xter-Ansatz für Rasenmäher mit interessanten Messdaten und Fragen!

[stepbystep]

Hallo,
bzgl. Rasenmäherroboter hatte ich viel Euphorie, bin aber dann eingebremst worden durch diverse Beiträge hier. Trotzdem will ich einige Zeit investieren mit der Einstellung ich schaff das bestimmt einfacher obwohl ich wohl am wenigsten Ahnung von allen habe nach dem Prinzip "die Amerikaner haben für 1 Million einen Kugelschreiber für den Weltraum entwickelt - die Russen schreiben dort mit einem Bleistift".
Angefangen habe ich heute mit Messungen im Garten (ich hoffe, die Daten in kg anstatt Newton sind von allgemeinem Interesse obwohl es ja auch rechnerische Ermittlungen zu Motordaten hier im Forum gibt). Ich habe übrigens zwei Rasenebenen die durch eine kurze 18%ige Steigung miteinander verbunden sind.

Testfahrzeug vierrädriger Handwagen und Messungen mit digitaler Zugwage:
sehr holpriger Rasengrund mit vielen Vertiefungen
Gewicht Handwagen 18,6kg
Räder kugelgelagert
Raddurchmesser 25cm
Radbreite 8cm.
luftbereift und hart aufgepumpt

ebene Wiese
Zugkraft für langsames rollen: 3kg, anfahren 4kg

Wiese mit 20 Grad Steigung
Zugkraft für langsames rollen 6kg, anfahren 7kg, halten ohne rückrollen 4kg

Hofpflaster mit breiten Rillen
Zugkraft für langsames rollen 0,4kg, anfahren wenn 3 Räder in Fuge stehen 1,2kg, Anfahren mit einer Walnuss unter einem Rad 3kg

Jetzt meine Fragen
Mein Rasenmäherroboter sollte max. 10 kg wiegen und ich hätte in Bezug auf die o.g. Angaben folgende Anfängerfragen:
a)Reichen meine 2 Stück Nema23 als Antriebe für die Hinterräder? Wenn nein, was müsste ich einkaufen? Was wäre mit einem KFZ-Fensterhebermotor?
b)Kann ich die Motoren direkt mit den Hinterrädern verbinden oder benötige ich ein Getriebe (Antrieb der Räder über Zahnriemen)? Warum? Bekomme ich die Drehzahl des Schrittmotors nicht so weit runter und benötige deshalb eine Untersetzung?

Das Thema Batterie möchte ich dann behandeln wenn ich die Motorerfordernisse bzgl. dem Fahrzeuggewicht kenne.

Vielen Dank im voraus

[i_make_it]

Die Kg von Federwagen kann man überschlägig mal 10 nehmen, dann bekommt man etwas zu hohe Newton Werte.
Bei 3D-Druckern und anderm Kleinzeug, gebe ich zwar meist die Stepper auch nur als Nema 17 an, aber eigentlich ist Nema 23 nur für das Flanschmaß.
Da Nema 23 gerne bei selbstbau CNC verwendet werden, weis ich halt das sich da von unter 1Nm bis über 4,5Nm einiges tummelt.
Soll heißen, mit der Angabe Nema 23 für deine konkreten Motoren kann man die Frage so noch nicht beantworten.
Selbst mit den Motordaten fehlt dann noch die Angabe mit welcher Spannung du die Stepper betreiben willst.
Und da kommen dann schnell Batterien/Akkus ins Spiel und deren Gewicht. Was das Fahrzeuggewicht ganz erheblich beeinflussen kann.
Zahnriemen sind elastisch und dämpfen so ein wenig, sind also nicht verkehrt. Außerdem kann man so noch untersetzen was das Drehmoment erhöht.
Betrachte Dir mal die Datenblätter zu deinen Motoren und schau Dir da mal die Drehzahl Drehmoment Kennlinie an.
Bsp.: http://www.igus.de/wpck/8014/drylin_NEMA23XL?C=DE&L=de
Du wirst feststellen, das Du bei Steppern bei den unteren Drehzahlen sogar das höchste Drehmoment bekommst.
Und einem Stepper kann man auch wenn es denn sein muß einen Step pro Minute machen lassen.
Allerdings kommt dann das Haltemoment und wenn man das haben will muß man den selben Draht halt länger bestromen wie bei einer höheren Drehzahl.
Irgendwann hat man dann eine Heizung.
Untersetzung ist also auch da nicht ganz verkehrt.

[stepbystep]

Es handelt sich um einen ST5918M1008 mit 1,24Nm . Wenn ich richtig rechne benötige ich dann im Extremfall beim Anfahren am Berg (7kg, 70Nm) eine Anzugskraft von 5,6N (70Nm dividiert durch Radradius oder Keilriemenscheibe) und bei 10kg Fahrzeuggewicht dann ca. 2,8N oder 35Nm und pro Motor dann 17,5Nm oder 1,4N Anzugskraft? Wäre das korrekt?
Der Motor soll übrigens mit 12V laufen.

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Habe soeben mal schnell ein Bund Bananen mit 1,2 kg an der Spindel des Schrittmotor hochgezogen (Arduino Motorshield mit L298P an Trafo 12V 500mA). Das wären dann so mal auf die schnelle schon einmal 12 Nm.
Irgendetwas stimmt nicht an der Rechnung.

[RoboHolIC]

1,2 kg Masse erbringen im Gravitationsfeld der Erdoberfäche etwa 12N an Gewichtskraft.
Dass dein Schrittmotor eine Spindel mit 2m Durchmesser (Radius = 1m = Hebelarm) hat bzw. antreibe, glaube ich allerdings nicht.
Vielleicht hat der Motor die Bananen um 1m angehoben. Dann hat er 12N * 1m = 12 Joule an Hubarbeit geleistet.

[Klebwax]

Es handelt sich um einen ST5918M1008 mit 1,24Nm . Wenn ich richtig rechne benötige ich dann im Extremfall beim Anfahren am Berg (7kg, 70Nm) eine Anzugskraft von 5,6N (70Nm dividiert durch Radradius oder Keilriemenscheibe) und bei 10kg Fahrzeuggewicht dann ca. 2,8N oder 35Nm und pro Motor dann 17,5Nm oder 1,4N Anzugskraft? Wäre das korrekt?
Der Motor soll übrigens mit 12V laufen.

Erschwerend kommt noch hinzu, daß du mit deiner Messung nicht eine etwaige "Kraftspitze" ganz am Anfang, z.B. durch die Haftreibung oder kleinere Hindernisse erfassen kannst. Wenn dabei dann der Schrittmotor schon bei den ersten Schritten nicht folgen kann, kommt er komplett aus dem Tritt und läuft gar nicht mehr. Schrittmotore sind die denkbar schlechteste Wahl, wenn es um Antriebsmotore geht.

Mach doch mal einen Test: lassen einen Schrittmotor mit fester Drehzahl laufen. Dann brems ihn mal einfach mit den Finger (zur Not mit einem Handschuh) ab. Eine Weile geht das gut. Bremst man stärker, gerät der Motor aus dem Tritt und ruckelt nur noch. In diesem Zustand, bei der selben Bremsbelastung, läuft er gar nicht los. So kannst du ein Gefühl dafür entwickeln, was man einem Schrittmotor so abverlangen kann. Im Gegensatz dazu kannst du das gleiche mit einem Getriebemotor, z.B. einem Akkuschrauber, machen. Den kannst du zwar abbremsen, läßt die Last aber nach dreht weiter.

MfG Klebwax

[Unregistriert]

Vielen Dank für die Antworten. Jetzt wollte ich wissen (entschuldigt bitte die unpassende Einheit kg) was Sache ist und habe eine Schnur um die Achse des Schrittmotors gewickelt und am anderen Ende meine "digitale Kofferwaage" angehängt. Bei 9kg habe ich dann aufgehört da mir der Versuchsaufbau zu labil war und mir vorab schon eine Schnur gerissen ist. Der Motor ist bis zu diesem Punkt nicht aus dem Tritt gekommen. Den Trafo hatte ich inzwischen durch ein 1,5A - Modell ausgetauscht. D.h. dieser Motor hätte alleine schon den 18,5kg schweren Waagen den Hang hochgezogen. Wie oben ermittelt hatte ich mit 7kg ziehen müssen um den Wagen am Hang anzufahren (ungemähter Rasen, holpriger Untergrund, schlechtester Messwert einer größeren Messreihe). Auf ebener Rasenfläche und 10kg Fahrzeuggewicht dürfte pro Motor eine Zugleistung von 1-2 kg reichen. Was sagt ihr zu der Rechnung

[RoboHolIC]

Dein Versuchsaufbau ist nur indirekt aussagekräftig. Der Motor hat 9kg ~ 90N Zugkraft an einem Hebelarm von (halber Wellendurchmesser + halbe Seilstärke) aufgebracht. Das sagt zunächst nichts über die 18,5 kg deines Wagens aus. Da muss noch die Gesamtumtersetzung und der Raddurchmesser eingerechnet werden. Motor- und Raddrehmoment verhalten sich (rein theoretisch, ohne Reibung) reziprok zum Verhältnis ihrer Drehzahlen.
Du kannst mit JEDEM Motor JEDEN beliebigen Körper eine Schräge hochziehen. Du musst ihn nur genügend stark untersetzen - und ggf. sehr viel Geduld haben.

[Unregistriert]

also nach kurzer hoher Belastung (8kg) und dann längerer Belastung (30s) mit 3-4kg kommt er dann aus dem Tritt. Also doch zu schwach! Dann werde ich auf einen anderen Motortyp gehen müssen - soll ich einen Getriebemotor nehmen? Wie ist es mit einem Fensterhebermotor aus dem Auto? In Youtube ist ein Mäher mit diesem Motor im Einsatz zu sehen. Was meint ihr?

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also nach kurzer hoher Belastung (8kg) und dann längerer Belastung (30s) mit 3-4kg kommt er dann aus dem Tritt. Also doch zu schwach! Dann werde ich auf einen anderen Motortyp gehen müssen - soll ich einen Getriebemotor nehmen? Wie ist es mit einem Fensterhebermotor aus dem Auto? In Youtube ist ein Mäher mit diesem Motor im Einsatz zu sehen. Was meint ihr?

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ja, ich sehe es ein, ich sollte die ganze Sache erst einmal genau durchrechnen und mich mit den Formeln erst einmal auseinander setzen.

[stepbystep]

Übrigens sorry für doppelte Einträge und für zwischenzeitlich den falschen Benutzer. Bin noch neu hier und muss mich erst noch orientieren.

[i_make_it]

Fensterheber Motor kann funktionieren, muß aber nicht.
Der Hersteller eines Fensterhebers kalkuliert die Lebensdauer seines Motor ja nicht mit Dauerbetrieb.
Kaum jemand lässt seine Fenster ständig hoch und Runter.
Mann kann also so einen Motor der nur periodisch, kurzzeitig in Betrieb ist mit höheren Motordaten verkaufen, da er ja immer genug Zeit zum Abkühlen hat.
Der Bastler der dann diese Daten für Dauerbetrieb nimmt, sieht das SOS dann irgendwann als Rauchzeichen.

Hat man die Motoren da, kommt man halt auf die Idee die auch für irgendwas nutzen zu wollen.
Oder jemand hat mit genau diesem Mototyp aus dem Automodell XY vom Hersteller AB und dem Baujahr 19hundertschießmichtot was erfolgreich gebaut.
Dann wird ein Nachbau genau damit wohl auch gehen.
Aber eine pauschale Aussage kann man damit nicht machen.
Bei Akkuschraubermotoren ginge das schon eher.

Wenn Du keine High torque Motoren nehmen willst, solltest Du auf jeden Fall Getriebemotoren nehmen oder selbst Getriebe für die Motoren bauen.
DC Motoren (Gleichstrom mit Bürsten) sind bei Battereribetrieb üblich.
Zunehmend auch BLDC (Gleichstrom ohne Bürsten), da diese mittlerweile auch verglichen zu früher günstig zu bekommen sind.