Motorberechnung

[TheBrain]

Hallo zusammen.

Ich möchte eine Kurbel, welche für das Rauf- und Runterlassen meiner Storen verantwortlich ist, mit einem Motor (Schritt- oder DC, EC-Motor) ansteuern.

- AVR (ATmega8)
- 12 oder 24VDC

Meine Frage aber ist:
Wie berechne ich die Daten um einen Motor zu eruieren?

Ich habe an der Kurbel unten beim Dreh-Teil (15cm vom Stab-Zentrum) 2kg gemessen, was eine Drehmoments-Kraft von 20Nm entspricht.

Ist das richtig berechnet? Von Hand ist alles so leicht zu drehen, die Übersetzung ist oben drin einwandfrei und gross wie es scheint.

Wäre froh um einen Hinweis.

Vielen Dank
Dominik

[gooselk]

Hallo,

Ich habe an der Kurbel unten beim Dreh-Teil (15cm vom Stab-Zentrum) 2kg gemessen, was eine Drehmoments-Kraft von 20Nm entspricht.

Ist das richtig berechnet?

die Rechnung ist nicht ganz korrekt. So wie ich das verstanden habe, brauchst du eine Kraft, die der Gewichtskraft einer Masse von 2kg entspricht, um deine Kurbel zu drehen. Angriffspunkt ist 15cm von der Achse entfernt.
Dann ergibt sich das Drehmoment aus M = m * g * r = 2kg * 9.81m/s² * 0,15m = 2,94Nm. Dein Motor braucht also ein Drehmoment von ca. 3Nm, um die Achse zu drehen.

Kleiner Tipp: sowas wie eine Drehmoments-Kraft gibt es nicht  Das Drehmoment ist das Produkt aus einer Kraft F und dem dazugehörigen Kraftarm r. Genau genommen sind beides Vektoren, aber das würde zu weit führen. Wichtig für die Zukunft mit deinem Projekt wäre vielleicht noch, dass diese Rechnung auch umgekehrt gedeutet werden kann. Wenn du einen Motor mit max. 3Nm hast, kann der in 1m Entfernung von seiner Welle (z.B. durch einen Hebel) noch 3N Kraft ausüben.

Gruß ... gooselk

[TheBrain]

Hallo Gooselk - vielen Dank für die rasche Antwort!

Nun bin ich am Suchen eines geeigneten Motors und habe folgenden Link gefunden:
http://www.speedmotion.de/shop/03c19899790f61701/03c198997912bbf11.php

1)
Ich weiss nun nicht wie 'Dick' die Motorenachse sein sollte - 2mm dünkt ein wenig zu dünn zu sein, 5-10mm sollten genügen. Die Kraft nimmt nicht zu beginn zu (Federleicht), sondern nimmt erst ab der Mitte nach oben zu (die letzten ca. 40 Kurbeldrehungen von 71).

2)
Wie ist es mit einer Übersetzung mit einem Getriebe: Ist dies notwendig?? Ab wann ist eine Getriebeübersetzung notwendig?

Ich wollte die Motorenachse eigentlich ohne grosse Umschweife direkt an die Kurbel (Achse) montieren.

Liebe Grüsse
Dominik

[gooselk]

Hallo Dominik,

1)
Ich weiss nun nicht wie 'Dick' die Motorenachse sein sollte - 2mm dünkt ein wenig zu dünn zu sein, 5-10mm sollten genügen. Die Kraft nimmt nicht zu beginn zu (Federleicht), sondern nimmt erst ab der Mitte nach oben zu (die letzten ca. 40 Kurbeldrehungen von 71).


2)
Wie ist es mit einer Übersetzung mit einem Getriebe: Ist dies notwendig?? Ab wann ist eine Getriebeübersetzung notwendig?

Ich wollte die Motorenachse eigentlich ohne grosse Umschweife direkt an die Kurbel (Achse) montieren.

Liebe Grüsse
Dominik

Mir scheint mir der Motor den du ausgesucht hast, etwas unterdimensioniert zu sein, wenn du ihn 1:1 mit der Welle deiner Kurbel verbinden willst. Wo die Kraft zunimmt, ist irrelevant, denn der Motor muss das Maximum stemmen können. Das Datenblatt weist für den Motor nur ein Drehmoment von 2,5Nm aus bei 1000 Schritten/sec, was 5 U/sec entspricht. Den gesamten Bereich würdest du damit in ca. 14 Sekunden 'abkurbeln'  Nur leider wird der Motor, den du dir ausgesucht hast das wahrscheinlich nicht schaffen und der nächst größere kostet ja auch schnell mal das 3-fache bei diesem Händler.

Wenn die Zeit keine Rolle spielt und du mit ca. 30 Sekunden leben kannst, wäre zu überlegen, ob du eine Untersetzung 2:1 einbauen könntest. Dauert dann zwar länger, aber der Motor, den du dir ausgesucht hast würde reichen.

Edit(h) sagt: Bei einer Untersetzung von 2:1 würdest du ca. 2,5 Kurbelumdrehungen/Sekunde bekommen. Ich bezweifele, dass man mit der Hand mehr schafft auf 71 Umdrehungen 

Gruß ... gooselk

[TheBrain]

Hallo Gooselk.

Hm, aber das Haltemoment ist ja 3Nm - wie kommst Du auf 2.5Nm?

Also das Problem ist ja eigentlich immer das Geld: Ich könnte eine Zeichnung anfertigen und in Auftrag geben - jedoch habe ich diese Möglichkeit nicht.
Deshalb versuche ich ohne grossen mechanischen Aufträge dieses Projekt zu realisieren.

So eine Untersetzung wäre ideal, ist auch möglich das 2:1-Getriebe direkt auf die Motorenachse zu montieren und diese 'untersetzte' Getriebeachse mit der Kurbel zu verbinden?
Mit 30s bin ich zufrieden Benötige selbst mit 'ruhiger' Hand ca. 40s!

Entschuldige diese Fragen welche für dich absurd vorkommen mögen, aber für mich ist es ein Beginn ein solches Projekt mal selbst zu realisieren - eben mit dem nötigen Wissen, welches ich mir aneignen muss.

Ich bin froh dass Du so präzise und ruhig antwortest - vielen Dank.

Grüsse
Dominik

[gooselk]

Hallo Gooselk.

Hm, aber das Haltemoment ist ja 3Nm - wie kommst Du auf 2.5Nm?

Schau dir mal die Momentenkurve im Datenblatt an. Da ist das Drehmoment über den Steps/sec aufgetragen. Das Haltemoment ist das Moment, das der Motor ohne Schlupf halten kann, also ohne 'zurück zu drehen'.

Also das Problem ist ja eigentlich immer das Geld: Ich könnte eine Zeichnung anfertigen und in Auftrag geben - jedoch habe ich diese Möglichkeit nicht.
Deshalb versuche ich ohne grossen mechanischen Aufträge dieses Projekt zu realisieren.

So eine Untersetzung wäre ideal, ist auch möglich das 2:1-Getriebe direkt auf die Motorenachse zu montieren und diese 'untersetzte' Getriebeachse mit der Kurbel zu verbinden?
Mit 30s bin ich zufrieden Benötige selbst mit 'ruhiger' Hand ca. 40s!

Ich bin jetzt nicht so der Experte, aber ich glaube, es gibt Getriebe, die so gebaut sind, dass sie direkt vorne auf die Motoren passen. Schau einfach mal, ob du da was passendes findest. Wenn es nicht darum geht, genau zu positionieren, wäre evtl. auch ein günstiger DC-Motor eine Alternative. Die gibt es übrigens auch gleich mit eingebautem Getriebe.

Entschuldige diese Fragen welche für dich absurd vorkommen mögen, aber für mich ist es ein Beginn ein solches Projekt mal selbst zu realisieren - eben mit dem nötigen Wissen, welches ich mir aneignen muss.

Ich bin froh dass Du so präzise und ruhig antwortest - vielen Dank.

Grüsse
Dominik

Och, des passt scho' 
Wäre nur schön zu erfahren, wie es am Ende ausgegangen ist

Gruß ... gooselk

[TheBrain]

Is' ok. Werde the Thread auf dem Laufenden halten

[TheBrain]

Noch eine Frage hab' ich nun doch noch:

Weshalb noch die Beschleunigung von 9.81 m/s^2?? Ich meine, der Motor wie auch die Kurbelachse ist ja senkrecht zum Boden... Wenn die vernachlässigt würde käme man genau auf 3Nm - was dieser Motor ohne Untersetzung leistet.

Ich würde es verstehen wenn eine 'Last' vom Boden aufgenommen bzw. angehoben würde. Doch in diesem Falle ist der Storen zwar das Objekt, welches hochgehoben wird, jedoch vom Angriffs- und Arbeitspunkt her gesehen wird die 'Kurbel' ja nur gedreht...

Falls das stimmt was ich hier schreibe möchte ich gerne anschliessend fragen:
Wäre es möglich, dass ich diese Motorenachse (des erwähnten 3 Nm-Motors siehe Link) direkt an die Kurbel montieren und antreiben könnte? Was würde dagegen sprechen??

Gruss
Dominik

[AtoK09]

...Weshalb noch die Beschleunigung von 9.81 m/s^2...

das ist, wenn ich mich recht erinnere, die erdanziehungskraft...

edit sagt:komma nachgereicht^^

[gooselk]

Hallo Dominik,

Weshalb noch die Beschleunigung von 9.81 m/s^2?? Ich meine, der Motor wie auch die Kurbelachse ist ja senkrecht zum Boden... Wenn die vernachlässigt würde käme man genau auf 3Nm - was dieser Motor ohne Untersetzung leistet.

Ich würde es verstehen wenn eine 'Last' vom Boden aufgenommen bzw. angehoben würde. Doch in diesem Falle ist der Storen zwar das Objekt, welches hochgehoben wird, jedoch vom Angriffs- und Arbeitspunkt her gesehen wird die 'Kurbel' ja nur gedreht...

Falls das stimmt was ich hier schreibe möchte ich gerne anschliessend fragen:
Wäre es möglich, dass ich diese Motorenachse (des erwähnten 3 Nm-Motors siehe Link) direkt an die Kurbel montieren und antreiben könnte? Was würde dagegen sprechen??

AtoK09 hat Recht. Die 9,81m/s² ist die Erdbeschleunigung g. Du hast ja gesagt, du brauchst 2kg, um die Kurbel zu drehen. Ich gehe davon aus, dass du das mit einer Zugwage o.ä. gemessen hast. Kg ist aber die Einheit für Masse. Damit die Zugwage 2kg anzeigt, muss man eine Kraft aufbringen, die nach F = m * g der Gewichtskraft entspricht. Diese Kraft ist dann die Kraft, die auf die Kurbel wirkt und das Drehmoment an der Welle erzeugt. Wenn man g mit 10m/s² annimmt, kommt man auf 3Nm, da hast du Recht. Das m *g in meiner Formel dient halt nur dazu, die Messung von kg (Masse) in Newton (Kraft) umzurechnen.

Aber nochmal: die 3Nm bei diesem Motor ist das Haltemoment. Wenn du dir die Kennlinie im Datenblatt anschaust, stellst du fest, dass das Drehmoment mit zunehmender Drehzahl (im Datenblatt in Steps/sec angegeben) abnimmt. Im Drehmomentmaximum hast du dann ca. 2,5Nm bei 1000Steps/sec. Ohne Untersetzung reicht das nicht aus, um die knapp 3Nm zu stemmen. Halten kann der Motor das, aber eben nicht mehr drehen.

Da deine Annahmen also falsch waren, erübrigt die Beantwortung der letzten Frage 

Also nochmal zusammenfassend: Der Motor kann zwar 3Nm halten, aber nur 2,5Nm drehen. Deshalb ist er ohne Getriebe unterdimensioniert. Mit einer Untersetzung von 2:1 steigt das maximale Drehmoment an deiner Kurbelwelle von 2,5 auf 5Nm an, auf Kosten der Drehzahl. Das reicht aber um die Welle zu drehen.

Gruß ... gooselk

[TheBrain]

Hallo Gooselk und AtoK09 - vielen Dank für die Antworten

Anbei die 'Projektsituation'.

Ich habe mit einer Zugwaage gemessen, das ist richtig. Aber das 'Wirkmoment' ist nicht vertikal sondern horizontal, was doch heisst, dass die Erdbeschleunigung weggelassen werden kann, da ja kein Objekt in vertikaler Ebene - also entgegengesetzt von a_Erdverschoben wird, sondern lediglich horizontal (nach Erreichen einer beliebigen Position des Storens bleibt der auch dort stehen wenn man die Kurbel loslässt).

Bitte noch ein Komentar zu dieser Ansicht - dann akzeptiere ich dein Komentar und wende mich wieder dem Projekt zu um weiterzufahren

Grüsse

[gooselk]

Hi Dominik,

Ich habe mit einer Zugwaage gemessen, das ist richtig. Aber das 'Wirkmoment' ist nicht vertikal sondern horizontal, was doch heisst, dass die Erdbeschleunigung weggelassen werden kann, da ja kein Objekt in vertikaler Ebene - also entgegengesetzt von a_Erdverschoben wird, sondern lediglich horizontal (nach Erreichen einer beliebigen Position des Storens bleibt der auch dort stehen wenn man die Kurbel loslässt).

ich glaube, ich habe mich missverständlich ausgedrückt.
Du hast ja mit einer Zugwaage die Kraft gemessen, die du brauchst, um die Kurbel zu drehen, richtig? Falsch! Zugwaagen sind in Kg, also Masse geeicht. OK, jetzt muss ich aufpassen, mich nicht wieder zu verrennen  Masse und Kraft sind aber nicht das gleiche, wie man schon an der Einheit sieht.
Du hast also beim Messen eine Kraft auf die Kurbel ausgeübt, die genau so groß war wie die, die die Erde auf ein Objekt mit 2 Kg Masse ausüben würde, eben weil du mit einer Waage gemessen hast. Du möchtest aber wissen wie groß diese Kraft ist.
Da die Waage Masse 'misst', muss man das in eine Kraft umrechnen, und da kommt die Erdbeschleunigung ins Spiel. Die Waage rechnet das gewissermaßen durch die Eichung in Kg schon mit ein, und wir müssen es wieder rausrechnen. Deshalb:

F = m * g : Kraft, die auf die Waage wirkt (die wollen wir wissen) ist gleich dem Produkt aus der Masse (das zeigt die Waage an) und der Erdbeschleunigung (die ist ebenfalls bekannt). Das Drehmoment ist dann M = F * r, also das Produkt aus Kraft und Kraftarm. Wenn man jetzt m * g für die Kraft in diese Gleichung einsetzt, bekommt man M = m * g * r.

Es hat also nichts damit zu tun, wie ein Objekt bewegt wird, sondern damit, dass die Waage die Kraft nicht direkt anzeigt.

Ich hoffe, das war verständlicher... ich war schon immer nen mieser Didakt 

Bitte noch ein Komentar zu dieser Ansicht - dann akzeptiere ich dein Komentar und wende mich wieder dem Projekt zu um weiterzufahren zwink

Du sollst das nicht einfach akzeptieren, sondern Verstehen und kritisch hinterfragen 
Nein, im Ernst: Wenn du das immer noch nicht verstanden hast, frag nach. Es ist bei sowas wichtig, die Zusammenhänge zu verstehen, sonst hat man nichts gewonnen.

Gruß ... gooselk

[TheBrain]

Hallo.

Vielen Dank für die Antwort - ich habe es wirklich begriffen!

Nun bin ich auf der Suche nach einem geeigneten Motor:
Was ich meistens finde sind Motoren, solche, bei denen ich mich frage weshalb so dicke Achsen NUR ein Drehmoment/Haltemoment von 1mNm oder 50mNm haben... eigentlich bräuchte ich ja 3000 mNm, was ziemlich zu viel ist bei den meisten Anbietern... (maximal 250 mNm, was 0.25 Nm ist).

Nur so als 'Stand der Dinge'

Gruss
Dominik

[Sebbi]

Hallo  schau dir die Pages mal an

http://www.lenze.de/lenze.de_de_active/020_Products/020_Servo_drives/020_Servomotoren/010_Synchron-Servomotoren_MCS/Produkt_Synchron-Servomotoren_MCS_.de.jsp?cid=0b0164e08017f8ab


http://www.stoeber.de/ajax_dt/ajax/produkte.php


http://www.automation.siemens.com/mc/metalforming/de/f27aa559-a1f2-11d5-86db-080006278927/index.aspx


http://ms.sew-eurodrive.de/moviaxis/deutsch/index.html


& oder Conrad

Viel Spaß

[TheBrain]

Hi Leute.

Seh' ich das richtig, dass so ein Schrittmotor (doch eher kleiner meiner Meinung nach) doch erst ab EUR 150.- erhältlich ist? Und die Schrittmotorsteuerung dann auch noch?

Der Motor ist ja wirklich ein kleiner Fisch mit 3Nm... oder suche ich wirklich beim Falschen?

hm...