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Thema: Motor für das Bewegen einer Klappe

  1. #1

    Motor für das Bewegen einer Klappe

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    Hallo,

    vielleicht könnt ihr mir mit meinem Problem weiterhelfen.
    Ein Motor soll eine Klappe öffnen und schließen.
    Die erste Frage dabei ist, ob mein Gedankengang bei der Auswahl des Haltemoments richtig ist:
    - Das Gewicht der Klappe bestimmen: Volumen*Dichte hier ca. 0,5kg
    - Den Weg bestimmen auf dem sich die Klappe bewegt (also z.b. von der horizontalen in die vertikale Lage (90°) hier dann Länge der Klappe 0,2m -> 2*PI/4*0,2 ca.0,3m
    - Gewicht*9,81m/s^2*Weglänge = ca. 1,5Ncm
    Sollte man dann einen Motor mit einem Haltemoment von z.B. 2 Ncm verwenden?

    Dann die nächste Frage: Was ist die beste Möglichkeit um die Bewegung des Motors auf die Bewegung der Klappe zu übersetzen?

    Bin für jeden Tipp dankbar.

    Danke und Gruß
    Peter

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Ich würde die Bewegung über einen Spindelantrieb (Gewindestange+Mutter) lösen. Das ganze wirkt selbsthaltend (die Klappe geht nicht zu/auf wenn der Motor stromlos ist). Dadurch erübrigt sich die Frage nach dem Haltemoment. Allerdings ist die Bewegung nicht die schnellste.

    Wie man die Mechanik im Detail umsetzt bedarf ein paar mehr Informationen. Dazu wäre es wünschenswert die genaue Funktion/Nutzung der Klappe zu kennen.
    Alles ist möglich. Unmögliches dauert nur etwas länger!

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Hallo Peter,

    zum Bewegen einer Klappe sind Modellbau-Servos immer gut. Denn Du müßtest ja ohnehin für eine Positionserkennung sorgen, z.B. Endschalter oder ein Positions-Rückmelde-Poti. Das ist im Servo schon alles enthalten, Du mußt ihn nur mit einem Impuls für die Position versorgen. Das können Microcontroller, oder käufliche Platinen, die vom PC aus per USB angesteurt werdn oder auch ein ganz schlichter Elektronik-Baustein für ca. 5 Euro, bei dem Du die gewünschte Postion wiederum per Drehregler einstellst.

    Servos kosten ab 5 Euro aufwärts und schon die schlichtesten haben gute 10Ncm, somit kann man sich die Rechnerei sparen und nach Bauchgefühl arbeiten.

    Nebenbei: Für das Haltemoment wäre der Weg wohl unerheblich, man muß eher den ungüstigsten statischen Fall nehmen, vermutlich "Klappe muß waagerecht gehalten werden". Dann Gewichtskraft mal Entfernung Schwerpunkt von der Drehachse.

    Im Modellbaubereich gibt es auch unendlich Möglichkeiten, die Drehung des Servohorns mit einer Koppelstange auf die Klappe zu übertragen.

    Gruß
    Tom.

  4. #4
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    Zur Bestimmung des Haltemoments bei einer waagrechten Schwenkachse:
    1. Lage des Schwerpunkts der Klappe ermitteln. Das kann man experimentell machen (wenn die Klappe in Hardware zur Verfügung steht); wenn die Bauart einfach ist, dann ist die Schwerpunktlage offensichtlich. Es gibt auch Rechenverfahren dafür.
    2. den kürzesten Abstand zwischen Schwerpunkt und Schwenkachse ermitteln. Dieser Abstand ist ist der Hebelarm, an dem die Schwerkraft ansetzt.
    3. Gewichtskraft (in Newton) ermitteln (Produkt aus Masse und Erdbeschleunigung). Nach Deinen Angaben oben etwa 5N.
    4. Maximales Haltemoment (aus Gewichtskraft) ist das Produkt aus kürzestem Abstand und Gewichtskraft. Es tritt auf, wenn der Schwerpunkt waagrecht neben der Drehachse liegt.
    5. Prüfen, ob noch andere Kräfte angreifen (z.B. Hydraulische, pneumatische Kräfte,...) und entsprechend vorgehen (Kraftangriffspunkt und Kraft bestimmen, weiter wie oben). Alle Momente vorzeichenrichtig für den Worst-Case addieren.
    6. Daran denken, dass das Moment zum Bewegen der Klappe höher ist als das Haltemoment. Es treten zusätzlich dynamische Momente und Reibmomente auf, die ebenfalls zu überwinden sind.

  5. #5
    Danke für die Antworten.
    Wie kann man das benötigte Drehmoment zum Bewegen der Klappe berechnen? Oder kann man es überschlagen und dann den Motor etwas überdimensionieren?
    Wäre ein Schrittmotor eine Alternative zum Servomotor in diesem Anwendungsfall?
    Welche Lösung wäre von der Ansteuerung (Motortreiber) einfacher zu lösen?

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Wie kann man das benötigte Drehmoment zum Bewegen der Klappe berechnen?
    ich habe es eigentlich oben schon angedeutet, es kommen noch Momente aus Beschleunigung/Abbremsen der Klappe, Lagerreibung, Anströmung etc. in Frage. Ob davon etwas wichtig ist kann ich mangels Info nicht entscheiden.

    Oder kann man es überschlagen und dann den Motor etwas überdimensionieren?
    Das ist der pragmatische und manchmal der einzig gangbare Weg.

    Wäre ein Schrittmotor eine Alternative zum Servomotor in diesem Anwendungsfall?
    Welche Lösung wäre von der Ansteuerung (Motortreiber) einfacher zu lösen?
    Durchaus denkbar. Wenn Du nur zwei mögliche Stellungen hast, wäre auch ein einfacher Getriebemotor mit Endschalter möglich, das wäre am einfachsten. Erzähl mal mehr über Deine Anwendung, dann kann man konkretere Tips geben.

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von PeterS. Beitrag anzeigen
    Danke für die Antworten.
    Wie kann man das benötigte Drehmoment zum Bewegen der Klappe berechnen? Oder kann man es überschlagen und dann den Motor etwas überdimensionieren?
    Wäre ein Schrittmotor eine Alternative zum Servomotor in diesem Anwendungsfall?
    Welche Lösung wäre von der Ansteuerung (Motortreiber) einfacher zu lösen?
    Schaue Dir auch einmal diese Aktore an http://de.nanotec.com/linearaktuatoren.html Der Beschreibung nach scheinbar super.

    Gruß Richard

  8. #8
    Also die Anwendung ist eine Art Lüftungsschacht (an beiden Enden ca. 200 mm x 200 mm) der entweder (halb-)offen oder geschlossen sein soll (unten auf+oben auf, unten zu + oben auf, unten auf+oben zu, unten zu +oben zu). Dazu muss auf jeder Seite eine Klappe sein, die geöffnet oder geschlossen werden kann. Im Prinzip also nur zwei Stellungen pro Klappe.

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Hier wäre ein Modellbauservo die wahrscheinlich sinnvollste und einfachste Wahl.

    Das optimale wäre, wenn die Schwenkachse der Klappen nicht an einer Kante liegt sondern mittig "durch den Schwerpunk". So spielt das Gewicht der Klappe eine untergeordnete Rolle. Zudem könnte man sehr leicht verschiedene Stellungen programmieren, um unerwünschte "Windrichtungen" (Luftstrom verwirbelt Blätter auf dem Schreibtisch, "Zug" im Nacken) zu vermeiden, bzw nachträglich zu eliminieren.
    Alles ist möglich. Unmögliches dauert nur etwas länger!

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von Arkon Beitrag anzeigen
    Hier wäre ein Modellbauservo die wahrscheinlich sinnvollste und einfachste Wahl.

    Wenn der nicht etwas zu schwach sein wird?
    Das optimale wäre, wenn die Schwenkachse der Klappen nicht an einer Kante liegt sondern mittig "durch den Schwerpunk".
    Genau mittig halte ich für nicht so gut, eher die Achse im Oberen/Unteren 1/3, dann wirkt das Kurze Ende als Steuerruder b.z.w. Ruderhilfe wie das auch überwiegend beim Seitenruder von Flugzeugen gemacht wird. Das kommt natürlich auch auf die Strömungs Richtung und Stärke an wo das "Hilfsruder" platziert wird. Genau genommen müsste die Klappe dann auch ein entsprechendes Profil bekommen......

    Gruß Richard

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