Welchen Motor für Stellantrieb

[i-mon]

Hallo,

ich bin gerade dabei, einen Stellantrieb für einen Spiegel zu bauen. Der Spiegel ist ca 30cm breit und 8cm hoch und soll entlang der langen Achse gedreht werden. Die Winkelauflösung sollte bei etwa 0,1° liegen und der Spiegel sollte in einem Bereich von 50° verstellbar sein.

Ich habe schon nach Motoren recherchiert. In Frage kommen Schrittmotoren, allerdings müsste ich die dann im Mikroschrittbetrieb ansteuern und evtl einem Getriebe austatten. Alternativ kämen auch digitale Servos in Frage.

Wenn es geht, sollte die Verstellung um einen Winkelschritt nicht länger als 80ms dauern: Der Spiegel soll innerhalb dieser Zeit verstellt werden und danach ruhig stehen. Soweit ich gelesen habe, regeln digitale Servos häufig noch nach und stehen nicht still.

Könnt ihr mir einen Motortyp empfehlen? Getriebe? Wie würdet ihr das lösen?

Vielen Dank schonmal.

Werner

[ranke]

Ich würde vermuten, dass ein Servo mit der geforderten Auflösung überfordert ist. Allein das Spiel im Getriebe. Oder gibt es entsprechende Präzisionstypen?

Ich würde vermutlich einen Schrittmotor, ohne Getriebe, im Mikroschritt angesteuert probieren. Mikroschritt wird man nicht nur wegen der geforderten Auflösung, sondern auch wegen der Stabilität haben wollen. Zumindest meine (zugegeben nicht sehr große) Erfahrung mit Schrittmotoren ist, dass Vollschritt schnell unstabil wird, wenn die Last hauptsächlich aus Schwungmasse besteht.

Ich bin aber nicht sicher, wie gut die Positionierung im Mikroschritt tatsächlich ist, das hängt sicher auch vom speziellen Motor ab. Es gibt ja auch Preisunterschiede, das legt die Vermutung nahe, dass es auch Qualitätsunterschiede gibt.

Kommen (außer unvermeidlicher Lagerreibung) noch irgendwelche äußeren Kräfte bzw. Momente auf das System? Ich denke daran, dass die Steifigkeit ja auch ein Kriterium ist, falls es mechanische Strörgrößen gibt. Bei der Steifigkeit wäre natürlich eine Getriebelösung überlegen, wenn man das Spiel kleinhalten kann.

[i-mon]

Hallo ranke,

vielen Dank für deine Antwort. Ich habe mittlerweile nochmal recherchiert und mit Nanotec telefoniert. Ich bin mir eigentlich jetzt ziemlich sicher, einen Schrittmotor verwenden zu wollen.

Neben Beschleunigungsmomenten habe ich keine weiteren Belastungen.

Ich habe mir nun folgendes überlegt:
Als Winkelauflösung möchte ich 1/8 Grad haben. Daher nehme ich einen Schrittmotor mit Schrittwinkel 1,8° im Viertelschrittbetrieb. Dann habe ich Winkelschritte von 0,45° Mit einem Getriebe mit Übersetzung 3,6 : 1 komme ich dann auf meine gewünschten Schritte von 1/8°

Gibts dagegen Einwände?

[ranke]

Nein, von meiner Seite keine Einwände.
Beim Getriebe muß man eben auf eine spielarme Ausführung achten.
Bei der Getriebeübersetzung kann man vielleicht noch rechnen, ob nicht eine höhere Übersetzung günstig wäre, in Bezug auf Dynamik oder Stabilität. Das kann man nochmal machen, sobald alle beteiligten Trägheitsmomente bekannt sind.
Das hängt natürlich auch von der Getriebebauart ab, bei Zahnriemen wird man nicht wesentlich über 3,6 herausgehen wollen, bei Zahnrad geht natürlich mehr.

Bei der Entscheidung für den Schrittmotor (im Vergleich zum Servomotor) ist noch generell zu bedenken, dass der Schrittmotorsteuerung die absolute Stellung des Spiegels nicht bekannt ist. Es werden immer nur relative Bewegungen ausgeführt, das bedeutet, die Steuerung ist in der Lage, den Spiegel um einen bestimmten Winkel zu drehen, nicht aber einen bestimmten Winkel einzustellen.

[Hessibaby]

Meiner Meinung nach bist Du mit einer Kombination aus Schrittmotor mit Zahnrad und Zahnstange am besten bedient. Vorteil der Zahnstange ist der geringere Schlupf in den Flanken. Welche Masse hat der Spiegel ?
Gruß Hartmut

[i-mon]

Der Spiegel ist ca. 6cm auf 30cm und wiegt nach meinen Berechnungen ca. 150g

[Hessibaby]

Da Du entlang der Längsachse drehen willst, reicht eine geringe Kraft ( ein geringes Moment )
Hast Du eine Begrenzung bei der Baugröße ?
Wenn nicht ist es sinnvoll, die Welle direkt unter den Spiegel zu kleben, extern zu lagern und mit einem Exenter welcher von einer Zahnstange, die linear gelagert ist, bewegt wird anzutreiben.

[i-mon]

Ich hatte mir jetzt Folgendes überlegt:
- Schrittmotor (0.9°) im Halbschrittbetrieb über RN-Step297
- Übersetzung 1:3,6
- Als Getriebe nehme ich einen Zahnriemen, weil der kein Spiel hat (Empfehlung aus anderem Beitrag)
- Die Drehachse des Spiegels (also die "Welle") sollte auf der Oberfläche des Spiegels sein, weil ich damit zusätzliche Berechnungen beim Strahlengang umgehe. Daher kann die Welle nicht hinter dem Spiegel sein.

Offene Punkte sind jetzt noch die Ermittlung der Nullposition und die Lagerung des Spiegels:
Für die Nullposition schwanke ich zwischen einem Mikroschalter oder einer Lichtschranke.

[BurningBen]

Für die absolutpositionsbestimmung würde ich zur Lichtschranke tendieren.
Wegen der Wiederholgenauigkeit.

Wegen der Lagerung:
Kannst du dem Spiegel nen Rahmen verpassen, oder würde der stören?

[i-mon]

Ein Rahmen ist möglich. Habe es mir bislang so vorgestellt, dass ich den Spiegel auf einen Alurahmen aufklebe, welcher dann gelagert ist.

Ich werde den Spiegel mit kleinen Kugellagern lagern, da ich auch noch die Vorspannkraft des Zahnriemens als Lagerbelastung habe.