Hilfe zu Einsatz Zauber-Büchse mit Schrittmotor

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Freunde

 

Beim Suchen von Informationen für einen Schiffsmodellbauer im spanischen Forum bin ich auf das "Zauber-Büchsen-Schema" von Klaus Prystaz im Forum igminisail.de gestoßen. Bei der Überlegung, ob ich mit dieser Methode bei meinem Segelboot, der Carina, die Lösung gemäß Plan, mehrfach geschorener Schotblock, realisieren könnte, bin ich darauf gekommen, dass, sollte die Zauberbüchse wirklich funktionieren, ich diese aufs drastischste vereinfacht einsetzen könnte. Der Grund ist, dass ich statt einer Winde, einen Schrittmotor mit entsprechendem Selbstbauregler als Winde einsetze!

 

Zauberbüchsenschema

 

 

Da ich keine schriftliche Genehmigung habe das schema der Zauberbüchse aus dem Beitrag hier zu veröffentlichen muss ich diesen Weg wählen und bitte dort nachzusehen, damit mein Beitrag zu verstehen ist! Sollte eine Veröffentlichung hier zulässig sein, bitte sofort den Hinweis geben, damit das Schema hier angezeigt wird. Danke.

 

In der Lösung von Klaus wird über die "klassische" Endlosschot klassisch eine Schot gefahren, aber diese dazu verwendet zwei auf einer Achse befestigte Trommeln zu drehen. Durch das Verhältnis der Umfänge der beiden Trommeln erreicht er eine Vervielfältigung des Schotweges. Das "wuseln" der Schot vermeidet er durch das Unterbringen der Trommeln in einer geschlossenen Plexiglasbox und, so glaube ich, weil die Trommeln in der Box kugelgelagert frei drehen können, was sich beim Fieren auswirkt.

 

Bei meiner Lösung würde alles entfallen, bis auf die Plexiglasbox mit nur einer Trommel mit passendem Durchmesser. Der Grund. Ich würde die Trommel direkt vom Schrittmotor betätigen. Der Schrittmotor fährt zwischen 2 Endstellungen und fährt dabei die Position an, die der Impulslänge vom Empfänger entspricht. Bei der Digitalisierung habe ich z.B. 800 Schritte über den Vollausschlag des Steuerknüppels, die ich verwende um die Position zu ermitteln die der Schrittmotor anfahren soll.

 

Meine Sorge und daher meine Frage hier im Forum, was ist beim Fieren? Hier besteht der Hauptunterschied zur Lösung vom Klaus! Beim Klaus wickelt das Segel durch seinen Zug die Schot von der freilaufenden Trommel und wickelt dabei auf der 2. Trommel die Schot zur Endlosschot auf, bis diese Bewegung durch die Endlosschot begrenzt wird! Dieser Teil funktioniert so nicht in meiner Lösung. Hier würde der Schrittmotor die Schot abwickeln, egal ob das Segel zieht oder nicht und so die Schot in der Plexiglasbox anhäufen, wuseln vermutlich die Folge!

 

Hat jemand eine Idee wie das zu überwinden ist? Denkbar sind mechanische und/oder elektronische Ansätze. Habe ich Denkfehler drin?

[Guest Welle]

Der Sinn und Zweck der Zauberbüchse ist es ja eben, den Schotweg mittels herkömmlicher Segelwinden zu verlängern, deren Wickelweg eingeschränkt ist.

 

Wenn du einen eigene Antriebsmotor verwendest, warum dann die Zauberbüchse, dann Bau den Motor so, das dir der komplett benötigte Schotweg zu Verfügung steht. Das ist für die die einfachere Lösung.

 

Ein großer Vorteil der Zauberbüchse ist zu dem, dass nur dann Schot abgewickelt wird, der das Segel dieses benötigt, sozusagen, also wenn der Wind das Segel nach außen drückt, so kann sich unter Deck nichts verwursteln. Es macht also keinen Sinn, den Motor an der Trommel zu befestigen.

 

Ich denke einfach, du hast das System noch nicht in echt gesehen. Das System ist, so wie es ist perfekt. Man kann daran kaum etwas "verschlimmbessern".

 

Es gibt noch eine Variante mit einem Segelverstellservo, gerade beschrieben in der aktuellen Schiffsmodel 6/2010

 

Bleiben für dich eigentlich nur zwei Alternativen: Entweder du übernimmst es, dann brauchst du dir keine Gedanken machen, oder du baust deine eigene Konstruktion, und zahlst ggf. viel Lehrgeld bis es fehlerfrei funktioniert.

 

P.S.: Hier noch einmal der Link zu diesem Superteil, klick

Edited May 30, 2010 by Welle

[Guest fraesmax]

Servus Hellmut!

 

Ich hab vom Modellsegeln soviel Ahnung wie die Kuh vom Weitsprung.

Aber eine Lösung für den "Schlaffen" Schot hätte ich schon:

 

Einen Schlaffseilschalter in Form eines Mikroschalter.

Wenn der Schot straff ist wird der Schalter beätigt und der Motor kann drehen. (Natürlich nur beim Fieren)

 

Natürlich auch als HiTec extrakompliziert und "schau mal was ich da geiles habe" Sonderlösung mit Gabellichtschranke.

 

Hast du schon eine Steuerung für den Schrittmotor?

[JL]

Hallo Hellmut,

 

zu den Details dieser "Zauberbüchsenlösung" kann ich Dir leider nicht weiterhelfen, aber ich denke, Du hast da einen kleinen "Knoten" in Deinen Überlegungen. Wenn Du ohnehin alles neu baust, brauchst Du keine Verlängerung eines vorhandenen Schotweges per Übersetzung. Du könntest die angedachte Schrittauflösung einfach auf einen größeren Wege verteilen. Die Genauigkeit im Vergleich zur Übersetzungslösung bleibt gleich.

[Fabian F.]

Hallo Hellmut und alle anderen:

 

Was ist der Sinn, eine Endlosschot in einem Boot einzusetzen, anstatt alle Schoten dirket auf eine Trommel zu wickeln? Diese Frage sollte sich jeder Segler schon mal gestellt haben..

Im Prinzip geht es darum, genau solche Wulings zu vermeiden! Auf einer Rolle kann ein Wuling sehr schnell zum Versagen des Antriebs führen.

Deswegen wird eine Endlosschot eingesetzt, weil dort auf der Antriebsschot kein Wuling entstehen kann. Dass alle anderen Schoten komplett frei und möglichst ohne Haken oder ähnliches in Ihrem Weg laufen sollten versteht sich von selbst.

 

Nun, wie ist das abwickeln bei der Zauberbüchse gelöst? Genial Einfach, wenn man sich das pdf von Welle noch mal anschuat: Dort gibt es einen "Mitnehmer" und einen "Traveller". Der Mitnehmer wird von der Endlosschot angesteuert und nimmt in eine Richtung (in dem Fall "dicht holen") den "traveller" mit. In die andere Bewegungsrichtung nicht. Die Schot zum Baum bleibt gespannt und kann vom Winddruck (oder bei Schwachwind vom nicht vorhandenen Winddruck) herausgezogen werden.

aus dem pdf: An diesem Traveller ist die Segelschot angeschlagen und dieser ist so

platziert, dass das Segelschot nur in das Schiffsinnere gezogen werden kann. Läuft der Mitnehmer

mit der Umlaufschot in die andere Richtung, bleibt der Traveller auf der Führungsstange stehen,

das Segelschot bleibt gestreckt und bildet keine Schlaufen oder kann sich irgendwie verwickeln.

Wirkt nun der Winddruck auf das Segel wird das Schot durch diesen aus dem Schiff gezogen und

der Traveller bewegt sich dadurch wieder bis zu unserem Mitnehmer. Auf das Segelschot wirken

so immer nur Kräfte die es in gestrecktem Zustand halten, so dass eine Wuhling hierbei

ausgeschlossen wird.

 

Und genau aus diesem Prinzip wird das, was Du vorhast, Hellmut, in meinen Augen nicht funktionieren. Du wirst immer einen Wuling erzeugen.

 

Natürlich gibt es wahrscheinlich Möglichkeiten die Kraft, welche auf dei Schot wirkt, zu messen. Aber wie ist die Frage? Elektrisch über den Strom, den der Motor zum halten der Schot benötigt wäre eine Möglichkeit.

Mechanisch über einen Mikroschalter? Versuche mal mit einer lose durchhängenden Schot (in Modellgröße) einen Schalter zu betätigen..

 

Das Prinip Endlosschot ist schon weit durchdacht. Das Prinzip der "Zauberbüchse" ist eine geniale Ergänzung um vorbildgerechte Schotführung zu realisieren, meiner Meinung nach sehr gut ausgereift.

 

Eine Möglichkeit würde mir noch einfallen, alles anders zu machen:

Und zwar das Seil lose in einem Auffangbehälter auffangen und die Schot per zwei aufeinander stehenden Scheiben anzutreiben. Allerdings ist dann die Frage, wie viel (ausreichend?) Reibung diese erzeugen um auch stärkeren Böen Stand zu halten..

 

 

Viele Grüße,

Fabian

[Hellmut Kohlsdorf]

Whow! Viele und wertvolle Antworten! Im Einzelnen:

 

@Alex: Deine Gedanken folgen strikt dem Prinzip des "never change a winning team"! Das PDF auf welches du verweist ist aber spitze, es ergänzt die kurze Beschreibung auf der Seite der igminisail.de in wertvollster Art.

 

Es ist aber zulässig die Funktion der Elemente des Systems zu überdenken und die Auswirkung, wenn man eine "etwas andere Winde" einsetzt. Ich habe mich daher bemüht die Details anzusprechen, die von der PDF-Datei, auf welche du verweist, wertvoll ergänzt werden. Die Herausforderung liegt darin die "Funktion" der freilaufenden Trommeln zu erhalten.

 

Dein 2. Satz spricht ja genau meine Frage an, ohne leider einen Hinweis zu enthalten. Die Analyse hat ja gezeigt, das ich statt dem Zauberbüchsenschema direkt eine Trommel verwenden will. Das Problem bleibt aber in der Funktion der freilaufenden Trommel und der Begrenzung auf Zug durch die Schot in der kleineren Trommel und der Endlosschot!

 

@fraesmax: Dein Vorschlag des Schlafseilschalters durch Mikroschalter ist angekommen. Mein Lösungsansatz dafür ist das "elektronische Gummi", wo ein kleiner Elektromotor mit einer Sensorik, Strom proportional Drehmoment, für einen konstanten und sehr feinfühligen Mechanismus zum Strammhalten der Schot führt. Hier ist das Problem wie das genau gelöst werden sollte.

Ja, ich habe eine Steuerung für den Schrittmotor auf der Basis einen mega8 controllers und der klassischen L297/L298 Lösung, versuche allerdings mir ein Muster eines ganz neuen Bausteins von Trinamic zu besorgen, der den Leistungsbedarf des Schrittmotors auf Sparsamkeit steuert.

 

@Jürgen: Das Problem und die wirklich geniale Lösung der Zauberbüchse, liegt in der Funktion der beiden leichtgängigen Trommeln mit minimaler Schwungmasse und der variablen Benutzer gesteuerten Begrenzung beim Fieren durch die Endlosschot. Meine Frage geht eben auch in die Richtung die Funktion dieser beiden Elemente anders zu lösen. Dabei soll die "Intelligenz" in der Schrittmotorsteuerung dieses replizieren. Die Positionsinfo hat der Schrittmotor durch seine Funktionsweise, die Schritt- oder Mikoschritt-Drehweise. Was fehlt ist die "Replizierung" der freilaufenden Trommeln und die Begrenzung beim Fieren durch die Endlosschot-Mechanik!

 

@Fabian: Dein wertvoller Beitrag hat sich mit meiner Antwort gekreuzt, weshalb ich das jetzt ergänze. Deine Antwort zeigt mir, dass du meine Fragestellung genau verstanden hast. So habe ich es zumindest bei dir geschafft! Meine gegenwärtigen Überlegung gehen dahin, einen kleinen DC Motor zu verwenden, der den "Zug" erfassen soll. Ein Zug auf der Schot wirkt als Drehmoment auf diesen DC-Motor, was unmittelbar und proportional zur Stärke des Zugs den Strombedarf des Motors erhöht. Jetzt soll ein optischer Geber, ein optischer Sensor der an einer kleinen Scheibe mit Markierungen befestigt ist, erfassen um wieviel der Zug die Schot zieht und dabei den Schrittmotor so drehen, das er genau die geforderte Schotlänge abgibt. Da die Elektronik hier im uS-Bereich die Daten erfasst, und der Schrittmotor im mS-Bereich reagiert, sollte ein Regelkreis die Schot managen können. Als Vorlage des optischen Sensors dient der Drehmomentgeber der an den Dunkermotoren montiert ist, 500 Signaltrippels pro Umdrehung. Damit kann ich extrem exakt steuern. Der Vorteil einer solchen Lösung wäre die Möglichkeit beiliebig lange Schotwege sehr kompakt zu realisieren, da der Einbauraum für die Endlosschot entfallen würde.

Edited May 31, 2010 by Hellmut Kohlsdorf

[Fabian F.]

Hallo Hellmut,

 

wenn ich Dich jetzt richtig verstanden habe, dann hast Du folgende Komponenten verbaut:

 

A: Schrittmotor mit Ansteuerung und Wickelscheibe mit "Vorrat" an Schot

 

B: feinfühliger Motor zur Messung der Kräfte auf die Schot, eine Wicklung der Schot auf einer Scheibe

 

C: Schot zum Großbaum

 

Also ich möchte mal folgende Szenarien durchspielen:

1) wenig Wind. Du fährst auf einem Kurs mit Segel dicht geholt und möchtest auffieren. Das Signal geht an den Schrittmotor A und der fängt an abzuwickeln. Es herrscht aber so wenig Wind, dass das Segel nicht selber weiter öffnet -> es entsteht ein Wuling.

Verhinderung des Wuling, in dem der Schrittmotor erst dann den Befehl bekommt abzuwickeln, wenn ein wenig (!) Kraft auf die Schot wirkt. Der Messmotor meldet: Es wirkt eine Kraft auf die Schot, es muss abgewickelt werden.

 

2) wenig Wind. Du fährst auf einem beliebigen Kurs, die Segel sollen nicht veränder werden, aber es kommt ein kleine Böe, ein winziges bisschen mehr Wind.

Der Messmotor meldet: Es wirkt eine Kraft auf die Schot, es muss abgewickelt werden.

 

Ich sehr hier recht viele weitere Probleme auf Dich zukommen:

a) alles sollte recht wenig Reibung haben

b) Der Messmotor muss sehr feinfühlig die Kräfte messen

c) Du musst zwischen Situation 1) und 2) unterscheiden können

d) Alles muss auch noch Starkwind aushalten und funktionieren.

 

Ich denke, es gibt für alles eine Lösung. Ich persönlich glaube aber, dass das Prinzip der Zauberbüchse bzw. der Umlaufschot die praktikabelste ist.

 

Viele Grüße,

Fabian

[Guest Welle]

die wirklich geniale Lösung der Zauberbüchse, liegt in der Funktion der beiden leichtgängigen Trommeln mit minimaler Schwungmasse

 

Das ist, glaub ich, ein Irrtum, hier wird keine Schwungmasse benötigt und die ist auch nicht gewollt, denn eine Schwungmasse würde bedeuten, noch vorhandene kinetische Energie hat zur Folge, das weitere Schur abgerollt wird, was wiederum dazu führen könnte, das sich die "unnütze" Schur irgendwie verhakt. Gerade das soll ja vermieden werden. Es soll nur soviel Schot gegeben werden, wie der Wind das Segel nach außen drückt.

 

Gerade aus diesem Grunde werden auch ganz gern mechanisch "selbstdenkende" Installationen bevorzugt, ohne zusätzliche elektronische Hilfsmittel, u.a. auch die modifizierte Umlaufschot. Auch lose gegeben, wenn Schnur benötigt wird.

 

Die Windenmechanik übernimmt dabei einen sekundäre Platz ein. Sie läuft in diesem Fall getrennt, von der Schotansteuerung, sozusagen autonom.

 

Du gehst das System dann möglicherweise von der falschen Seite an. In diesem Fall musst du aber dein eigenes System entwickeln, in einer Vermischung beider Systeme sehe ich keinen Sinn.

 

Noch eines solltest du bedenken. Die Zauberbüchse und alle anderen Systeme für lange Schotwege haben alle ein gemeinsames Problem: die teile recht lange Auslaufzeit der Schot im Notfall, z.B. einer Böe o.Ä., je länger der Schotweg desto länger dauert es, bis das Segel gefiert ist.

 

Darum ist die geniale Zauberbüchse zwar ganz nett, aber das ist ihre große Schwäche. Viele Scalesegler sind dann wieder dazu übergangen, die Schot eben nicht über mehrere Blöcke zu scheren, sondern direkt über eine Part anzusteuern.

 

Eine Möglichkeit würde mir noch einfallen, alles anders zu machen: Und zwar das Seil lose in einem Auffangbehälter auffangen

 

Auch das würde ich vermeiden wollen, die Gefahr der Eigenverknotung ist zu hoch. Die grundlegende Idee aller bisher bekannter Lösungen, sei es der gute alle Gummizug, Traveller oder Zauberbüchse besteht darin, die Schot möglichst gestreckt zu halten. Denn den obersten Grundsatz benennt Klaus Prystaz: alles was sich irgendwie und irgendwann verhedder, wird sich irgendwie und irgendwann verheddern.

 

Hellmut, ich will dich nicht abhalten von deinen Ideen, aber ich habe nun ca. seit 20 Jahren diverse Segler auf dem Wasser und viel Lehrgeld bezahlt und bin dann letztendlich doch wieder "back to the roots".

 

Wenn du ein neues und vielleicht revgolutionäres Windsystem entwicklest, dann legt primär Wert auf die Wuhling-Vermeidung weniger auf die Windenmechanik, denn die gibt quasi schon für unter 30 Euro nachgesmissen.

Edited May 31, 2010 by Welle

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Freunde

 

Jetzt sind wir auf den richtigen Weg!

 

@Fabian: Deine Gedanken sind fast richtig und glücklicher Weise sind deine Fälle "1" & "2" kein Problem. Es fehlt in deinem Gedankengang der Steuerbefehl des Benutzers der Fernsteuerung.

 

Ausgangslage: Stellung vom Steuerknüppel von der Elektronik im Schiff ausgewertet, Schrittmotor die Position angefahren die der Stellung des Steuerknüppels entspricht. Fallbeispiel:

Steuerknüppelausschlag von Anschlag zu Anschlag entspricht einem Wertebereich von "0" bis "800", wobei "0" bedeutet kürzeste Pulslänge vom Empfänger ausgewertet und "800" längste Impulslänge. Ist der Knüppel in der Mittelstellung, also 50% , so fährt der Schrittmotor in die Position "400". Da der Schrittmotor pro Umdrehung 200 Schritte macht, die Mikroschritte lassen wir der Übersichtlichkeit wegen außer acht, würde der Schrittmotor 400 Schritte von einer Endstellung aus machen, also 2 Umdrehungen. Lustigerweise passen die geplanten Einstellungen so zusammen, aber jedes andere Verhältnis ist nur eine Frage der Umrechnung.

 

Fall 1: Deine Betrachtung ist richtig! Der Regelkreis würde also so wirken, dass der Schrittmotor so lange abwickelt wie:

 

1. Die neue Endstellung gemäß Auswertung der Steuersignale vom Empfänger nicht erreicht ist und

2. der Zug an der Schot noch besteht.

 

Fall2:

 

Deine Betrachtung ist zur Hälfte richtig. Ist der Schrittmotor bereits in der Stellung die er wegen der Auswertung des Empfängers haben soll, so registriert die Elektronik den Zug an der Schot, aber weiss ebenfalls die "Soll-Position" wegen Kommandoauswertung vom Empfänger besteht bereits. Folge, der Schrittmotor rührt sich nicht!

 

Deine Fälle "a" bis "d":

 

"a": Die einzige Reibung der Schot liegt in der Führung dieser von der Trommelbox, identisch Zauberbüchse, aber mit nur einer direkt vom Schrittmotor angetriebenen Trommel, durch die Decksdurchführung. Im Unterschied zur Zauberbüchse ist die Trommel nicht freilaufend, weshalb weder das Problem der Schwungmasse besteht, noch hier eine Reibung zu berücksichtigen ist!

Ergebnis: Eher weniger Reibung als bei der Zauberbüchse, wesentlich reduzierte, vereinfachte Mechanik und Masse der Trommel irrelevant.

 

"b": Ich habe vor langer Zeit mit Torsten einen kleinen Motor, wie man in von den Rennwagen einer Carrerarennbahn kennt, getestet und festgestellt, das schon mit der "normalen" 10 bit Auflösung des ADC im Controller feinste Züge wahrgenommen werden. Hier liegt die Herausfoderung mehr in der absolut robusten und zuverlässigen Implementierung der Sensorik für den Zug an der Schot. Jeder Vorschlag wird dankend angenommen.

 

"c": Mit der Erläuterung oben bereits abgehandelt, oder?

 

"d": Hier stehen zwei Aussagen zur Betrachtung:

 

1. Starkwind:

 

Der Starkwind wirkt als Drehmoment auf die Trommel und durch diese auf den Schrittmotor. Der Schrittmotor wird durch Elektrobremsen im Ruhezustand gehalten, die im stromlosen Zustand die Trommel und den Schrittmotor am Drehen hindern. Starkwind ist also aus der Sicht der Kräfte für die Schaltung unkritisch.

 

Das war ganz wichtig, da ein Schrittmotor im Ruhezustand zwar die größte Haltekraft hat, aber auch den größten Strombedarf. Die Elektronik, und da verpreche ich mir von dem neuen TMC262 coolstep zusätzliche Möglichkeiten zur Reduzierung des Leistungsbedarfes des Schrittmotors, hält den Schrittmotor im stand-by und aktiviert ihn immer nur dann, wenn er sich bewegen soll und löst dann erst die Bremsen für die Dauer der Bewegung.

 

Die gleiche Betrachtung gilt bei Böen, wobei hier die beiden Fälle zu unterscheiden sind. Schrittmotor ruht, oder Schrittmotor fährt gerade eine neue Position an.

 

Bei ruhendem Schrittmotor steht die Konstruktion mechanisch durch die Bremsen fixiert ohne Leistungsbedarf.

Bei fahrendem Schrittmotor stehen die 3Nm des Schrittmotors zum Halten zur Verfügung. Zusätzlich unterstützt die Elektronik im TMC262 coolstep das System mit der eingebauten Vorrichtung zur Vermeidung und Erkennung von Schrittfehlern, so dass die Elektronik beim Eintreten eines Schrittfehlers diesen erfasst, wichtig wegen der Wahrung der Identität von Ist-Position und elektronisch angenommener Position. Da der Trommel-Durchmesser klein gehalten werden kann, hier gelten eigentlich nur zwei Beschränkungen, Geschwindigkeit des Schrittmotors und verfügbares Drehmoment, wird das wirksame Drehmoment kleiner als bei vergleichbaren Lösungen sein.

 

@Alex: Hier fürchte ich, habe ich es nicht geschafft mich dir gegenüber verständlich zu machen! Bei der Zauberbüchse ist, da die Trommeln freilaufend sind, das Thema der Masse der Trommel kritisch. Bei meiner in der Studienphase befindlichen Lösung gibt es keine freilaufenden Trommeln, weswegen dort das Thema keines ist.

 

Bei der Sensorik geht meine Vorstellung dahin die Schot an einer geschützten Stelle geziehlt aus der Geraden abzulenken und diese Ablenkung über eine kurze Schot auf eine Trommel an einem kleinen DC-Motor zuführen. Kommt jetzt ein Zug auf die Schot zum Segel, so wird die "Ablenkungsschot" gezogen und erzeugt ein Drehmoment auf einen kleinen E-Motor. Dieses Drehmoment verursacht eine Änderung beim Stromverbrauch, was die Spannung über einen Shunt-Widerstand verändert und dieses wird durch die Elektronik erkannt. Die Elektronik kennt auch das Maß der Ablenkungsänderung, weshalb ein Schwellwert definiert werden kann. Dieser Input geht dann in den Regelkreis der auch die Betätigung des Schrittmotors beinhaltet, sowie die Steuerbefehle vom Benutzer über den Empfänger der Fernsteuerung. Die sensorik ist also in der Praxis beliebig justierbar!

 

Zuletzt noch das Thema Geschwindigkeit, welches bei der Zauberbüchse und allen anderen Systemen zur Schotwegverlängerung ein Problem ist, nicht jedoch in meinem Lösungsansatz. Tests mit der vorhandenen Elektronik und einer Spannung von 12V zur Versorgung des Schrittmotors und einem Anlaufen von 0% auf 100% Geschwindigkeit ohne Anlaufverzögerung haben einen zuverlässigen Betrieb von bis zu 500 Schritten pro Sekunde erbracht, was 2,5 Umdrehungen pro sekunde entspricht, also mehr als der halbe Ausschlag des Steuerknüppel, oder 1,8 Sekunden über den vollen Ausschlag! Die Elektronik der Schrittmotoransteuerung wird jedoch den Schrittmotor mit 24V bis 39,6V (Akkuzellen Voll bis Leer) versorgen, was die mögliche Geschwindigkeit und die Vefügbarkeit von Drehmomentkräften beim Fahren beachtlich erhöhen wird! Der Faktor 2 ist hier sicher keine Übertreibung, also in weniger als einer Sekunde den vollen Ausschlag. Eher ist es ein Thema die Segel und die Bäume nicht durch zu schnelle und abrupte Betätigung zu belasten. Da die Elektroink in dem IC es ermöglicht über Parameter die Steilheit der Anlaufgeschwindigkeit zu beeinflussen, wird es eher ein Thema sein die Segel nicht zu heftig zu steuern! Auch dieses Problem ist bei meiner Lösung erfolgreich bewältigt. Natürlich werde ich in der Praxis die Anfahr- und Abbremscharkteristik fahren, bei der die Einhaltung der gewünschten "Fahrgeschwindigkeit der Segelverstellung" gerade noch erreicht wird, damit ich so den Leistungshunger minimiere! Ich denke da wird dann in der Fahrpraxis viel an der Optimierung der Parameter gedreht werden können!

 

Da ich den tatsächlichen Leistungshunger meiner Lösung noch nicht aus der Praxis kenne, habe ich beim Design des Akku-Packs auf eine größt mögliche verfügbare Kapazität gesetzt. 16Ah!

 

Sollte meine Lösung funktionieren, so kann man durch das Nachbauen der Steuerelektronik fast ohne elektronische Kenntnisse oder Programmiererfahrung das System nachbauen und so die kompakteste und mechanisch robusteste und zuverlässige Lösung erhalten. Auch das Problem mit der Montage, der Pflege der Endlosschot würde entfallen.

Edited May 31, 2010 by Hellmut Kohlsdorf

[Fabian F.]

Also irgendwie stehe ich auf dem Schlauch..

 

Eigentlich brauchst Du doch gar keine "Zauberbüchse", oder? Die Seiltrommel (in der gewünschten Größe) einfach auf den Schrittmotor und fertig, oder?

 

Ich bin sehr gespannt auf Deine Lösung mit aufwendiger Elektronik, Schrittmotor, Messmotor und Bremse.. (Mir persönlich 2 elektromechanische Komponenten zu viel im System..)

 

Übrigens knapp 2s sind verdammt lang in einer Böe mit mehreren Beaufort .. Aber selbst eine Atlantis hält das aus!

 

Viele Grüße,

Fabian

 

PS: Zum Thema Belastung Segel und Bäume: Die Segel und Bäume sollten so ausgelegt sein, dass diese eine Patent-Halse schadlos überstehen! ! ! Das ist die abrupteste Bewegung in einem Modellsegelboot und kann nie verhindert werden! Passiert in der Realität leider auch häufig und geht manchmal mit schweren Kopfverletzungen einher.

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Fabian, scheinbar wirklich! Und das obwohl deine Analyse vorher sehr gut war!

 

Ich habe mich bemüht sehr detailliert auf jedes deiner Punkte einzugehen!

 

In diesem Austausch sind doch so viele Dinge ausgearbeitet und auch mal durch eure Augen betrachtet worden, dass das Konzept gereift ist. Du hast völlig recht, meine Vermutung war ja im Ausgang, dass ich durch den Einsatz eines Schrittmotores, der ja die Positionsinfo vom Prinzip enthält, die Aufwendige Mechanik der Endlosschot nicht benötige. Unklar war, wie die Mechanik der Zauberbüchse das Wuseln der Schot vermeidet und auf welche Weise meine "Abwandlung" davon betroffen ist. Ich hatte bisher kategorisch von jeder Lösung abstand genommen, welche eine Endlosschot nicht verwendet! dan sah ich die Zauberbüchse, welche die Schot von der Büchse zum Segel konventionell führt und so wollte ich sehen ob ich alles richtig verstanden habe und ob mein Konzept Denkfehler hat. Da ich nicht zum Usertreffen komme habe ich ja die Zeit dafür!

[Fabian F.]

Hallo Hellmut,

 

also wenn ich das Prinzip der Zauberbüchse richtig verstanden habe, dann ist die nur dafür zuständig die Schotweglänge zu verlängern..

 

Das Verhindern eines Wuling wird durch die Mechanik "Mitnehmer" und "Traveller" erzielt, und zwar auf der Endlosschot..

 

Bitte korrigiert mich, wenn ich falsch liege ..

 

Vielleicht hilft es, wenn wir unsere Vorstellungen mal im Prinzip aufzeichnen..

 

Viele Grüße,

Fabian

[Hellmut Kohlsdorf]

Ich beschäftige mich, schon wegen der Verzögerung beim Bau meiner Voilier, mit dem Thema alternative Lösungen für die Segelsteuerung.

 

Hierbei spielt das Thema Wuhlingvermeidung eigentlich immer die zentrale Rolle und damit das Them,a wie man das vermeidet. Hier eine grobe Skizze zum besseren Verständnis meiner Idee:

 

 

Die Idee besteht darin die Stellung des Baumes hinreichend genau zu erfassen, damit das System die zulässige Schotlänge ermitteln kann. Die Idee hat sich aus dem Konzept der Zauberbüchse und dem Faktum entwickelt, dass ich für meinen recht großen Segler einen Schrittmotor als Winde einsetze, der von Haus aus den Vorteil hat, über die Schritte eine bekannte Position zu haben. Da ich die Elektronik im Segler selber entwickel, steht mir ein Controller sowieso zur Verfügung, der die erforderliche Regelung bewirkt.

 

Folgendes ist das Konzept:

 

Statt den Baum um die senkrechte Achse drehbar am Mast zu lagern, wie allgemein üblich, wird die Achse zur Welle, die kugelgelagert wie üblich am Mast befestigt wird, jetzt jedoch unter Deck geführt wird. Dort wird an diese Welle die Scheibe eines Drehenkoders angebracht, welche durch die Welle rotiert wird und so die Lage des Baumes erfasst. Als Scheibe habe ich eine vorgesehen, wie ich sie von den Dunkermotoren kenne, die zusammen mit dem dazugehörigen Sensor pro 360 Grad 500 Impulse liefert. Für den Viertelkreis also 125 Positionen, die vom Baum erfasst werden können. Diese 125 Positionen werden in einer Tabelle im Flashspeicher des Controllers eingetragen und dort mit einer Schrittposition des Schrittmotors in Beziehung gebracht, also Schrittposition von einer Null-Lage ausgehend. Bei meinem Segler ist die Baumlänge etwa 1 Meter, oder 100 cm, voraus sich eine Sehnenlänge von etwa 140cm ergibt, der 125 Stellungen vom Drehenkoder entgegenstehen,1/4 von den 500 Positionen pro Umdrehung, also etwas über 1 cm Längenänderung der Schot pro Schritt der erfassten Baumposition.

 

Der Schrittmotor treibt eine Trommel, wie von der Zauberbüchse bekannt, und fährt diese immer in die Stellung, die die erforderliche Schotlänge für das Segel bereitstellt. Empirisch wird dann die Tabelle gepflegt, damit in jeder Stellung die gewollte Schotlänge, nicht mehr und nicht weniger bereitsteht.

 

Vorteile dieser Lösungsidee:

 

1. Die Endlosschot entfällt.

2. Die Mechanik hat nur einen sehr geringen Platzbedarf

3. Die Mechanik ist drastisch vereinfacht, was die Lösung robust macht

4. Es kann auch mehrfach über Blöcke die Schot geführt werden, da es keine Schotgrenze mehr gibt.

5. Die Elektronik ist einfach und industriell sehr zuverlässig eingesetzt, also ausgereift.

6. Das Problem der Kraftminderung durch große Trommeldurchmesser entfällt, da der Schrittmotor beliebig häufig und praktisch beliebig schnell drehen kann.

 

Ich hoffe ich habe meine Idee verständlich aufzeigen können und verbleibe in Erwartung eurer Meinungen. Damit möchte ich sagen, dass ich weniger an dem Standpunkt interessiert bin, warum es anders als üblich machen und Elektronik gleich Unzuverlässigkeit, sondern wäre sehr daran interessier auf Denkfehler aufmerksam gemacht zu werden.

 

Um es hier nicht zu Komplex zu präsentieren, habe ich weder die Aufgabenstellung der Erkennung der "Nullstellung", noch das mechanische Problem des Platzes die Enkoderscheibe so nah am Mast drehbar zu platzieren angesprochen. Für beide gibt es unterschiedliche einfache Lösungen.

[Guest Harry]

Hallo Helmut,

 

wozu eine Endlosschot, wenn Du einen Baum hast? Wie wäre es mit einer Winde, die nur fieren kann, wenn Last auf der Schot ist.

 

Sie wird durch ein Rohr geführt, das beweglich aufgehängt ist. Wenn die Schot lose ist, fällt das Rohr nach unten und blockiert eine Lichtschranke. Wenn Zug auf der Schot ist, hebt sich das Rohr an, die Lichtschranke wird freigegeben, das fieren ist solange möglich, wie Zug auf der Schot ist.

 

Viele Grüße

Harry

[Guest Jo_S]

Mag sein, dass ich die Realisierung noch nicht ganz verstanden habe. So wie ich es begreife, steuert die Winde die Länge der Großschot je nach Baumstellung per Winkelgeber ununterbrochen mit.

 

Aber was passiert z.B. bei Wenden? Da soll der Baum sehr schnell von der einen Seite zur anderen umschlagen können, was jedoch eine lockere Schot bedingt. (Bei Halsen wäre das System dagegen - zumindest theoretisch - prima: da bremst die Winde dann das unkontrollierte Umschlagen des Baums).

 

Was ich auch nicht verstehe: wenn der Baum in der Wende zur anderen Seite umschlagen will, rollt die Winde ja (durch den Winkelgeber gesteuert) erst einmal die Schot auf, bis der Baum mittig zur Rumplängsachse steht. Der Winkelgeber ist dann auf "Null", die Schot ist am kürzesten. Wie wird die Schot dann auf der anderen Seite wieder frei gegeben? Der Baum kann sich dann ja ab der "Mittelstellung" nicht mehr frei bewegen, bzw. diese Mittelstellung nicht mehr verlassen, wenn die Schot durch den Winkelgeber voll dichtgeholt ist?!

 

Wenn die Winde der Schot dagegen etwas "nacheilen" würde, so dass der Winkelgeber rechtzeitig "merken" könnte, dass der Baum weiter rum auf die andere Seite möchte (und die Winde dann fix über einen entsprechenden Algoritmus schneller Schot loswerfen würde, als der Baum zum weiterlaufen benötigt), wird's bei einer einfachen Winde ohne Umlaufschot schnell wieder zu einer Wuhling kommen. Ich bezweifle auch stark, dass ein Schrittmotor so extrem schnell läuft, dass er die Schotlänge bei einem schnell umschlagenden Großbaum in Echtzeit nachregeln (dichtholen und wieder auffieren) kann - das schafft nicht mal ein Segelversellservo.

 

Nichts gegen völlig neue Ansätze, im Gegenteil - ich finde solche Überlegungen sehr interessant. Aber ich habe das Gefühl, dass du da eine sehr komplexe Übersteuerung von Winkelgeber und Knüppelstellung entwickeln müsstest, damit du dir da keine neuen Probleme einhandelst.

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo JO_S:

Dein Beitrag ist genau das worauf ich gehofft habe. Ich bin daher hingegangen und habe einige überschlägige Berechnungen gemacht.

 

Der vorgesehene Schrittmotor macht 200 Vollschritte pro Umdrehung und sicher mindestens 10 Umdrehungen pro Sekunde, wobei Mikroschritte ebenfalls vom TMC462 eigenständig ausgeführt werden.

 

Nehmen wir eine Trommel mit einem Durchmesser von 10 cm an. Das gibt einen Umfang von Pi*D = 31,4 cm. Bei 10 Umdrehungen 314 cm Schot Auf- oder Abwicklung maximal pro Sekunde! In meinem Rumpf besteht die Möglichkeit eine Trommel von bis zu 30 cm Durchmesser einzubauen, also auch in nur 1/6 Sekunde ist die Hälfte eines Zyklus möglich. So schnell dürfte auch das rabiateste umschlagende Segel von knapp 0,8 Quadratmeter Segelfläche nicht über einen Radius von 180 Grad schwenken können. Nehmen wir nur 50% der Wickelgeschwindigkeit um Anlaufen und Abbremsen zu berücksichtigen, wobei ein Schrittmotor gerade bei niedrigen Geschwindigkeiten sein größtes Drehmoment verfügbar hat, also gerade in der Start- und Bremsphase dafür das größte Drehmoment verfügbar hat!

Die einfache Schot vom Hauptsegel, ganz achtern am Baum angebracht könnte also in 1/2 Sekunde komplett Auf- und in einer weiteren 1/2 Sekunde abgewickelt werden. Der TMC462 unterstützt die Funktion eigenständig eine Strecke zu fahren und erlaubt dabei ein trapezförmiges Geschwindigkeitsprofil zu fahren, damit Anlauf und Abbremsung ohne Schrittverlust erfolgen können. Bei 30 cm Durchmesser der Trommel, aber 50% Marge für das Anlaufen und Bremsen, so benötigen wir mit dem Schrittmotor nur 1/3 Sekunde um mit dem Schrittmotor das Umschlagen des Segels über einen Bereich von 90 Grad!

Da die Trommel, wie im Baubericht aus der Ig-Minisail gezeigt, möglichst Masse arm gebaut wird, sind die Trägheitskräfte im Wesentlichen im Schrittmotor, nicht aber in der Trommel zu erwarten. Die Geschwindigkeitsanforderung dieses von dir zu recht genannten Beispiels dürfte mit Marge erfüllbar sein.

Der 2. von dir zu recht genannte beachtenswerte Aspekt ist die Möglichkeit die Änderungsgeschwindigkeit der benötigten Schotlänge zu erfassen. Der Sensor aus dem Dunkermotor erhält pro Umdrehung 500 Impulstripel, „A“, „B“ und „Synch“. Nehmen wir den oben beschriebenen Fall an, so dreht das Segel im Extremfall über einen Winkel von 180 Grad, was bedeutet, dass der Impulsgeber bis zu 250 Impulse über dieses Manöver bekommt. Jeder „Synch“-Impuls löst im Controller ein Interrupt aus und könnte, unter Anderem zum Lesen eines Timer und zum zurücksetzen des Selben genutzt werden. Aus der Änderung der Timer-Werte, denkbar wäre es einfach den Wert X=„n“ –„n+1“ als einen Schwellwert zu ermitteln ab welchen was an der Geschwindigkeit gemacht werden müsste.

Da die Schotlängenänderung die Funktion hat Seilwusling zu vermeiden, kommt uns zugute, dass die Schot bei einem solchen Umschlagen durch die Luft saust, sie muss ja immerhin am Befestigungspunkt, achtern am Baum, der dortigen Umfanggeschwindigkeit folgen. Durch den Widerstand der Luft auf die Bewegung der Schot, sie würde ja in ½ Sekunde den halben Umfang eines Kreises mit einem Durchmesser von 1 Meter durchrasen, schon dadurch eine Spannung behalten die ein Seilwusling vermeidet. Es komm t also darauf an, dass wenn die Umschlagbewegung des Segels aufhört die Schot ganz kurzfristig wieder auf eine geeignete Länge gekürzt würde, ein Zug auf die Schot beim Aufwickeln, die ebenfalls der Seilwuslingbildung entgegen wirkt.

Ich denke also zu diesem Aspekt folgende Zusammenfassung geben zu dürfen:

1. Das Antriebssystem des Schrittmotors der Schotttrommel ist schnell genug sicher stellen zu können, dass die Schot so schnell Auf- bzw. Abgewickelt werden kann, das es keine Verstellgeschwindigkeit des Baumes geben kann, auf welche der Schrittmotor nicht mehr als hinreichend schnell reagieren kann.

2. Es ist eher zu erwarten, dass die Schot weniger schnell Aufgewickelt werden muss, da bei einem großen Segelumschlagwinkel die Umfanggeschwindigkeit des Befestigungspunktes am Baum so groß ist, das während der Bewegungsphase der Luftwiderstand die Schot ebenfalls spannt und Wuslingbildung verhindert. Wenn dann das Segel zur Ruhe kommt, in der neuen Stellung, dann muss das Aufwickeln die Schot mit einer Zugspannung versorgen.

3. Ein zu extrem schnelles Aufwickeln der Schot müsste zu einer Zugkraft am Baum führen, der diesen herunterzieht.

Beim Abwickeln der Schot stellt die hinreichend hohe mögliche Geschwindigkeit sicher, durch die Trommel keiner Spannung auf das Schot aufkommen zu lassen.

4. Die Endstellung der Schot ist durch die Stellung des Steuerknüppels der Fernsteuerung bestimmt, welche die Elektronik als eine eigene Position kennt und die beim Umschlagen einfach rechnerisch ermittelt wird.

5. Da die Elektronik 250 Mal während des Segelumschlages über den höchsten möglichen Winkel von 180 Grad über die Position des Baumes informiert wird, also etwa alle 1,5 cm des achterlichen Endes des Baumes auf seinem Halbkreisumfang, findet die Regelung der Schrittmotorfunktion 250 Mal statt, so dass ein mega168 mit einem 20 MHz Quarz etwa 80.000 Taktzyklen zur Verfügung hat um alle Berechnungen die erforderlich wären auszuführen, zwischen jedem Impuls des Drehgebers!

[Guest Jo_S]

Ok, bei der Beispielrechnung ist Wickelgeschwindigkeit kein Thema mehr, die Rechenleistung / -geschwindigkeit habe ich eh nicht in Zweifel gezogen.

 

Aber an dem Beispiel fällt mir spontan noch eine Sache auf: du schreibst von max. 300mm Trommeldurchmesser (Zauberbüchse) und knapp 0,8qm Segelfläche. Zauberbüchse ist ja nichts anderes als "kleine Trommel wickelt ab / große Trommel wickelt auf", also Vervielfältigung des Schotwegs bei gleichzeitiger Erhöhung des erforderlichen Drehmoments. (Allerdings steigt die Schotlänge um den Faktor 2r x Pi, das Drehmoment glücklicherweise "nur" um den Faktor r.)

 

Ich gehe davon aus, dass so ein Modell bis max. Anfang 4bft gesegelt wird, darüber dürfte es langsam ungemütlich werden. 4 bft entspricht 5,5 - 8 m/s, nehmen wir 6m/s als Grenzwert an. Bei senkrechter Anströmung des Segels (Vorwindkurs) ergibt sich bei 0,8 qm Segelfläche und 6m/s Windgeschwindigkeit eine Windlast auf Meereshöhe von knapp 27 N. Gehen wir der Einfacheit halber davon aus, dass sich diese Last je zur Hälfte auf Mast und Schot verteilt. (Anm.: das Segel ist nicht rechteckig, sondern dreieckig - das verschiebt uns die Last Richtung Mast. Die Schot ist aber nicht am Ende des Baums befestigt, sondern mehr Richtung Mitte - das verschiebt uns die Last wieder Richtung Schot). Mit 13,5 N dürften wir bei den gegebenen Voraussetzungen also ziemlich nahe an der Wahrheit liegen.

 

Wenn ich diese Last mit einer 30cm-Trommel / Radius 15cm halten will (nicht aufwicklen), habe ich ein Drehmoment von 13,5 x 15cm, das sind über 200 Ncm bzw. 2 Nm bzw. 2000 mNm. Das ist richtig heftig. Zum Vergleich: der sehr kräftige Bühler StarMax (12-poler mit 48mm Durchmesser) macht 80 mNm Dauer bzw. 300mNm Anlauf.

 

Gehst du mit der Trommel auf 10cm runter, kommst du noch auf 67,5 Ncm bzw. 675 mNm. Also immer noch das 8,5-fache des beispielhaft genannten Bühlers. Darin sind bisher weder Sicherheitsreserven (Windboe) noch Wickelkräfte eingerechnet. Ich weiss nun nicht, welches Drehmoment einStepper aufbringen kann, aber ich denke, da wird eine recht dicke Übersetzung zwingend angesagt sein (die dann entsprechend zu Lasten der Wickelgeschwindigkeit geht).

 

Grüsse, Jo

[Hellmut Kohlsdorf]

Nochmals hallo Jo_S, habe ich damals doch den richtigen Schrittmotor mit 3Nm Drehoment ausgewählt! Übrigens wird in meinem Segler nur eine Trommel vorhanden sein, da der Schrittmotor diese direkt antreibt.

 

Dieser Thread ist für mich doch sehr wertvoll geworden, dank Dir!

[hoppppla]

Hallo Hellmut,

 

hab grad den Thread mal durchgelesen und hierüber gestolpert:

Erkennung der "Nullstellung"

Das Problem hatte ich nämlich auch immer mal wieder, also würde mich Deine Lösung durchaus interessieren

Ausderdem: wie erkennst Du, in welche Richtung sich das ganze bewegt? Nur aus der Drehrichtung des Schrittmotors, oder hast Du noch eine andere Möglichkeit?

 

viele Grüße,

Hermann

[Guest Jo_S]

Hallo Helmut, freut mich, wenn es ein wenig weiter geholfen hat!

... doch den richtigen Schrittmotor mit 3Nm Drehoment ...

Was ist das denn für ein Bolide? Wusste garnicht, dass es solche Motoren gibt. Hast du einen Link dazu?

 

Grüsse, Jo

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Jo_S

 

Hier der Link zum Datenblatt. Die Firma bei der ich es gekauft habe hat leider Pleite gemacht. Ich habe das PDF auf meinem Account dort zum herunterladen abgelegt:

 

http://www.megaupload.com/?d=I2W8LR8E

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Hermann

 

Zu deinen Fragen:

 

1. Wie erkenne ich die Drehrichtung?

 

Der Sensor der mit den Dunkermotoren kommt, gibt pro Peilstrich auf der Scheibe immer ein Signaltripel. Synch, A und B. Je nach dem ob A oder B Impuls zuerst kommt wird die Drehrichtung angezeigt, Also:

 

Signalfolge: Synch, A, B => eine Richtung

Signalfolge: Synch, B, A => die andere Richtung

 

2. Für die Nullstellung gibt es ein ganz einfaches Verfahren.

 

Man bringt von Hand den Baum in die Mittelstellung und meldet der Elektronik , dass diese Stellung die Mittelstellung ist. Von da an führt die Elektronik Buch über die Stellung. Der Vorteil ist, dass man dieses Problemlos bei der Inbetriebnahme des Bootes machen kann. Erfahrungen über sich kumulierende Schrittfehler liegen noch nicht vor.

 

Die 2. Methode wäre auf der nicht genutzten Hälfte der Scheibe, der Baum dreht ja nur <180 Grad, einen ganz kleinen Magneten aufzukleben und über einen Sensor dieses erkennen. Mit dem Verfahren, Magnetsensoren sind sehr genau, könnte eine Rückkoppelung stattfinden. Hierzu stellt sich nur noch die Frage wie mache ich möglichst praxisgerecht die Justage vor Ort. Das einfachste wäre sicherzustellen, das die Welle am Mast, an der der Baum befestigt ist und um die er sich dreht, in der Steckverbindung nur in einer Stellung kuppelbar wäre. Ich erkläre:

 

Zur einfachen Handhabung muss diese Welle mechanisch von dem Teil trennbar sein, welches unter Deck führt, da ich sonst den Mast für den Transport nicht einfach und schnell abnehmen kann, bzw. anbringen kann. Wenn diese Kupplung nur eine Stellung erlaubt, so muss man beim Aufbau es einmal justieren und der Elektronik muss die Nullstellung nicht mehr gemeldet werden.

 

Weiter zur Funktion der Nulllagenregelung. Stellen wir uns vor das beim Richtungswechsel des drehenden Baumes Schrittfehler auftreten, dann würde die Elektronik, jedesmal wenn der Baum die Nulllage durchfährt seine "rechnerische Position" mit der Signalisierung von dem Magnetsensor abgleichen, die "rechnerische Position" also jedesmal neue justiert! fehler akkumulieren sich nicht!

 

Übrigens hat ein Aufenthalt in der Badewanne im Zusammenhang mit den Überlegungen zur Baumsteuerung zu einer ganz wesentlichen Verbesserung der Lösung geführt.

 

 

Dieses Bild zeigt eine Zauberbüchse, die horizontal im Rumpf platziert wird.

 

 

Dieses Bild zeigt die Antriebstrommel für die Endlosschot, die ursprünglich geplant war um die segelsteuerung zu realisieren. Es sieht hier schlimmer aus als es werden sollte, da diese Welle kugelgelagert würde, wofür die Akku-Box, weitere Elemente der Masthalterung, die Befestigung der Zauberbüchse und die Kammer den Klemkasten der Akkus, sowie dem "Battery Monitoring System", BMS, als haltepunkt zur Verfügung stehen würden.

 

Durch das neue Konzept könnte ich "meine" Zauberbüchsenvariante" nicht horizontal, sondern senkrecht und in 90 Grad zur Längsachse einbauen, und zwar zwischen der Akku-Box und dem Schrittmotor.

 

Dadurch würde das Getriebe, das die Drehbewegung der Welle des Schrittmotores unten im Kiel in eine senkrechte achse umlenkt wegfallen. Statt dessen wäre ein Zahnriemen vorstellbar, der über ein entsprechend auf der Welle des Schrittmotors befindlichen Zahnriemenscheibe die Drehbewegung zur Welle "meiner" Zauberbüchse führen würde. Das Spannen würde über eine zusätzliche kleine Spann-Zahnriemenscheibe erfolgen, so dass man die "Zauberbüchse" jederzeit leicht ein- und ausbauen kann! Außerdem ist eine solche Lösung viel leiser als ein 90 Grad Getriebe, was besser zu einem Segelboot passt!

 

ich hoffe es ist verstanden worden!

 

[Guest Jo_S]

Was für ein gewaltiges Gerät - das ist ja purer Kampfsport!

 

Die X-Achse des Diagramms (PPS) würde ich als Schritte pro Sekunde interpretieren, also bei bipolar parallelem Anschluss und 2,5 Nm Drehmoment = 1000 Schritte = 1800° = 5 U/sec = 300 U/min, richtig?

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Jo_S

 

Ganz kurz, ja und nein! Das Drehmoment hängt von der angelegten Betriebsspannung ab! Anders als bei Bürstenmotoren sucht man bei Schrittmotoren solche mit einer möglichst kleinen Nennspannung, damit die dann tatsächlich angelegte Spannung möglichst hohes vielfaches der Nennspannung ist.

 

 

 

Die Tabelle zeigt für verschiedene Schrittmotoren der Produktfamilie zu dem von mir eingesetztem 86-3008BF, parallel geschaltet, wie das Drehmoment abnimmt, je höher die Umdrehungszahl ist. Bei meinem Schrittmotor dreht dieser pro Vollschritt 1,8 Grad, wodurch sich 200 schritte pro Umdrehung ergeben. Da Schrittmotoren aus gutem Grund nicht in Umdrehungen pro Minute charakterisiert werden, sondern in Schritt pro Sekunde, stimmt deine Rechnung bei einer angelegten Betriebsspannung von 2,73 Volt. Mein Schrittmotor wird aber mit einer Betriebsspannung, die je nach Ladezustand des Akkus, zwischen 24V und 39,6 V liegt. Da das Bild hier im beitrag so klein ist, die volle Auflösuung kann sehen wenn man zu dem im Link aufgeführten Speicherort geht, mein Schrittmotor ist in der obersten Kurve zu sehen!

 

Deshalb wird bei einer Schrittmotorsteuerung auch der Strom über eine PWM begrenzt. Bei den von mir eingesetzten Schrittmotor also auf einen Strom von höchstens 4,2A, nach der Tabelle müsste ich 4,5 A einstellen, damit man den durch die höhere angelegte Spannung, einen Vergleich der verfügbaren Drehmomente erzielt. Aber, und das muss ich hier hervorheben, durch das hier so erzielte höhere verfügbare Drehmoment, würde dieser doch recht linear verlaufende Verlauf, die oberste der Kurven die 2,5 Nm Drehmomentlinie eventuell erst bei 10.000 Schritt erzielen, damit 50 Umdrehungen pro Sekunde oder 3000 Umdrehungen pro Minute!

 

Das Drehmoment ist eine mit der Leistung in Verbindung stehende Größe!

 

Die Formel: P(Watt) = U (Volt) * I (A)

 

Gibt uns hier einen theoretische Auskunft über die Auswirkung der höheren angelegten Spannung bei Einhaltung des höchsten zulässigen Stromes:

 

P(W) = 39,6V * 4,2 A = 166,32W Akku voll und

P(W) = 24,0V * 4,2 A = 100,80W Akku leer.

 

Bei Nennwerten des Motors ist die Leistung:

 

P(W) = 2,73V * 4,2 A = 11,47W Akku voll

 

Das Verhältnis der Leistungsdaten gibt also im Zusammenhang mit dem Verlauf der Kurve in der Tabelle einen Hinweis um wie viel sich die Drehzahl bei gleichem verfügbarem Drehmoment erhöht:

 

Die Formel:

 

V = P (Spannung) / P(Nennspannung)

 

VNennbetrieb = 11,47W / 11,47W = 1

 

V24V = 100,8W / 11,47W = 8,8

V39,6V = 166,32W / 11,47W = 14,5

 

Ich habe eine Leistung im Schrittmotor in meinem Segler verfügbar, die zwischen dem 14,5 fachen bei vollem Akku und 8,8 fachen bei Leerem Akku liegt. Gehen wir in erster Näherung an eine Drehmomentsteigerung die proportional zur berechneten Leistung des Motors ist, so würde folgende Formel und gestatten die Umdrehung zu ermitteln, bei welcher wir die 2,5Nm Drehmoment verfügbar hätten:

 

PNennspannung / Schrittzahl (Nennspannung) = PSpannung / Schrittzahl (Spannung)

 

2,73V / 1000 Schritt = 24V / XSchritt

 

XSchritt = 24V * 1000 Schritt / 2,73V = 8800 Schritt pro Sekunde

 

XSchritt = 39,6V * 1000 Schritt / 2,73V = 14500 Schritt pro Sekunde

 

Ich möchte gar nicht behaupten, dass der Schrittmotor 14500 Schritt pro Sekunde bei 2,5Nm Drehmoment liefern wird, aber doch, dass das verfügbare Drehmoment des Schrittmotors bei den sinnvoll vorkommenden Schrittgeschwindigkeiten mehr als hinreichend groß sein wird! In meinem Beitrag habe ich 2000 Schritt angenommen um den Segel von 90 Grad in die Nullstellung zu bringen und bin dabei zu einer ½ Sekunde Ausführungszeit gekommen. Stell dir nur vor was passiert wenn ich den Motor mit 10000 Schritt betreibe! Die Bewegung würde in einer 1/10 Sekunde ausgeführt, da streikt jede Mechanik. Was das aber bedeutet, ist, dass ich den Trommeldurchmesser, den ich damals mit 10 cm berechnet hatte, sogar verkleinern könnte, ohne mit der Ausführungszeit Probleme zu bekommen. Da bei der Trommel die Hebelgesetze zur Anwendung kommen, würde das an der Schot verfügbare Drehmoment um den Faktor 10 erhöht, wenn ich den Trommeldurchmesser auf 1 cm reduziere, ohne mit der Ausführungszeit in Probleme zu geraten!

 

Nochmals danke für deine wertvolle Unterstützung!

Edited October 12, 2010 by Hellmut Kohlsdorf

[hoppppla]

Hallo Helmut,

 

vielen Dank für Deine Erklärung

Hast Du für die Encoderscheiben und die zugehörigen Sensoren eine Quelle?

"einfache" Encoderscheiben zu bekommen ist kein Problem, die zweispurigen samt passendem Sensor hab ich bis jetzt noch nicht bezahlbar gefunden

Wäre nämlich für eine Drehzahlregelung auch ein schönes Teil...

 

viele Grüße,

Hermann