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8.2.4 Linearvorschub erkunden

Erstellt ab September 2008

Ich saß gerade so vor einem Teller mit leckeren Nudeln drauf, als das Telefon klingelte. Am anderen Ende der Leitung war ein freundlicher Herr der Firma ISEL Germany AG. Er gratulierte mir zu meiner Homepage und sprach mich auf eine Zusammenarbeit an.

"Hmm...", dachte ich mir, "was kann man da mal machen ? Ich habe doch eine Bastelseite und die Firma ISEL stellt sehr hochwertige Industriekomponenten her..."...

Aber da fielen mir wieder meine "kleinen Leser" der ersten Stunde ein und ich beschloss, einmal einen Linearvorschub zu untersuchen.

Nach mehreren Telefonaten entschloss sich die Firma ISEL, mir einen Linearvorschub leihweise zur Verfügung zu stellen, um damit etwas zu ersinnen...

So weit zur Vorgeschichte und nun geht es los:

Mein Sohn Nico (9) kam mittags von der Schule und ich war gerade vom wohlverdienten Schlaf nach der Nachtschicht erwacht, da lag ein Paket auf dem Küchentisch und das war von der Firma ISEL. Da es immer etwas Schönes ist, ein Paket auszupacken, erlaubte ich meinem Sohn, das Päckchen zu öffnen:



"Was da wohl drin ist..." murmelte Nico.
Ich sagte: "Pack ruhig mal aus, wirst es schon sehen..."


 

"Was soll das denn sein ?", fragte Nico etwas ungläubig.
"Hmmm," scherzte ich, "Vielleicht eine ägyptische Mumie ?"
"Da musst Du wohl mal die Folie ganz vorsichtig abfummeln..."



"Ahaa, sieht intertessant aus, was ist das ?", sagte Nico.



Ich erklärte ihm, dass dies ein Linearvorschub sei, und dass sich der Schlitten bewegen würde, wenn man an der Motorwelle dreht.

Versuch:

  • Linearvorschub auf die Arbeitsplatte stellen
  • Von Hand vorsichtig an der Motorwelle drehen
  • Den kompletten Linearvorschub dabei beobachten

Das probierte Nico dann auch gleich mal aus:

*Zerstörtes MyVideo entfernt.*
(Ich empfehle diesen Dienst NICHT.)

So weit so gut, wir hatten den Linearvorschub also wohlbehalten bekommen und nun will ich einmal erklären, wie so etwas aufgebaut ist und wie solch ein Vorschub funktioniert:

Der Begriff "Linearvorschub" setzt sich ja aus "linear" und "Vorschub" zusammen. In diesem Fall bezeichnet "linear" die Art der Fortbewegungsrichtung, nämlich genau (also: sehr genau) an einer Linie entlang. Der Schlitten (der silberne Kasten, der sich bewegt) bewegt sich ganz genau an einer Linie entlang, da gibt es keine Kurven oder Bögen:



Das Linearlager kann als Kugel- Rollen- oder Gleitlager ausgeführt sein. Was wir aber auf der Grafik wirklich sehen, ist eine Linearführung. Um daraus einen Linearvorschub zu machen, benötigen wir noch einen Antrieb für den Schlitten, der in der Grafik oben noch nicht eingezeichnet ist.

Bei der Art des Antriebs können wir grob in Spindelantrieb und Zahnriemenantrieb unterscheiden, alles Andere wird dann schon sehr speziell.

Also zunächst einmal ein Vorschub mit Spindelantrieb:


Die Spindel (lila) ist ähnlich wie eine Gewindestange aufgebaut (sieht also aus wie eine große lange Schraube), nur natürlich viel genauer und hat auch eine andere Steigung (Vorschub pro Umdrehung). Die lila Spindel wird also vom Motor gedreht und im grünen Kästchen sitzt eine Art Mutter durch die die Spindel hindurch führt. An dem Grünen Kästchen wird also die Kraft übertragen und die Rotation der Spindel in die lineare Bewegung umgewandelt. Je nachdem wie sich der Motor dreht (rechts herum oder links herum) wird also der Schlitten mal vorwärts und mal rückwärts bewegt.

Die Spindeln können als Trapezspindeln oder aber auch als Kugelumlaufspindeln ausgeführt sein. Bastler nehmen dafür auch gern mal einfache Gewindestangen aus dem Baumarkt.

Die andere gebräuchliche Variante ist der Linearvorschub mit Zahnriemenantrieb:


Hier wird ein Zahnriemen über zwei Riemenscheiben geführt, wobei die eine Riemenscheibe von dem Motor angetrieben wird. Im geraden Teil macht der Zahnriemen ja bereits eine lineare Bewegung und braucht im Prinzip nur noch an dem Schlitten befestigt zu werden (grünes Kästchen). An der angetriebenen Riemenscheibe schaut dann seitlich eine Welle heraus, an die der Motor angebaut werden kann:


Prima, prima, wir wissen also nun, dass mir die Firma ISEL einen Linearvorschub mit Zahnriemenantrieb zur Verfügung stellte. Jetzt stellt sich natürlich die Frage, was wird mit solchen Antrieben gemacht, bzw. was kann ich hier mal auf dem Strippenstrolch daraus basteln ?

Nun, Nico und ich setzten uns auf die Terrasse, Nico trank eine Brause und ich schlürfte mal wieder einen Pott Kaffee....



... brrruummm ...

... da sagte ich so nach einer Weile zu Nico:


"Weißt du, was wir damit machen ? Wir bauen einen Pendelantrieb. So etwas gibt es auch in der Industrie. Stell dir mal vor, du willst vom Hersteller wissen, wie oft du eine Autotür auf und zu machen kannst, bevor die Tür endgültig auseinander fällt, oder vielleicht, wie oft du ein Scharnier hin und her biegen kannst, bevor es völlig zerstört ist."

Ich erklärte Nico, dass man so was einen Prüfstand nennt.

Da wird ein Bauteil eingespannt, und eine Vorrichtung, ein Roboter oder eben unser Pendelantrieb bewegt dann so lange das Teil hin und her, bis es kaputt ist. Wenn man vorher einen  Zähler anbaut, der die Betätigungen mitzählt, könnte man hinterher beispielsweise sagen:

"Unsere Terrassentür kann man eine Millionen mal auf und  zu machen, dann ist sie kaputt."

So etwas ist sehr wichtig zu wissen, denn man muss ja beispielsweise an einem Auto herausfinden, ob die Autotür auch wirklich so lange hält, wie der Rest des Autos. Sonst müsste man ja zwischendurch immer wieder eine neue Tür einbauen lassen.

Klar, dass man für solche Prüfungen einen Automaten braucht, denn niemand möchte wirklich gern eine Terrassentür oder Autotür zu Prüfzwecken den ganzen Tag lang 8 Stunden auf und zu machen und das möglicherweise noch eine Millionen mal. Außerdem erledigt das ein Automat immer gleichmäßig. So etwas nennt man dann "reproduzierbar". Mann könnte also die nächste Tür einspannen und käme mit dem Automaten wieder auf das gleiche Ergebnis, vorausgesetzt, alle Türen wurden auch gleichmäßig gebaut.

Um nun aber herauszufinden, ob auch alle Türen gleichmäßig gebaut sind, werden Stichproben gemacht und es muss dann immer in etwa der gleiche Zählerstand heraus kommen. Ginge eine Tür eher kaputt, würde etwas mit der Produktion nicht stimmen und man müsste nachschauen, wo der Fehler in der Produktion liegt...

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Ok,

bauen wir uns also mal einen "strippenstrolch'schen" Prüfstand mit Pendelantrieb aus einem Linearvorschub. Dieser Pendelantrieb soll dann zur Demonstration einen Plastikschlauch immer hin und her biegen.

Der Pendelantrieb wäre also unser Prüfstand und der Plastikschlauch unser Prüfling oder auch zu prüfendes Teil.

Da stellt sich zunächst einmal die Frage:

"Welcher Motor ist hierfür zum Antrieb geeignet ?"

Nun, in der Industrie werden oft Schrittmotoren im Zusammenhang mit Linearachsen eingesetzt, aber für unseren Versuch wollen wir das mal sein lassen, es genügt auch ein einfacher Gleichstrommotor.

Wenn wir aber einen einfachen Gleichstrommotor direkt an die Motorwelle anbauen würden, so würde der Schlitten vielleicht viel zu schnell über die Linearachse flitzen. Also werden wir einen Gleichstrommotor mit Getriebe verwenden. Sicherlich kann man das alles noch ausrechnen und die Kräfte bestimmen, mit denen der Plastikschlauch dann gebogen wird, aber man kann es auch übertreiben.

Wir werden hier einfach basteln oder bestenfalls werken.

Hmmm, ich hatte mal eine Diskussion darüber, wo der Unterschied zwischen werken und basteln sein könnte...

Weißt du es ? (==> "Bastelzeug" / "Werkzeug")

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Ich muss wohl mal in den Conradkatalog schauen, denn ich habe momentan keinen geeigneten Getriebemotor liegen, bzw. beide verfügbaren Motoren sind ja an Robbi 01 verbaut. Ebenso soll die nötige Elektronik nicht zu kompliziert werden, denn "kompliziert kann ja jeder".

... In der Einfachheit liegt die Würze ! ...

Einige Tage vergingen und ich sinnierte mal wieder mit meinem großen Sohn  Jan (14) über Basteleien nach. Dazu sitzen wir gern am Küchentisch und  schlürfen,  na was wohl ?

Richtig: Jan 'nen Cappuchino ("CAPPU") und ich 'nen "Pott" Kaffee.

Ich erzählte Jan noch einmal kurz, dass ich vor hätte, einen Pendelantrieb zu bauen und nun wissen müsse, wie überhaupt die mechanischen Verhältnisse in dem Linearvorschub seien. Ich müsse ja schließlich wissen, wie weit der Antrieb pro Umdrehung vorgeschoben würde, um eine geeignete Drehzahl des Motors bei Conrad heraussuchen zu können.

Ich überlegte eine Weile und fragte Jan, ob er die Messungen für mich durchführen würde und ob ich ihn dabei filmen dürfe. Er sagte zu und so führte Jan die folgende Messung durch:

  • Geodreieck auf die Tischplatte aufsetzen
  • Den Spalt der Wellenkupplung am Geodreieck genau ausrichten
  • Markierung  für die momentane Schlittenposition auf dem Linearvorschub anbringen
  • Motorwelle genau einmal herum drehen und den Spalt wieder genau am Geodreieck ausrichten
  • Zweite Markierung für die neue Schlittenposition anbringen
  • Schlitten beiseite schieben
  • Abstand der beiden Markierungen mit einem Messschieber messen
  • Gesamtvorschub des Schlittens messen bzw. aus dem Datenblatt ermitteln
  • Ergebnisse mitteilen / aufschreiben

*Zerstörtes MyVideo entfernt.*
(Ich empfehle diesen Dienst NICHT.)
 
Was sagte Jan da jetzt gerade ?

127 mm Gesamtverfahrweg ?

Nun ja, ok, ich korrigiere das jetzt mal hier ein wenig, denn das Video ist bereits hochgeladen:

Es sind 158 mm Gesamtverfahrweg, naja, es ist noch kein Meister vom Himmel gefallen, macht nix ...

  • Gesamtverfahrweg des Schlittens => 158 mm
  • Eine einzige Umdrehung der Motorwelle ergibt einen Verfahrweg des Schlittens von 60 mm
Aha.

Ein weiterer wichtiger Wert für die Auswahl des richtigen Motors ergibt sich rechnerisch:

158 mm / 60 mm = 2,63 mm => "basteltechnisch gerundet" also  2,5 Umdrehungen für einen kompletten Voschub  des Schlittens über den gesamten Verfahrweg.

Oho,
also nur 2 Umdrehungen und der Schlitten ist bereits über den gesamten Verfahrweg gefahren.

Stellen wir uns einmal vor, wir schlössen einen Gleichtstrommotor ohne Getriebe direkt an, der beispielsweise 1000 Umdrehungen pro Minute macht (was schon sehr niedrig wäre), so würde die Welle

1000 U / 60s = 16,7 U/s

Also 16,7 Umdrehungen pro Sekunde machen. Der Schlitten würde also ca. 0,15 Sekunden brauchen, um über die gesamte Länge zu flitzen. Das erscheint mir nachher für ein vernünfitges Video viel zu schnell. Die Motordrehzahl muss also unbedingt mit einem Getriebe untersetzt werden. Auch in den meisten technischen Anwendungen würde diese Geschwindigkeit sicherlich zu hoch sein.

Welche Drehzahl inclusive Getriebe sollte ich denn nun auswählen ?

Nun einerseits  handelt es sich ja um ein Anschauungsobjekt, was ein wenig akkurat anzusehen sein soll, andererseits gibt es gewiss nicht alle erdenklichen Drehzahlen zu kaufen, zumindest nicht im laufenden Angebot bei Conrad. Also muss ich wohl, wie im richtigen Leben auch, eine Vorschubgeschwindigkeit vorgeben und gucken, was es zu kaufen gibt, was möglichst genau passt.

Hmmm, was nimmt man denn da mal ?

Da ich beruflch unter anderem auch mit Handlingrobotern (zu Deutsch: Handhabungsroboter) zu tun habe, weiß ich, dass etwa 100 - 200 mm pro Sekunde gleichmäßig und "flott" aussehen und oft technisch bedingt sind. Sicherlich könnten die Roboter auch sehr viel schneller verfahren, aber es gibt Situationen, da fährt man einen Roboter eben langsamer als die Maximalgeschwindigkeit, weil das irgendwelche Technik (z.B. kleben) oder der Produktionsprozess (z.B. Bleche ablegen) so vorgibt. Im Beispiel Kleben muss die Kleberraupe ordentlich sein und im Beispiel Bleche ablegen darf das Blech dabei nicht die kleinste Delle bekommen.

OK, nehmen wir also mal an, unser Kunde benötigt einen Vorschub von 50 mm pro Sekunde.
 
Das würde bedeuten, dass der Schlitten in

158mm / 50 mm/s = 3,16s

3,14 Sekunden einmal über den gesamten Verfahrweg fährt. Die Motorwelle müsste sich in 3,14 Sekunden also 2,5 mal drehen, was einer Drehzahl von

2,5U / 3,16s =  0,79 U/s

0,79 Umdrehungen pro Sekunde entsprechen würde. Umdrehungen werden aber zumeist in Umdrehungen pro Minute angegeben, also müssen wir die Zahl 0,79 noch mit 60 Sekunden multiplizieren:

0,79U/s * 60 = 47,5 U/min

Ok, wir haben also nun die nötige Drehzahl des Geriebemotors ermittelt.

Der von mir benutzte Motor hat unter Belastung eine Drehzahl von 52 U/min.

Da kommt ja schon schön hin, bzw. könnte man auch sagen: "Das hat Gesicht !", oder auch

"Das ist ja schön schmuck, bislang ..."


Unser System "Pendelhub-Prüfstand" besteht nun also bislang aus folgenden Komponenten:
  • Linearvorschub mit Montagewinkel
  • Getriebemotor mit Montagewinkel und Wellenkupplung
So weit so gut. Bis das Conrad-Paket mit dem Motor und dem Winkel bei mir eingetroffen ist, können wir uns noch ein wenig mit der Ansteuerung des Motors beschäftigen. Zunächst einmal müssen wir wissen, wie wir den Motor umpolen können, ohne die Kabel  ständig  anders herum  anschließen zu müssen.

Dazu habe ich bereits vor einiger Zeit einige Umpolschaltungen entworfen, die ich "Polwender" genannt habe. Wir machen also einen kurzen Exkurs zu folgenden Artikeln hier auf dem Strippenstrolch:

  • Polwender 1 (mit einem Relais und 2 Schaltern)
  • Polwender 2 (mit 2 Relais und 2 Schließern)
  • Polwender 3 (mit einem Relais und einem Schließer und einem Öffner)

So, wer jetzt ganz genau geguckt hat, der wird sehen, dass zum Schluss der Polwender 3 zum Einsatz kommen wird, denn genau den brauchen wir für unseren Pendelhub-Prüfstand. Bis es aber soweit ist, werden wir uns das Schritt für Schritt anschauen und die verschiedenen Möglichkeiten betrachten.

Hier machen wir wieder einen Exkurs zum Relais-Artikel und schauen uns einmal an, was überhaupt ein Relais ist.

Wir werden Relais mit 2 Wechslern benutzen, denn die sind dann auf dem ganzen Strippenstrolch universell einsetzbar. Außerdem habe ich momentan noch drei Stück davon liegen. Wenn man immer die gleichen Bausteine für verschiedene Zwecke benutzt und sich auf Vorrat hinlegt, so spricht man auch von "vereinfachter Lagerhaltung".

Man muss sich dann nicht für 5 verschiedene Schaltungen auch 5 verschiedene Relais hinlegen, sondern es würde nur ein einziger Relaistyp genügen, um daraus die 5 Schaltungen zu bauen. Das ist auch der Grund, warum auf dem Strippenstrolch immer wieder dieser Transistor 2N2222 auftaucht. Der passt nämlich fast überall und kann bislang für fast alle Basteleien hier eingesetzt werden. Wenn ich also Transistoren nachbestellen muss, so genügt es, den Typ 2N2222 einfach 10 mal zu bestellen und er kann hier universell eingesetzt werden.

So ähnlich ist es auch mit dem Relais mit den 2 Wechslern.

==> Es vereinfacht die Lagerhaltung.

Übrigens spricht man von Lagerpunkten, wenn man die zu lagernde Menge meint. So wäre der Lagerpunkt der Transistoren 2N2222 bei mir "10", weil ich immer 10 Stück davon liegen habe.

Das aber nur so nebenbei, wir wollen uns ja einmal ansehen, wie man nun aus einzelnen Komponenten einen Pendelhub-Prüfstand zusammenbauen kann.

Wir haben also jetzt alle Komponenten zusammen:

  • Montagebrett (Fichtenbrett) --- 1
  • Linearvorschub (ISEL Linearvoschub mit Zahnriemenantrieb und Montagewinkel) --- 2
  • Antriebseinheit (Conrad Gleichstrommotor mit Getriebe und Montagewinkel) --- 3
  • Steuerungseinheit für den Motor (Polwendeschaltung 3) --- 4
  • Stromversorgung (Labornetzgerät, bzw. Steckernetzteil) --- nicht auf dem Foto

Hier noch einmal alles im Überblick:


Nun können wir daran gehen, die einzelnen Komponenten zu einem kompletten System zusammenzubauen. So besteht die Komponente 4 ja momentan noch aus einem Relais, 2 Tastern, einer Diode und einer Platine , die Komponente 3 noch aus 3 Schrauben, einem Winkel und dem Motor. Lediglich die Komponente 2 ist bislang komplett montiert.

In einem richtigen Betrieb müssen ja, bevor wir den kompletten Pendelhub zusammensetzen können, die einzelnen Komponenten zusammengesetzt werden. So etwas wird  dann in der Industrie oft "Komponentenfertigung" genannt.

Die einzelnen Komponenten werden also zunächst einmal zusammengebaut, bevor sie dann schließlich als fertige Einheit an das System angebaut werden.

Der Spielzeughersteller LEGO hat das beispielsweise komplett als Grundlage genommen. Ein Legomodell besteht aus vielen einzelnen Komponenten, den Bausteinen Achsen, Motoreinheiten und vorgefertigten Formteilen oder auch Steuerungseinheiten, die man nicht selber zusammenlöten muss.

So ist auch unser Linearvorschub eine Komponente von vielen, die die Firma ISEL anbietet. Es handelt sich hierbei also ebenfalls um ein richtiges Baukastensystem.

Was ist der Vorteil einer Komponentenfertigung, bzw, von vorgefertigten Komponenten ?

Nun ja, Vorteile wären beispielweise:
 
  • Räumliche Auslagerung  von Fertigungsstätten, wenn z.B. kein Platz  am  Montageort ist.
  • Komponenten lassen sich in Serie fertigen und haben dann  einen  gringeren Preis als Einzelstücke.
  • Man kann Systeme modularisieren und jede Komponente kann sehr gut für sich berechnet werden.
  • Schnellerer Zusammenbau, wenn mehrere gleiche Systeme erstellt werden sollen.
  • Bessere CAD Anwendbarkeit, da die CAD-Zeichnungen der Komponenten oft zum Download bereitstehen.
  • Einsparung von Fachkräften, die sonst für jede Komponente Handarbeit leisten müssten.
  • Auslagern von Ingenieursleistungen, kleine Firmen können sich oft keinen eigenen Ingenieur leisten.
  • Gleichbleibende Qualität der Komponenten wegen der Serienfertigung mit Maschinen

Was wären Nachteile von Komponenten ?
Nachteile wären etwa:

  • Fertige Serienkomponenten gibt es nicht in jedem beliebigen Maß, es könnte dann doch wieder eine teure Spezialanfertigung werden (z.B. Rennwagen im Rennsport).
  • Bei Einzelstücken kann eine Fachkraft, die die Komponente baut, trotzdem noch billiger als eine Serienkomponente sein (z.B. eine Gussform für einen Schokoladenweihnachtsmann).
  • Ohne Normung lassen sich oft keine gleichen Komponenten verschiedener Hersteller kombinieren, es würde wieder eine Umgestaltung / Kopplung der Komponenten durch eine Fachkraft nötig (z.B. zöllige und metrische Schrauben und Verschraubungen).
Wir sehen also, die Vorteile scheinen zu überwiegen.

Deshalb wird eine Komponentenfertigung auch stets bevorzugt, wenn dies möglich ist. Es ist auch für einen Arbeitgeber nicht sehr schön, z.B. 10 Schlosser und Elektriker nur für einen Auftrag einzustellen und danach wieder zu entlassen, weil es sich um ein zu bauendes Einzelstück handelte. Das würde immer einen schlechten Eindruck machen.

Zusammenfassung:

Ein aus Komponenten zusammengesetztes System dürfte also oft am Ende billiger sein, als wenn man das gleiche System komplett von Hand als Spezialsystem mit eigenen Spezialfachkräften fertigt.

Mehrere gleiche, aus Serienkomponenten gefertigte Systeme, haben eine bessere und gleichbleibende Qualität bei kürzerer Fertigungszeit gegenüber Handanfertigung der Systeme.

Gut, ähem, wieder mal ein kleiner Exkurs ...    ... und "einen gebe ich noch drauf":

In den Telefonaten mit dem freundlichen Herrn von ISEL kamen wir auf das Ergebnis, dass die "Grenzen zwischen Hobbytechnik und industrieller Technik verschwimmen würden".

Ich überlegte etwa eine Woche, wie das zu sehen sei und mir fiel ein, dass dies vielleicht ein "vergessener Hut" sein könnte:

Schon vor nun mittlerweile Jahrzehnten, also etwa so Anfang der 80er Jahre fanden Psychologen heraus, dass es wohl für einen Arbeitgeber von großem Nutzen sein könnte, die Hobbies der Mitarbeiter etwas im Auge zu behalten. Es könnte nämlich zum Beispiel sein, dass der Kollege "A" im Betrieb mit der Aufgabe "B" beschäftigt ist, sich zuhause aber in jeder freien Minute mit dem Hobby "C" beschäftigt und beispielweise im Verein "D" bereits seit Jahren Vorsitzender ist, im Betrieb sich jedoch ebenfalls seit Jahren etwas langweilt und auf somit ganz natürliche Weise eine gehörige Menge an Produktivität einbüßt, ohne dass er selber das beeinflussen könnte.

Würde die entsprechende Personalabteilung nun reagieren und den Kollegen "A" gemäß seines Hobbys "C" im Betrieb fördern oder sogar umsetzen, könnte die Produktivität des Kollegen "A" im Betrieb steigen und gewiss wäre es auch so, dass dessen Krankenstand "automatisch", ohne etwas zu sagen, minimiert würde.

Wie gesagt, dieses wurde bereits in den 80er Jahren diskutiert und offenbar vergessen, wie einst die einfache Schraube, die Archimedes gewiss erst wieder neu entdecken und dokumentieren musste.

In der heutigen Zeit ist ja auch für "Hobbyleute" jede Menge an Wissen per Internet verfügbar und ein gewitzter langjähriger Hobbybastler könnte wohl vielleicht sogar so manchen  "frischen  Ingenieur" auf seinem Spezialgebiet  das Wasser reichen. Ebenso scheint man in einem Umdenkprozess zu stecken, was die eingesetzte Technik betrifft. Hier geht der Trend in Richtung "einfache Methoden und Verfahren".

So kamen wir in den Telefonaten auch zum Schluss, dass zumindest die Hobbytechnik und die herkömmliche "Ingeniuerskunst" langsam verschmelzen würden.


Jetzt aber endlich zum eigentlichen Pendelhub-Prüfstand.

("Teufel und die Axt !"  "... mach's nicht so spannend, ich bekomme schon Sodbrennen...")

Um den Linearvorschub "schön" auf das Brett zu bekommen, muss ich nun wissen, welche Maße der Vorschub hat, wenn der Motor angebaut ist. Gewiss kann man das aus den Datenblättern mit einem CAD-Programm (CAD ==> Computer Aided Design ==> Computer unterstütztes Konstruieren) haargenau ermitteln, aber man kann ebenso gut zunächst den Motor an den Vorschub anbauen und das Ganze dann auf das Brett legen und gucken, wie es am besten passt.

Der Motor kann in meinem Beipiel nämlich nur in einer Weise angebaut werden, ich habe kein Umlenkgetriebe und auch kein Kardangelenk dazu liegen.

Also bauen wir jetzt den Motor einfach "stumpf" an den Vorschub dran, und zwar genau dort, wo sowieso schon die Wellenkupplung sitzt.

Dazu muss ich die Wellenkupplung aufbohren und sowas macht man am besten auf einer Drehbank:


  • 1 ==> Dreibackenfutter
  • 2 ==> Reitstock mit
  • 3 ==> Pinole
  • 4 ==> Werkstück (hier: Wellenkupplung)
  • 5 ==> Bohrfutter
Das Werkstück 4 wird in das Dreibackenfutter 1 eingespannt und der Bohrer in das Bohrfutter 5. Nun wird nicht wie bei einer herkömmlichen Borhmaschine der Bohrer gedreht, sondern das Werkstück 4 dreht sich und der Bohrer und das Bohrfutter 5 stehen fest. Um den Bohrer in das Werkstück 4 eintauchen zu lassen kann man die Pinole 3 mit einer Handkurbel herausdrehen. Dazu muss der Reitstock 2 zuvor so eingestellt werden, dass die Bohrerspitze vor dem Bohren kurz vor dem Werkstück 4 liegt. Klar auch, dass die Pinole 3 vor Beginn des Bohrens so weit wie möglich zurückgedreht sein sollte, um den größtmöglichen Vorschubweg zu bekommen.

Wir merken uns also:

==> Auf einer Drehbank wird meistens das Werkstück gedreht und das Werzeug steht still.

Zunächst müssen wir mal gucken, wie wir den Linearvorschub  auf das Brett bekommen.  Dazu  hat  die Komponente auf der Rückseite eine Nut, in die ein Flachstahl eingesteckt ist, in den wiederum M6-Gewindebohrungen eingebracht sind:



Jetzt kann man natürlich durch das Brett hindurch bohren und von hinten eine Senkkopfschraube in die Gewindebohrungen einschrauben:



Bei dem oben erwähnten Conrad-Motor gibt es noch eine Besonderheit zu beachten. Der Montagewinkel muss in diesem Fall nämlich so angeschraubt werden, dass der kurze Schenkel, der auf dem Brett zu liegen kommt, vom Motor weg zeigt. Sonst kann man den Winkel nicht auf das Brett schrauben, weil der Motor im Wege wäre:

 

Ebenso kommt man nach dem Zusammenstecken der Wellenkupplung nicht mehr an die drei Befestigungsschrauben des Winkels heran. Man muss also zuerst den Winkel an den Motor schrauben, dann alles zusammenstecken und zuletzt den Winkel auf das Brett schrauben.

In der Übersicht sieht das also jetzt so aus:



Wir sehen hier bislang die Komponenten:

  • Grundplatte
  • Antriebseinheit
  • Linearvorschub
Jetzt können wir daran gehen und den Motor drehen lassen und uns davon überzeugen, ob die Berechnungen mit der Drehzahl auch ungefähr gestimmt haben.

Wir erinnern uns kurz:

Eine komplette "Überfahrt" sollte etwa 3 Sekunden dauern.


Wie du siehst, kann man schon sagen, dass der Voschub mit etwa 2 Sekunden über die gesamte Länge ganz gut hin kommt. Es ist auch klar, dass es nur etwa 2 Sekunden sind, denn der Motor dreht ja etwas schneller, als wir das ausgerechnet hatten.

Jetzt können wir uns an die Platine begeben. Dazu nehmen wir den Polwender 3, von dem ich hier einmal den Schaltplan zeige:



Nachdem ich Jan (14) beauftragt hatte, die Platine zu löten, konnten wir daran gehen, den kompletten Pendelhubprüfstand zu montieren:



Hier noch einmal die einzelnen Komponenten:
  • 1 ISEL Linearvorschub
  • 2 Getriebemotor mit Wellenkupplung
  • 3 Endschalter ( 1 Schließer, 1 Öffner )
  • 4 Polwendeschaltung 3 ( Relais mit 2 Wechslern und einer Diode )
  • 5 Prüfling (hier: Plasikschlauch)

Hier nun das fertige Resultat:

*Zerstörtes MyVideo entfernt.*
(Ich empfehle diesen Dienst NICHT.)

Man beachte dabei die absolut einfache Treiberschaltung, die ohne sündhaft teure SPS oder auch nur einen Chip oder Rechner auskommt. Ähnlich einfach wäre eine Polwendeschaltung, bei der man einen Kreuzschalter zum Umpolen des Motorstroms nimmt und dazu einen Ausschalter, der den Motorstrom unterbricht.

Das entspräche der Polwendeschaltung 1.

Ich schloss den Pendelhubprüfstand also an die Stromversorgung an und ließ ihn im Dauerlauf laufen. Nach etwa 24 Stunden zeigte sich aber, dass die Wellenkupplung doch nicht so sehr geeignet ist, um von Bastlern verbaut zu werden, denn man muss die Bohrungen sehr genau aufbohren und dann noch am besten mit einer Reibahle vorbereiten. Die Wellenkupplung schlug also aus und der Motor rutschte durch.

Daher besorgte ich mir eine Kardankupplung von Conrad und wiederholte den Dauerlauf:

"Pendelhubprüfstand" im Dauerlauf:

*Zerstörtes MyVideo entfernt.*
(Ich empfehle diesen Dienst NICHT.)
Nachdem ich nun doch noch ein Kardangelenk benutzt habe, ist es sicherlich interessant zu wissen, welche Vorschubgeschwindigkeit der Schlitten nun wirklich hat. Dazu habe ich ein Speicheroszilloskop an den Motor angeschlossen und die Motorspannung oszilloskopiert:


Man sieht hier also eine rechteckige Wechselspannung und das Oszilloskop nimmt uns sogar die Arbeit ab, die Kästchen in X-Richtung zu zählen.

Es steht dort unten in der Infoleiste: 2545,05 msec. Das kann man aber auch heraus bekommen, wenn man sich die Einstellung für "horizontal" anschaut. Dort habe ich 0,5 Sekunden pro Kästchen eingestellt. Wenn man nun die Kästchen zählt, kommt man auf etwa 5 Kästchen "und ein paar Zerquetschte", bis die Kurve nach unten abknickt. Also schafft der Schlitten eine Hublänge in ca. 2,5 Sekunden.

Für die ganz Genauen: 2,545 Sekunden.

Der Hub beträgt jetzt etwa gemessene 150 mm, so dass sich eine Geschwindigkeit von 58,94 mm/sec ergibt.

Unser imaginärer Kunde hatte einen Vorschub von 50 mm/sec gefordert, also liegen wir mit dem einfachen Bastelmaterial schon gar nicht mal so schlecht, wenn wir nun bei 58,94 mm/sec liegen.

Der Kunde freut sich vielleicht nun, dass die "Elektrik" nicht so teuer geworden ist und erteilt einen Nachfolgeauftrag...
==> 14.11.2010 ==> Hier ist schon der Nachfolgeauftrag:

Ein Kunde fragte mich, wie man nun aus dieser Schaltung eine Schublade bauen kann, die in jeder Endstellung stehen bleibt und dann per Knopfdruck in die jeweils andere Richtung los fährt. Nun, etwas unkonventionell, aber ich habe die selbe Schaltung von oben genommen und einfach zwei Öffner und einen Schließer integriert. Die Öffner werden einfach je einer an jedem Ende des Verfahrweges positioniert und der Schließer überbrückt beide Öffner die in Reihe mit dem Motor angeschlossen werden.




Also Quasi für die SPS-Kundler:  

(S3 AND S4) OR S5 = Motor EIN

(NOT S3 OR NOT S4) AND NOT S5 = MOTOR AUS

Hier das Schaltbild:





Viel Vergnügen mit mechanischen Elementen,




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