Motor für das Bewegen einer Klappe

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

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.

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.

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.

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?

Zitat:

---

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.

Zitat:

---

Oder kann man es überschlagen und dann den Motor etwas überdimensionieren?

---

Das ist der pragmatische und manchmal der einzig gangbare Weg.

Zitat:

---

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.

Zitat:

---

Zitat von PeterS.

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

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.

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.

Zitat:

---

Zitat von Arkon

Hier wäre ein Modellbauservo die wahrscheinlich sinnvollste und einfachste Wahl.

Zitat:

---

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

Der Vergleich mit dem Leitwerk eines Flugzeuges ist hier nicht passend. Dort dienen die "starren" Flächen als Stabilisator für das Flugzeug. Über das "In den Wind stellen" des beweglichen Teils (Ruder) eines Leitwerks wirkt auf eben dieses Ruder eine Kraft wo durch dann die gewünschte Bewegung des Flugzeuges entsteht. Auch eine profilierte Klappe wird nicht benötigt, da ja kein Auftrieb erzeugt werden muss.

Zitat:

---

Zitat von Arkon

Der Vergleich mit dem Leitwerk eines Flugzeuges ist hier nicht passend. Dort dienen die "starren" Flächen als Stabilisator für das Flugzeug. Über das "In den Wind stellen" des beweglichen Teils (Ruder) eines Leitwerks wirkt auf eben dieses Ruder eine Kraft wo durch dann die gewünschte Bewegung des Flugzeuges entsteht. Auch eine profilierte Klappe wird nicht benötigt, da ja kein Auftrieb erzeugt werden muss.

---

Möglich, aber wenn so eine Hilfsklappe das Servo NICHT entlasten würde, wäre die Hilfsklappe nicht erfunden worden. :-) Ich habe mich auch etwas falsch ausgedrückt, Ich meinte NICHT das eigentliche Hilfsruder (mit dem z.B. auch getrimmt wird, sondern den vorderen Ruderblatt Teil VOR dem Drehpunkt. Dieser Wirkt Strömungs bedingt der Klappenstellung entgegen und entlastet so das Servo.

Gruß Richard

Eine mögliche Unterstützung des Stellantriebs durch pneumatische Kräfte scheint nicht sinnvoll, solange man nicht weiss, wie stark und in welcher Richtung die Luftströmung geht. Wenn man die Wahl hat, wird man die Drehachse der Klappe etwa durch deren Mitte gehen lassen.
Ein Standardservo könnte gehen, ist aber vielleicht doch etwas schwach. Ich würde einen kleinen Getriebemotor verwenden (RB35 oder ähnlich) mit Endschaltern, die den Motorstrom an der jeweiligen Endstellung unterbrechen. Die Endschalter sollten durch Dioden überbrückt sein, so dass in der Gegenrichtung wieder freigefahren werden kann. Der Antrieb fährt dann nach Anlegen der Spannung selbsttätig in die gewünschte Stellung und schaltet dort ab, bis man die Polung der Spannung umkehrt. Dann fährt er in die andere Endstellung.
Das Getriebe wählt man zweckmäßig so, dass die Stellzeit im Bereich von 1 bis 5 Sekunden liegt. Damit kann man erwarten, dass der Nachlauf des Motors nach dem Abschalten gering bleibt.

Schön wärs, wenn uns der Thread-Starter erzählen würde, wie er sich die Ansteuerung vorstellt. Da ist die Bandbreite ja sehr groß. Der eine kennt gar nichts anderes als Microcontroller und Servopuls-Erzeugung ist ein Klacks, der andere dachte an nichts anderes als einen Schalter. Beim Schalter ist wohl wirklich der RB35 mit Endschaltern/Dioden die bessere Wahl.

Bei der Ansteuerung dachte ich an einen Mikrocontroller (bekommt Befehl zum Öffnen / Schließen) der entsprechend einen Motortreiber ansteuert, der wiederum den Motor in Gang setzt.