscheibe mit Lichtschranke anbauen, um die Position genau anfahren zu können. So erkennt man auch, ob der blockiert. Aber alles in allem halte ich es für zu groß. Müsste man tatsächlich mal bauen. Ich schätze die Größe dann auf vielleicht 10cm mal 20cm, für die Motoreinheit (ein Motor vertikal, einer horizontal). Da muss noch eine Halterung für ein Tablet dran. Und wenn dort ein Tablet drauf gesetzt wird, sollte man wohl auch das Gewicht nicht unterschätzen, das in gewissen Winkeln als Gegenkraft ordentlich am Motor zieht. Dann musst Du ein Haltemoment sicherstellen, das bedeutet bei Schrittmotoren einen hohen Strom, der den Akku schnell leert.

MfG

[hbquax]

Der meiste Lärm bei Zahnradgetrieben kommt meist von der ersten Stufe. Wenn man nur hier einen Riemen einsetzt ist schon viel gelungen. Und Kunststoff Zahnräder sind leiser als Metall.

[jcrypter]

Guten Morgen,

nach dem ich lange hin und her überlegt habe wie ich jetzt weiter vorgehe, hab ich mich dazu entschieden es mit Schrittmotoren zu versuchen.
Zum einen weil ich mit solchen noch nie gearbeitet habe und ich neugierig war und zum anderen weil ich, für den Fall, dass es damit doch nicht funktioniert, noch Einsatzmöglichkeiten bei anderen Projekten gesehen habe.
Also ein Investition wäre nicht vergebens auch wenn sie für dieses Projekt nicht nutzbar wären.
Ich hab dann den geringsten Einsatz gewählt und mir einen 28BYJ-48 mit ULN2003 bestellt. Kostengünstig und schnell verfügbar.

Der Motor ist für mich überraschend leise. Wirklich kaum zu hören. Und er ist wirklich klein.
Ich hab dann angefangen das Gerät um zwei dieser Motoren herum zu konstruieren. Ich lerne viel über Konstruktion und 3D Druck.
Das Projekt macht gute Fortschritte, gemessen daran wie viel Zeit ich momentan investieren kann.
Evtl komme ich nachher dazu mal Fotos zu posten. Ein Video wenn es sich dann mal bewegt.

Danke für eure Ideen und Unterstützung!

[Andree-HB]

Moin,
Du kannst diesen Motor bei Bedarf sehr einfach auf bipolare Ansteuerung umrüsten und den mit einem Schrittmotortreiber z.B. A4988 betreiben - habe ich schon selber mehrfach im Einsatz
https://www.instructables.com/Driving-a-12V-28BYJ-48-Stepper-With-the-A4988-Step/
https://coeleveld.com/wp-content/uploads/2016/10/Modifying-a-28BYJ-48-step-motor-from-unipolar-to-bipolar.pdf (https://www.instructables.com/Driving-a-12V-28BYJ-48-Stepper-With-the-A4988-Step/)

Vorteil:
Sehr einfach Ansteuerung (Takt/Richtung)
Modiwahl/Schrittweite (Vollschritt, halbschritt, usw.)
Stromregelung (!)

[jcrypter]

Guten Morgen,
ich habe gestern die Mechanik vorläufig fertiggestellt.
Es fehlen noch der Schleifringkörper damit es 360° drehen kann und ein paar Kleinigkeiten.

Bisher bin ich mit der Lautstärke und der Funktion zufrieden. Ich hätte nicht gedacht, dass es doch recht leise ist. Die Zahnräder, Achsen etc hatte ich noch rumliegen. Ich musste praktisch nur die Moroten kaufen und die Teile drucken.
Jetzt geht es an die Elektronik und Software.

https://youtu.be/pXckRefYtxE
https://youtu.be/I4PdpRRu9B8


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Crypi

[oberallgeier]

Hallo Crypi,
.. ich habe gestern die Mechanik vorläufig fertiggestellt ..Was für ein prächtiges Beispiel zum Thema Koppelgetriebe. Gefällt mir, APPLAUS !

[Moppi]

Also ich finde es auch sehr gelungen. Obwohl ich es mir kompakter vorgestellt hätte.
Bloß an einer Stelle im Video kratzt es etwas im Getriebe. Das kam mir so vor, als ob da eventuell zu wenig Kraft vom Motor dahinter wäre? Hast Du das mal ausprobiert, jcrypter? Welche Last bewegt dass dann?

MfG

[jcrypter]

Ich glaube, dass das Kratzen, das Du meinst von der H-förmigen Aufnahme für das Tablet herrührt. Das wird momentan von Schrauben gehalten und die Halterungen drehen sich auf dem Gewinde und folgen ihm. Irgendwann springt es dann zurück. Die Schrauben will ich noch gegen eine Stange tauschen, dann sollte das Problem behoben sein.
Joa, es wird bestimmt durch die Größe der Motoren, der Schnecke und des Schneckenrads. Da kann ich nicht viel kleiner werden.
Teilweise bin ich da an den Grenzen von dem was ich mit meinen Mitteln kann.
Ich glaube, es wird ganz gut passen wenn da ein Tablet oder das 15Zoll Display drauf sind. Mal sehen ob ich dann noch optimieren kann.

[jcrypter]

Moin,

ich habe in der Zwischenzeit ein paar gute Schritte nach vorne gemacht.
Die Mechanik ist fertig. Über ein paar Kleinigkeiten ärgere ich mich jetzt aber im großen und ganzen bin ich hochzufrieden!
Ich hab gestern nur zwei kurze Videos drehen, keine Detailbilder machen können. Das kann ich gerne nachholen wenn Interesse besteht.
Softwareseitig ist es noch nicht ganz fertig. Die Bewegungen sind noch recht ruckelig.
Die Lautstärke, denn das war ja der Ausgangspunkt dieses Threads ist in meinen Ohren völlig in Ordnung. ich hätte nicht gedacht, dass das so leise wird. Die Schrittmotoren haben sich auch auf Grund der genauen Positionierbarkeit als die richtige Wahl herausgestellt.
https://youtu.be/9V3FZp7ZlJQ
https://youtu.be/K4qh-vna_Dw


Crypi

[oberallgeier]

Guten Morgen (ähhh - guten Tag) Crypi!
.. ein paar gute Schritte nach vorne .. im großen und ganzen bin ich hochzufrieden .. Bewegungen sind noch recht ruckelig .. so leise ..Sieht ja auch wirklich gut aus, bravo. Ruckeln kann ich auf den Videos eigentlich nicht erkennen - aber das wird vielleicht mit dem Tablet (größere Masse, mehr Trägheitsmoment) auch besser ! ?

Insgesamt ja recht viel Struktur (und wem fehlen die Hantelgewichte?). Ist das so einfacher aufzubauen als eine der üblichen Gimbalkonstruktionen (https://www.fotokoch.de/DJI-Ronin-SC_24665.html) ? Das dürfte ja die vergleichbare Gewichtsklasse sein. Und wie viel Geld musstest Du selbst reinstecken (einschließlich 3D-Druckdingens) ?

Kurz und gut: bravo!

[jcrypter]

Guten Morgen,
Ja, das sieht man auf dem Video nicht so. Er geht nicht genug Schritte um die gewünschte Distanz zu überbrücken, bleibt stehen und muss dann noch mal starten. Das muss ich noch überarbeiten.

Ich wollte ein "schlankes" Design. Damit es nicht kippt hätte ich den Durchmesser des Standfußes deutlich vergrößern müssen, da ich das nicht wollte, musste ich mit Gewicht arbeiten. Die Hantelscheiben hatte ich noch und nutze sie nie. Wer springt denn nur um ein Kg nach oben beim Kreuzheben ;)

Ich hab mich ehrlich gesagt vorher nicht so richtig mit vorhandenen Konstruktionen beschäftigt. Ich hatte das Bild im Kopf, dass der Mechanismus ungefähr so aussehen sollte wie es jetzt geworden ist. Ich wollte z.B. nicht den Neige-Motor neben dem Display haben, wie bei einem Gimbal.
Man könnte vermutlich noch ein bisschen was einsparen. Optimierungspotential ist auf jeden Fall da! Aber zum jetzigen Zeitpunkt gehe ich das nicht an. Wenn die Software fertig ist, dann kommt das nächste Projekt.

Zu den Kosten:
Schrittmotoren: 2x ca 5€
ein Arduino Nano-Klon: hatte ich noch rumliegen, bekommt man auf ebay auch für ca 5€
die Hantelscheiben: kein Plan
Schrauben und Gewindestangen: hatte ich noch
Schnecken und Schneckenrad: hatte ich noch, Fischertechnik
Acetalzahnräder für Übersetzungen: hatte ich noch, Mädler glaub ich
esp32cam: knapp 10€ ebay
Kabel und Steckkontakte: dupont Stecker (ebay) und psk254 Stecker von Reichelt, hatte ich auch noch
5V Netzteil mit 2,4A: 10€ ebay
Druckteile: alles in allem wiegen die Druckstrukturen nicht viel, Druckzeit vielleicht ca 10-12h, 0,3mm Schichtdicke PLA, ein KG kostet ca20€ ich hab einen Bruchteil davon verdruckt, Stromkosten kann ich nicht schätzen

Danke für das Lob!

[oberallgeier]

.. Ich hatte das Bild im Kopf, dass der Mechanismus ungefähr so aussehen sollte wie es jetzt geworden ist ..Danke für die ausführliche Beschreibung (hätt ich nur f"auf Arbeit" auch manchmal so ausführliche Antworten bekommen). Und nochmal chapeau: gefällt mir.

Schneckengetriebe von Fischertechnik . . . alle Achtung, das hätte ich dem nicht zugetraut. Hab grad mal in mein altes "hobby 1" geschaut - das hat keine Schneckengetriebeteile :-/ - und ich hatte bisher nie an diese Bauteilquelle gedacht. Hübscher Hinweis, danke.


.. Wer springt denn nur um ein Kg nach oben beim Kreuzheben ..Das kann mit den Jahren kommen . . .

Danke für die Beschreibung.

[hbquax]

Was soller überhaupt machen? Tablet automatisch zum Betrachter ausrichten oder so was in der Art? Was ist die Regelgröße?

[jcrypter]

Guten Morgen,
ja, genau. Funktioniert auch schon. Nur die Schritte pro Pixel Abweichung stimmen noch nicht. Damit bin ich aber noch nicht voran gekommen.
Hilf mir bitte auf die Sprünge, was ist eine Regelgröße?

Crypi

[oberallgeier]

Hi Crypi!
.. Hilf mir bitte auf die Sprünge, was ist eine Regelgröße? ..Vielleicht hilft diese Skizze?


......https://dl.dropbox.com/s/3i26qdd3b7w3ovb/regel-notiz.jpg?dl=0

Näheres im RN-Wissen zu Regelungstechnik (https://rn-wissen.de/wiki/index.php/Regelungstechnik#Begriffe) (siehe dort: Begriffe (https://rn-wissen.de/wiki/index.php/Regelungstechnik#Begriffe)).