Vorteile eines Schrittmotors gegenüber anderen Motoren

bei solchen Anwendungen mit großen Untersetzungen (in diesem Fall von mir geschätzt 1:30 ) ist das Massenträgheitsmoment der Last auf den Motor bezogen durch i^2 zu dividieren und damit für einen Motor mit 2,8Nm wohl kein Thema.
Stichwort Schlupf: der dürfte (wenn überhaupt auftretend) gleichbleibend und damit kompensierbar sein. Die mögliche Abnutzung des Gummirades ist ein vom Motorprinzip unabhängiger Aspekt und müßte über Justageintervalle berücksichtigt werden.
RG

[LoD]

Die Übersetzung ist ja nicht Motorseitig. Der Motor wird mit dem Antriebsrad eine kleine schnelle Bewegung machen (das Antriebsmoment ist übrigens die meiste Zeit kleiner als das Halte Moment) und anschließend mit dem Haltemoment diese neue Position festhalten. Da die Große Scheibe auf Grund ihrer Trägheit sich von der schnellen Vortriebsbewegung wie auch von dem Haltemoment nur begrenzt beeindruckt wird kann nur die Gummischnur einen gewissen ausgleich schaffen.
Wenn die Untersetzung tatsächlich reicht, um (1:30 ist an sich wenig) um die ganze Platte ein kleines Stück weiterzu schlagen und abrupt zum stehen zu bringen (mit jedem Schritt) macht es das eher schlächter als besser.

i^2 ??? wo kommt dass her? Vielleicht für die Leistung, scheint mir aber grad auch nicht plausibel. ein Moment wird nur um i vertärkt. Dafür geht in die Berechnung des Trägheitsmomentes der Radius quadratisch ein. Nur mal aus Plausibilitätsgründen anders gesagt: würde i^2 das Moment verstärken und das Trägheitsmoment dagegen verschwinden, könnte die Scheibe gar nicht groß genug werden (da ja die Untersetzung steigt), da die Erfahrung aber zeigt, dass der Antrieb sich mit einer großen Scheiben eher schwer tuen wird kann das so nicht ganz stimmen...

Der Abrieb ist mit nichten unabhängig vom Motor. Während ich mit einem Schrittmotor Bauart bedingt keine gleichförmige Bewegung erreichen kann (oder nur mit sehr hohem Aufwand (Stromregelung für alle Phasen und Momentmessung)) belaste ich das Gummiband duch ständig wechselnde Lastfälle wesentlich stärker. Beim Anfahren und Bremsen muss auch eine vorsichtige Kurve gefahren werden um nicht durchzurutschen. Dies würde sich bei einem Gleichstrommotor von alleine regeln, da hier ein (weitgehend) kontinuierliches Moment erzeugt wird, das keine Lastwechsel verursacht. Wenn ich Leistung in einen Gleichstrom motor stecke, wird sie in mechanische Leistung gewandelt (mit dem Verlust des Wirkungsgrades) Bei einem Schrittmotor wird in erster liene ein (Fest)Haltemoment erzeugt, das bestenfalls dazu gedacht ist mechanische Leistung aufzufangen. Die Bewegung ist nicht Ziel dieser Bauform!!!
Man kann wie gesagt auch eine Art Direktantriebssteuerung darauf loslassen, dazu benötigt man aber eine feine rückmeldung über die Lage (mindestens 8 Mal genauer als genauer als der Schrittwinkel.) oder einen Momentaufnehmer. Beides dürfte den Rahmen für diese Aufgabe sprengen.

[sonic]

Ihr habt ja alle recht,

aber das war das ein Schulprojekt von Schülern. Die werden meistens von jemandem betreut der sich damit auskennt. Der Grund warum in der Doku die Entscheidung Schrittmotor nochmal genau erklärt werden muss ist wahrscheinlich der, daß sie nicht ganz kapiert haben warum da ein Schrittmotor rein musste.

Deswegen vermute ich mal, daß es nicht NUR darauf angekommen ist die Scheibe irgendwie mit 1 Upm zu drehen. Dafür spricht ja auch das Werkstücke auf ein Förderband "sortiert" werden sollen.

Wenn's nur die Drehung ansich gewesen wäre, hätte ich persönlich auch einen "normalen" Motor + Regelung genommen. Ich hätte in meinem 1. Posting vielleicht "steuern" schreiben sollen. Ich bin allerdings von oben genannten Vorraussetzungen ausgegangen.

By the way, die Scheibe ist zwar groß, aber schwer ist relativ. Die ist aus PVC nicht aus Metall. Ich kenn jetzt zwar die Dichte von PVC nicht und die Dicke der Scheibe auch nicht, aber 2,8Nm sollten dafür ausreichen.

@LoD: Ich finde den Begriff "weiterschlagen" im Bezug auf einen Schrittmotor irreführend. So krass, wie der Begriff unterstellt, sind die Beschleunigungen nicht. Außerdem stand im Originalposting nichts von den geforderten Genauigkeiten.

Uns fehlen halt (wie meistens) die nötigen Informationen über Ziel und Anforderungen des Projekts. Also schlagt euch nicht die Köpfe über Dinge ein, die von Vorraussetzungen abhängig sind, die wir nicht kennen

Da ein Laserschneideanlage selten in einer normalen Schule steht, geh' ich, wie gesagt, davon aus, daß das Ganze ein Projekt von Schülern in Zusammenarbeit mit einer Firma war. Und da Firmen (meistens) genau wissen was sie wollen, wird der Schrittmotor und Reibrad da schon Sinn machen.

Grüßlen, Sonic

Ich bin bei dem Begriff "Schule" jetzt einfach mal von einer Berufsschule ausgegangen, bei der den Azubis ja meist ein Unternehmen zur seite steht. Denke auch, dass da die z.B. die Firma sagt hier habt ihr Schrittmotor und wir brauchen einen Sortiertisch. Der Lehrer sagt ihr sollt ne Projektarbeit machen, und die Azubis sagen Klasse, das kombinieren wir. Wenn der Lehrer dann aber dumme Rückfragen stellt kommt da vielleicht sowas bei raus.

Also schlagt euch nicht die Köpfe ... ein, ...

Sorry, das wollte ich natürlich nicht, hoffe die Köpfe sind noch ganz.

Hast recht, PVC hat eine Dichte von 1400 kg/m^3 bei einem Radius von 0,6m un einer Dicke von 0,05 macht das etwa 800g. --> ein Massenträgheitsmoment von 0,1425 kg*m^2
Multipliziert mit der Winkelbeschleunigung ergibt sich dann das Trägheitsmoment. Das wird über die Übersetzung dann in der Tat gehalten warscheinlich trotz hoher Winkelbeschleunigungen des Steppers gehalten. Heißt, dann aber andersrum, dass die Erschütterungen des Stepperantriebs in der Scheibe gut spürbar sein. Damit kann es zum wandern leichter Teile auf der Scheibe kommen.

Wenn das jetzt aber tatsächlich eine so leichte Scheibe

[LoD]

P.S.: Ich habe den besagten Haken beim Login gesetzt... Vielleicht hätte ich mich vorhin nicht so brav abmelden dürfen...

@ LoD:
i² soll heißen, daß das Massenträgheitsmoment der untersetzt (dadurch langsam) angetriebenen Last nur mit 1/i² am Antrieb wirksam wird. In vielen Fällen ist ( bei Beschleunigung/Abbremsung) das Massenträgheitsmoment des (schnell drehenden ) Motorankers viel stärker wirksam als das der schweren, aber langsam drehenden Last.
Das 'normale' Moment (Kraft mal Hebelarm) wird durch die Übersetzung natürlich linear größert (von Reibungsverlusten mal abgesehen).
Und den Begriff Schrittmotor sollte man nicht zu grob wortlich nehmen. Es gibt Treiberschaltungen für Halb-,Viertel-,Mikroschrittbetrieb.
Den grundsätzlichen Nachteil der Stepper, unbemerkter Schrittverlust bei fehlender Rückmeldung; kann man in vielen Fällen vernachlässigen. Man muß nur wissen, ob die Antriebsmomente ausreichend gleichmäßig bleiben.
RG

[LoD]

Ein Stepper verfügt eben nicht über ein Antriebsmoment, es sei denn man man treibt einigen Aufwandt (wie gesagt). Auch Viertelschritte sind Schritte, nur dass das Haltemoment und damit auch das Pseudo Antriebsmoment durch gegeneinander wirkende Spulenbestromung durch einen höheren Energieverbrauch reduziert wird.

Zum i²: Soweit ist es jetzt logisch, nur dass in diesem Fall der Radius (Hauptverantwortlicher für i und linear in i enthalten) quadratisch im Massenträgheitsmoment eingeht (1/2*m*r²) und nocheinmal quadratisch in der Masse eine Kreisscheibe versteckt ist (2*pi*r²*h*D). Will sagen je größer Du die Untersetzung (bei gleichgrußem Antriebsrad also größer wedender Abtriebsscheibe) wählst, dasto quadratisch GRÖSSER wird Deine Last!!!

[Michael]

Hallo Lod,

wird dann an den Haltepositionen immer so lange gewartet, bis die mittlere Geschwindigkeit wieder stimmt.

da liegst du falsch, die Drehzahl des Motors ist hier so hoch, dass seine eigene Trägheit schon für den Rundlauf sorgt.

Mit einem Zahnrad antrieb dürften die Teile auf der Scheibe durch die kleinen Schläge das wandern anfangen und der Motor definitiv Schritte verlieren und dabei gar rückwärzschritte einfügen.

hmmm, du hast scheinbar ein Verständnisproblem. Wenn dein Motor Rückwärtsschritte macht, dann hast du was falsch gemacht

Da der Motor für das Festhalten von Positionen gedacht ist,

nein, nein, der Motor ist schon für das Drehen gemacht, nur muss man halt wissen, wie.

Der Motor wird mit dem Antriebsrad eine kleine schnelle Bewegung machen (das Antriebsmoment ist übrigens die meiste Zeit kleiner als das Halte Moment) und anschließend mit dem Haltemoment diese neue Position festhalten.

mit Verlaub: Du hast keine Ahnung! Das sagen mir auch die 2 dort nachfolgenden Sätze.

Damit kann es zum wandern leichter Teile auf der Scheibe kommen.

Das bezweifle ich. Was sagt denn der OP hierzu?

Ein Stepper verfügt eben nicht über ein Antriebsmoment,

Du hast ein Verständnisproblem.

Vielleicht hat Manf die Zeit und Lust, die Verschiedenen Dreh-(Antriebs-)Momente während einer Umdrehung eines Schrittmotors und eines Gleichstrommotors grafisch aufzuarbeiten. Du wirst dich wundern, wie ungleichmässig der DC-Motor dreht

Gruss, Michael

[Manf]

Nach einigem des zuletzt gesagtem könnten Zweifel aufkommen, ob es sich beim Schrittmotor um einen Motor handelt, der direkt als Motor eingesetzt werden kann und der etwas antreibt.
Man kann den Schrittmotor direkt als Motor einsetzten, als einen Motor, der bei einem Strom ein Moment erzeugt, der sich langsam und schnell drehen kann und der einen arbeitspunktanhängigen Wirkungsgrad hat.
Er hat wie ein Gleichstrommotor eine "Motorkonstante" die angibt, welches seine höchste Drehzahl bei einer bestimmeten Spannung ist und wie groß sein Drehmoment bei einem bestimmten Strom ist.
Die Ansteuerung in Schritten oder Mikroschritten ist sicher aufwändiger, der erreichbare Wirkungsgrad ist oft geringer, dafür hat er eine integrierte Positionsbestimmung.

[LoD]

Also, nochmal...
Ein Schrittmotor ist ein Motor, der durch einen vielstrahligen (gerade nicht durch vier teilbar z.B. 4*x-1) Sternanker am Läufer und in der Regel acht Polschuhe aufgebaut ist. Je nach Bestromung der Wicklungen an den Polschuhen richtet sich der Anker und damit der Läufer (wie in jedem Motor) so aus, dass sich ein Möglichst geringer Luftspalt einstellt. Das besondere bei der Auslegung und Konstruktion dieses Motortyps ist, dass bei Bestromung einer Phase eine Winkelstellung gehalten wird. Eine minimale Änderung des Läuferwinkels führt zu einer sehr hohen Änderung des Luftspaltes und damit zu einem steil ansteigenden Moment. Wenn ein äußeres Moment das Haltemoment gerade übersteigt springt der Motor (mindestens) 4 Vollschitte weiter. Bleibt man gerade noch unter diesem Moment sollte man eine Auslenkung von knapp 1 Vollschritten bewirkt haben. Überschreitet man die Position eines Vollschrittes wirkt das moment zwar noch in die richtige Richtung, fällt aber ab. die anderen zwei Vollschritte wirkt das Moment unterstützend dem äußeren Moment. Diese Phasen durchläuft man beim Verlust eines Schrittes auch automatisch. Genau dieses meinte ich, dass für Kurze Zeit eine Moment in falsche Richtung wirkt und zwar bei korrekter Beschltung.

Befindet sich der Motor an der exakten Position eines Schittes im Stillstand. und man bestomt nur die folge Phase. So bewirkt dies Ein Moment von, das Tatsächlich dem Haltemoment entspricht als Antriebsmoment (hab tatsächlich vorher einen kleinen Gedankenfehler gemacht). Allerdings fällt dieses Moment bis zum erreichen des nächsten Schrittes auf Null ab.
Bei einer normalen Ansteuerung erfolgt die Bestromung immer nur mit vollem Strom. Das heißt Der Rotor wird maximal beschleunigt, und nach erreichender neuen Position wieder gebrems bis er sich auf der neuen Position eingependelt hat. Natürlich kann man die Takte nun schnell aufeinander folgen lassen. Wird man allerdings so schnell, dass die Abbremsphase zu Null wird, riskiert man Schlupf (und damit auch wieder kurzzeitige Gegenmomente).

Viertelschrittbetrieb:
Eine Phase wird voll Bestromt und die folge Phase wird gleichzeitig voll bestromt. -> ein halber Schritt wird ausgeführt. das Maximale Haltemoment an dieser Position wird wird durch das Gegeneinanderwirken der Beiden Momente der beiden Momente etwa halbiert (meinet wegen auch nur Faktor sin(pi/4), wobei diese Annahme entgegen der Optimierungsziele dieses Motortyps laufen), gleiches gilt dann auch für das Antriebsmoment. Der Motor läuft Runder, aber auf kosten des Momentes. Die Federsteifigkeit des Antriebs (und damit die Positionssicherheit) wird herabgesetzt.

Mikrosteppverfahren:
Man kann das Spiel natürlich auch weitertreiben, und die Übergänge Zwischen den Vollschritten weiter unterteilen, indem man die Bestromung steuert und man so einen noch weicheren Übergang hinbekommt aber auch hier gilt es geht weiter auf Kosten des Antriebsmomentes und der Steifheit des Antriebs. Im endeffekt mache ich soetwas wie eine blinde (im Gegensatz zu sensorlose) elektronische Komutierung. Die Lage des Läufers wird nicht bestimmt. Man geht davon aus, dass es sich an der Position befindet, an der er sich statisch und unbelastet einfinden würde und bestromt den Folge(mikro)schritt so, dass er für diese Läuferlage optimiert ist. Wenn Man dagegegen einen Echten Rundlauf bei optimalem Moment haben möchte muss man mindestens eine der Unbekannten messen: Entweder die Lage des Läufers (zwischen den Schritten) oder das wirkende Moment. An Hand der Spuleninduktivität könnte man die Läuferposition vielleicht noch beobachten (vgl sensorlose Komutierung) Aber wie schon Eingangs erläutert sind Schrittmotoren darauf ausgelegt einen möglichst steilen Auslenkungs Gegenmoment Verlauf zu haben. Für einen ruhigen Lauf wie auch eine saubere Komutierung ist hingegen ein sinusförmiger Verlauf wünschenswert.
Ein darauf ausgelegter Vielpolmotor wird dann aber eher unter Bezeichnung Direktantrieb zu finden sein.

P.S.: Michael, es gibt einen Unterschied zwischen sachlichen Anmerkungen und persönlichen.

Du hast ein Verständnisproblem.

gehört nicht in die erste Kategorie.
Ich lasse mir allerdings gerne erklären, an welchen Punkten ich im Studium was falsch verstanden habe. Oder Unterstütze Dich gerne dabei meine Anmerkungen richtig zu verstehen, denn ich weiß, dass ich mich häufig sehr verworren ausdrücken und tonnenweise Rechtschreibfehler und Interpunktionsfehler einschreue.

Viele Grüße
LoD