Laufgeräusche minimieren

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Freunde

Nachdem ich jetzt erfreulicher Weise den ersten Versuchsaufbau der Steuerung der Schrittmotoren für die Segelansteuerung fertig in Betrieb genommen habe, muss ich mich jetzt der Aufgabe widmen festzulegen wie ich erreiche, dass die Schrittmotoren möglichst leise laufen. Zur Erinnerung im Folgenden Bilder die den Aufbau erläutern:

 

 

Jeweils ein Schrittmotor sitzt auf jeder der 2 Akkuboxen. Auf der Antriebsachse des Schrittmotors sitzt die Schottrommel, aus einem Rondel aus Alu gedreht. Die Schottrommel ihrerseits läuft in einen "Schachtel" aus Alu, welche aus 2 Hälften besteht, welche aus jeweils 10mm starken Alu-Platten gefräst wird.

Ich habe bei meinen Versuchen festgestellt, dass der Schrittmotor sehr leise läuft, wenn ich diesen in der Hand halte, er daher keine Vibration auf die Unterlage übertragen kann. Liegt er auf der Tischplatte, so dröhnt es gewaltig. Soweit denke ich alles keine Überraschung.

Jetzt zu den Fragestellungen bei der Weiterentwicklung des in der Zeichnung oben gezeigten Aufbaus. So wie es dort gezeigt ist, würden die Akkuboxen und darüber übertragen die ganze Rumpfschale als Resonanzkörper wirken und der Lauf des Schrittmotors sehr laut sein.

Die ersten Hinweise die ich ich hier zu dem aufbau erhalten haben dazu geführt, dass ich die Lagerung der Trommel nur Einseitig machen werde, sonst überdefiniert und Verkantungen wären zu erwarten. Daher habe ich folgende Änderungen eingeführt.

Die Trommel hat auf der dem Schrittmotor abgewandten Seite keinen Zapfen mehr, da eine 2. Lagerung hier nicht wünschenswert ist. Als Folge wird die Schale der Schachtel hier geschlossen sein.

 

Wie also kann ich die Vibration des Schrittmotors abschirmen, ohne das diese, und wenn auf Umwegen, dann doch auf die Rumpfschale übertragen wird?

Star muss die Verbindung der Trommel zur Antriebswelle und damit zum Schrittmotor sein, das ganze System vibriert also. Setze ich den Motor auf Gummipuffer, so würde auch die Trommel vibrieren mit der Folge, dass die Vibration auf die "Schachtel" der Trommel übertragen wird! Die Trommel muss ja so exakt zur Trommel liegen, dass die Schot sich nicht zwischen Trommel und Schachtel verklemmen kann! Daraus würde ich schliessen, dass auch die "Schachtel" star mit dem Schrittmotor verbunden sein muss und diese daher ebenfalls auf Gummi gelagert sein muss, damit die Übertragung der Vibration vermieden wird. Wenn ich das so mache, für die Umsetzung habe ich mir schon so meine Gedanken gemacht, dann bleiben eigentlich nur die Schrauben welche das ganze mit der Akkubox verbinden als Übertrager der Vibration! Macht das die ganze Lagerung auf Gummi nicht hinfällig? Welches material sollte ich für die Unterdrückung der Vibration wählen? Das Material muss die Vibration bestmöglich unterdrücken und dabei das System aus Schrittmotor und Schachtel mit Trommel mit möglichst geringem Spiel zu fixieren erlauben.

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Freunde

 

Ich habe jetzt umfangreiche Versuche, sowohl mit dem großen Schrittmotor, 3Nm Drehmoment, wie auch mit dem kleinen Schrittmotor, 28mm Kantenlänge, gefahren. Die Laufruhe die mit den 256 Mikroschritten erreicht wird, die Umdrehungszahlen die mit 256 Mikroschritten erreicht werden und der extrem geringe Geräuschpegel, auch wenn der Schrittmotor direkt auf der Tischfläche steht, lässt mich zum Thema Betriebsgeräusche sehr beruhigt sein. Ich habe einige Videos gedreht und auf YouTube gebracht, auf welchen man dieses erleben kann. Das Video wird auf Spanisch besprochen, trotzdem denke ich ist es von Interesse. Es wird zuerst mit der Anzahl der Mikroschritte 256, in 8 Schritten, immer eine Potenz von 2, eingestellt. Außerdem kann man die Geschwindigkeit des Taktes verändert werden, von der Parameter kann von 0 bis 2047 eingestellt werden. Dabei sieht man, dass bei höheren Geschwindigkeit die Anzahl der Mikroschritte größer sein muss, damit der Motor nicht zu drehen aufhört. Nun gibt es die Funktion der Mikroschrittinterpolation. Dabei werden bei 16 Mikroschritten bei jeden Mikroschritt 16 Mikroschritte interpoliert intern in Hardware erzeugt. Dadurch kann man von der Laufstabilität der elektrischen Parametern profitieren die bei 256 Mikroschritten wirksam wird. Dadurch kann die Geschwindigkeit auf ein Maximum erhöht werden, und wenn man in kleinen Inkrementen diese erhöht kann man die höchste Geschwindigkeit erreichen ohne dass der Motor stehen bleibt. Das kann man jetzt durch das Verstellen weiterer Parameter auch automatisieren. Erstens kann man die Beschleunigung und Abbremsung nicht nur in Form eines gleichschenkigen Trapezes regeln, wo man die maximale zulässige Beschleunigung definiert, sondern die steigenden und fallenden Flanken auch noch in einer S-Form realisieren. Dadurch kann man von 0% auf 100% Geschwindigkeit beschleunigen, ohne dasss der Motor zum Stehen kommt. bei diesem Video wird das System mit 12VDC versorgt.

 

[Kessl]

Hi

 

Ich weiß jetzt nicht wie interessant das noch für dich ist und eigentlich sind diese Dinger nicht dazu gedacht Kräfte aufzunehmen, evtl. ist es ja trotzdem einen Blick wert: Entkopplungsset für Pumpen einer PC-Wasserkühlung. Eigentlich ist das nichts anderes als eine Schraube und eine Mutter die sich nicht berühren, sondern in Gummi eingegossen wurden.

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Kessl

Vielen Dank für deine Antwort! Es ist ja die einzige Antwort! Das Problem mit diesen Puffern ist unter anderem, dass diese viel zu groß sind. der schwerre Schrittmotor wird dadurch viel höher im Rumpf montiert sein, fatal für die lage des Schwerpunktes. Im konkreten Fall kommt noch hinzu, dass damit die Trommel in ihrem gehäuse nicht isoliert wäre und somit Vibrationen noch verteilen würde. Das Video zeigt, dass über die Parameter die bei der Steuerung des Schrittmotors beeinflusst werden können, die Laufgeräusche so minimal sind, dass das Problem der Übertragung der Vibration mit einer dünnen Gummilage gelöst sein dürfte. Was bleibt ist das Isolieren des hohen Tons beim Schnelllauf des Schrittmotors. Aber nochmals, Danke für deinen Beitrag!

[Schiffchenbauer]

Hallo Hellmuth.

 

Ich habe jetzt erst deine Frage gesehen und wenn mal experimentieren möchtest, dann kann ich dir einen Tipp geben.

 

Ich verbaue grundsätzlich meine Motoren Gummigelagert in meinen Modellen, da ich sie so leise, wie möglich haben möchte.

 

Das mache ich bei meinen Antribesmotoren ganz simpel.

 

Ich lagere den Motorträger auf dem Träger im Rumpf mit einer vollflächigen Moosgummimatte.

Die Moosgummimatte verklebe ich wiederum vollflächig mit Beli-Zell grün.

 

Um diese Verbindung zu lösen muß ich reissen, und das Moosgummi gibt nach-nicht die Verklebung.

 

Ob Moosgummi nun für deine Zwecke verwendbar ist könntest du mal anhand eines Versuchs rausfinden.

 

Du wirst ganz sicher mehr Scherkräfte haben, als bei einem Antriebsmotor.

 

Vielleicht wäre das dann aber die Möglichkeit eine Kombination aus verschiedenen felxiblen Halterungen zu konstruieren, was dann die Stellkräfte verträgt;)

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Lothar

 

In dem Video sieht man ja genau das, der Motor ist auf einer Moosgummiunterlage aufgestellt. Hier ein weiteres Video, jetzt von einem kleinen schrittmotor, direkt auf der Holzplatte des Tisches, also idealer Resonator:

 

 

Der Schrittmotor ist so leise, dass ich wegen der Vibrationen keine Sorge habe. verzeiht, dass das Video auf Spanisch vertont ist, ich habe es für ein spanisches Forum gedreht. Auch würde ich als Regisseur, Kameramann und Drehbuchautor sicher verhungern!

Daher werden die Schrittmotoren durch kleine Hartgummiunterlagen von der Alu-Unterlage isoliert. Was bleibt ist der relativ hohe Ton des Motors, aber bei den Laufprofilen für ihre Funktion wird das sicher kein Problem.

[IRON]

Hallo Hellmut,

 

tolles Video, auch wenn auf Spanisch. Ich hatte wg des Schrittmotors mal überlegt, diesen beim Schnellboot zum Öffnen der Torpedoklappen zu verwenden. hatte aber bei meiner ersten initialen Suche wenig erfolg, die waren alle zu groß, der im zweiten Video sieht passend klein aus, wo hast Du den denn her???

 

Wo bekaommt man den die Elektronik zum Ansteuern des Motors, und wie ich sehen gibst Du etwas über die tastatur ein, das ist zum individuellen Ansteuern - richtig? wenn im Boot ist das entweder fest anzusteuern mit festen werten (Öffnen der Klappe und Schließen - hat ja feste Punkte) oder individuell über die Funke.

 

Hast Du vielleicht die paar Infos über, sorry, sind wahrscheinlich für Dich Fragen eines Anfängers.

 

bis denne

 

Christian

[U-Jäger D185]

Hallo,

erfolgt die Positionierung des Laserkopfes eines CD-Players nicht auch mit einem Schrittmotor ?!

[Kessl]

@U-Jäger D185: Ich komme einfach nicht dahinter was dieser Post aussagen soll. Schlägst du vor er soll einen CD Spieler in sein Boot legen und dessen Fernbedienung benutzen?

 

@xrz100: schreiben, lesen, noch mal lesen, posten. Punkt 2 und 3 hast du irgendwie übersprungen weil was du da schreibst ist, dezent gesagt, ziemlich wirr. Einen Treiber für einen Schrittmotor gibt es z.B. hier. So etwas zu kaufen und es benutzen zu können sind aber zwei paar Schuh und spätestens wenn du den Treiber benutzen kannst, wozu du einen Microcontroller benötigst, hat sich die Frage danach wie du einen Kanal deiner Fernbedienung ausliest von selbst geklärt. pulseIn(2, HIGH); wäre z.B. eine Antwort auf diese Frage.

[U-Jäger D185]

Hallo,

@Kessl

die Beantwortung der Frage von Christian nach kleinen Schrittmotoren.........

 

und ich denke, Christian stellte die Frage nach einem fertigen Baustein zur Ansteuerung eines Schrittmotors ,welcher (der Baustein) mit einer "Funke" bedient werden kann.

[Kessl]

Ahhh jetzt. Ich habe nur die Frage nach einer Motorsteuerung rauslesen können und da wäre der CD Spieler denkbar ungeeignet.

 

Was fertige Module angeht die einen Schrittmotor direkt mit den PCM Signalen einer Fernsteuerung ansprechen, die gibt es (meines Wissens nach) nicht, aber mit dem Treiber den ich oben verlinkt habe und einem Arduino sind das vermutlich genau zwei Zeile code.

 

Was bei einem Schrittmotor aber immer zu beachten ist: Er hat keine echte Positionserkennung. Man kann die Position vermuten durch die Schritte die er in jede Richtung gemacht hat. Ist die Kraft aber nur einmal so groß das der Motor "durchdreht", dann ist die gesamte Positionsbestimmung für die Katz. Fährt der Motor jetzt die vermeintliche Endposition an, kann er richtig viel Schaden verursachen. Gerade für so etwas banales wie eine Klappe an einem Torpedoboot würde ich klar einen Servo vorziehen, alles andere gleicht der Sache mit den Spatzen und den Kanonen.

[Hellmut Kohlsdorf]

So, nun versuche ich die Fragen im Einzelnen zu beantworten:

 

1. Den Motor habe ich bei Reichelt gekauft, für nur 29,95 Euro.

2. Die Steuerkarte gibt es ebenfalls bei Reichelt für 64,95 Euro.

3. Die Software gibt es zum kostenlosen herunterladen bei Trinamic hier.

 

4. Hier ein Bild eines Sschrittmotors zur Positionierung des Lesekopfes in einen CD-Laufwerk, kostenlos aus kanibalisierten Laufwerken vom Werkstoffhof geholt.

 

 

Gerne mache ich auch ein Video der den Betrieb dieses Motors zeigt. man muss beim Einsatz der StepRocker-Karte, so heisst die Steuerkarte, bei kleinen Schrittmotoren achten, dass man die Strombegrenzung passend für den Motor im GUI der IDE einstellt. Auf der Karte selber kann man den höchst möglichen Strom per Jumper zwischen 1A und 2,8A einstellen, per Software kann man dann den Strom in 32 Schritten noch feineinstellen.

Die Mechanik des Schrittmotors aus dem CD-Laufwerk, ursprünglich wollte ich damit das Steuerrad und die Kompassrose drehen, ist so labil, dass die Welle ohne geeignete mechanische Fixierung, wie im Bild zu sehen, nicht verwendbar ist. Leider. Die anderen Motoren aus Druckern waren alle für 24VDC und damit eigentlich unpassend.

Kessl: Du hast recht und unrecht zugleich. Du hast recht damit, dass man mit einer einfachen uC Steuerung, siehe Lehrgang unseres Torsten Gietenbruch in RC-Line.de, die Signale vom Empfänger digitalisiert und diese Info dann zur Steuerung des Schrittmotors z.B. verwendet. Torsten stellt im Lehrgang vor wie man das mit einem mega8 von Atmel macht. echt einfach. Ich denke noch an meinen Besuch bei ihm vor Jahren. Nach knapp 2 Stunden lief das Programm mit Anzeige auf einem Display. Als ich zuhause ankam hatte er es auf die Dekodierung und Anzeige aller 8 Kanäle des Empfängers erweitert! Mit z.B. einer fertigen kleinen Arduino-Karte mit einem Atml kann man das Programm von Torsten direkt ausführen, oder Torsten?

Was die „echte Positionserkennung” angeht hast du unrecht. Erst einmal kann man mit den extra Funtionen der verwendeten uC von Trinamic die Wahrscheinlichkeit weitestgehend vermeiden das schrittfehler auftreten und, wie bei Trinamic zu sehen und bei Reichelt zu stolzen Preisen angeboten, kann man mit einem Magneten und einem Hall-Sensor schrittfehler erkennen und beheben. Trotzdem ist es gute Praxis Bezuspunkte einzurichten, die Trinamic Karte ermöglicht es die Signale von Endschaltern und von einem Mittelschalter zu erkennen und zur Korrelation zu verwenden. Alternativ gibt es auch die Möglichkeit optische Enkoder zu verwenden und damit die Schritte zu überwachen. Ich bin gerade dabei mir für die im Schrittmotor vorgesehene Bohrung Magnet und Hall-Sensor zu besorgen und damit mit der „echten” Schrittüberwachung meine Versuche zu fahren. Was das mit Spatzen nach Knonen zu schiessen angeht, kann als Gegenargument vielleicht die absolute Laufruhe und Leisheit der Schrittmotoren herangezogen werden. Macht man 24VDC an Board verfügbar, so können auch kostenlose Motoren aus Druckern verwendet werden.

[Kessl]

Was das mit Spatzen nach Knonen zu schiessen angeht, kann als Gegenargument vielleicht die absolute Laufruhe und Leisheit der Schrittmotoren herangezogen werden.

Nur der Klarheit wegen: xrz100 will die Luken an einem Torpedoboot öffnen und schließen. Das ist ziemlich genau eine 90° Drehung.

[Hellmut Kohlsdorf]

Mit einem kostenlosen Schrittmotor aus der Kanibalisierung von altem Computergerät und ein paar Treibern kann man rein in Software das realisieren. In einer Sendung zum Modellbau im Fernsehen wurde Modellbau auch mal charakterisiert als die Tätigkeit bei der man mit dem größten Aufwand das Wenigste erreicht. Wo man also einen Schrittmotor zum Einsatz bringt ist also egal! Man lernt dabei was über diese und ihren Einsatz und erlangt so Wissen und Erfahrung für zukünftige Einsatzmöglichkeiten, wie natürlich auch wo es keinen Sinn macht! warum also nicht?

[Kessl]

In Schrittmotoren verwendet man üblicherweise keine Treiber, sondern H-Brücken. Nur so kann man durch anlegen einer negativen Spannung das Feld der Spule zerstören und deutlich höhere Drehzahlen erreichen.

[Hellmut Kohlsdorf]

Ja, du sollst das letzte Wort haben! No comment!

[IRON]

Hallo Helmut, hallo Kessl,

 

ich dachte ja nur darüber nach einen Schrittmotor für die Lucken zu verwendenund wenn man eben keine Ahnung hat wie ich, dann muss man erstmal rumfragen ob das geht oder nicht. Also meine Conclusio ist eben, das es aufwendiger ist einen Schrittmotor als einen Servo zu verwenden zum öffen der Lucken, das wäre eine 135° Drehung und hat jeweils zwei harte Anschläge.

Gut das ich jetzt durch Euch verstanden habe wofür und wofür man keinen Schrittmotor vwenden kann.

 

Dann habe ich was gelernt.

 

Danke

 

bis denne

 

Christian

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Christian

 

Gerne stehe ich für Antworten bereit. Schrittmotoren sind interessant für viele Anwendungen, wo man sie heute im Modellbau nicht einsetzt. Eine Frage wie du sie gestellt hast kann Antworten bewirken die auch andere interessieren. Vielleicht fällt dir ja in der Zukunft eine Anwendung ein, wo du darauf zurückkommen willst.

Auch ich denke darüber nach, wie ich die Verwendung eines Schrittmotors für einfache Aufgaben möglich machen kann. Zum Beispiel Sperrräder und Sperrklinken, wie man sie z. B. hier bei Mädler findet. Das Thema ist, wie kann ich Schrittmotorren billig und einfach in einer Stelle fixieren, damit ich nicht dem Stromverbrauch habe beim nicht Drehen des Motors (hier ist der Verbrauch am Größten). Ein Servo würde den leisen Lauf der Schrittmotoren durch seinen Krach im Eindruck eintrüben. Feder kommt nicht in Frage um die Sperrklinke einzurasten, da die Sperrräder ja nur in eine Richtung blockieren oder drehen lassen.

Aber von den Kosten und von der Einfachheit ist ein Servo nicht zu überbieten!

Edited July 15, 2012 by Hellmut Kohlsdorf

[Hellmut Kohlsdorf]

Das Thema der magnetischen Winkelenkoder wird immer interessanter! Ich werde mich in dieses Thema vertiefen! Die Winkel-Auflösung kann grandios realisiert werden, sie können wie ein optischer Enkoder A+B plus Z-Referenz liefern. Dadurch ist es möglich Winkelfehler zu erkennen und zu beheben. Die Kombination der Fähigkeiten der Trinamic ICs und des 12 Bit magnetischen Winkelenkoders, das ist viel mehr als ein Hall-Sensor, erlaubt Einstellungen, Diagnose und Korrekturen im Betrieb ohne diesen zu stören. Ich denke da kommt noch mal ein Jahr dazu! Die Robustheit, die hohe Winkelauflösung, die geringen Abmessungen, die Programmierbarkeit, die Diagnose Möglichkeiten und die Abschirmung von den Umweltbedingungen ist sehr interessant!

Edited July 16, 2012 by Hellmut Kohlsdorf

[hoppppla]

Hallo Hellmut,

Das Thema der magnetischen Winkelenkoder wird immer interessanter! Ich werde mich in dieses Thema vertiefen! Die Winkel-Auflösung kann grandios realisiert werden, sie können wie ein optischer Enkoder A+B plus Z-Referenz liefern.

Sie können vorallem, was ich persönlich noch sehr viel schöner finde, auch direkt per SPI eine digitale Absolutposition ausspucken. Zumindest die von mir bisher verwendeten von AustriaMicrosystems. Damit kann man unter Umständen sogar auf den Schrittmotor verzichten und auf ein Schneckengetriebe umstellen. Dann wäre die Selbsthaltung "gratis" dabei

 

viele Grüße,

Hermann

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Hermann, woher beziehst du welche Magnete? Der AS5048B-HSTP mit I2C Schnittstelle ist so meine Vorzugskomponente¸wenn man jene von AustriaMicrosystems anschaut.

Obwohl auch eine viel geringere Auflösung beim Einsatz mit Schrittmotor hinreichend wäre, da man ja immer wieder Korrelieren kann, jedes Mal wenn der Schrittmotor auf einer Position stehen bleibt. Das mit dem Schneckengetriebe und einen einfachen Bürstenmotor ist eine interessante Überlegung!

[Kessl]

Sie können vorallem, was ich persönlich noch sehr viel schöner finde, auch direkt per SPI eine digitale Absolutposition ausspucken.

 

Jetzt wirds ja wirklich spannend. Kannst du mir einen verlinken der den Unterschied zwischen x und x+360° erkennt? Ich kenne dazu bisher lediglich Lösungen die mit einem Getriebe funktionieren, aber auch die stoßen meist sehr schnell an ihre Grenzen.

[Hellmut Kohlsdorf]

@Kessl: Selber nachdenken und Datenblätter lesen! Passt doch, dann hast du wieder das letzte Wort!

[Kessl]

Ich habe wirklich keine Ahnung was du gegen mich hast. Habe ich dich irgendwie beleidigt, oder bist du einfach von Natur aus schlecht gelaunt?

 

Außerdem muss ich mich fragen über was genau ich eigentlich nachdenken soll. Ob ich den Unterschied zwischen absolut und relativ kenne? Kennst du ihn? Ich jedenfalls kenne keinen Sensor der zuverlässig die Absolutposition einer Drehung ausgibt. Ich kenne nur Sensoren die eine Relativposition ausgeben können. Evtl. hat sich in den letzten 10 Jahren ja etwas getan und ich habe es nur verpasst. Möglicherweise hat hoppppla auch nur zwei Wörter verwechselt. Um dies herauszufinden hatte ich gepostet. Aber warum genau du meinst mich mich zum nachdenken auffordern zu dürfen ist mir wirklich ein Rätsel.

[hoppppla]

Hallo,

 

Kannst du mir einen verlinken der den Unterschied zwischen x und x+360° erkennt?

nein, natürlich nicht. Wie soll ein Hall-Encoder das können?

Absolutposition bezog sich auf auf die Position innerhalb einer vollen Umdrehung. Im Mikrocontroller die Umdrehungen mitzuzählen ist dann nicht so sonderlich kompliziert. Im Gegensatz zu einem Encoder entfällt die Notwendigkeit, zu Beginn erst mal eine bekannte Position zur Initialisierung anfahren zu müssen.

 

Damit hätten diese Sensoren den Vorteil, das man sie vermutlich mit der Schwenkache des Segels koppeln könnte. Damit wäre dann auch das Problem erledigt, zwischen x und 360° + x unterscheiden zu müsssen.

 

Ich hatte die Sensoren bis jetzt verwendet, um eine Schottelsteuerung zu realisieren, siehe: thread

 

I2C würde ich allerdings eher nicht verwenden, statt dessen SPI, das ist etwas weniger komplex und störanfällig.

 

Viele Grüße,

Hermann

 

PS: die Magneten kann man wohl auch direkt über AMS beziehen.