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Thema: Auswahl Schrittmotor für RN-Motor

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Auswahl Schrittmotor für RN-Motor

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    Hallo Freunde

    Bei meinem Segelboot werde ich nun Vor- und Achterstag mittels Schrittmotor spannen und trimmen. Da ich 2 Schrittmotoren zu diesem Zweck benötige möchte ich gerne die RN-Motor verwenden. An Board habe ich ein Akku-Pack mit 24V Nennspannung, also 20 8Ah NiMH-Zellen. Bei meinen Recherchen hier im Forum habe ich gelesen, finde jedoch die Stelle nicht mehr, das die Parameter zur Auswahl des Motors mir nicht ganz logisch vorkam. Daher hier Sicherheitshalber die 2 Fragen:

    Welche 2 möglichst starke Schrittmotoren sollte ich mit der RN-Control verwenden. Die Motoren müßen Schote, also Schnüre, mit einem Zug von bis zu 50kp halten und fahren. Ich möchte die RN-Control ausreizen und wüßte daher gerne welche Motoren ich nehmen soll, so dass die höchste Leistung der RN-Control mit 2 Schrittmotoren zur Verfügung steht.

    Bei Getriebemotoren kann ich über den Wert des Stromes die Belastung ablesen, z.B. bei Blockade den Kurzschlußstrom und entsprechend reagieren. Kann ich über die Auswertung des Stromes zu einem Schrittmotor einen Rückschluß auf die Last am Motor schliessen? Ich würde gerne nach dem Zusammenbau von Rumpf und Rigg, also Segel, die beiden Schrittmotoren symetrisch den Zug auf Vor- und Achterstag auf z.B. 30kp fahren. Die Schrittmotoren sollen die Schote halten und nicht zuviel Strom verbrauchen. Somit entfiele das manuelle Spannen und trimmen der Stage die sonst wegen der nicht unbedingt gewährleisteten Wiederholbarkeit der Einstellungen bei der manuellen Montage. Außerdem wäre es scharf Das Segelboot seine Takelage selbst trimmen zu sehen!
    MfG

    Hellmut

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Re: Auswahl Schrittmotor für RN-Motor

    Zitat Zitat von Hellmut
    Hallo Freunde
    ...
    Welche 2 möglichst starke Schrittmotoren sollte ich mit der RN-Control verwenden. Die Motoren müßen Schote, also Schnüre, mit einem Zug von bis zu 50kp halten und fahren. Ich möchte die RN-Control ausreizen und wüßte daher gerne welche Motoren ich nehmen soll, so dass die höchste Leistung der RN-Control mit 2 Schrittmotoren zur Verfügung steht.
    Servus Hellmut,
    Hmm, das is wieder ne Frage Kommt wie immer drauf an was für eine Mechanik der Schrittmotor antreibt...Grundsätzlich kann ein Schrittmotor mehr Kräfte halten als er bewegen kann. Meistens ist ein Haltemoment in Nm mit angegeben. Manfred kann dir bestimmt sagen wie das zusammenhängt, also wieviel Nm Drehmoment ein Schrittmotor mit X Nm Haltemoment hat. Vielleicht steht's bei manchen sogar im Datenblatt.

    Wie groß das dann sein muss hängt dann also von deiner Mechanik ab. -> XXKp in N umrechen, Hebel dazu und vergleichen ,-)

    1p = 0,00981N => 30Kp wären dann 294,3N, das ist schon viel

    Gruß, Sonic
    http://www.dontfeedthetroll.de/images/dftt.gif
    If the world does not fit your needs, just compile a new one...

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Warum willst du eigentlich Schrittmotoren verwenden?
    Ist es denn überhaupt erforderlich, dass du den Motor präzise in Schritten steuern kannst?.
    Wenn du die Belastung über den Strom messen willst, müsste es doch auch eine Getriebemotor mit Schneckenrad tun.

    Wenn die besagte Belastung erreicht ist schaltest du den Motor ab und das Schneckenrad kümmert sich um den Haltemoment.
    Das müsste eigentlich sparsamer als ein Schrittmotor sein, denn der braucht ja auch zum Halten Strom.

    Wenns wirklich Schrittmotoren sein sollen, könnte man da natürlich auch ein Getriebe mit Schneckenrad dran hängen.

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo recycle und sonic

    @sonic: Mit Untersetzung und dem Flaschenzug-Prinzip kann man die am Motor angreifende Zugspannung reduzieren. Ich wollte die Dimensionierung des Schrittmotors an den Möglichkeiten der RN-Motor festmachen um so den Aufwand zur Reduzierung der Zuglast zu minimieren.

    @recycle: Der Grund der mich auf den Gedanken brachte Schrittmotoren statt Getriebemotoren zu verwenden ist die feine Schrittweite gegenüber dem Verhalten eines Getriebemotores. Wenn ich sehe das ich Schrittmotoren mit Schrittweiten kleiner 10 Grad steuern kann finde ich das ideal.

    Aber meine Frage zielte eigentlich in eine andere Richtung. Welche Parameter dürfen 2 Schrittmotor an der RN-Motor maximal aufweisen um ein Höchstmaß an Haltekraft aufzuweisen und die Möglichkeiten der RN-Motor im Dauerbetrieb ausreizen? Ich habe wage in Erinnerung es sei besser einen Motor mit einer geringeren Nennspannung zu wählen. Ein Getriebe mit Schneckenrad wird von dem Einbauplatz kritisch. Man braucht sich nur die Konstruktion von elektrischen Fensterheber-Antrieben anzusehen. Zwar gewaltige Haltekraft und feines Steuern kein Problem, Einbauplatz aber groß.
    MfG

    Hellmut

  5. #5
    Administrator Robotik Einstein Avatar von Frank
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    Hi Hellmut,
    die Nennspannung sollte ruhig so niedrig wie möglich sein. Also ca. 2 bis 4 V wären schon recht ideal um maximum an Kraft zu erzielen. Die Kraft steigt natürlich mit dem Strombedarf. 2A Phasenstrom darf nicht überschritten werden. Ansonsten hast du freie Wahl bei den Motoren.
    Wenn der Motor im Dauerbetrieb genutzt wird, würde ich sicherheitshalber nicht unbedingt die Grenzen bis auf das letzte mA ausreizen, also ein Motor mit 1,8A etc. wäre dann auch ok.

    Wie Sonic ja schreibt, das Haltemoment ist die Stärke der Schrittmotoren. Das Drehmoment entspricht bei sehr langsamen Umdrehungen sicherlich fast dem Haltemoment, sinkt aber dann recht schnell mit steigender Schrittzahl ab.

    Ob nicht in deinem Fall ein Getriebemotor günstiger wäre weiß ich nicht. Jedenfalls wären stossartige Kräfte sicherlich nicht so ideal für Schrittmotoren, da besteht dann doch die Gefahr das mal ein Schritt durchrutscht. Andererseits ist die Frage zu stellen ob es überhaupt schlimm wäre wenn bei dir der Motor mal ein Schritt durchrutscht.
    Jedenfalls wird Schrittmotor bei dir wesentlich mehr Strom verbrauchen als das von recycle vorgeschlagene Schneckengetriebe, da du ja Motor als unter Spannung halten mußt wenn er was halten soll.

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Wenn ich sehe das ich Schrittmotoren mit Schrittweiten kleiner 10 Grad steuern kann finde ich das ideal.
    Ich finde es auch toll, dass es Motoren mit denen soetwas möglich ist gibt. Aber von ideal würde ich eigentlich nur reden, wenn die Eigenschaften eines Bauteils den Anforderungen optimal entsprechen und das sehe ich hier eigentlich nicht.
    So wie ich dich verstanden habe, willst du ja eine Zugkraft erzeugen und die über den Stromverbrauch messen. In diesem Konstrukt kommt die Stärke des Schrittmotors, nämlich der exakt steuerbare Drehwinkel doch gar nicht vor.
    Stattdessen widerspricht der Schrittmotor sogar deiner zweiten Anforderung, nämlich dem geringen Energiebedarf, weil er ja zum Halten auch Energie verbraucht, also konstant Strom zieht und nicht nur kurzzeitig zum Spannen der Segel.

    Bei einem manuell betriebenen Segelboot orientiert man sich soweit ich weiss auch nicht daran wie weit man die Leine zieht, sondern man zieht einfach solange, bis die gewünsche Segelspannung (Zugkraft) erreicht ist.
    Anschliessend würde wohl auch niemand auf die Idee kommen die Leine manuell in dieser Position zu halten, sondern man fixiert sie, weil das wesentlich kräfteschonender ist.

    Ein Getriebe mit Schneckenrad wird von dem Einbauplatz kritisch. Man braucht sich nur die Konstruktion von elektrischen Fensterheber-Antrieben anzusehen. Zwar gewaltige Haltekraft und feines Steuern kein Problem, Einbauplatz aber groß.
    Ich kann mir aber nicht vorstellen, dass du überhaupt einen Schrittmotor finden wirst, der ohne Getriebe ein vergleichbares Drehmoment hat und falls doch, wird der ganz wohl nicht kleiner sein.

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo Freunde

    Ich betätige mit dem Schrittmotor nicht die Segel, das passiert mit stupsis großem Fahrtregler, sowie unter Ausnutzung der Positionsinformation vom Inkrementalgeber. Zuständig ist dazu die RN-Control welche die Signale vom Empfänger der Funkfernsteuerung dekodiert, also die Benutzeranweisungen erhält, und in entsprechende Anweisungen die über I2C an den mega8 der Fahrtregler von Stupsi weiter gibt.

    Die beiden Schrittmotoren sollen Vor- und Achterstag bedienen. Zur Erläuterung für nicht Segler Spezialisten: Das Vorstag ist ein Seil das geht vom Deck des Bootes am Bug zur Mastspitze und sichert den Mast vor Spannungen die den Mast nach hinten biegen wollen. Das Achterstag ist das Gegenstück. Es ist ein Seil das geht vom Deck am Heck des Bootes zur Mastspitze und sichert den Mast vor Kräften die ihn nach vorne biegen wollen. Weiterhin verwendet man das Achterstag auch um bewußt den Mast an der Spitze ein wenig nach hinten zu biegen. Dadurch verändert sich die Geometrie des Hauptsegels, also das hinter dem Mast, es öffnet sich oben ein wenig, was bei kräftigem Wind von Vorteil ist damit die Luft besser aus dem Segel auswehen kann. Nach links und rechts wird der Mast durch weitere Seile gesichert die vom Deck seitlich des Mastes zur Mastspitze reichen.

    Bei mir soll jetzt einer der Schrittmotoren die Aufgabe übernehmen das Vorstag bei einem Vorgang der für das Setzen eines Spinnakers in meinem Boot erforderlich ist, gespannt zu halten. Bei diesem Vorgang wird der Befestigungspunkt des Vorstags auf dem Deck am Bug um etwa 20cm nach hinten verschoben. Wenn man sich ein rechtwinkliges Dreieck vorstellt, wo der rechte Winkel zwischen Mast und Deck ist, und die beiden anderen Winkel zwischen dem Vorstag und Mast (an der Mastspitze) und Vortag und Deck (am Bug), so wird die Seite des Dreiecks welche vom Mastfuß zum Befestigungspunkt des Vortags am Deck von etwa 55cm auf 35-40cm gekürzt. Dadurch wird aber die Hypotenuse dieses Dreiecks, hier das Vorstag, auch kürzer. Der Schrittmotor hat jetzt die Aufgabe das Vorstag immer um den Betrag zu kürzen den es durch die Verschiebung Bes Befestigungspunktes des Vorstags am Deck kürzer wird und dadurch die Spannung des Vorstags konstant zu halten. Da der Getriebemotor der die Mechanik betätigt die den Befestigungspunkt nach hinten verschiebt 500 Impulse pro Umdrehung an den Fahrtregler von Stupsi meldet und beim gesamten Vorgang der Getriebemotor etwa 30 Umdrehungen innerhalb einer 1/2 Sekunde macht, wird der Schrittmotor parallel die Anzahl der Schritte machen um soviel Seil vom Vorstag aufzuwickeln, das das Vorstag eine unveränderte Spannung behält weil die Kürzung ausgeglichen wird. Das ist eine Sinus-Funktion.

    Das ist aus 2 Gründen wichtig:

    1. Am Vorstag ist auch das Vorsegel befestigt, es ist das Vorliek eines Genuasegels und das soll durch diesen Vorgang nicht beeinträchtigt werden. Würde das Vorstag durchhängen würde das Vorsegel seine Funktion verlieren. Der ganze Vorgang beim Setzen oder Einfahren eines Spinnakers, das große ballonartige Segel das man setzen kann wenn der Wind von hinten kommt, dauert knappe 5 Sekunden. Circa 1/2 Sekunde Vorstag zurückfahren und Bergeöffnung Spinnaker freilegen, etwa 3 Sekunden Spinnaker Setzen oder Einholen und etwa 1/2 Sekunde Vorstag wieder nach vorne zu fahren. Sollte Stromverbrauch durch Haltekraft Vorstag zu groß sein kann ich die Mechanik in der Endstellung vorne mechanisch fixieren und Schrittmotor entlasten. Seit ihr nicht auch der Meinung das ein Schrittmotor geeigneter ist als ein Getriebemotor das Vorstag einer Sinusfunktion folgend zu kürzen, bzw. zu verlängern indem er eine diskrete Anzahl von Schritten in so schnell wie möglicher Folge zeitgleich zum Getriebemotor ausführt der den Vorstagbefestigungspunkt verschiebt das an jedem Haltepunkt die bestmöglich Länge des Vorstags gefahren wird?

    2. Würde ich gestatten das das Vorstag während des Manövers das Spinnaker zu fahren spannungsarm wäre, würde das Achterstag einseitig den Mast nach hinten ohne Gegenkraft belasten. Auch dabei würde das Hauptsegel seine Funktion stark beeinträchtigt haben.

    Der 2. Schrittmotor ist für das Achterstag gedacht. Hier würde es gestatten während der Fahrt den Mast nach hinten zu biegen und so diese Trimmmöglichkeit eröffnen.

    Last, but not least, wären in meinem Segelboot die beiden Schrittmotoren im Einsatz und könnte man durch ablesen des Stromwertes einen Rückschluß auf die Zugkraft an den Stagen haben und so nachdem montieren der Segel könnten die Schrittmotoren diese Stage automatisch trimmen. Ein Abfall-Produkt einer notwendigen Funktion das ich aber sehr cool fände!

    Ich denke damit könnte man den Schiffsmodellbauern die Möglichkeiten der uController im Schiffsbau sehr anschaulich nahebringen.
    MfG

    Hellmut

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo Freunde

    Ich liebäugle mit dem Kauf von 2 Oriental Vexta PH266-E1.2B, 1,8 Grad/Step, 1,5A/Phase und 2,25VDC. Ist die Wahl Ok, wenn ich einen möglichst starken Schrittmotor für die RN-Motor und einer Spannungsversorgung von 24VDC aus einem NiMH-Akkupack? Schwerpunkt liegt auf Drehmoment und Haltekraft bei nur sehr langsamen Drehen, also etwa 1U/min?
    MfG

    Hellmut

  9. #9
    Gast
    Dein Boot scheint aber sehr groß zu sein. Das wären immerhin 3A pro Motor und das noch bei 24V. 12V sollten auch reichen.

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo Gast

    Ja, mein Boot ist nicht ganz klein. Die 24V brauche ich wegen der Getriebemotoren. Ich komme sehr günstig an Dunkermotoren mit 24V. Insgesamt sind z.Z. 8 Motoren vorgesehen, plus die 2 Schrittmotoren. Die 8 wiegen je knapp 0,5kg, macht 4 kg und die Schrittmotoren nochmals 2kg. Da ich vom Raum im Segelboot diese ganz unten einbauen kann sind diese gleichzeitig Ballast. Lieber Motoren mit interessanten Aufgaben als Blei. Als Stromversorgung sind 20 Mono-D Zellen MiMH mit je 8Ah, oder nominal 192Wh. Das dürfte schon reichen einen Nachmittag zu segeln! Was den Stromverbrauch angeht, die Motoren arbeiten ja nicht alle gleichzeitig! Außerdem werde ich konstant den Leistungsverbrauch der diversen Verbraucher messen und habe auch so die Möglichkeit, sollte mal eine Situation entstehen, den Stromfluß zu begrenzen!
    MfG

    Hellmut

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