Schrittmotor Spiel Backlash

[AGK]

Bei einer Schrittweite von 1.8 Grad und 1mm Bewegungsstrecke des Zielobjektes, pro 1 Umdrehung = 0,005mm pro Schritt - z.B.

Das verstehe ich jetzt nicht?

Wenn Du eine entsprechend hohe Genauigkeit benötigst, kannst Du einen Schrittmotor mit einem Getriebe versehen - auch einem Schneckengetriebe.

Finde ich nicht. Zahnrad-Getriebe haben ja bekanntlich schon ohne Krafteinwirkung, allein durch die Drehrichtungsänderung einen Fehler, Spiel, oder Backlash genannt. Das beste was ich gefunden habe sind 0,166°, bei einem Schneckengetriebe. Wenn z.B der Abstand vom Drehpunkt zum Bearbeitungspunkt 35cm beträgt habe ich da ein Spiel von 1mm. Da ist das Spiel des Schrittmotors um die Hälfte kleiner, aber immer noch beachtlich.

Hat da jemand Erfahrung mit so großen Abständen, wirkt sich das in der Praxis tatsächlich so aus, oder ist das eher theoretisch?

[Manf]

Man wird zur Vermeidung des Spiels am besten verspannte Zahnräder einsetzen wie beim Drehkondensator mit Übersetzung.


Die Technik wird auch in CD Laufwerken beim Schlittenantrieb für die Kopfpositionierung mit Zahnstange eingesetzt.

[Moppi]

Das verstehe ich jetzt nicht?

Ein Schrittmotor treibt ja irgendwas an. zum Beispiel eine Spindel, auf der ein Gewinde drauf ist. Wenn auf dieser Spindel ein Schlitten sitzt, der sich nun bei einer Umdrehung des Schrittmotors um 1mm bewegt, dann ist die Genauigkeit hier bei 1mm geteilt durch das Ergebnis von 360° geteilt durch 1.8°. Also 0.005mm.

Finde ich nicht. Zahnrad-Getriebe haben ja bekanntlich schon ohne Krafteinwirkung, allein durch die Drehrichtungsänderung einen Fehler, Spiel, oder Backlash genannt.

Du kannst eine Schnecke aufsetzen und damit dein Zielobjekt bewegen oder eben eine Gewindestange, wie beim 3D-Drucker. Wenn Du die Umdrehung des Motors über ein Getriebe so übersetzt, dass am Ende pro 100 Motordrehungen 1 Drehung an der letzten Achse rauskommt, dann hast Du zwar ein Getriebespiel, aber die Auflösung über den Schrittmotor wäre 100 mal größer. Wenn Du jetzt einen Schritt verlierst, so ist der Verlust bei 1.8° geteilt durch 100 = 0.018°. Das sind 20.000 Steps pro Umdrehung an der letzten Achse im Getriebe (um mal dabei zu bleiben). Das man dafür hochpräzise Getriebe benötigt, aus besonderen Materialien oder mit einem besonderen Aufbau, das sollte irgendwie, irgendwo, irgendwann (Nena) klar sein.

Aber vielleicht muss auch mal gegengefragt werden:

Warum interessiert die Abweichung in der Bewegung eines Steppermotors (Genauigkeit), bis es zu einem Schrittverlust kommt?

Ein Schrittmotor wird bei optimaler Kraftentfaltung der Magnetfelder in den Spulen am genauesten arbeiten. Dazu muss auch die Frequenz passen, mit der die Spulen mit Strom beaufschlagt werden. Sonst bewegt sich der Motor z.B. nicht. Ein Schrittmotor solle optimal betrieben werden, damit es nicht zu Schrittverlusten kommt.

@Manf, gegeneinander verspannte Zahnräder sind eine gute Idee!


Nachtrag:

Schrittverlust tritt auf, wenn die Magnetfelder in den Spulen des Motors in ihrer Kraft nicht ausreichen, die nächste Position zu erreichen. Weil zum Beispiel zu wenig Strom fließt oder der Widerstand, gegen den der Motor arbeiten soll, zu groß ist. Der Motor hat Drehmomente, die spezifiziert sind, bei einer bestimmten elektr. Leistung. Er tut dann jeden Schritt, ohne auch nur Einen zu verlieren. Alles andere sehe ich als Betrieb außerhalb der Spezifikation des Bauteils. In etwa so, wie wenn ich einen 0.25W-Widerstand mit 5W betreibe. Und dann die Frage stelle, wie groß die Genauigkeit des Widerstandes ist, bis er durchbrennt.


MfG

[AGK]

Es interessiert mich, weil ich den Bau einer CNC Fräse plane. Man kann ja z.B. lesen, dass es beim Fräsen von Alu auf Genauigkeit im My-Bereich ankommt, da es ansonsten zu optisch wahrnehmbaren Fehler in der Oberfläche kommt - bei Holz dürfte das wohl nicht relevant sein. Ich hatte oben das Bsp. mit dem 1mm, dieses Spiel ist aber auch bei Holz beachtlich. Wenn auf dem Tisch eine Drehachse ist mit einem größeren Objekt, oder wenn die Frässpindel an einer Drehachse arbeitet, habe ich leicht die oben angenommenen 35cm, das ist also kein exotisches Bsp. Bei 35cm benötigt man zudem ein ordentliches Drehmoment. Als Faustregel kann man sagen, mit jedem Übersetzungsbauteil erhöht sich konstruktiv bedingt das Spiel des Getriebes, weniger vlt bei Kettengetrieben o.ä. Interessant ist der Ansatz mit den verspannten Zahnrädern, wobei bei Fräsen höhere Kräfte wirken, entsprechende Federn wollen erstmal verbaut sein. Jedenfalls kam ich zu dem sicher nicht verkehrten Schluss, je weniger mech. Elemente desto genauer. Neben der Statik bleibt dann logischerweise nur noch die restliche Mechanik, speziell die des Schrittmotors zu betrachten. Dazu liest man nur über Schrittverluste. Schrittverluste begegnet man mit ausreichender Leistung, abgehakt. Bleiben die beiden anfänglich von mir formulierten Fragen. Die 5% Toleranz ist mir in Datenblättern auch aufgefallen, sie könnte sich aber lediglich auf Fertigungstoleranzen beziehen, nicht auf die Verdrehung des Rotors durch von außen wirkendes Drehmoment. Wenn diese Verdrehung im wesentlichen sprunghaft auftritt, kurz bevor das von außen wirkende Drehmoment das Haltemoment übersteigt kann man dies jedenfalls ignorieren, wenn nicht kann man überlegen, ist,z.B., ein Motor mit doppeltem Haltemoment machbar, der dann die Auslenkung halbieren würde. Es kommt hier sicher auf die praktischen Erfahrungen an, nach denen ich schon gefragt habe. Letztlich und am einfachsten wird man einem solchen Problem auch mit entsprechendem g-code und Schlichtfräsarbeiten begegnen können.

Die Frage, ob sich diese Auslenkung eher linear oder eher sprunghaft, oder wie auch immer verhält ist weiterhin offen.

bzw.

Der Verlauf des Richtmoments über der Abweichung ist in erster Näherung sinusförmig und damit im Bereich kleiner Abweichungen linear.

Das bitte erläutern, so verstehe ich das leider nicht.

Ein Schrittverlust tritt in ganzen Schritten auf nicht in Mikroschritten.

(Das verstehe ich, aber) Warum muss das so sein? Quellen?

[Moppi]

Es interessiert mich, weil ich den Bau einer CNC Fräse plane. Man kann ja z.B. lesen, dass es beim Fräsen von Alu auf Genauigkeit im My-Bereich ankommt, da es ansonsten zu optisch wahrnehmbaren Fehler in der Oberfläche kommt

Dann muss der Motor optimal betrieben werden, dass er die Drehmomente erreicht. Der Rest liegt an der Mechanik. An den Motor wird ja sicher noch eine Gewindestange angeflanscht? Ist beim 3D-Drucker ja auch so. Je kleiner die Steigung des Gewindes, desto feiner das Ergebnis und um so weniger die ertastbaren oder sichtbaren Fehler.

Der Rotor wird festgehalten, durch das Magnetfeld der Spulen im Motor. Ist das nicht der Fall, ist die Kraft des Motors zu gering. Dann muss ein stärkerer Motor dran.

(https://www.homeconstructor.net/de/e...raese-mechanik)

MfG

[Manf]

https://de.wikipedia.org/wiki/Direktionsmoment

Das Direktionsmoment D {\displaystyle D} Bild hier  , auch Winkelrichtgröße oder Richtmoment, ist bei einer mechanischen Torsion die Proportionalitätskonstante zwischen dem anliegenden Drehmoment M → {\displaystyle {\vec {M}}} Bild hier   und dem Drehwinkel φ → {\displaystyle {\vec {\varphi }}} Bild hier  :

Das ist zunächst die Aussage: Das Richtmoment, also das Moment das bei der Verdrehung um einen Winkel auftritt ist im Bereich kleiner Winkel proportional zum Winkel. Für größere Winkel ist es etwa sinusförmig mit einem maximalen Moment das dem Haltemoment entspricht.

Wenn auf dem Tisch eine Drehachse ist mit einem größeren Objekt, oder wenn die Frässpindel an einer Drehachse arbeitet, habe ich leicht die oben angenommenen 35cm, das ist also kein exotisches Bsp. Bei 35cm benötigt man zudem ein ordentliches Drehmoment.

Allein mit dem Haltemoment eines Schrittmotors ein Metall-Objekt mit 35cm radius bei der Bearbeitung zu fixieren ist mit üblichen Schrittmotoren eher weniger praktisch. Es gibt entsprechend Spindeln und Schnecken die bei Bedarf auch spielfrei oder spielarm gemacht werden können, die verspannten Zahnräder sind sicher auch eine Lösung dafür.

[Moppi]

Also sollte er unter NEMA23 vermutlich gar nicht anfangen. Dazu passt ein TB6560.

[AGK]

https://de.wikipedia.org/wiki/Direktionsmoment


Das ist zunächst die Aussage: Das Richtmoment, also das Moment das bei der Verdrehung um einen Winkel auftritt ist im Bereich kleiner Winkel proportional zum Winkel. Für größere Winkel ist es etwa sinusförmig mit einem maximalen Moment das dem Haltemoment entspricht.

Und das geht naturwissenschaftlich, dass eine elektromagnetische Fragestellung mit einem Gesetz der Mechanik erklärt wird?
Naja, eventuell schafft man es mit einem Umweg über die Weltformel.


Bitte mal Beispiele für solche Spindeln und Schnecken.

Ich dachte eher an sowas hier, 2 Stück davon:
https://www.ebay.de/itm/DE-Free-ACT-...8AAOSwmLlYBHJn



oder an so ein Schneckengetriebe, angeblich nur 1/6° Spiel:
https://www.ebay.de/itm/223219744849?ul_noapp=true

[HaWe]

Und das geht naturwissenschaftlich, dass eine elektromagnetische Fragestellung mit einem Gesetz der Mechanik erklärt wird?
Naja, eventuell schafft man es mit einem Umweg über die Weltformel.

hahaha, der war gut

[Moppi]

Und das geht naturwissenschaftlich, dass eine elektromagnetische Fragestellung mit einem Gesetz der Mechanik erklärt wird?

Wenn das stimmt, was Manf schreibt, käme es dem, was Du wissen wolltest, doch am nächsten? - Moment das bei der Verdrehung um einen Winkel auftritt
Dann hättest Du auf etwa der Hälfte der Strecke, bei einem größeren Stellwinkel, die geringste Haltekraft und der Motor würde spätestens dort oder kurz vorher auf den Anfang des Schrittes zurückfallen oder bis zu der Stelle, wo die Haltekraft wieder ausreicht.
Im Übrigen hängt die mechanische Veränderlichkeit doch mit dem elektrischen Kram zusammen.