Spulenwickelmaschine

  • Moin Jürgen,


    Danke, aber die Idee stammt ja von Mr. Innovative, der stapelweise seltsame Maschinen baut ;)


    Ich hatte vor einiger Zeit begonnen, mit einer alten 70uH Rollspule und einem Drehko einen fernabstimmbaren S-Match Tuner zu bauen. Liegt im Moment im Regal, weil ich erst mal den Ausbau meines neuen Hobbydomizil vorantreiben möchte. Nach diesem Projekt werde ich die dort verwendeten Gleichstrom-Getriebemotoren gegen Schrittmotoren austauschen. Die haben den Vorteil, dass man weiß, auf welcher Stellung die gerade stehen. Vorausgesetzt man zählt bei der Ansteuerung die Impulse mit. So könnte man für jedes Band auch die Einstellungen speichern. Keine Ahnung, warum ich nicht vorher schon auf die Idee gekommen bin.


    Ich verwende wie bereits hier erwähnt, einen Arduino Uno mit einem CNC Shield für die Ansteuerung der Motoren. Erste Versuche hatte ich mit der verfügbaren Schrittmotor-Library für Arduino gemacht. Das war viel zu kompliziert und hat viel zu viel Speicher gekostet. Ich weiß schon, warum ich eigentlich um Arduino immer einen Bogen gemacht habe - allerdings geht es mit der Arduino Umgebung auch sehr fix. Da ich die Pin Change Interrupts benötige, echte Interrupt Eingänge gibt es nur 2, die durch den CNC Shield aber schon als Ausgänge verdrahtet sind, habe ich eine Mischprogrammierung, mit direkter Programmierung vom Mega 328 und Funktionen der Arduino Umgebung. Eingänge in Schleifen abfragen ist ebenfalls nicht mein Ding (sieht man bei Arduino Beispielen massenhaft), sowas macht man nicht. Zum Beispiel verliert die IR Lichtschranke für den Windungszähler dann Werte, mit Pin Change Interrupts dagegen überhaupt kein Problem. Dafür wurden Interrupts schließlich erfunden ;)


    Diese Schrittmotor-Treiber brauchen im Prinzip nur 2 Signale, die Richtung und für jeden Schritt (bei den verwendeten Motoren 1.8 Grad, es gibt auch Motoren mit 0.9 Grad) einen Impuls. Ich lasse die Motoren nicht mit Vollschritten, sondern mit 16-tel Schritt laufen, das rappelt nicht so und der Lauf ist gleichmäßiger. Da kommt aber wohl das hörbare Pfeifen im Video her, wenn die Motorspulen mit dem hohen Takt angesteuert werden.


    Auch die Motoren werden nicht in Schleifen angesteuert, sondern in einem 100µs Timer Interrupt.


    Der Block ist die Motoransteuerung, wird alle 100µs aufgerufen. In der Variablen i_speedwickel steht der Wert des A/D Eingangs des Mega 328, an dem das Poti für die Geschwindigkeit eingestellt wird, geteilt durch 10 - also Werte von grob 0-100 (A/D Wandler 0-1023 je nach Spannung am Eingang) Ich verlängere damit einfach die Zeit, in dem ich im 100µs Timer einen Zähler t_speedwickel verwende. Dann wird die Drehrichtung auf den Schrittmotor-Treiber gegeben und ein Impuls für einen Step.


    Für den Linearantrieb läuft ein Zähler mit. 4mm ist der Spulenkörper breit, bei 0.2mm Draht macht das runde 20 Windungen nebeneinander. Ich habe den Wert auf 18 (experimentell ermittelt) stehen, d.h. der Linerantrieb wird mit jedem Schritt ca. 0.2mm weiter bewegt. Am Ende erfolgt dann die Umkehr, immer 18x 0.2mm in die eine Richtung und dann 18x 0.2mm in die andere Richtung. So genau ist das mit den Millimetern aber nicht, nur es funktioniert halt und diesen Linearantrieb gab es fertig. Kann man natürlich auch mit Trapezspindel und Linearführungen bauen.


    Die Welle vom Wickelmotor ist nur eine 8mm Gewindestange. Auch wenn man meint, dass Gewindestangen gerade sind, sind sie aber nicht :whistling: Ohne die Lager eiert die Welle wie sau. Dazu kommt die flexible Wellenkupplung von 5 auf 8mm, die Motorwelle hat nur 5mm.


    Hätte ich eine Drehmaschine, würde ich mir aus einem Rundstahl eine genau passende Welle drehen und nur im Bereich für die Aufnahme des Wickeldorns ein Gewinde schneiden. Das würde massiv den Rundlauf verbessern.


    Ich komme immer mehr dazu, dass eine kleine Drehmaschine in die Werkstatt muss, nichts besonderes, aber eine Maschine auf der man solche Sachen mal eben machen kann. Auch die Wellenkupplung hätte ich mir dann passend gedreht. Mit einer Drehmaschine könnte ich auch unterschiedliche Wellen, bzw. Wickeldorne fertigen, so dass beliebige Spulenkörper gespannt werden könnten, denn akt. ist das für genau diesen einen Zweck gebaut, auch wenn ich in der Software bereits Einstellmöglichkeiten vorgesehen habe, wie Drahtstärke und Breite des Spulenkerns zum Berechnen der Windungen pro Lage.


    Das Teil ist ja mehr oder weniger zusammen "gedengelt" und hat sicher noch eine Menge Verbesserungspotential.


    73, Tom

  • Hallo Tom,

    noch ein paar Tips zu deinen Schrittmotorprojekten:

    Ein Schrittmotor ganz ohne etwas Masse auf der Welle kann im Probebetrieb bei zu geringer Taktfrequenz unkontrollierte Bewegungen machen. Das ist normal. Einfach etwas Masse auf die Welle, und es geht. Jedoch verschiebt die Masse dieses Resonanzfrequenz nur nach unten. Deswegen gibt man bei den Motoren auch eine Startfrequenz an.

    Mit zunehmender Drehzahl wird schnell das Drehmoment weniger! Drehmomentkurve zur Frequenz beachten! Müsste bei guten Motoren im Datenblatt stehen.

    Wenn du dynamisch genau positionieren willst, darf das Massenträgheitsverhältnis zwischen Motoranker und externer Masse nicht zu groß werden, sonst kann er nicht mehr genau positionieren und verliert Schritte. (Open loop) Dieser Effekt ist unabhängig vom Drehmoment! Meist haben die Motoren durch das benötigte Massenträgheitsverhältnis deutlich mehr Drehmoment, als man braucht.

    Bedenke, die Motoren ziehen immer Strom, auch bei Stillstand! Daher werden sie auch warm, wenn sie nicht drehen!

    4-polige Schrittmotoren bringen die besten Leistungen im Vollschrittbetrieb oder Halbschrittbetrieb, Viertelschritt oder noch feiner führt bei geringer Drehzahl gleich zu hohen Schaltfrequenzen und somit zu Drehmomentverlust! Wenn eine Anwendung also im 8telschritt oder gar 16telschritt nicht mehr geht, einfach die Schrittzahl reduzieren.


    Dennoch weiterhin viel Erfolg bei den Schrittmotorprojekten!

    Gruß

    Stefan

  • ich habe bereits die ersten Spulen erfolgreich gewickelt.

    Moin Tom,


    das schaut doch schon gut aus und funktioniert für Dein Vorhaben. Sach' bescheid, wenn Du Aufträge für alle möglichen Spulen annimmst. ;)

    73 Michael, DF2OK
    "Lebe so als sei jeder Tag Dein letzter. Eines Tages wirst Du recht haben."
    ~ DARC ~ G-QRP-Club ~ DL-QRP-AG ~ AGCW ~ FISTS ~ QRPARCI ~ SKCC ~

  • Moin Stefan,


    Danke für Deine Tipps!

    4-polige Schrittmotoren bringen die besten Leistungen im Vollschrittbetrieb oder Halbschrittbetrieb, Viertelschritt oder noch feiner führt bei geringer Drehzahl gleich zu hohen Schaltfrequenzen und somit zu Drehmomentverlust! Wenn eine Anwendung also im 8telschritt oder gar 16telschritt nicht mehr geht, einfach die Schrittzahl reduzieren.

    Ich habe den Motor ausgetauscht, gegen einen 2 Ampere Typ und den nun auch im Vollschritt laufen. Das geht schon besser. Es ist aber noch weiteres Verbesserungspotential vorhanden, schreibe ich gleich noch was zu.


    73, Tom

  • Moin,


    ich habe diese Woche die ersten 50 Spulen gewickelt und dabei aber noch weiteres Verbesserungspotential entdeckt.


    Eine Gewindestange ist einfach Mist als Welle. Die Madenschrauben der Wellenkupplung greifen schief, die Gewindestange an sich ist nicht gerade, das eiert einfach nur rum. Auch die Lagerung rechts ist nicht gut, denn bei jedem Wechsel vom Spulenkörper muss ich erst die Halterung lösen, von der Gewindestange schieben, Kern wechseln, Halterung wieder rauf schieben und festziehen, das ist alles doof.


    Ich habe noch eine 12mm Welle, wie ich sie für die Drahtrolle verwendet habe. Eine Arbeitskollege dreht mir die nun genau passend. Das ist keine Gewindestange, sondern eine richtige Edelstahlwelle.



    Links wird die auf 8mm abgedreht, für die Wellenkupplung zum Motor. Zwischen den Lagern und den Sperrringen kommt die Scheibe für den Windungszähler. Nach dem zweiten Lager nach rechts hin dann ca. 40mm M8 Gewinde, für die Halterung des rechteckigen Spulenkörpers. Und dann noch 30mm M4 Gewinde, wo ich mir dann Halterungen für kleine Spulenkörper fürs Funkhobby basteln kann. Vielleicht auch noch eine Halterung für Ferritstäbe, auf die man auch noch viel Draht wickeln kann ;)


    Ich habe das Video noch ausgetauscht, gegen eines mit einem vollen Durchlauf. Der "Lärm" kommt auch durch die nicht rund laufende Gewindestange, da muss der Motor über die Wellenkupplung ständig gegen an arbeiten.


    73, Tom

  • Hallo Tom,

    oh ja, da hört man die Schwergängigkeit! :) Die Kupplung, die du da hast, ist für einen Winkelausgleich zwischen den Wellen gut geeignet, aber nicht für Wellenversatz. Hier eventuell auch nochmal genau prüfen, dass die Wellenmitten genau auf Maß sind.

    Machst du mal ein Video von der Seite? So, dass man mal den Abstand zwischen den Stationen sieht und auch die Drahtführung richtig arbeiten sieht. Aber Hut ab, gute Leistung, so eine Maschine aufzubauen!

    Gruß

    Stefan

  • Moin Stefan,


    da die Welle getauscht wird, muss ich den Antrieb sowieso noch mal zerlegen. Da es dann aber kein bewegliches Teil mit einem Lager mehr geben wird gehe ich davon aus, dass es auch wesentlich genauer wird.


    Wenn das alles umgebaut ist, gibt es auch noch mal ein neues Video, das man dann hoffentlich auch ohne Ohrenschützer schauen kann. :D


    73, Tom

  • Moin,


    ich habe gerade die Wickelmaschine umgebaut, nun mit einer neuen Welle. Ein Kollege hat mir die schön gedreht aus 12mm Rundmaterial, mit Zapfen für die Wellenkupplung, 50mm M8 Gewinde zur Aufnahme des Wickeldorns und vorne an der Spitze noch ein Stück auf 6mm abgedreht und ein M4 Innengewinde in der Spitze. So kann man auch diverse Spulenkörper verwenden.


    Jetzt könnte man das noch optimieren, mit einer Montage der Lager und des Motors, ich musste da ein wenig tricksen, hatte nicht mehr so das ganz passende Material da. Besser wäre ein Block, vielleicht sogar aus Aluminium für die Montage der Lager und des Motors. Mal schauen ...


    Eben mit dem ersten Versuch gleich ein neues Video gemacht, es läuft jetzt rund, die Spulen kann man schnell wechseln, weil die zweite Lagerhalterung nicht immer erst gelöst und verschoben werden muss.


    Nun steht erst mal die Optimierung der Software an, einige Werte einstellbar machen und das der Linearantrieb automatisch wieder auf seinen Nullpunkt fährt, der auch einstellbar sein soll.


    73, Tom