Stepper-Motor zum Fensteröffnen

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27.12.2016, 22:05
forivinx

Stepper-Motor zum Fensteröffnen

Ich möchte mir einen Motor an eines meiner Fenster bauen, um den Griff um 90° nach links bzw rechts zu drehen.
Ich glaube ein Stepper-Motor würde hier Sinn machen, weil ich diesen mit entsprechendem Aufsatz einfach in das quadratische Loch vom Fenster stecken könnte (wo der Fenstergriff normalerweise drin sitzt) und dann den Fenstergriff hinten in den Stepper-Motor stecken könnte (wo normalerweise ein Rotary-Encoder reinkommt). So könnte ich auf komplizierte Zahnrad-Konstruktionen verzichten und meinen Fenstergriff an der gewohnten Stelle auch noch von Hand bedienen.

Die Frage ist nun, ob ein Stepper-Motor überhaupt genügend Kraft (Troque?) hätte um den Griff zu drehen.
Wenn ich mit einer Waage den Griff am unteren Ende zur Seite drücke, dann zeigt die Waage gerade mal 3kg. Aber das ist bestimmt nur so wenig wegen der Hebelkraft, oder? Der Motor würde ja direkt in der Mitte sitzen und hätte quasi keinen Hebel.

Also mein erstes Problem ist, dass ich keine Ahnung habe, wie ich herausbekomme wie viel Kraft benötigt wäre um den "Griff" von der Mitte aus zu drehen. Und das zweite Problem ist, dass ich die Torque-Werte nicht wirklich verstehe. Die Einheit wird wohl gerne in "oz.in" angegeben. Das kann man wohl umrechnen in kg/cm. Also 100oz/in wären 7.2kg/cm. Heißt das nun der Motor kann 7.2kg einen cm weit bewegen? :confused: Warum schreibt man denn nicht einfach drauf wie viel kg der Motor nach oben ziehen könnte?
27.12.2016, 23:51
Klebwax

Zitat:

Zitat von forivinx

Die Frage ist nun, ob ein Stepper-Motor überhaupt genügend Kraft (Troque?) hätte um den Griff zu drehen.
Wenn ich mit einer Waage den Griff am unteren Ende zur Seite drücke, dann zeigt die Waage gerade mal 3kg.

Wenn du jetzt noch die Länge des Hebelarms (Entfernung Angriffspunkt der Waage zum Mittelpunkt der Drehachse) mit deinen 3kg (das entspricht ca. 30 Newton) multiplizierst, hast du das Drehmoment.

MfG Klebwax

P.S. Ist eine gute Gelegenheit für die Einheitenapostel mal wieder über Nm und kgm zu diskutieren. Unter anderem darüber, daß es irgendwie einen Mangel an "Newton Messgeräten" gibt, wogegen z.B. Kofferwaagen, die kg anzeigen, leicht zu haben sind.
28.12.2016, 02:43
Peter(TOO)

Zitat:

Zitat von forivinx

Ich möchte mir einen Motor an eines meiner Fenster bauen, um den Griff um 90° nach links bzw rechts zu drehen.
Ich glaube ein Stepper-Motor würde hier Sinn machen, weil ich diesen mit entsprechendem Aufsatz einfach in das quadratische Loch vom Fenster stecken könnte (wo der Fenstergriff normalerweise drin sitzt) und dann den Fenstergriff hinten in den Stepper-Motor stecken könnte (wo normalerweise ein Rotary-Encoder reinkommt). So könnte ich auf komplizierte Zahnrad-Konstruktionen verzichten und meinen Fenstergriff an der gewohnten Stelle auch noch von Hand bedienen.

Das wird ein sehr fetter Stepper, wenn der ohne Getriebe arbeiten soll.
Zudem kann es sehr Laut werden, weil das Fenster als Lautsprecher arbeitet und bei jedem Stepp mitvibriert.

Möglicherweise ist ein Stellmotor für einen Heizungs-Mischer etwas. der hat genügend Kraft und auch die Mechanik für den Handbetrieb. Endschalter für die beiden Positionen sind meistens auch schon drin.

MfG Peter(TOO)

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Zitat:

Zitat von forivinx

Also 100oz/in wären 7.2kg/cm. Heißt das nun der Motor kann 7.2kg einen cm weit bewegen? :confused: Warum schreibt man denn nicht einfach drauf wie viel kg der Motor nach oben ziehen könnte?

Das steht ja da :-)
die 7.2kg/cm bedeutet, dass wenn der Hebel 1cm lang ist, also 20 cm Spulendurchmesser, er 7.2kg heben kann.
Ist der Hebel dann 2 cm lang, sind es nur noch 3.6kg.
28.12.2016, 04:56
i_make_it

Zitat:

Zitat von forivinx

Die Einheit wird wohl gerne in "oz.in" angegeben. Das kann man wohl umrechnen in kg/cm. Also 100oz/in wären 7.2kg/cm. Heißt das nun der Motor kann 7.2kg einen cm weit bewegen? :confused: Warum schreibt man denn nicht einfach drauf wie viel kg der Motor nach oben ziehen könnte?

Angaben mit Oz, lbs, Kg sind schon genau solche Angaben wo man einfach schreibt welche "Masse" ein Motor nach oben ziehen kann.
wenn man auf die Motorwelle eine Scheibe von 2" (Zoll gleich Inch gleich 2,54cm) Außendurchmesser befestigt, hat man einen Radius von 1". Das ist der Hebelarm.
Die Kraft ist Masse mal Erdbeschleunigung (g~9,81m/s²)
Masse verstehen wir bei Waagen gleichgesetzt mit Gewicht.
Oz ist die Unze und eine Unze sind 0,0283495 kg.
Die Angabe des Drehmoment sagt also nicht das 100 Unzen, ein Zoll weit bewegt werden kann,
(Kraft mal Weg wäre auch Leistung. Im Gegensatz zu Kraft mal Hebelarm, welches das Dremoment ist)
sondern das bei einem Hebelarm von 1in, 100oz gehoben werden können.
Bei einer Scheibe von 20" (Radius = 10") gingen somit nur noch 10oz zu heben.

Der Motor hat also wenn er 7,2kg.cm Drehmoment hat, umgerechnet rund 0,72Nm.
Wenn Dein Fenstergriff 10cm Lang ist und die 3kg der richtige Wert (Meßfehler durch fehlerhaften Meßaufbau) ist, wäre das benötigte Drehmoment rund 3Nm.
Also mehr als vier mal so viel wie der Motor kann.
28.12.2016, 16:36
forivinx

Zitat:

Zitat von Peter(TOO)

die 7.2kg/cm bedeutet, dass wenn der Hebel 1cm lang ist, also 20 cm Spulendurchmesser, er 7.2kg heben kann.
Ist der Hebel dann 2 cm lang, sind es nur noch 3.6kg.

Was genau ist denn der Spulendurchmesser und warum ist er von der Hebelgröße abhängig? Also ich dachte jedenfalls an einen nema 17 oder nema 23. Ein Motor bei dem eine 20cm große Kupferspule drin ist würde ich mir nicht freiwillig ans Fenster hängen.

Hm und einen Hebel habe ich im Endeffekt ja nicht mehr. Der Motor soll ja direkt in das Loch vom Fenster kommen. Damit wäre mein Hebel ja quasi unendlich klein?

Ein "Stellmotor für einen Heizungs-Mischer" scheint etwas ganz schön spezielles zu sein. Ich habe da nur solche Sachen gefunden: http://www.ebay.de/itm/162334553161
Das finde ich vom Preis her zu heftig und außerdem müsste ich den direkt mit 230V verkabeln, was ich nur äußerst ungern mache...

Ein Stepper-Motor würde sich auch anbieten, weil ich zum einen schon das benötigte Netzteil hätte und zum Anderen, weil ich eh noch 2 Treiber habe die bis 5A ausgelegt sind.

Zitat:

Zitat von i_make_it

Der Motor hat also wenn er 7,2kg.cm Drehmoment hat, umgerechnet rund 0,72Nm.
Wenn Dein Fenstergriff 10cm Lang ist und die 3kg der richtige Wert (Meßfehler durch fehlerhaften Meßaufbau) ist, wäre das benötigte Drehmoment rund 3Nm.
Also mehr als vier mal so viel wie der Motor kann.

Okay, das heißt ich bräuchte ja schon ein richtiges Monster. Also sowas vielleicht: http://eu.stepperonline.com/high-tor...04s-p-127.html

Ich werde das Fenster nächste Woche mal nachstellen und ein wenig ölen. Vielleicht kann ich die benötigte Kraft so ja ein bisschen minimieren.
28.12.2016, 16:43
i_make_it

Wenn man ein Seil aufspult, dann ist das worauf das passiert eine Spule. (hat nichts mit der Kupferspule des Motors zu tun)
man kann auch einfach eine Scheibe an die Motorwelle machen.
Oder minimalistisch einen Hebel.
Der erfüllt allerdings bei jeder Motorumdrehung nur zwei mal (immer wenn er genau waagereicht also Rechtwinkelig zur Wirkrichtung der Schwerkraft ist) die Bedingung.

Der Spulendurchmesser der Motorwicklung und des Rotors hat aber auch einen großen Einfluß auf das Drehmoment das ein Motor aufbringen kann. Bei selben Strom, Spannung und Windungszahl hat ein Motor mit größerem Durchmesser, ein größerens Drehmoment.

Zitat:

Zitat von Peter(TOO)

wenn der Hebel 1cm lang ist, also 20 cm Spulendurchmesser

Hier handelt es sich auch um einen Einheitenfehler
Bei einem Hebelarm von 1cm ist der Spulendurchmesser entweder 2cm oder 20mm. Peter(TOO) hat bei der Zahl wohl an mm gedacht und dann wegen dem 1cm Hebel doch die Einheit cm geschrieben.

Wenn Du einen fast 2kg schweren Stepper an Fenster geht vermutlich gar nichts mehr, da sich das Fenster verzieht.
28.12.2016, 18:29
Peter(TOO)

Zitat:

Zitat von i_make_it

Bei einem Hebelarm von 1cm ist der Spulendurchmesser entweder 2cm oder 20mm. Peter(TOO) hat bei der Zahl wohl an mm gedacht und dann wegen dem 1cm Hebel doch die Einheit cm geschrieben.

Sorry, das ist ein Tippfehler!

Sollte 1 cm und 2 cm lauten!

MfG Peter(TOO)

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Zitat:

Zitat von forivinx

Was genau ist denn der Spulendurchmesser und warum ist er von der Hebelgröße abhängig?

Hebel ist ein Begriff aus der Physik (Hebelgesetz):
https://de.wikipedia.org/wiki/Hebel_(Physik)

Will man ein Seil aufrollen, ist so ein Hebel etwas unpraktisch und man verwendet eine Spule.
Zur Berechnung der Kräfte ist aber nach wie vor nur der Hebel, also der Abstand zwischen Achsenmitte und dem Seil wichtig.

Mit dem Hebelgesetz sollte es auch klar sein, woher die Nm kommen.
Ist der Hebel 1m lang und greift dort die Kraft im 90°-Winkel an und kann dann eine Kraft von 1N erzeugt werden, hat man 1 Nm Drehmoment.
Macht man den Hebel 1 cm Lang beträgt die Kraft dann 100N am Hebel.
Der Antrieb hat dann aber immer noch 1 Nm oder halt 100 Ncm Drehmoment.

Deshalb nützen deine gemessenen 3kg nichts, wenn man nicht weiss wie lange der Hebel ist.
Um das Drehmoment zu erhalten musst du noch den Abstand zwischen dem Drehpunkt und dem Punkt an welchem du deine Waage angehängt hast, wissen.

MfG Peter(TOO)
28.12.2016, 20:16
forivinx

Ich bin immer noch ein wenig verwirrt. Mir ist nun zwar klar, was mit Hebel gemeint war, aber ich habe ja eigentlich trotzdem keinen, oder? Ich stecke den Motorschaft ja direkt ins Griffloch vom Fenster. Oder ist der Hebel jetzt einfach der Abstand zwischen der Mitte des Griffloches bis zu seinem Rand? Falls dem so ist, wäre der Hebel ja gerade mal 5mm lang.

Der originale Griff ist übrigens genau 10cm, gemessen vom äußersten Ende bis auf Höhe der Mitte des Griffloches.

edit:

Es hat gerade so ein bisschen *klick* gemacht bei mir. Die Hebellänge ist eigentlich einfach antiproportional zum Gewicht... also Masse meine ich, die kg halt.
Also da ich weiß, dass die Waage bei 10cm Hebellänge bis 3kg hochgegangen ist, hätte die Waage bei 1cm Hebellänge 30kg angezeigt, also 30kg/cm, was ca 417oz/in bzw ca 3Nm entspricht, wie i_make_it ja eigentlich auch schon lange gesagt hat.. :)
29.12.2016, 02:32
i_make_it

Zitat:

Zitat von forivinx

Wenn ich mit einer Waage den Griff am unteren Ende zur Seite drücke, dann zeigt die Waage gerade mal 3kg.
Aber das ist bestimmt nur so wenig wegen der Hebelkraft, oder?

Der Abstand vom unteren Ende bis zur Mitte des Lochs ist der Hebel.
Die Kraft sind die 3kg*9,81m/s² = 29,43N
Erst mit Kraft mal Hebelarm kommst Du auf das Drahmoment.
Und erst damit hast Du eine Größe mit der Du die Eignung von Motoren für diese Aufgabe einschätzen kannst.

Da ich nicht weiß wie lang Dein Fenstrgriff ist, habe ich in meinem Beispiel 10cm genommen. die Griffe die ich hier so habe, haben zwichen 12 und 14 cm. Allerdings sind das hier alte Fenster. Kommt also auf die tatsächlichen Gegebenheiten bei Dir an.