Motor als Drehmoment-Sensor
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Hallo Forum,
ich habe die Aufgabe, den Schraubverschluss einer Flasche mit einem bestimmten Drehmoment festzuziehen. Die bisherige Lösung basiert auf einem Akkuschrauber, dessen Drehmoment-Einstellung mehr oder weniger genaue Ergebnisse liefert.
Deshalb denke ich im Moment über folgende Lösung nach:
1. Ich steuere einen Gleichstrommotor mit Hilfe eines Mikrocontrollers (STM32F103) und eines VNH2SP30-Treibers an (PWM)
2. Der Treiber hat einen analogen Ausgang für den aktuellen Motorstrom
3. Diesen Wert lese ich wieder mit dem Mikrocontroller ein
4. Entspricht der gelesene Wert einer bestimmten Spannung schalte ich den Motor ab
Ich gehe davon aus, dass der Motorstrom beim anlaufen hoch sein wird, danach sinkt und zum Ende hin (steigendes Drehmoment) wieder steigt. Wichtig ist halt, dass der Verschluss nicht "überdreht" wird.
Kann mir jemenad bei dieser Idee folgen oder hat sogar ein paar Ratschläge?
Ich würde mich freuen ein wenig "Input" zu bekommen, bevor ich dann in die Bastelphase gehe. Danke an Euch! -
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Um das Drehmoment zu berechnen würdest du Drehzahl und die Leistung benötigen.
Die Leistung kannst du aus dem Strom und der (aktuellen) Spannung bestimmen da du leider die Maschinenkonstante deines Motors nicht kennen wirst.
Ferner muss deine Messung recht fix sein (im Sinne von schnell oder viele Messungen je Zeiteinheit) damit du die Dynamik des Systems besser erfassen kannst.
Ich würde mir das Drehmoment ermitteln und mit einer Kupplung arbeiten (die müsste man natürlich konstruieren) und die Messerei vergessen. -
mit meinen begrenzten Physikkenntnissen von elektromotoren glaube ich mich zu erinnern, dass Motoren bei einem gewissen widerstand in der leistungsaufnahme steigen, bis ihr maximum erreicht ist(zulieferung) und sie stehen bleiben dabei sollten sie konstant leistung aufnehmen.
desweiteren bestimmt sich das Drehmoment aus der Übertragung einer kraft auf einen Hebel, welcher um einen Punkt P rotiert.(in dem falle wär das die Achse durch den Mittelpunkt des flaschenverschlusses. durch den radius des Deckels bestimmt sich wie viel kraft ansetzen kann.
nehmen wir an, du sollst die flasche mit 50Nm zudrehen
und du hast einen akkuschrauber der 200Nm liefert
der radius des flaschendeckels ist variabel, weil wir durch aufstecken eines adapters diesen beliebig vergrößern und verkleinern können. aber aus dem verhältnis können wir zum beispiel ein 1:4 verhältnis errechnen, das heißt, wenn wir das lösen durch 2 gegeneinander arbeitende walzen, muss die walze des akkuschraubers 4 fach der walze des adapters über dem flaschendeckel sein...
das system darf wenig eigenmasse besitzen, weil sonst aufgrund des trägheitsimpulses das drehmoment kurzzeitig überschritten wird.
das wär der weg, wie ich dran gehen würde, dieses Problem zu lösen... aber physik ist bei mir einige jahre her... deswegen gibts auf jeden fall elegantere herangehensweisen... -
sebulon schrieb:
Hier hast du so viel durcheinander gebracht das es den Beitrag sprengen würde alles richtig zu stellen, zumal eine Aussage hier von der tatsächlich verwendeten Motorart abhänig ist.
mit meinen begrenzten Physikkenntnissen von elektromotoren glaube ich mich zu erinnern, dass Motoren bei einem gewissen widerstand in der leistungsaufnahme steigen, bis ihr maximum erreicht ist(zulieferung) und sie stehen bleiben dabei sollten sie konstant leistung aufnehmen.
desweiteren bestimmt sich das Drehmoment aus der Übertragung einer kraft auf einen Hebel, welcher um einen Punkt P rotiert.(in dem falle wär das die Achse durch den Mittelpunkt des flaschenverschlusses. durch den radius des Deckels bestimmt sich wie viel kraft ansetzen kann.
Das ist mechanisch korrekt, hilft aber hier nur weiter wenn man den Aperat so konstruiert das man bspw. mit einer Reibrad am Rand des Verschlusses die Kraft zum zuschrauben einleitet, üblicherweise macht man das nicht weil dabei Kräfte auf die Flasche ausgeübt werden die bspw. den Flaschenhals abbrechen könnten.
nehmen wir an, du sollst die flasche mit 50Nm zudrehen
Das ist wie gesagt kein praktischer Ansatz, weinfacher wäre es den Schraubadapter zentrisch über der Flasche zu positionieren, bei Anwesenheit der Flasche abzusenken und auf den Verschluss zu drücken, dann schaltet man den Motor ein und lässt ihn so lange laufen bis das Verschlussmoment erreicht ist. (so wird das in gänigen Industrieanlagen gemacht)
und du hast einen akkuschrauber der 200Nm liefert
der radius des flaschendeckels ist variabel, weil wir durch aufstecken eines adapters diesen beliebig vergrößern und verkleinern können. aber aus dem verhältnis können wir zum beispiel ein 1:4 verhältnis errechnen, das heißt, wenn wir das lösen durch 2 gegeneinander arbeitende walzen, muss die walze des akkuschraubers 4 fach der walze des adapters über dem flaschendeckel sein...
das system darf wenig eigenmasse besitzen, weil sonst aufgrund des trägheitsimpulses das drehmoment kurzzeitig überschritten wird.
das wär der weg, wie ich dran gehen würde, dieses Problem zu lösen... aber physik ist bei mir einige jahre her... deswegen gibts auf jeden fall elegantere herangehensweisen...
Wie berechnet man das Drehmoment:
Die mechanische Leistung einer elektrischen Maschine ergibt sich zu Pmech = Mopt * omega
Mopt ist das Drehmoment bei der Maximalleistung Pmax welches im Auslegungspunkt also bei Nenndrehzahl zur Verfügung steht.
Pmech ist über den Wirkungsgrad mit Pmax verbunden und Pmax ist aus den Angaben auf dem Motortypenschild (Nennspannung, Nennstrom, ggf Nennfrequenz, Leistungsfaktor und ev. Verkettungsfaktor) bestimmbar.
Geht man von einem Gleichspannungsantrieb aus ergäbe sich Pmax = Un *In
Nimmt man der Einfacheit halber weiter einen Wirkungsgrad von100% an ist Pmax = Pmech
wir haben also das P aus der Formel P = Mopt * omega, fehlt noch das omega.
Omega ist die Winkelgeschwindigkeit und die ergibt sich aus 2 * pi * n wobei n die Nenndrehzahl des Antriebs vom Typenschild ist (Achtung ! bei Drehzahlgesteuerten oder geregelten Antrieben mit Drehzahlen größer Nenndrehzahl !)
So alles Zusammen ist also:
Un * In = Mopt * (2 * pi * n)
wir stellen nach dem Drehmoment um:
Mopt = (Un * In) / (2 * pi * n)
So und nun wissen wir auch was wir alles messen müssten:
Spannung (Spannungsteiler wenn man mutig ist), Strom (Shunt), Drehzahl (Hallgeber oder Drehencoder) Außérdem sieht man das das Moment davon abhänig ist das Spannung und Strom entsprechend konstant bleiben, du brauchst also eine stabilisierte Versorgungsspannung und eine Stromregelung (bspw. mit einem geeigneten H-Brücken IC)
Weil das alles nicht so einfach ist war auch mein Rat eine Rutschkupplung zu bauen, die auszulegen ist zwar auch komplex aber das experimentieren fällt dabei einfacher sodass man dann eventuell empirisch zum Erfolg kommt.
Beitrag zuletzt geändert: 4.10.2012 18:57:53 von fatfox -
wie genau muss der derhmoment eingehalten werden?
altanativ: http://www.google.de/search?q=dremomentsensor&ie=utf-8&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozilla:de:official&client=firefox-a
wenns net so genau sein soll einfach den gleichstrommotor über einstellbaren netzteil ansteuern und die passenden spannung durch probieren ermitteln , wenn kraft zu groß bleibt er dann stehen und dein gewünschtes moment ist erreicht.
Beitrag zuletzt geändert: 4.10.2012 21:37:31 von querdenker -
und nach 10 Schraubvorgäng4en sind die Wicklungen durchgebrannt weil der Strom beim blockierten Rotor maximal ist.
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Hallo,
wenn du dich mit Mikrocontrollern auskennst, verwende einfach einen Universalmotor und schalte einen Shunt(kleiner Widerstand der eine Messspannung erzeugt) in reihe zum Motor. Die Messpannung wertest du mithilfe des A/D Wandlers des Mikrocontrollers aus. Jetzt musst du nur noch testen bei welcher Messspannung dein Drehmoment erreicht ist. Dann Schaltest du den Motor durch einen Transistortreiber ab.
Gruß Jan
Beitrag zuletzt geändert: 9.10.2012 13:01:37 von shopm -
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