Was für Schrittmotoren für meine Rupp M.3?

Hallo Rainmaker,

ich bin gerade in einer vergleichbaren Position, da ich eine Rupp 4 mit barocker Synchronmotornachfuehrung habe. In meinem Fall werde ich versuchen, auf eine EQ5-Zweiachssteuerung unzusteigen, da diese fuer 144 Zaehne ausgelegt ist und meine Monti 288 hat - einfache Uebersetzung 1:2. Das Caveat ist, dass die Montierung doch deutlich groesser ist und ich werde sehen, ob die Schrittmotoren das packen. In Deklination ist erstmal nur die Motorisierung des Tangentialspindeltriebes vorgesehen, also kein GoTo.

Ich wundere mich, ob ein kommerzieller EQ5 Synscan-Nachruestsatz bei Dir helfen wuerde, wenn Du um einen Faktor 2 uebersetzt. Das waere, denke ich, fuer den Nichtelektroniker eine gangbare Variante. Das Problem ist, dass die Uebersetzung um den Faktor 2 wieder Kraft kostet. Und gerade beim GOTO mit schnellen Schwenks und so einer grossen Montierung (die dann auch ein entsprechendes Instrument traegt) ist hier die Gefahr grosss, dass die Motoren nicht genug Kraft haben und Du Schritte verlierst.

Warten wir mal ab, was sonst so fuer Vorschlaege kommen. Interessiert mich selbst, falls mein Zweiachssteuerungsupgrade nicht klappt. Und ein Schneckenrad fuer Deklination habe ich auch schon herumliegen ...

Moin,

man kann die Stepperansteuerung auch als Treiber für kommerzielle (oder mit Leistungsmosfets selbst gebaute) Schrittmotorendstufen nutzen, dann gehen auch "dicke" Motoren, wenn die Maschine das braucht. Da ist nur ein bisschen Elektronikgefrickel nötig und man kann den Strom nicht mehr so einfach bestimmen, das geht dann nur über Widerstände in der Endstufe bzw. mit einer Entsprechenden Beschaltung der Mosfets.

CS
Jörg

Hallo Rainmaker,

ich dachte immer, die eckigen Rupp-Maeunte waeren juengeren Datums. Meine Rupp ist von 1980 und hat runde Achsgehaeuse, mit 70/63er Achsen in Bronzegleitlagern und 24cm-Schneckenrad, 288 Zaehne. Die Schneckenlagerung ist nicht fein einstellbar, nur mit ein paar Schrauben befestigt. Ich muss mal ein paar Bilder machen und einstellen.

Wenn Du elektronisch begabt bist bzw elektronisch Begabte als Freunde hast, ist ein Design "from scratch" natuerlich eine gute Sache. Ich kann zwar Spiegel schleifen, drehen, fraesen, mauern und seit Kurzem auch Schweissen, aber beim Loeten ist die heisseste Stelle immer irgendwo an meinem Finger. Mehr als ein Kabel anzuloeten kriege ich nicht gebacken, und deshalb versuche ich, kommerzielle Steuerungen mechanisch zu adaptieren. Ein Vorteil ist die Ersatzteilbeschaffung, wenn man eine weit verbreitete Steuerung verwendet. An ein Synscan-Kit sollte auch noch in einigen Jahren heranzukommen sein, und falls nicht, wird es wohl andere kommerzielle GoTo-Systeme fuer 144 Zaehne geben, weil dieses Getriebe so weit verbreitet ist.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Rainmaker</i>
<br />Hallo Jörg,

wenn ich dich richtig verstehe kann man also die Synscan auch noch modifizieren. Mal sehen ob das besser wäre als die selbstgebauten Steuerungen, <font color="red"> wenn ich es richtig verstehe bin ich aber immer noch auf die fest einprogrammierten Getriebeverhältnisse festgelegt.</font id="red">

MfG

Rainmaker
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Moin,

das ist das Problem. Man müßte man stöbern ob es da irgendwo Cracks gibt die das ändern und in die Steuerung flashen können, habe davon aber noch nichts gehört.

Die allermeisten Schrittmotorsteuerungen machen nichts anderes, als Stromimpulse durch die direkt angeschlossenen Spulen der Motoren zu schicken.

Dann kann man die Spulen auch durch Lastwiderstände ersetzen, von denen man die Steuerspannung abnehmen und als Steuersignal für entweder eine selbst gebaute Leistungsendstufe oder für eine kommerzielle gekaufte, wie man sie für CNC-Maschinen nutzt, verwendet.

Die gibts selbst für wirklich große Stepper vom Chinesen für brauchbares Geld, die brauchen letztlich nur die Pulssignale der Motoren, die Richtung und meistens ein paar mit Jumpern einstellbare Parameter sowie die Versorgungsspannung.

Ein bisschen Experimentieren ist wohl unumgänglich um sich die Signale zu zu machen wie man sie braucht, das ist aber kein Hexenwerk.

CS
Jörg

hallo!
bei der grössenordnung wirst du wohl an NEMA 23 motoren nicht vorbeikommen. ich betreibe mein fernrohr mit 1.9A maximalstrom, einem 1:9 vorgelege und einem schneckenrad mit 288 zähnen so. bei 24 V krieg ich das 200x als slewgeschwinigkeit hin. als steuerung gibts die onstep, teenastro, mein projekt und einige andere auch noch ...
lg
wolfi

Hallo Rainmaker,

hier ein Bild meiner Rupp Typ 4 von 1980:

Ich muss nochmal ein Detailfoto der Schneckenhalterung machen. Es sind aber einfach zwei M10- oder M12-Schrauben, die die Platte, die wiederunm die Lager fuer die Schnecke und den Synchronmotor traegt, mit der Montierung verbinden. Es gibt keine feinere Justage.

Ach ja, das Schneckenrad - das war wohl mal eine Sonderedition. Normalerweise war das Schneckenrad nur 22cm gross, aber Josef Rupp muss wohl mal ein Quelle fuer 24cm-Raeder aufgetan haben - zumindest fuer eine kurze Zeit.

Hallo Rainmaker,

in der Vergangenheit sind 3 Montierungen Opfer meiner Machenschaften geworden: Eine Vixen Superpolaris habe ich remotorisiert, eine Montierung eines Selbstbauers und eine Vixen Sensor habe ich neu mit Motoren bestückt.

Zuerst dachte ich: Je kleiner die Übersetzung des Getriebes, desto genauer wird die Nachführung. Und der Motor muß ohnehin groß sein und mit viel Strom betrieben werden. Deshalb habe ich ohne nachzudenken einen NEMA17 mit 1:100-Getriebe besorgt und geguckt, wie weit ich komme.

Im Laufe der Zeit wurde mir klar: Die Nachführung hat zwei Limits:

1. Die minimale Schrittweite
2. Die maximale Verfahrgeschwindigkeit

Zum ersten Punkt sagte mir der Selbstbauer der zweiten Montierung: Wenn Du eine Schrittweite von 0.1 Bogensekunden erreichst, bist Du auf der sicheren Seite. Weniger hat keinen Sinn, weil Deine Auflösung mit verfügbaren Amateurinstrumenten (ca. 0.5 Bogensekunden bei 8 Zoll Öffnung) deutlich darüber liegt und die Begrenzung durch das Seeing ohnehin (&gt;1.0 Bogensekunden).
Der Vollkreis hat 360 * 60 * 60 = 1 296 000 Bogensekunden. Also müßte man auf etwa n = 13 Millionen Schritte pro Umdrehung kommen. n berechnet man folgendermaßen:

n = ns * ng * nm * ne

Dabei ist
ns die Anzahl der Zähne der Schnecke
ng die Übersetzung des Getriebes
nm die Anzahl der Schritte des Motors je Voller Umdrehung
ne die Anzahl der Mikroschritte der Schrittmotorsteuerung

Bei meiner Super-Polaris habe ich ns = 144, ng = 26 103/121, nm = 200 und ne = 16. Damit erreiche ich etwa 12 373 000 Mikroschritte je Umdrehung. Der Motor ist ein NEMA11 (Dong Zheng Motors 28JXS40K27G/28STH32-0674B) mit einem maximalen Strangstrom von 0.67A. Ich betreibe ihn aber nur mit etwa 100mA. So ist er schön leise und das Drehmoment reicht immernoch locker aus.
Bei der maximalen Verfahrgeschwindigkeit gehe ich zuerst vom Mikroschrittbetrieb auf Vollschritt-Betrieb und fahre die Schrittfrequenz dann auf ca. 2kHz hoch.

Die maximale Schrittgeschwindigkeit kann durch 3 Faktoren begrenzt sein:

1. Der Controller kann die Pulse nicht schnell genug steuern. Dies ist dann der Fall, wenn bei jedem Schritt nicht nur ein Signal an den Schrittmotortreiber abgegeben werden muß, sondern z.B. die aktuelle Position überprüft werden muß, um der Goto-Funktion zu sagen, wann sie abbrensen soll.
2. Das Drehmoment des Motors reicht bei der hohen Schrittgeschwindigkeit nicht mehr aus, um die Montierung anzutreiben
3. Die Zeit zwischen den Schritten reicht nicht mehr aus, um den Zielstrom in den Schrittmotorwicklungen zu erreichen

Meiner Erfahrung nach ist der 3. Punkt der kritischste und er 2. der unwichtigste. Daher kann es sein, daß der Motor mit WENIGER als dem maximalen Strangstrom eine HÖHERE maximale Schrittgeschwindigkeit erreicht. Angenehmer Nebeneffekt ist – wie bereits erwähnt – daß der Motor dadurch leiser wird.

Schneller wird man demnach, indem man mit höherer Versorgungsspannung arbeitet. Das bewirkt, daß der Strom schneller in die Spulen des Motors „gepreßt“ wird. Dadurch wird der angestrebte Strangstrom früher erreicht und eine höhere Schrittgeschwindigkeit ist möglich. Ich schreibe dies, ohne das Verhalten des Schrittmotortreibers bis ins letzte Detail mit einem Oszilloskop überprüft oder die theoretischen Limitierungen nachgerechnet zu haben. Dies sind nur die Erklärungen, die ich mir als plausibel zurechtgelegt habe aufgrund der Ergebnisse meiner Versuche. Man kann das sicherlich meßtechnisch genauer bearbeiten oder sich dem auf theoretischem Wege nähern.

Die Maximale Verfahrgeschwindigkeit ist übrigens:

V = 360° * fSchritt / (ns * ng * nm * ne) = 360° * 2kHz / (144 * 26 103/121 * 200 * 1) = 0.93°/s

Wobei ne = 1, weil der Motor bei Maximalgeschwindigkeit im Vollschrittbetrieb gefahren wird. Das ist also mehr als 200-fache siderische Geschwindigkeit.

Wer mehr Maximalgeschwindigkeit will, der kann also auch eine noch schwächere Übersetzung wählen. Deshalb habe ich bei der Vixen Sensor (ns = 144) zu einem NEMA14 mit ng = 19 38/187 und nm = 200 von OMC gegriffen (Typbezeichnung: 14HS13-0804S-PG19). Damit kann ich also schneller verfahren. Überrascht war ich, wie viel präziser das Getriebe war als das des ersten Motors: Wenn ich vor und zurück in RA wie DEC fahre, reagiert die Montierung sofort. Ein Spiel im Antriebsstrang ist fast nicht festzustellen.

Ob die Motoren/Getriebe von OMC generell besser sind als die von Dong Zheng, weiß ich nicht: Die bisher nicht weiter erwähnte Montierung des Selbstbauers habe ich mit Dong Zheng Motors 38JXS60K27G/42STH38-1684B ausgerüstet. Das Spiel scheint mir bei diesen Motoren deutlich geringer zu sein als bei der NEMA11-Variante. Hier konnte ich aber noch keine umfangreichen Erfahrungen sammeln, weil das Schneckenspiel bei dieser Montierung noch erheblich ist.

Ich kenne die Rupp-Montierung nicht, kann mir aber vorstellen, daß es ein wuchtiges Gerät ist. Trotzdem kann man in Betracht ziehen, nicht die größten Motoren zu nehmen - Drehmoment war nie mein Problem. Vielleicht reicht ein NEMA17 mit einer Übersetzung von 1:14.

Mich würde bei der Gelegenheit auch interessieren, welche Erfahrungen andere Selbstbauer mit verschiedenen Motoren und insbesondere Getrieben gemacht haben.

Viele Grüße

Jesco

erster Schritt für die erfolgreiche Dimensionierung ist die Berechnung und/oder Messung des erforderlichen Drehmoments. Dazu kannst Du einfach eine Kofferwaage verwenden die über eine Klemme/Stange an die Achse angeschlossen wird. Andere Möglichkeit wäre ein Drehmomentschlüssel. Am besten vor und nach dem Getriebe messen. Ich habe gute Erfahrungen mit den Nema17 Motoren mit 400HS (1.7A Strangstrom) gemacht, die es bei ebay günstigst für 3D Drucker gibt. Laufen einwandfrei mit Onstep bzw. Teenastro. Normalerweise ist das Drehmoment kein Problem wenn die Beschleunigungsrate passend gemacht wird da der limitierende Faktor meistens das Trägheitsmoment ist.

Markus

hi!
Jesco hats eh schon ganz schön beschrieben - wobei der punkt 1 vom mikrocontroller abhängt. ein arduino uno mit 16 MHz ist zu langsam für hohe pulsgeschwindigkeiten, man erreicht hier ein maxiumum. das aber durch phasenverschiebungen unregelmässig wird. Ein M4 wie im teensy hat das problem nicht, ich habs ausprobiert. punkt 2 und 3 sind korrekt, wobei das hauptproblem das stalling ist (motor kommt mechanisch der sinusförmigen welle nicht nach). dass eine höhere spannung den strom in den motor presst, ist vielleicht ein bisserl gar zu anschaulich - ich würde es auf die gegen-emk des motors schieben aber ja - bei den übersetzungen, die wir verwenden, geht die maximale geschwindigkeit annähernd linear mit der spannung. ein nema 23 motor mit 1:4.5 vorgelege und einer 192 zahn schnecke fährt bei mir mit ca. 600x sidereal herum - bei 24 V.

das planetengetriebe sollte im bereich 1:3 - 1:10 liegen, und nimm high precision. ein fernrohr ist einigemassen ausgewogen, da brauchst du nicht so grosse momente.

lg
wolfi

zur motorgrösse: es gibt da ein anderes problem - es ist unökonomisch aber sinnvoll, die motoren such im ruhezustand mit einem haltestrom zu versorgen. tut man das nicht, dann kann die mech. spannung auf der schnecke dazu führen, dass der motor beim abschalten ein wenig nachrückt - hab ich eher zufällig beim guiding einmal bemerkt. allerdings geht die leistung im haltezustnad in wärme über. ein nema 23 steckt das aufgrund seiner masse weg, ein nema 11 kocht da bereits. in der fornax 52, die grad bei mir rumsteht, sind auch nema 23 motoren motoren verbaut und das ist auch gut so ...

eine Skywatcher EQ-8 läuft mit Nema17 Motoren (400 Schritte) und 1.5A und hebt 50kg. Da aber ein Nema23 Motor auch nur 25€ kostet und es in der Sternwarte nicht auf das Gewicht und den Stromverbrauch ankommt bist du damit auf der sicheren Seite. Für den Hobbybau gut genug. Um so einen Motor zu versorgen brauchst du aber schon einen etwas substantielleren Leistungstreiber. Ich würde einen Trinamic TMC5160 BOB empfehlen, der hat 2,8A. Wenn noch mehr gebraucht wird gibt es externe Leistungs MOSFETs die damit ansteuerbar sind.

Markus

Hallo Rainmaker,

bei einem Getriebe mit 1 : 5 2/11 komme ich mit 288 Zähnen auf dem Schneckengetriebe, 200 Schritten pro Umdrehung und 16 Mikroschritten auf eine Schrittweite von 0.27". Das ist wahrscheinlich für alle Anwendungen ausreichend (ich habe aber mit Photographie noch keine Erfahrung).
Man könnte die Schrittweite noch weiter reduzieren, indem man noch mehr Mikroschritte vorsieht. Es gibt Treiber, die 256 Mikroschritte o.ä. können. Da wird es aber irgendwann esoterisch bzw. sehr kompliziert: Kann der Treiber die Ströme in den Strängen wirklich auf unter 1% genau einstellen (was dann nötig wäre)? Wie präzise sind die Schritte dann wirklich?
Ich habe mich auf 16 Mikroschritte beschränkt, weil ich dann Halbschritte mit ca. 1" habe und die sollte der Treiber schon einigermaßen präzise einstellen können.

Umschalten von Mikroschritt auf Vollschritt halte ich auch für wichtig, sonst kann ich mir kaum vorstellen, daß man eine anständige Geschwindigkeit erreicht. Wenn Du mehrere Angebote hast von Leuten, die Dir die Steuerung bauen, dann sollten die auch in der Lage sein die Anzahl der Mikroschritte dynamisch anzupassen (das hab' sogar ich hinbekommen).

Wenn ich die Qual der Wahl zwischen mehreren Motorvarianten hätte, würde ich auf die Induktivität der Stränge achten (das ist die Geschichte mit dem Strom "pressen"). Je geringer die Induktivität, desto schneller wird der angestrebte Strangstrom bei einer festen Versorgungsspannung erreicht. Das sollte dann auch bedeuten, daß eine schnellere Schrittfolge möglich wäre. Ob dann aber auch das Drehmoment des Motors automatisch abnimmt, entzieht sich meiner Kenntnis. Da hilft dann nurnoch beharrliches Vergleichen von Drehmomentkurven. Die werden häufig in den Datenblättern oder als Extra-Info mitgeliefert.

High Precision, High Torque oder Standard? Da hab' ich mir nie einen großen Kopf drüber gemacht. Die Schneckenwelle konnte ich mit der bloßen Hand drehen. Das Haltemoment des Schrittmotors kann ich mit bloßer Hand nicht überwinden - auch ohne Getriebe nicht. Deshalb sehe ich den Bedarf für High Torque nicht. Wie schon gesagt: Das Getriebe des NEMA14-Motors hat mich überzeugt - und das war Standard. Das schlimmste, was Dir passieren kann, ist daß Du das Geld für einen Standard-Motor in den Sand setzt. Und das liegt bei ca. 25€ pro Motor für ein Standardgetriebe.

Das würde dann auf etwas wie OMC 17HS19-1684S-PG5 hinauslaufen. Natürlich ohne Gewähr, weil nicht ausprobiert.

Viele Grüße

Jesco

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: mkempf</i>
<br /> Um so einen Motor zu versorgen brauchst du aber schon einen etwas substantielleren Leistungstreiber. Ich würde einen Trinamic TMC5160 BOB empfehlen, der hat 2,8A. Wenn noch mehr gebraucht wird gibt es externe Leistungs MOSFETs die damit ansteuerbar sind.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

hi!
ich hab 350 kg bewegte masse, und die untersetzung ist ca.1:2700.
mit einem AMIS 30543, der max. 3A strom hat, kann ich mit einem maximalstrom von 1.9A alles gut und mit ca. 200x bewegen (bei 24V). thermische problem hat der AMIS da noch nicht, auch ohne zwangskühlung. die motoren auch nicht. bei der nachführung habe ich laut PHD guiding in 10 minuten 0.8" RMS fehler gehabt bei 1/128 microstep betrieb (und guter luft). ich gehe davon aus, dass die Trinamic5160 das auch können.

im TSC habe ich zuerst fixe mosfet industriendstufen verwendet, die hatten fix 1/16 mikroschritt. geht auch, allerdings braucht man dann halt wirklich hohe übersetzungen, mit 1:800 wird das ungünstig ...

lg
wolfi

hallo!
also, der charles und der howard dutton basteln beim teenastro/onstep mitm trinamic TMC 5160 herum, der sollte eigentlich echte 1/256 haben. die frage ist, ob man das wirklich braucht. und die fornax 52 hat wie gesagt auch NEMA 24, die ist in der klasse. aber sicher treiben die 17er motoren das auch, sie haben halt weniger drehmoment und werden bei viel strom wie gesagt heisser.
lg wolfi

man sollte vielleicht nochmal betonen, dass Schrittmotoren im Mikroschrittbetrieb nicht wirklich physisch 1/256 VS auflösen. Die werden zwar so angesteuert, aber die mechanische Reaktion schon allein des Motors begrenzt die Auflösung auf Werte zwischen 1/16 und 1/32 VS. Um das noch etwas zu verbessern müsste man den Motor individuell ausmessen und die Stromkurven anpassen. Noch besser ist es auf Mikroschrittbetrieb optimierte Motoren zu verwenden.

Praktisch hat die hohe Mikroschrittauflösung nur den Sinn eine möglichst ruhige und gleichzeitig langsame Motorbewegung zu erzielen. Damit lässt sich, wenn gewünscht, die notwendige Gesamtübersetzung des Getriebes verringern um im VS Betrieb höhere Stellgeschwindigkeiten zu erzielen. Der Preis sind dickere Motoren und höhere Motorströme. Es gibt auch einen Stick-Slip artigen Effekt der zu einer Oszillation im Vollschrittbereich des Motors führt und die erhoffte Genauigkeit beeinträchtigt.

Lange Rede, kurzer Sinn: Getriebeauslegung auf max 1/32 VS und Betrieb im interpolierten 1/256 MS Modus führt zu einem praktisch tauglichen Ergebnis. Dazu die Drehmomentanforderung überschlägig berechnen und/oder messen und den Motor entsprechend auswählen.

Markus