Mechanische Bremse für E-Motor

Hallo Freunde

Ich setze 2 Schrittmotoren in meinem Modell-Segelboot ein, wobei einer das Vorstag bedient, einer das Achterstag. Diese Stage, Seile von der Mastspitze zum Bug, bzw. zum Heck, können bis zu 50kg Zug aufweisen.

Ich würde jetzt gerne die Welle meines Schrittmotors mechanisch bremsen um den Stromverbrauch zu vermeiden der durch die Haltekraft des Schrittmotrs entsteht. Leider habe ich bisher nur von Lieferanten, zum Beispiel Dunkermotoren, Getriebemotoren mit mechanischer Bremse gesehen, aber nirgends eine mechanische Bremse zum Nachrüsten!

Bei allen Bremsen die ich bisher gesehen habe, sorgt eine Feder dafür das die Bremse wirkt, bei Betätigung wird der Federkraft entgegengewirkt. Genau so was suche ich

Hi, wenn es nicht sooooo sehr auf die genauigkeit ankommt, wie wäre es dann mit einem schneckengetriebe? das bremst von natur aus...


Gruss Stefan

Wie wäre es wenn Du auf die Welle noch ein Zahnrad setzt..
In dessen Zahnung wird mit Federkraft ein Gegenstück in einer Führung mit nur ein paar Zähnen gedrückt.
Ich stell mit das so ähnlich wie die Kohlen ein einem Elektromotor vor die ja auch mit einer Feder auf den Anker gedrückt werden. :-k
Nur rastet hier eben die Zahnung ein.
Zum Lösen des ganzen zieht dann ein Servo das Gegenstück wieder weg.

Gruß
m.artmann

Oder schließ den Schrittmotor durch n Relais kurz:

Bsp.: Solange der Schrittmotor arbeitet, ist der Überbrückungskontakt vom Relais geöffnet, wenn nun der Motor feststehen soll, schaltet das Relais, ein Schaltkontakt unterbricht im selben Moment die Leitung von der Schrittmotorsteuerung zum Schrittmotor, während ein anderer Schaltkontakt vom Relais die Kontakte beim Schrittmotor überbrückt.

Ich denke, das wirkt wie bei nem normalen Motor (ist aber Leistungsabhängig)

Greetz walddax :)

Du kannst dich auch mal im Automodellbaubereich umschauen. Für die 1:5er Modelle gibts Scheibenbremsen zum nachrüsten.

Wolfgang

Vielen dank für die zahlreichen Antworten. Im Einzelenen:

Gobstar: Interessant. Das Schneckengetriebe kann sicher eine große Behaarungskraft aufbringen. Werde ich prüfen.

m.artmann: Daran hatte ich auch gedacht, allerdings würde ich ein kurzes Stück aus einer Messingzahnstange dazu verwenden. Allerdings habe ich mit der Mechanik wegen Einbauraum ein Problem.

walddax: Du denkst sicher an eine elektromechanische Bremse, sprich den Motor kurzschliessen, wie bei Getriebemotoren. Geht das auch bei Schrittmotoren?

Wolferl: Das mit den Scheibenbremsen werde ich studieren. Wenn man die ähnlich wie ein Servo anschliessen kann, wäre das ideal.

Weiss übrigens jemand wó man an eine Bremsvorrichtung zum Nachrüsten kommt? Ich denke an solche wie sie bei Dunkermotoren leider ausschliesslich inkl. Motor geliefert werden.

Bei bigc (conrad) wirste so ne Bremse kriegen, wird auch direkt über einen servo angesteuert....allerdings meines erachtens nicht grad günstig...


Gruss Stefan

Ja, so in etwa, nur bei nem Schrittmotor bin ich nicht sicher ob das geht :-k

Die Kurzschlußbreme bei Elektromotoren wirkt geschwindigkeitsabhängig. Bei der Geschwindigkeit null ist auch die Bremswirkung null.
Ich glaube nicht, daß das für den Einsatzfall interessant ist.

Bei Schrittmotoren gibt es die Bremswirkung bei Kurzschluß auch.
Manfred

@ Manf
Stimmt, da hab ich nicht dran gedacht :-k

Ist ja vergleichbar mit ner Wirbelstrombremse beim LKW :)

Greetz walddax

Hallo Stefan (Gobstar)

habe gerade vergeblich versucht die Bremse bei Conrad zu finden.

Artikel-Nr.: 222911 - 14
Aber wie gesagt, sehr kostspielig, vielleicht doch schneckengetriebe?

Gruss Stefan

Danke, allerdings extrem teuer. dafür bekomme ich eine motor mit Bremse

Hallo Freunde

Neues zum Thema Bremse. Bei Dunkermotoren.de wird eine Bremse zum Nachrüsten angeboten, soll die Type E38 sein. Bis auf eine Presse-Information auf der HomePage von Dunkermotoren habe ich noch keine Detailinformationen. Bauhöhe 26mm, Durchmesser 38mm, 24V.

Die Bremse ist im Ruhezustand aktiv, bei Anlegen der 24V löst sie sich. Sollte der Preis akzeptabel sein, so wäre dieses die Lösung meines Bremsproblems. Ich gebe Informationen weiter, sobald ich die angeforderten Informationen erhalte.

Hi Manfred,

Zitat:

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Die Kurzschlußbreme bei Elektromotoren wirkt geschwindigkeitsabhängig. Bei der Geschwindigkeit null ist auch die Bremswirkung null.

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Richtig, aber zusätzlich zur "Kurzschlußbremse" haben viele
permanenterregte Elektromotore auch noch ein
sog. magnetisches Rastmomement.
Das wirkt auch im Stillstand.
Es entsteht, weil die Ankerpole von den Permanetmagnerten angezogen werden.
Je nach Verhältnis Ankerpolzahl / Magnetpolzahl und
natürlich Magnetstärke kann das Rastmoment stark bis kaum merkbar sein.

Das magn. Rastmoment ist bei Schrittmotoren besonders ausgeprägt,
und kurzschliessen der Wicklungen des Schritttmotors im Stillstand
verstärkt es nochmal erheblich.
Das liegt daran, dass bei einem Schrittmotor im Stillstand
jedem Ankerpol ein Magnetpol direkt "gegenüber" steht.
Jede Bewegung des Ankers induziert in den kurzgeschlossenen Spulen einen Strom,
dessen Magnetfeld der Ursache der Bewegung entgegerichtet ist.

Gruß Jan

Zitat:

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Das magn. Rastmoment ist bei Schrittmotoren besonders ausgeprägt, und kurzschliessen der Wicklungen des Schritttmotors im Stillstand verstärkt es nochmal erheblich.

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Das ist ein sehr interessanter Aspekt, auf den ich gerade hinweisen wollte. Es gibt die Wirbelstrombremsung, die geschwindkeitsabhängig ist. Die Bremswirkung des Kurzschlusses sinkt mit abnehmender Geschwindigkeit und erreicht gemeinsam mit ihr den Wert null.
(Neue Erkenntmisse dazu sollten natürlich ebenfalls bekannt gemacht werden.)
Manfred

Habe sogleich einen minebea stepper zur brust genommen und die anschlüsse unterschiedlich kurzgeschlossen.
Bremswirkung ist erstaunlich, aber nicht zu vergleichen mit dem ruhezustand unter spannung.

Ausserdem entfaltet sich die bremswirkung erst bei bewegung/drehung, d.h. zu spät.
Das wirkt sich so aus, dass bei impuls-bewegung die bremswirkung ok ist, aber bei langsam-kontinuierlicher bewegung die bremswirkung nicht so gut ist.
Ist auch irgendwie klar, denn bei schnellerer durchkreuzung der magnetfeldlinien wird auch mehr spannung induziert, die bei kuzgeschlossener spule mit ihrem magnetfeld dem erregenden magnetfeld entgegenwirkt.

Aber grosse servos die von einer siemens sps angesteuert werden, ziehen in ruhestellung nur minimal strom, und ziehen aber mehr strom wenn der servo einer nicht erlaubten drehung entgegenwirken soll.
Dabei sorgt eine elektronik dafür, dass nur so wenig strom zur verfügung steht wie der servo zum entgegensetzen der nicht erlaubten drehung braucht !!

Das wäre doch mal eine anregung für 'nen könner mal so eine schaltung zu konstruieren, und alle unsere stepperstromziehproblemeimruhezustand wären endlich für immer beseitigt !!!!! :Ostern
Einen spielraum von einem step hätte man ja zur diagnose und berechnung der gegenkraft.

Hallo Fiko

Dein Gedanke eine intelligente Lösung betreff Stromverbrauch zum Halten eines Motors in einer spezifischen Stellung war ursprünglich meine Strategie, bevor ichdie von Dunkermotoren zum Nachrüsten ideale mechanische Bremse gefunden habe. Dazu:

Ich ersetze in meinem Segelboot Winden und Servos wo sinnvoll durch Getriebemotoren, bzw. Schrittmotoren indem ich uC zwischen schleife. Die Motoren geben der Schaltung Positionsinformationen, der Schrittmotor über die Schrittzählung, der Getriebemotor durch die Impulse des Inkrementalwertgebers, dadurch sind tolle Möglichkeiten erschlossen.

Zuerst dachte ich über die Kraft der Motoren Verstellungen entgegen zu wirken. Bei Getriebe diese über das Auslösen von Impulsen des Inkrementalwertgebers zu erkennen wenn er durch externe Kräfte gedreht wird, und dann gegen zu steuern. Da der Inkrementalwertgeber 500 Impulstripel pro Umdrehung liefert ist die Genauigkeit der Erkennung mehr als hinreichend. Der Motor würde also abschalten, und seine Wicklungen kurzschliessen und damit je nach Anwendung eine hinreichende Bremswirkung vorliegen, nur der Ruhestrom der Motorsteuerung. Sobald es ich auch nur um weniger als 1 Grad dreht (360/500) bekommt das die Motorsteuerung signalisiert und hält gegen und fährt in die alte Position solange die Dekodierung der Signale vom Empfänger keinen Steuervorgang durch den Benutzer erkennt.

Diese Implementation werde ich beim Antrieb der Winsche für die Genua-Steuerung und das Hauptsegel einsetzen. Da die Segel doch über die Schote laufend bedient werden ist der Einsatz einer mechanischen Bremse wahrscheinlich ein "overkill". Leistungsverbrauch hier hoch, während der Betätigung, Ruhestrom der RN-Power während des Haltens, solange EMK-Bremse und mechanischer Widerstand dem Zug der Schote widersteht. Beim Beheben durch ungewolltes Verstellen Leistungsverbrauch wie bei Betätigung.

Ganz anders stellt es sich beim Halten der Schote des gesetzten Spinnakers. Hier habe ich noch keine Erfahrungswerte. Aber die Schot vom Spi zur Mastspitze, von dort am Mast unter Deck geführt, wird von einem Dunkermotor Gr42 mit 24V und Getriebe mit Inkrementalwertgeber betätigt und gehalten. Ich hoffe das bei normalen nicht böigem Wind der Widerstand durch das Getriebe und der EMK-Bremse durch Kurzschliessen des Motors über die Motorsteuerung den Spi hält. Nur bei Böen könnte ein ungewolltes Verstellen passieren, da müßte man wie oben nach regeln. Hier sehe ich erstmals keine Bremse vor, aber die Möglichkeit zum Nachrüsten.

Wieder anders ist die Situation bei den Schrittmotoren. Diese halten in meiner Anwendung einen Zug von etwa 50kg an den Stagen. Verstellt wird nur beim Trimmen des "twist" beim Hauptsegel durch den Schrittmotor fürs Achterstag. Beim Schrittmotor für den Vorstag muss eine Längenänderung des Vorstages erfolgen vor und nach dem Betätigen des Spi. Eine Besonderheit meiner Implementation. Hier wird 99% der Zeit nur gehalten und die Kräfte die den Motor verstellen wollen sind groß. Hier setze ich die mechanische Bremse ein. Dadurch ist der Leistungsverbrauch 99% der Zeit 0A.

Die Steuerfolge ist:
Funktion: gewolltes verstellen, bzw. korrigieren ungewolltes verstellen:

1. Motor über I2C an Motorsteuerung einschalten
2. Bremse lösen über I2C und RN-Relai
3. Motor eine definierte Schritt-, bzw. Impulszahl fahren lassen
4. Bremse über I2C und RN-Relai setzen
5. Motor über I2C ausschalten.

Gespannt bi ich wegen der vielen I2C Kommunikation in meinem Segelboot. da ist sicher noch so manches Problem welches auf mich wartet. Gibt es eigentlich Erfahrung über den Betrieb von 2 unabhängigen I2C Bussen an einem mega32 z.B.?

Hallo Hellmut

Was spricht gegen ein Schneckenradgetriebe, wie es Gobstar oben schon erwähnt hat. Bzgl der Genauigkeit sollte es doch für deine Anwendungen völlig ausreichen.
Welche Gründe sprechen denn dagegen? Einbau?

MfG
Wolfgang

Du bist ja schon richtig weit mit dem projekt.
Danke für die sehr anschauliche darstellung, jetzt weis ich endlich was 'ne Schote usw. ist.

Ein tolles projekt.
Vielleicht kannst Du ja mal 'n bildchen schicken.

Hallo Hellmut,

warum spannst Du die Stag nicht mit einer Spindel ? Bei meiner Jolle (470er) ist ja auch ein Spannschloß dran.

Gruß Hartmut

Hallo Freunde

@Wolferl: Gegen das Schneckenrad sprich die Geschwindigkeit. Schneckenräder bewirken eine sehr große Untersetzung, daraus resultiert ja auch die Haltekraft. Der Motor dreht bei voller Fahrt mit 60 Umdrehungen/Sekunde. Bei der Steuerung der Genua, beim Hauptsegel und beim Spinnaker muß ich in wenigen Sekunden bis 180cm Schot auf, bzw. abwickeln, das wird zu langsam. Bei den Schrittmotoren für die Stage ist es allerdings eine Alternative, allerdings ist das Thema Einbauraum schwierig.

@ Hartmut: Bei den Stagen benötige ich die Verstellfähigkeit im Betrieb. Ich habe leider noch keine Bilder dazu, daher erst mal nur in Worten. Mein Boot wird mit einem Genua als Vorsegel betrieben, dabei ist das Vorliek mit dem Vorstag identisch. Vorliek ist das Schot in der Vorderkante des Segels. Der Spinnaker ist in einer Bergungsröhre im Rumpf aufbewahrt, die Öffnung zum Deck ist im Bug hinter der Befestigung des Vorstags, gleich Vorlieg des Genua. Damit beim Setzen des Spinnakers das Genua, und insbesondere das Vorstag dem Spi nicht im Wege sind, der Spi ist ja als "Ballon" zu allervorderst aufgespannt, muß das Vorstag hinter die Öffnung des Spi-Bergungsrohres verschoben werden, damit weder Vorstag noch Genua der Entfaltung des Spi im Wege sind. Der Befestigungspunkt des Vorstags an Deck im Bug muß hierfür um etwa 23cm zurückverlegt werden, bis der Spi steht und dann wird der Vorstagsbefestigungspunkt wieder nach vorne in seine alte Position gefahren. Bei diesem Vorgang wird die Öffnung des Bergungsrohres wieder verschlossen um das Eindringen von Wasser zu vermeiden. Der ganze Vorgang, setzen oder Einfahren des Spi wird in unter 5 sekunden ausgeführt. Der Mast ist über Deck etwa 185cm hoch, beim Verschieben des Vorstagbefestigungspunktes würde das Vorstag durch die Verkürzung der Distanz Mastspitze zu Vorstag Befestigung am Bug lose werden, dabei würde die Spannung am Vorliek des Genuas wegfallen und das Genua in seiner Funktion sehr gestört. In dem die Elektronik von der Motorsteuerung der Mechanik zur Verstellung des Vorstag-Befestigungspunktes während der Verstellung laufend Auskunft über die aktuelle Position erhält, über I2C Kommunikation, kann sie das Vorstag um den entsprechenden Wert in der Länge verändern um die Spannung konstant zu halten. Alternativ habe ich auch erwogen am Schrittmotor durch Messung des Stromes zum Schrittmotor einen Wert zu haben der Ausdruck über die Haltekraft gibt die der Schrittmotor aufbringen muß um den Zug/ die Spannung am Vorstag zu halten. Wenn jetzt durch das Verstellen des Vorstag-Haltepunktes die Spannung am Vorstag abfällt, so müßte der Schrittmotor weniger Kraft zum halten aufbringen, ergo fällt der Wert des Stromes zum Schrittmotor, ergo kann der Schrittmotor das Vorstag spannen bis der alte Wert wieder gegeben ist der durch einen bestimmten Stromfluß bestimmt ist. Der Vorteil dieser Alternative wäre, das die Motorsteuerung des Schrittmotors keine Kommunikation mit der Steuerung der Motorsteuerung für die Verstellmechanik führen muß.

Spannschlösser, die ich übrigens auch im Einsatz haben muß, sind grundsätzlich erforderlich um die Schote beim Abnehmen, bzw. Aufbauen des Segels zu verbinden. Ich möchte ja nicht bei jedem Auf- und Abbauen tief in die Mechanik im Rumpf eingreifen und außerdem diene sie der ersten Grobtrimmung der Schote.

Leute, einerseits bin ich in meinen Gedanken und Implementierungen weit fortgeschritten, andererseits sieht man noch nichts und wird sicher auch noch bis Ende 2005 nicht viel sehen. Der Weg vor mir ist noch sehr lang.

Von einem meiner projekte weiß ich, daß zum halten eines Steppers nur 20% der Spannung gebraucht werden um in etwa das gleiche Moment zu erzeugen als bei voller Drehung. In meinem Fall waren es 2V bei einem 12V Stepper. Ich habe die mit pwm erzeugt die logisch mit den Schritten verknüpft sind,sodaß bei Fahrt sofort auf vollpegel geschaltet wurde. Ergibt auch eine gute Energieeinsparung und ist preiswert zu machen. ;-)

Das bedeutet dann, daß der Motor die restlichen 80% der Spannung, die nicht am Wicklungswiderstand abfallen, einsetzt, um die induzierte Spannung zu kompensieren und die Stromänderung in der Induktivität zu bewirken.

Schon bei relativ kleinen Motoren, den meisten die hier verwendet werden, sieht man PWM Schaltungen vor, die den Strom unabhängig von der Spannung regeln. Schon 5-10W wären sehr störend wenn sie ohne Berücksichtigung der mechanischen Leistungsabgabe vom Motor aufgenommen würden und dann den Motor erhitzen.

Manfred

https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=1511

Heist das dann, dass ich über die UREF des L297 den stromfluss im stillstand des steppers, extrem herunter regulieren kann ?

Oder müsste ich ein PWM Signal an ENABLE_A und ENABLE_B des L 298 anlegen ?