Schon länger beschäftigt mich der Gedanke, einen Zuglift zu bauen. Ich möchte diesen Thread benutzen, um meine Überlegungen zu schildern, Wissenslücken zu schließen und schlussendlich eine systematische Bauanleitung für alle interessierten Leser zu erstellen (Techniken, Material, Aufbauschritte). Vom Baufortschritt werde ich entsprechend berichten.

Hier zum Einstieg die erforderlichen Grundinfos und Links:
<wird ständig aktualisiert>

Anforderungen

• Geeignet für Spurweite N (Zuglänge von 2m)
• Je Ebene 2 Gleise
• 16 Ebenen, Ebenenhöhe 5cm (minus 1cm Plattendicke minus Schienenhöhe = effektive Nutzhöhe)
• Automatisches Anfahren von Ebenen
• Justierung, auch nachträglich, der Ebenenhöhe
• Ein- oder zweiseitige Anbindung
• Ebenenwahl über IR-Fernbedienung
• Ebenenanzeige (z.B. blinkend, wenn anzufahren, stetig, wenn erreicht), Fehleranzeige
• Steuerung über externe Befehle möglich (z.B. via UDP), aber auch über DCC-Befehle (z.B. Pseudolokadresse und Fahrstufe oder Funktionstaste)

• Linearschienen SBR20, und Kugelumlaufspindel SFU2005
• Schrittmotor NEMA23 3Nm
• Schrittmotortreiber DM556T
• Microcontroller ESP32 mit WLAN-Konnektivität, Konfigurierbar über Browser. Eigene Software (PlatformIO/C++), wird frei zur Verfügung gestellt (zu klären: 3.3V des ESP32 auf 5V TTL des DM556T bringen, z.B. mit Level Shifter)
• Vitrinenteil Sperrholz mit Acrylglas-Scheibe
• 3D-Druck für wiederholgenaue Passteile wie z.B. Schienenführung am Gleisende
• Alle Gleise sind nur in Ausfahrstellung mit Fahrstrom und DCC-Signal (oder analog) versorgt

• FrankyMag Mini (1000mm Zuglänge, zweigleisig, 13 Ebenen, einseitig befahrbar)
• FrankyMag Maxi (2000mm Zuglänge, zweigleisig, 16 Ebenen, zweiseitig befahrbar)

• Zuglift von huebedi im Thread RE: Die Mark Michingen in N - Bauberichte, Deeplink folgt
• Zuglift von merlin1764 in https://www.1zu160.net/scripte/forum/for....php?id=1187097
• Zuglift 10x3 von apras im Thread Loklift im Eigenbau (Vitrine fest, Zug wird bewegt)
• Zuglift von roemerdesign mit Schrittmotor und waagerechter Motorwelle sowie Zahnriemen: RE: Die Luftbahn mit Schattenbahnhof am Zuglift...
• Zuglift (käuflich erwerbbar) H0 mit 7x2 (3) Gleisen: RE: Jägersburg – C-/K-Gleisanlage auf 6,75 x 4,20 mtr. - Baubericht (2)

Ich möchte konzeptionell in Ebenen aufteilen. Ich beginne mit der Ebene T ("T"räger). Wie wird das ganze befestigt?

Ich könnte alles direkt an die Wand anbringen. Zum einen ist diese vielleicht nicht ganz plan, zum anderen wären das viele Löcher und zumindest bei FrankyMag Mini ist es noch "handlich", auf einer separaten Platte zu bauen, die dann angehängt wird.

Ich denke über eine OSB-Platte (Maß im Bereich 1m x 1m) nach. Diese ist formstabil und plan, lässt Schraublöcher zu mit mehrmaligem Ein-/Ausdrehen von Schrauben (eine Spanplatte wäre mir da suspekt). Sie trägt direkt die Elemente der Ebene L ("L"inearverschub)

• 2 Linearschienen
• 2 mechanische Anschlagsbegrenzer (damit unten nichts rausrutscht)
• 2 elektrische Anschlagsbegrenzer (Kontakte)
• Kugelumlaufspindel
• Schrittmotor
• Schrittmotortreiber
• Netzteil
• Microcontroller
• Verschlussblende(n) (damit nichts seitlich rausrollen kann)

• 4 Löcher in 4 Ecken, etwas größer als erforderlich, um justieren zu können
• Entsprechend größere Unterlegscheiben zum Ausgleich
• Hohlraumdübel links (ca. 4cm Hohlraum). Plan: Fischer-Dübel HM 45 S oder HM 52 SK (Metall)
• Normale Dübel rechts (direkt hinter Rigipsplatte ist MÖbelplatte 19mm, die stabil steht (Regal))

Dann mache ich mal mit der Ebene L ("L"inearverschub) weiter und zeige die betreffenden Elemente:

Linearspindel SFU1605

Links das Festlager BK12, in welchem später senkrecht die Spindel steht (z-Achse). Anschließend die Kugelmutter mit vormontiertem Kugelmuttergehäuse. Dieses trägt später die fahrbare Vitrine zusammen mit den Linearschienen.


Am anderen Ende das Loslager BF12. Rechts sieht man noch die Wellenkupplung, derzeit 10 auf 6,5 - ich werde aber 10 auf 10 brauchen.

Linearschienen SBR20

Und hier oben und unten die beiden Linearschienen SBR20 mit einem von zwei mal zwei Blockwagen SBR20UU.

Ich werde demnächst eine "technische KKA" (Kleinst-Kontrollanlage) aufbauen auf einem Brett, um die Verbindung mit den elektischen Komponenten sauber aufzubauen und insbesondere die mechanische Belastbarkeit (Hebefähigkeit) auszupobieren. Dazu bald mehr.

Die Materialliste komplettiert sich. Heute kam das Netzteil an (Mean Well LRS-150-24):

Heute möchte ich etwas zum Antrieb sagen.

Er besteht aus dem Steppermotor, dem Treiber dafür, der Stromversorgung sowie dem Microcontroller (letzterer mit separater Stromversorgung 5V).

Ich war einfach denkend an die Sache herangegangen; es stellte sich aber heraus, dass es ein paar Zusammenhänge gibt, die es zu beachten gilt, die ich hier wiedergeben möchte. Da ich kein Experte auf diesem Gebiet bin, korrigiert gern womöglich falsche Gedanken.

Als Steppermotor habe ich mir einen möglichst kräftigen gesucht: lieber mehr Power als nötig als andersherum. Andererseits soll er bezahlbar sein, und ob seine Kraft dann mit dieser Randbedingung ausreicht, wird der Versuchsaufbau ("KKA") zeigen.

Steppermotor

• Stepperonline 23HE45-4204S, Nema 23
• Bezugsquelle z.B. Stepperonline "direkt" oder über ebay: https://www.ebay.de/itm/392892460810
• Haltemoment 3 Nm, Stromaufnahme 4,2A je Spule
• Bipolar
• 10mm Wellendurchmesser

• DM556T
• Bezug ebenda
• Versorgungsspannung 20-50V, max. abgegebener Strom 5,6A
• Über DIP-Schalter ist einstellbar, welcher Strom abgegeben wird, welche Mikroschrittteilung unterstützt wird und ob im Haltebetrieb die Stromabgabe reduziert wird

• Mean Well LRS-150-24
• Bezugsquelle z.B. https://www.amazon.de/gp/product/B07VBQV...0?ie=UTF8&psc=1
• Max. abgegebener Strom 6,5A, Spannungsabgabe 24V

• Steppermotoren und Treiber: https://www.youtube.com/watch?v=0qwrnUeSpYQ
• Große Steppermotoren ("groß" aus Sicht der Arduinowelt): https://www.youtube.com/watch?v=iY_4YOlpqyI

• Steppermotoren sind uni- oder bipolar (Funktionsprinzip siehe erster Videolink), verbreitet sind die an 4 Adern äußerlich erkennbaren bipolaren (so auch der von mir gewählte)
• Bipolare haben ein höheres Drehmoment, eine geringere Endgeschwindigkeit und erfordern H-Brücken
• Die beiden Spulen werden durch den Treiber alternativ gepolt, wodurch ein Schritt (1.8°) hervorgerufen wird
• Schritte dazwischen werden durch anteilige Spulenaktivierung erreicht, ein Halbschritt bspw. durch Anschalten beider Spulen
• Genau dann ist die Stromaufnahme des Motors in der Spitze doppelt so hoch, weil zwei Spulen zu versorgen sind (in meinem Fall: bis zu 2 x 4,2A)
• Der Treiber muss diese Stromaufnahme erlauben (angegeben ist die einfache Stromaufnahme einer Spule, er versorgt dann ggf. zwei parallel), was zu ...
• ... der Stromabgabe des Netzteils führt: entweder, es werden keine Halb-/Viertel-/... ("Mikro")schritte angefordert (eingestellt), dann reicht die einfache Stromstärke, ansonsten ist die doppelte erforderlich
• Mikroschritte bewirken sanfteres, leiseres Verfahren, bewirken aber auch eine geringere Geschwindigkeit

Hallo Frank,

Ein Loklift interessiert mich auch, ich lese mal mit. Du scheinst dich ja sehr ausgiebig mit der Mechanik und Antriebstechnik auseinandergesetzt zu haben.

Zwei Fragen bzw. Anmerkungen:
- die Leistung deines Netzteils sollte ausreichen. Die Zusammenhänge zwischen Treiberstrom und Leistung sind nicht immer ganz so einfach wie bei einfachen DC-Motoren. Das ist darin begründet, wie die Treiber den Strom in den Motorspulen regeln.... Ich kann und möchte da nicht zu tief einsteigen, aus dem 3D-Drucker-Selbstbau habe ich zumindest ein bisschen Erfahrung. Ich lass mal das da hier: Klick

Dementsprechend sollte jeder Motor, wenn man Strom und Widerstand der Phasen zugrundelegt, maximal ca. 4,2*4,2*0,9 = 16 W benötigen.

- bezüglich der Lineartechnik, hast du dich da mit igus beschäftigt? Ich sehe da einige Vorteile, nämlich sauberen (=schmiermittelfreien und damit wartungsfreien und wenig schmutzempfindlichen) und leisen Betrieb, während das leichte Spiel von wenigen Zehntel Millimeter bei dieser Anwendung keine Probleme bereiten sollte. Das mit dem sauberen und leisen Betrieb kann ich aus eigener Erfahrung sagen. Auch Die Spindeltriebe funktionieren auf diese Weise.

Ansonsten, wie gesagt, bleibe ich mal dran und bin gespannt was du hier aufbaust.

Hallo Niklas,

schön, dass du mitliest!

Zu deiner Rechnung: ich müsste also 16W verdoppeln, weil zwei Spulen da sind. Das wären erst 32W, die das Netzteil mit 24V*6,5A=156W locker leistet. Ich habe versucht, noch ein bisschen zu recherchieren, aber ohne großen Erfolg. In der Beschreibung des DM556T (https://www.omc-stepperonline.com/download/DM556T.pdf) lese ich unter §6 die Unterscheidung in stabilisierte und nicht stabilisierte Netzteile (so interpretiere ich zumindest regulated/unregulated) und staune, dass im zweiten Fall sogar weniger als die Nennstromaufnahme des Motors ausreicht (the average current withdrawn from power supply is considerably less than motor current). Mit anderen Worten: ich werfe verständnismäßig das Handtuch .
Plausibilitätscheck: Im Set https://www.omc-stepperonline.com/de/3-a...il-3-dm556t-s30 sind mein Treiber dreimal und mein Motor dreimal und das Netzteil leistet 10,5A - nicht mal das Doppelte meines Netzteils bei dreifacher Motorzahl. Auch wenn da sicher eine Durchschnittsüberlegung (nicht alle Motoren bewegen sich gleichzeitig) zugrunde liegen könnte, scheint das dann wohl doch hinzuhauen. Ich hake den Punkt also mal ab - danke aber für deinen Input!

Zu Igus: Ich erinnere mich, da mal drüber "gestolpert" zu sein. Letztlich hat die breite Verfügbarkeit der genannten Linearschienen und Spindeln den Ausschlag gegeben. Es war also keine bewusste Entscheidung gegen Igus, sondern eine Entscheidung für das andere System. Und die Kraft des faktischen: erst einmal ein Set HGR-Schienen und Spindel erworben, um mal anzufangen und zu probieren (grau ist alle Theorie). Allerdings war die Qualität der Blockwagen schlecht (schwergängig). Habe aber vom Händler Preiserlass für die Schienen/Blockwagen erhalten. Blieb also die Spindel. Dann dachte ich: probier doch mal die Bauform SBR - und die lief wirklich schön leicht. So kam das also ...

Vorhin habe ich aus dem Baumarkt ein Regalbrett 120cmx25cm geholt für den Versuchsaufbau. Morgen kommen Motor und Treiber. Dann geht es langsam zum Versuchsaufbau :-)

Hi,

nein, das ist der gesamte Leistungsbedarf des Motors.

Stepper motors: at full rated current, the power needed for each motor is its rated current times its rated voltage (if no rated voltage is specified, use the square of the rated current times the phase resistance). This is the power at standstill. To allow for driver losses and the extra power needed to create acceleration, add 50%. Multiply by the number of stepper motors.

Die Nennspannung ist dabei nicht gleich den 24V Versorgungsspannung. Für einen Motor also 16 W, gemäß der Empfehlung, um 50% zu erhöhen, entsprechend 24 W.
Um dein Verständnis evtl. noch zu retten:
Der Schrittmotor ist, wenn "eingeschaltet" - d.h. Treiberstufe aktiv - immer unter Strom, im Gegensatz zum Gleichstrommotor. Er ist bestrebt, den vorgegebenen Drehwinkel zu halten, und hat dabei so viel Drehmoment zur Verfügung, wie ihm Strom zur Verfügung gestellt wird. Damit er sich dreht, muss der vorgegebene Drehwinkel geändert werden (das übernimmt der Treiber dadurch, dass er die Phasen des Schrittmotors in festgelegten Mustern bestromt). Eine Drehung ist dabei nichts weiter als eine Folge von "Einrasten" bei neuen Drehwinkeln. Wenn das ohne Mikroschritte passiert, ist es eine entsprechend lautstarke und vibrationsreiche Angelegenheit. Je feiner die "Rastwinkel", also je feiner aufgelöst die Mikroschritte, desto leiser und weicher die Bewegung. Im Gegensatz dazu - legst du beim Gleichstrommotor eine Spannung an, so sorgt der dadurch fließende Strom für eine beständige Rotation mit dem zur Verfügung stehenden Drehmoment.

Daraus ergibt sich, dass im eingeschalteten Zustand der Leistungsbedarf schon immer die Summe aller Motoren beträgt, auch wenn die sich nicht immer alle gleichzeitig drehen. Das ist jetzt aber akademisch, da dein Netzteil eh sehr großzügig dimensioniert ist.

Den Unterschied zwischen reguliertem/unreguliertem Netzteil verstehe ich da auch nicht ganz, habe jetzt aber auch in das PDF nicht reingeschaut.

Hallo Niklas,

danke für die Erklärungen. Ich habe also demnach das passende Netzteil

@all,

Schrittmotor und -treiber sollten schon längst da sein, hängen aber seit Montag in "Vorbereitung zum Weitertransport". Wird also nichts zum Wochende.

Also habe ich mich mal mit der Wellenkupplung beschäftigt (Spindel zu Motor). Der Spindel (10mm) lag eine solche von 10mm auf 6mm bei, aber der Nema 23 hat eine 10mm Welle. Doof. Aber: schafft diese Wellenkupplung auch die 3 Nm des Motors?

Nach Anfrage an gtech weiß ich nun folgendes:

• Wellenkupplung wie https://gtech-shop.de/Wellenkupplung-Alu...L25-10-auf-10mm -> Maximale Drehzahl ~10.000/min, empfohlen <5.000/min, nominales Drehtmoment 1Nm, max. 2Nm, Wellenversatz max. 0,5mm bzw. 1-3°
• Klauenkupplung wie https://gtech-shop.de/Klauenkupplung-D25L30-10-auf-10mm -> "Für höhere Drehmomente und hervorragender Wiederholgenauigkeit empfehlen sich Klauenkupplungen ab Durchmesser D20" (was hier mit 25mm der Fall wäre), beim Drehmoment sind 6Nm (max. 12Nm) angegeben, das reicht

Es geht leider nur langsam vorwärts. Ich hätte gern Motor und -treiber ausprobiert, aber sie sind seit Montag Geiseln des Verteilzentrums: "Ihre Sendung wird für den Weitertransport vorbereitet". Sehr gründlich, diese Vorbereitung . Indes befürchte ich, die Sendung ist verloren gegangen und habe den Verkäufer um Mithilfe gebeten, damit ich endlich in den Genuss der Teile komme ...

Ansonsten habe ich die KKA aufgebaut:



Das Möbelbrett hat die Maße 120cm (die vermutete Länge der Trägerebene, aber genau das soll durch Schieben der Bausteine ermittelt werden) mal 25cm (nicht die Zielbreite = -abstand der Schienen, macht es aber handlicher).
Stellt euch das Ganze so vor, dass das linke Ende später oben, das rechte Ende später unten sein wird. Links fehlen der Motor und der Treiber.

Eine gerade zur Hand befindliche Sperrholzplatte wurde mit einer Bohrschablone beklebt. Ich verwende selbstklebendes A4-Papier, das hat mir nicht nur zum Ausdruck von Rücksendeetiketten, sondern auch für viele aus MZZ-Kulissen (gescannt, gedruckt) zusammengesetzte Hintergrundelemente gute Dienste geleistet. Gleich mal nachbestellt, weil es zur Neige geht.

Wie geplant, hat sich die KKA gelohnt:

• Die neben den Linearschienen/-spindel zu besfestigenden Teile müssen angeordnet werden - wo ist dafür der beste Platz? All das geht auch mit einer maßstäblichen Zeichnung, aber die Dinge mit der Hand zu schieben und sich die Kabelwege besser vorstellen zu können, ist doch nicht zu ersetzen. Gewonnene Idee: Da die Linearschienen am Ende weiter auseinander liegen, könnten manche Baugruppen zwischen diese (und die Spindel) wandern, das spart Platz in der Höhenausdehnung. Beachten: macht das Sinn für Treiber und Netzteil? Ihr Luftaustauschbereich wird verringert, wofern die Vitrine gerade in einer Stellung ist, wo sie darübergeschoben ist.
• Warum nur plante ich, die Ebene T genauso breit zu machen wie die Vitrine? Es entstünde ja eine durch Gewicht und Maße schwerer handhabbare Platte von ca. 120cm x 100cm. Es reicht doch aus, die Breite auf den Linearschienenabstand abzustimmen (50cm + Linearschienenfußbreite, links und rechts ragt die Vitirene dann je 25cm darüber. Zudem entstehen zwei parallele Kanten, an denen sich die Linearschienen sehr gut ausrichten lassen!
• Erkennnis: schmaler bauen!
• Ich wollte eine OSB-Platte als Träger statt eine Möbelplatte. Aber warum sollte diese nicht auch gehen - die Linearschienen sind an insgesamt 28 Schrauben befestigt, das Festlager an 2, das Loslager an 4 (siehe unten) - was soll da bei einmaliger Montage (ich baue das ja nicht auf und ab) kaputtgehen? Vorteil: Die Möbelplatte sieht besser aus, ich muss kein OSB erst lackieren.
• Die Sperrholzplatte hat einen guten Resonanzkörper abgegeben. Der Lift wird wohl nicht allzu leise sein können. Dämmmöglichkeiten sehe ich kaum, da die Schrauben die Lärmbrücke bilden. Die erreichnete Bohrschablone wich etwas ab, was ich durch Langlöcher über einer Schiene ausglich. Erkenntnis: Bei der richtigen Montage vor Bohren der Vitrinenrückwand mit einem Streifen probieren, korrigieren, und erst dann die Vitrinenrückwand bohren.
• Die Spindel hatte ich nicht exakt in der Mitte, was Langlöcher (bzw. größere Löcher, dafür entschied ich mich) für die Mitnahme der Kugelmutter erforderte. Erkenntnis: Damit hole ich mir eine Schwachstelle ins System: sind die 4 Schrauben nicht fest genug angezogen, kann im Stillstand die Vitrine um das Lochspiel bewegt werden. Oder ist das nicht so schlimm, weil die Schwerkraft (Eigengewicht!) genügend dagegen arbeitet? Oder eben einfach nur fest anziehen
• Die gesamte Testebene ließ sich gut bewegen. Sie ist ja fest verspannt an 5 Punkten und die Linearführungen haben kein Spiel. Allerdings hatte ich die Spindel erst am Festlager fixiert mit dem Plan, nach Hochschieben der Ebene bis fast zum Loslager erst dann dort festzuschrauben (d.h. die Parallelität durch die Testebene zu sichern). Gedanke: warum überhaupt das Loslager befestigen? Die Vitrine wird ausschließlich durch die Linearschienen und die Blockwagen gehalten, wegkippen kann da nichts. Allerdings wäre ein loses Loslager () nur so fest oder lose wie der Steppermotor. Könnte ich ihn nicht mit seitlichen Gummimatten in einer selbst anzufertigenden Schelle soweit minimal flexibel einbauen, dass (sehr!) leichte Seitenverschiebung möglich ist? Hierzu würden mich eure Gedanken interessieren!

Es geht nur schleppend voran: Materialmangel - ich warte noch immer auf Motor und Treiber. Warum soll es mir besser gehen als der globalen Wirtschaft ...

Wenigstens ist die Klauenkupplung gekommen:



Allerdings ist sie nicht, wie von mir vermutet, leicht zu teilen (drei Teile: linke/rechte Hälfte und rotes Kunststoffkreuz): Ist sie einmal auf der Welle, muss sie auch von dort wieder durch die Inbusschrauben gelöst werden. Update: siehe nächster Beitrag.

Mal eine Probe eines animierten GIFs



Klappt also. Konstruktion ist noch in Arbeit und wird dann entsprechend aktualisiert; wollte nur mal sehen, ob auch animierte GIFs hier im Forum angezeigt werden.

Hallo Frank,
die Klauenkupplung lässt sich auseinanderziehen. Der Klemmsitz der beiden Klauen wird durch das rote Kupplungselement verursacht. Spätestens nach einigen Belastungen/Lastwechseln kannst du sie auseinanderziehen. Es gibt Anbieter, da sind die Köpfe (Klauen) getrennt zum Kupplungselement das dann in verschiedenen Härtegraden (Shore) angeboten wird. Im Idealfall verschleißt bei diesen Wellenverbindungen nur das rite Kupplungselent das es einzeln gibt.
Volker

Hallo Volker,

gut zu wissen, danke! Es ist alles sehr straff, und so dachte ich, die Teilefügung ist straff und nicht auf den Anwendungsfall "jederzeit trennbar" ausgelegt. Muss ich mal im Auge behalten!

So, die Ersatzlieferung ist da.

Platzierung auf der KKA:



mit empfohlener Senkrechtstellung von Netzteil und Treiber zwecks Abwärme (bin gespannt, ob das wirklich so warm wird - auch das wird eine Erkenntnis der Testkonfiguration sein). Motor an die Kupplung geschoben, aaaaber:



... es gibt einen Höhenversatz. Allerdings hat auch die Kugelmutter unter der Testplatte noch Luft und benötigt einen Höhenversatz:



da steht also eine Anpassungsarbeit an (mit gedrucktem Höhenausgleich). Ich werde mich wohl erst einmal mit der Programmierung des Motors beschäftigen als erstem Erfolgserlebnis.

Nun habe ich ersten Code geschrieben. Dabei habe ich die AccelStepper-Library benutzt. Wie der Name schon sagt, erlaubt diese ein beschleunigendes/abbremsendes Verfahren. Es ist sicher zuträglich, wenn der Stepper nicht mit Fullspeed loslegt und auch nicht aus Fullspeed stoppt (für die Mechanik und auch für das Rollmaterial, wobei die senkrechten Beschleunigungskräfte hier unkritisch sind).

Wobei "Fullspeed" hier zu schnell klingt. Tatsächlich bewegt sich die Spindel relativ langsam. Eine Spindeldrehung verfährt sie um 5 mm und im Nicht-Mikroschrittbetrieb ist ein Schritt 1.8°, also 200 Schritte pro Umdrehung. 200 Schritte würden also einen Hub von 5mm bedeuten und ein Schritt entsprechend 0.05mm (eine vollkommen ausreichende Genauigkeit). Jedoch ist ein Schrittmotor dann relativ laut. Microschritte werden im Raster 400, 800, 1600, usw. bis hin zu 25600 unterstützt (Werte gelten für den DM556T) - theoretisch ist eine Genauigkeit von 5/25600 = zwei Zehntausendstel Millimeter möglich. Allerdings sinkt dann die Geschwindigkeit entsprechend. Schneller = besser ist allerdings von Randbedingungen relativiert:

• Mit steigender Geschwindigkeit nimmt das Drehmoment ab (schlecht)
• Mit höherem Microstepping wird der Stepper ruhiger (gut)

• Je mehr Reibungswiderstand in Spindel/Kugelmutter und je flacher die (nicht beeinflussbare) Windungssteigung, umso sicherer wird auch eine hohe Last vertikal gehalten (gut)
• Je mehr Reibungswiderstand in Spindel/Kugelmutter (und je flacher ...), umso mehr Drehmoment geht in der Überwindung dieses Widerstandes der zu hebenden Nutzlast verloren (schlecht)

stepper.setMaxSpeed(VELOCITY);
stepper.setAcceleration(ACCELERATION);
 

Schnell merkte ich, dass das Hochsetzen der Geschwindigkeit sich irgendwann nicht mehr auswirkt und fand in der Library schließlich:
The fastest motor speed that can be reliably supported is about 4000 steps per second at a clock frequency of 16 MHz on Arduino such as Uno etc. Faster processors can support faster stepping speeds.

Hah! Ich benutze derzeit einen UNO (obwohl nicht mein Lieblings-Arduino). Obwohl die Dinger doch recht schnell sind, kommen sie hier also an die Grenze, weil in sehr schneller Folge die Ausgänge HIGH/LOW geschaltet werden müssen.
Meine Lieblings-"Arduinos" sind ja ESP8266 und ESP32. Diese sind mit 160 .. 240 MHz angegeben. D.h. sie können mindestens 10mal so schnell Pulse ausgeben. Ob das tatsächlich der Fall ist (und nicht andere Einflüsse das begrenzen) wird herauszufinden sein.

Nachdem ich eine ganze Weile mit der realen Mechanik herumspielte, fiel mir ein weiterer Denkfehler auf: Ich sehe den Treiber/Stepper viel zu sehr wie einen Softwareprozess: API rufen - Ausführung abwarten - Rückkehren (also synchron). Nein, der Mikroprozessor gibt vollkommen asynchron seine "Befehle" auf die Ausgänge und es ist ihm wurscht, ob der Treiber/Stepper hinterherkommen, es gibt keine Rückmeldung. Warum teste ich dann bzgl. der Geschwindigkeiten mit der realen Mechanik? Es reicht doch erst einmal, theoretisch die Werte nur mit dem Mikroprozessor auszuprobieren und später zu verifizieren, ob die Mechanik hinterherkommt, wie laut, präzise etc. sie ist.

D.h. ich habe ein Testprogramm, welches mir mit bestimmten Microstepping-Werten und der für den UNO maximalen Geschwindigkeit von 4000 rumspielt. v steht für Geschwindigkeit und a für Beschleunigung. Ergebnis:

800 Microsteps
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 10 Umdrehungen | 50 mm hoch in 5 s = 8 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 20 Umdrehungen | 100 mm hoch in 8 s = 12 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 30 Umdrehungen | 150 mm hoch in 10 s = 14 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 40 Umdrehungen | 200 mm hoch in 12 s = 16 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 50 Umdrehungen | 250 mm hoch in 14 s = 17 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 60 Umdrehungen | 300 mm hoch in 16 s = 18 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 70 Umdrehungen | 350 mm hoch in 18 s = 19 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 80 Umdrehungen | 400 mm hoch in 20 s = 19 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 90 Umdrehungen | 450 mm hoch in 22 s = 20 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 100 Umdrehungen | 500 mm hoch in 24 s = 20 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 110 Umdrehungen | 550 mm hoch in 26 s = 20 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 120 Umdrehungen | 600 mm hoch in 28 s = 21 mm/s
        v/a=4000/1000 | 800 Microsteps | 130 Umdrehungen | 650 mm hoch in 30 s = 21 mm/s
 
1600 Microsteps
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 10 Umdrehungen | 50 mm hoch in 8 s = 6 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 20 Umdrehungen | 100 mm hoch in 12 s = 8 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 30 Umdrehungen | 150 mm hoch in 16 s = 9 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 40 Umdrehungen | 200 mm hoch in 20 s = 9 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 50 Umdrehungen | 250 mm hoch in 24 s = 10 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 60 Umdrehungen | 300 mm hoch in 28 s = 10 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 70 Umdrehungen | 350 mm hoch in 32 s = 10 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 80 Umdrehungen | 400 mm hoch in 36 s = 10 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 90 Umdrehungen | 450 mm hoch in 40 s = 11 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 100 Umdrehungen | 500 mm hoch in 44 s = 11 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 110 Umdrehungen | 550 mm hoch in 48 s = 11 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 120 Umdrehungen | 600 mm hoch in 52 s = 11 mm/s
        v/a=4000/1000 | 1600 Microsteps | 130 Umdrehungen | 650 mm hoch in 56 s = 11 mm/s
 
3200 Microsteps
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 10 Umdrehungen | 50 mm hoch in 12 s = 4 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 20 Umdrehungen | 100 mm hoch in 20 s = 4 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 30 Umdrehungen | 150 mm hoch in 28 s = 5 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 40 Umdrehungen | 200 mm hoch in 36 s = 5 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 50 Umdrehungen | 250 mm hoch in 44 s = 5 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 60 Umdrehungen | 300 mm hoch in 52 s = 5 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 70 Umdrehungen | 350 mm hoch in 60 s = 5 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 80 Umdrehungen | 400 mm hoch in 69 s = 5 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 90 Umdrehungen | 450 mm hoch in 77 s = 5 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 100 Umdrehungen | 500 mm hoch in 85 s = 5 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 110 Umdrehungen | 550 mm hoch in 93 s = 5 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 120 Umdrehungen | 600 mm hoch in 101 s = 5 mm/s
        v/a=4000/1000 | 3200 Microsteps | 130 Umdrehungen | 650 mm hoch in 109 s = 5 mm/s
Messreihe beendet
 
 

(Die Wartezeit auf das Ergebnis habe ich mit Schreiben dieses Posts verbracht und es lief immer noch, als ich hier angelangt war.)

Man sieht den nicht-linearen Einfluss des Beschleunigens und Bremsens: bei wenig Hubhöhe (50mm Ebenenabstand gerechnet) geht anteilig viel mehr aufs Bremsen/Beschleunigen als bei höheren Hubhöhen, erst dort kann die Maximalgeschwindigkeit zum Tragen kommen. Maximal habe ich also 21 mm/s ermittelt (bei 800 Microsteps), die sich auf 5 mm/s erniedrigt haben (bei 3200 Microsteps) - hier ist das Verhältnis 4:1 ebenso wie das der Microsteps 3200:800 = 4:1.

Mir scheinen 1600 Microsteps gut zu passen: weniger als 1 Minute für die avisierten 13 Ebenen (130 Umdrehungen = 650 mm) ... Die Berliner S-Bahn hatte minimale Zugfolgezeiten von 90 Sekunden bereits in den dreißiger Jahren, da ist eine Bereitstellungszeit von < 1 Minute im Modell doch mehr als ausreichend.

Demnächst probiere ich es noch mit ESP8266/ESP32.

Schon eine tolle Sache so eine Gewindestange + Motor + Schlitten
In meine Facharbeiterprüfung durfte ich anno dazu Mals einen Aufzug im Modell mit einem solchen Antrieb umsetzten und über SPS steuern.
Hat ziemlich gut geklappt damals.
Dir viel Spaß bei der Umsetzung deines Projektes

Hallo,
ich denke du arbeitest besser mit Metall als mit den Möbelplatten. Deine Führungen sind hochpräzise und die Platten arbeiten mit der unterschiedlichen Luftfeuchte. Du wirst Klemmen bekommen.

Hallo TTFux und Joachim,

danke für euer Interesse! Noch kann ich zwar nicht viel Fertiges präsentieren, aber die Schilderung des Weges dahin ist ja auch Teil des Ergebnisses.

Joachim, mit Metall wäre ich bestimmt auf der sicheren Seite, beispielsweise mit einer Rahmenkonstruktion mit Aluprofilen. Der Aufstellort wird im Hobbykeller sein in einer Umgebung mit stabiler Luftfeuchtigkeit und Temperaturschwankungen (ohne dass ich den Heizkörper separat aufdrehe) von höchstens 3 Grad (18 bis 21 Grad). Zudem ist die Möbelplatte kein Echtholz und hat einen hohen Leimanteil, ist dann auch noch laminiert. Ich denke, das wird funktionieren. Wenn nicht, habe ich diese Erfahrung dann gesammelt, bevor es an den richtigen Zuglift geht. Die Reihenfolge ist ja KKA (derzeit) -> kleiner Lift (1m Breite) -> großer Lift (2m Breite).

Also - ich möchte deinen Hinweis nicht beiseite wischen, glaube aber, dass es beherrschbar sein wird. Falls nicht, werde ich berichten!

PS. Da fällt mir noch ein: ich könnte gleich noch einen Sensor für Temperatur und Luftfeuchte einbauen und kontinuierlich die Schwankungsbereiche aufzeichnen und langfristig auswerten.

Heute war der Tag der Rückschläge.

Die Verbindung Motor zu Spindel lief unruhig. Gut, ich hatte den Höhenausgleich noch nicht perfekt. Aber es stellte sich heraus (einfach mal ein paar Papierblätter unterlegen, bis die Luft raus ist), dass es eine Unwucht gab. War etwa die Spindel verbogen? Ich kaufte die Teile ja nicht vom Markenhändler, sondern als Chinaware. Da erinnerte ich mich, in den Bewertungen der Wellen-/Klauenkupplungen von Unwuchten gelesen zu haben.

Also Lösen der Kupplung auf Spindelseite, um sie frei auf dem Motor rotierend zu sehen. Fehlanzeige: die Imbusschraube leierte aus und ich bekam die Sch.... nicht mehr runter

Mit der zweiten Kupplung (ich hatte zwei besorgt) übergangsweise auf dem Motor ohne Verbindung zur Spindel probiert und Motor laufen lassen: tatsächlich, es gibt eine kleine Unwucht.

Zurück zum Problemfall: ging nicht ab. Morgen muss ich durch den Schlitz hindurch mit der Proxxon die Imbusschraube vorsichtig durchflexen , um den Mist runterzubekommen und mich nach Alternativen umsehen. Jede neue Kupplung wird also zu prüfen sein, am besten mit einem Lichtspalttest (Klotz seitlich heranrücken und sehen, ob der Lichtspalt sich ändert).

Heute kam die Minitrennscheibe zum Einsatz:


Nun muss ich erst noch nach Ersatz suchen, danach kann es weitergehen.

Hallo Frank,

mit Interesse habe ich gerade Deine Berichte zum Bau des Zuglifts gelesen. Da ich ja auch ( mit einigen Unterbrechungen ) ein ähnliches Projekt verfolge, interessieren mich Deine Erfahrungen natürlich sehr. Ich möchte mir erlauben, Dich auf ein paar Dinge hinzuweisen, die Dir den Bau m.E. erleichtern könnten. Speziell die hier bereits angesprochenen Unwuchten und dem Verziehen der Holzkonstruktion kann man meines Erachtens relativ einfach begegnen.

Klar, Holz ist kein Metall und es arbeitet nicht nur mit schwankenden Temperatur, sondern auch mit der wechselnder Luftfeuchtigkeit oder sonstigen physikalischen Phänomenen, die ich wahrscheinlich nicht einmal kenne. Ich verwende für den Bau meines Liftes auf Anraten der Fachleute Multiplex- und MDF-Platten. Auch wenn die besagten Fachleute meinen, da arbeitet nix mehr, lehrt die Erfahrung, etwas Spiel und Flexibilität einzuplanen ist immer ratsam. Metall arbeitet übrigens ebenfalls ...

Nun ist ein Zuglift aber keine CNC-Maschine und die Bewegung des Zugspeichers bzw. Regals muss nur in der Vertikalen präzise gesteuert werden. Das erleichtert den Bau der Mechanik m.E. ungemein. Alle anderen Bewegungsrichtungen können m.E. sogar relativ flexibel ausgelegt werden. Wenn die Antriebsspindel etwas eiert ... und das tun die günstigen Chinateile eigentlich fast immer ... muss das nicht weiter stören. Da der Zugspeicher später nicht mehr wie auf Deinen Baufotos zu sehen ist liegt, sondern senkrecht steht, muss man sich zudem keine Gedanken über ein mögliches Spiel zwischen Kugelmutter und Spindel beim Wechsel der Drehrichtung machen. Das Gewicht des Zugspeichert ruht unabhängig von der Drehrichtung des Motors immer senkrecht auf den Spindelnuten.
Die von Dir gewählte Kupplung sollte bei einem Einbau des Motors mit etwas mehr Abstand zur Spindel wie ein Kardangelenk einen gewissen Schlag des Spindelgelenks locker ausgleichen. Nur ... hüstel ... die Imbusschraube sitzt in einem Alugewinde und Alu ist kein Stahl ... da hilft nur ein Anziehen mit Gefühl nach der alten Mechanikerregel: Nach Fest kommt Ab ... aber wer den Schaden hat ...

Zurück zur Konstruktion: Ich verstehe nicht, warum Du eine ziemlich starre Verbindung zwischen Spindelmutter und dem hinteren Brett des Zugspeichers gewählt hast. Damit wirken sich alle mechanischen Ungenauigkeiten unmittelbar auf den Zugspeicher und damit auf den Antrieb aus. Ich habe folgende Lösung angepeilt. Ausgehend von den oben beschriebenen Vorraussetzungen sitzt auf meiner Spindelmutter später ein Metallklotz mit einem leicht erhöhtem Rand auf der dem Brett zugewandten Seite. Das passende Gegenstück diesmal mit dem Rand nach unten sitzt hinten auf dem Brett des Zugspeichers. Die Antriebsmutter greift nun von unten mit diesem "Haken" in ihr Gegenstück am Zugspeicher und drückt die Zugvitrine nach oben. Man kann sich das Ganze so vorstellen, als würden sich zwei Hände mit gekrümnten Fingern auf Zug ineinander verhaken sich in der Gegenrichtung aber problemlos lösen. Theoretisch könnte ich also den Zugspeicher von Hand anheben und anschließend wieder auf den Haken der Spindelmutter ablegen.

Mit dieser Konstruktion gewinne ich ein Höchstmaß an Flexibilität, da sich die beiden Haken seitlich und auch vor und zurück gegeneinander verschieben können. Der Einfluss des potentielle Eierns der Spindel wird gemildert oder kann kann so ein Verklemmen der Linearführungen verhindern. Diesen Effekt unterstütze ich zudem mit Gegengewichten, die das Leergewicht des Zugspeichers bis zu einem gewissen Grad ausgleichen. Die Reihung zwischen den Haken wird kleiner, der Antrieb wird entlastet und potentielle Ungenauigkeiten der Mechanik werden (hoffentlich) noch flexibler ausgeglichen.

Mit Deiner fest verschraubten Verbindung zwischen Spindelmutter und dem eigentlichen Zugspeicher machst Du Dir die Sache m.E. nur unnötig schwer. Ich vermute, ein einfacher Gewindestab aus dem Baumarkt könnte mit der flexiblen Verbindung die Hebearbeit ebenfalls erledigen. Obwohl, ich habe mir auch eine günstige Kugelumlaufspindel gegönnt ... ... purer Luxus ... nee...

LG
Hubert

... übrigens ... ich denke meine Hakentechnik könnte man sogar zu einer Art bayrischem Fingerhakeln umwandeln. Ich habe es noch nicht probiert, aber noch flexibler wäre eine Schlaufenverbindung zwischen der Spindelmutter und dem rückseitigen Brett des Zugspeichers. Ich hatte z.B. über einen Zahnriemen als Tragschlaufe nachgedacht. Aber aus Bayern könnte man ja auch eine original Wirtshausschlaufe importieren. Naja ...
wenn sie dem Export über die Landesgrenze nach Preußen zustimmen ... oder so ...

Jedenfalls wäre damit das allerhöchste Höchstmaß an Flexibilität erreicht und der Hubmechanismus könnte herumeiern und wackeln wie er möchte. Gönnen wir ihm doch seine Freiheiten. Er wird es Dir sicher mit einem im Wortsinn entspannten Lauf danken.

LG
Hubert

Hallo Hubert,

Besuch aus der Mark - das freut mich sehr. Ich hoffe, du hast dein KSH dabei

Mit diesem Thema wollte ich ja auch eine Diskussion anregen und mir den Rat aus allen möglichen Ecken holen. Und du hast meine Gedanken vom Horizontalen (ähm, keine Hintergedanken bitte) zum Vertikalen (ich werde rot) "umgepolt" (verdammt, wie komme ich da wieder raus ...)

Bezüglich der Fixierung des Kugelmuttergehäuses als fünftem Punkt zu den vier Blockwagen hatte ich schon mit der horizontalen Verschieblichkeit (jetzt wird es wieder sachlich) gespielt: da die Bohrungen für die Kugelmutter etwas größer waren, um die Präzision nicht schon beim Bohren herstellen zu müssen, kam mir der Gedanke des dadurch vorhandenen seitlichen Spiels: würde die Spindel nicht exakt parallel zu den Linearführungen sein, könnte sie sich seitlich etwas bewegen. Die damit verbundene vertikale Verschieblichkeit verwarf ich eher als negativ.

Aber du hast recht: deine Lösung hat mehrere Vorteile: keine starre Verbindung zur Vitrinenrückwand = keine Präzision erforderlich für die Bohrungen des fünften Fixpunktes. Keine starre Verbindung = leichte Lösbarkeit für den Wartungsfall. Keine starre Verbindung = Selbstausrichtung. Sosehr meine KKA in liegender Testposition mir schon etliche Erkenntnisse gebracht hat, hat sie mich in diesem Punkt wohl etwas betriebsblind gemacht. Vielen Dank für deine Idee - da werde ich mal demnächst Druckteile entwerfen für eine verschiebliche "Verklinkungsmitnahme".

Du schriebst "Wenn die Antriebsspindel etwas eiert ... und das tun die günstigen Chinateile eigentlich fast immer" - hast du schon mehrere ausprobiert oder stammt das aus Berichten anderer? Ich hoffe eigentlich, dass meine Spindel gerade ist, prüfen kann ich es nicht: ich kann sie ja nur durch den Motor durch Rotation prüfen, und da steht eben die Klauenkupplung als weitere Ursache "im Weg". Beim freien Rotieren der Klauenkupplung auf der Motorwelle konnte ich ja schon eine kleine Unwucht ausmachen. Morgen oder übermorgen kommt der Ersatz: https://www.ebay.de/itm/113505961746?var=413698271351

Ich sehe diese Unterschiede, die mich auf eine präzisere Kupplung hoffen lassen:

• ich sehe an den Enden je einen zusätzlichen Schlitz, der vermutlich die Flexibilität erhöht und kleine Ausgleiche schaffen kann
• die Klauen haben jeweils drei statt zwei Backen (äußerlich an mehr Elastomerflächen (rot) zu sehen). Bei Proxon habe ich deren Eigenwerbung im Hinterkopf, wonach die Spannbacken dreimal 120° geschlitzt sind, was genauer, aber schwerer herstellbar ist als die viermal 90°-Schlitzung der Mitbewerber, vielleicht hilft das auch hier
• es kommt vermulich aus deutscher Fertigung. Klar, auch in China stellt man präzise Dinge her, aber bekommt dort halt auch nur das, was man bezahlt (in meinem Fall: 14€ für zwei Stück, jetzt 13€ für ein Stück

Hallo Frank,

da hast du dir ja ein schönes Projekt vorgenommen.
Wenn ich sowas sehe, da geht bei mir als Maschinenbauer das Herz auf.

Ich hab zwar etwas Bedenken was den Verzug der Holzplatten angeht, aber dehalb baust du ja auch erst mal ein Testaufbau.

Zitat von Lio im Beitrag #24

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Ich überlege schon, für die neue Kupplung Edelstahlinbusschrauben zu besorgen, um hier für vorzusorgen.

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