Leise (falls möglich geräuschlose) Alternative zum Schrittmotor 28BYJ-48 gesucht

[Rumgucker]

Hallo,

ich stell mir das kleine high-speed-Schleifchen zum Beispiel so vor:

	wrk_a = pwm_a + 1;
	wrk_b = pwm_b + 1;
	zyklen = 0;
	gpio |= _BV(OUT_A) | _BV(OUT_B);
	do {
	  if(!--wrk_a) gpio.OUT_A = FALSE;	/* high->low wechsel */
	  if(!--wrk_b) gpio.OUT_B = FALSE;
	} while(--zyklen);

Man müsste nachrechnen, ob die Schleife in 50 us durchgelaufen ist. Ggfls. den vom Compiler verzapften Assembler-Code von Hand optimieren. Oder sich eben mit 128 oder gar nur 64 Durchläufen begnügen und sich statt "20 kHz" PWM-Frequenz auch mit "15 kHz" (~ 65 us) anfreunden.

pwm_a und pwm_b kommen aus einer dda-schleife mit sinus/cosinus-lookup. Dazu finde ich bestimmt auch noch Software-Schnipsel. Man kann die Schleife aus einer ISR heraus mit neuen pmw_a/pwm_b-Werten füttern.

Wers lautlos will, muss halt gefühlvoller kommutieren.

DC-Motoren sind keine Alternative. Denn auch bei denen wird Spulenstromfluss schlagartig umgeschaltet, was zu allerlei Motor-Tönchen führt.

Für lautlosen Betrieb geeignet wären mit 50Hz betriebene Wechselspannungsmotoren. Bei denen kann aber die Drehrichtungsumkehr problematisch sein. Und im Anfahrmoment tönen die auch.

Und natürlich können die internen Windungen und Bleche mit 100Hz schwingen. Aber das ist immer so. Wenn die Drähte schwabbeln, wird jeder Motor Geräusche machen.

Der leiseste Motor ist in meinen Augen ein mit Sinus/Cosinus betriebener Schrittmotor.

Viele Grüße

Wolfgang

[Gnom67]

Wäre es nicht einfacher, ein Drivermodul einzusetzen, das Microstepping unterstützt?
A4988 oder DRV8825 zum Beispiel oder wenns noch höherer Auflösung bedarf ein TMC21XX/22XX oder ähnliches. Das sollte die Geräuschentwicklung ohne großen Aufwand schon mal deutlich senken.

[Rumgucker]

Hallo Gnom67,

ja. Natürlich ist es einfacher, fix-fertige China-Platinen zu kaufen. Aber macht das auch glücklich?

Wenns unbedingt hardware sein soll, dann könnte man sich auch mit einem Quad-OPV einen Quadratur-Oszillator basteln und dessen sin/cos-Ausgänge mit den übrigen zwei OPV zur HF-PWM wandeln. Also ne kleine kost-fast-gar-nichts-Lochrasterplatine zwischen Arduino und ULN2003.

Aber Software finde ich eleganter. Die kostet nur Gehirnschmalz. Zumal der Arduino doch eh nur 99,9% der Zeit rumpennt, wenn ich highmans Projekt richtig verstanden hab. Warum nicht mal einen Arduino bis an die Grenzen ausnutzen?

Wer rastet, der rostet. Wer von seinen Chips nicht dauernd das Siliziumoxyd abkratzen will, der muss den Dingerchen auch schon mal was abfordern. Dafür wurden sie ja gebaut.

Software-defined highspeed-PWM mit dda und lookup-Tabellen. Äußerlich eine harmlose Deko, die alle zwei Minuten die Drehrichtung einer Spindel umstellt. Aber innerlich ein Feuerwerk aus highend-Stuff.

Das ist die Lizenz zum Stolzsein....

Viele Grüße

Wolgang

[Klebwax]

Vielleicht sollte highman erst einmal sagen, wie er den Stepper ansteuert.

Und allgemein zu Steppern. Sie werden über den Strom gesteuert, nicht über die Spannung. Und wer meint, das ist ja doch quasi das Gleiche, vergisst einmal das induktive Verhalten der Spulen und die Gegen-EMK, wenn der Motor dreht. Mit einer simplen Spannungssteuerung sind Drehmoment und maximal erreichbare Steprate eher suboptimal. Und wer bei seinen Experimenten unbefriedigende Ergebnisse dafür aber durchgebrannte Stepper und Treiber produziert hat, greift dann doch zu fertigen Lösungen. Insbesondere, wenn der Stepper nur Mittel zum Zweck ist, wie bei 3D-Druckern und CNC Maschinen.

Die heute üblichen Chips wie A4988 oder DRV8825 realisieren diese Stromsteuerung und bieten im Mikroschrittbetrieb auch eine sinusähnliche Steuerung des Stroms. Die Fa. Trinamic preist ihre Controler als besonders leise an. Aber bevor nicht bekannt ist, wie der Treiber von highman aufgebaut ist, kann man über die Lösung seines Problems nur spekulieren.

MfG Klebwax

[Rumgucker]

Hallo Klebwax,

highmans Motor ist ein unipolarer 50 Ohm spannungsgesteuerter Schrittmotor, der für den Betrieb an 5V spezifiziert wurde. Highman nannte die Motortype. Er ist zusammen mit einem ULN2003-Treiber bei Arduino-Fans bekannt.

Typ: "28BYJ-48"

Rated voltage ： 5VDC
Number of Phase 4
Speed Variation Ratio 1/64
Stride Angle 5.625° /64
Frequency 100Hz
DC resistance 50Ω±7%(25℃)
Idle In-traction Frequency > 600Hz
Idle Out-traction Frequency > 1000Hz
In-traction Torque >34.3mN.m(120Hz)
Self-positioning Torque >34.3mN.m
Friction torque 600-1200 gf.cm
Pull in torque 300 gf.cm
Insulated resistance >10MΩ(500V)
Insulated electricity power 600VAC/1mA/1s
Insulation grade A
Rise in Temperature <40K(120Hz)
Noise <35dB(120Hz,No load,10cm)
Model 28BYJ-48 – 5V

Die benötigten 100mAs werden also vermutlich auch bei highman von einem ULN2003 Darlington-Array getrieben.

Da der Motor unipolar ist, muss man ihn an hochwertigen Treibern bipolar durch Freilassung seiner Mittelanzapfungen verwenden. Dann hat er 100 Ohm, was eine Betriebsspannung der Treiber von 12V ergibt. Oder mehr, wenn die Regelung der Chips bei nur 100 mA Stromentnahme stabil bleibt.

Stromtreiber und highmans Motor passen nicht gut. Man muss zumindest genau die Datenblätter der Treiberchips prüfen. Ist 100mA noch innerhalb der Spezifikationen oder nicht?


Viele Grüße

Wolfgang

[Gast2747hm]

Hi Leute, erstmal richtig dickes Danke schön für die ganzen Beiträge von euch. Danke Rumgucker, Klebmax, Gnom67 und HaWe.

Ich denke die Beiträge von euch werden mich ein Stück weiter bringen...leider bin ich noch nicht advanced genug, um das alles zu verstehen was ihr geschrieben habt. Mein größter Berührungspunkt mit Elektronik/Robotik war mMn bisher der Kauf des Ardruino...es ist auch möglich, dass ich froh sein kann, dass das Ding mir nicht schon um die Ohren geflogen ist...sry Leute xD...und deswegen wird es wohl etwas dauern bis ich eure Beiträge für mich übersetzt habe.

Sollte ich es hinbekommen haben, gebe ich hier nochmal Feedback, wie ich den Schrittmotor angenehm leise bekommen habe oder was ich mir geholt habe.

Danke nochmal und viele Grüße zurück

p.s. falls ihr Quellen kennt, die mir für das Verständnis helfen könnten würde ich mich über eine private Nachricht freuen

[Rumgucker]

Hallo highman,

nun lauf nicht gleich schreiend weg. Wir wussten ja nicht wo Du stehst und haben ja erstmal unter uns ein paar Ideen besprochen.

Vorschlag: zeig uns mal bitte Dein Schaltbild und Deine jetztige Software und beantworte uns dann ggfls. noch ein paar kleinere Fragen. Dann gucken wir weiter, ob wir Dir nicht ganz konkret was programmieren können, was Du dann nur noch hochladen musst.

Viele Grüße

Wolfgang

[Klebwax]

highmans Motor ist ein unipolarer 50 Ohm spannungsgesteuerter Schrittmotor, der für den Betrieb an 5V spezifiziert wurde. Highman nannte die Motortype.

Was nichts daran ändert, daß ein Schrittmotor durch Strom gesteuert wird. Die unipolare Konstruktion macht es nur schwer, den Strom zu kontrollieren. Solange man nicht vier steuerbare Stromquellen hat, bleibt einem nur übrig, die Spannung zu schalten. Da hat man dann, wegen der Gegen-EMK, bei lansamen Lauf einen sehr hohen Strom und der Motor wird heiß. Bei hoher Drehzahl sinkt zwar der Strom, damit aber auch das Drehmoment obwohl es gerade jetzt gebraucht wird. Was man tun kann, ist einen Vorwiderstand vor die jeweilige Wicklung zu schalten, so als Konstantstromquelle für Arme.

Die unipolare Ansteuerung war gerechtfertigt, als Transistoren noch Geld (und Platinenfläche) gekostet haben. Heute bekommt man die zwei Vollbrücken zusammen mit Stromchopper und Mikrostepping für weniger als einen Dollar.

Er ist zusammen mit einem ULN2003-Treiber bei Arduino-Fans bekannt.

Wenns um Schrittmotore geht, würd ich mich bei den 3D-Drucker Leuten umsehen.

MfG Klebwax

[Rumgucker]

Hallo Klebwax,

für mich bist Du der Ober-Fachmann, wenns um Motoren jeder Art geht. Und Du meinst es ja gewiss auch alles gut.

Aber ich persönlich mag nicht zwangsbelehrt werden. Ich hab dann schnell das Gefühl, dass sich der Beleherende über mich stellen will. Würdest Du das an meiner Stelle anders empfinden, Klebwax?

Lass es uns doch bitte zukünftig so gestalten, dass ich Dich zuerst frage, bevor Du mir was erklärst.

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Highman hat die Hardware. Natürlich hätte er in den Antrieb seiner Drehspindel auch 50 Euro stecken können. Hat er aber nun mal nicht. Und will er auch nicht. Und das versteh ich auch.

Hier im Thread fehlt es an zwei Dingen.

Zuerstmal an einem kommunikationsfreudigen und mitmachenden highman. Denn ohne seine Mitarbeit können wir gar nichts machen.

Aber WENN er mitzieht, dann ist unsere Kreativität gefordert. Ich halte das Projekt "leiser Schrittmotorantrieb" technisch für hochinteressant.

Die von Euch empfohlenen Chips piepsen und kommen mit highmans Hardware nicht klar. Ihr habt die empfohlen, ohne Euch die Datenblätter anzugucken. Stattdessen les ich was darüber, dass in einem Elektromotor Strom fließen muss, damit er sich dreht.

Wollen wir highman nun helfen oder nicht? Will highman sich helfen lassen oder nicht?

Ich helfe gerne mit. Weil ich die Realisierung eines (nahezu) lautlosen Schrittmotorantriebs für sehr herausfordernd halte. Es interessiert mich.

Und hierzu frag ich Dich, Klebwax! Erzähl uns doch mal bitte die ganzen möglichen Geräuschquellen eines Schrittmotors. Warum rattert das Ding eigentlich, wenn man es mit Halbschritten betreibt? Was rattert da genau?

Viele Grüße

Wolfgang

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Nachtrag: ich hab fast genau so einen Motor gefunden. 2x50 Ohm pro Wicklung. ULN2003 ist auch da. 5V auch.

Ich würde den Motor auf ein Holzbrett schrauben, damit man ihn ordentlich hört. Ansteuerung mit irgendeinem Atmel oder PIC und dann mal richtig messen, was DDA so an Entlärmung bringt.