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Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?

geschrieben von Legion 2.3 
Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
03. February 2015 05:03
Verehrte Gemeinde

Wie der Titel schon sagt, möchte ich gerne wissen, ob und in wie weit sich eine Kugelumlaufspindel für die Z-Achse eines 3d-Druckers lohnt, insbesondere im direkten Vergleich zu konventionellen Trapezgewindespindeln.

Sehr interessant wäre ein direkter Vergleich der Druckoberfläche in der Vertikalen.
Bei meinen Druckern mit Trapezgewindespindeln sind die Wände immer leicht ungleichmäßig, das sieht man besonders, wenn man gerade Wände in einem möglichst steilen Winkel anleuchtet.

Mir stellt sich da die Frage, ob eine KUS hier zu besseren Ergebnissen führt oder ob andere Faktoren wie Toleranzen im Filament, thermische Längenausdehnung der Düse oder des Druckbetts während des Drucks das Ergebnis noch stärker beeinflussen.

Außerdem würden mich Quellen für gute und vor allem Preiswerte Spindeltriebe interessieren, muss es z. B Hiwin und Konsorten sein oder sind China-Spindeln von Ali-Express genau so geeignet?

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 03.02.15 05:04.
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
03. February 2015 05:12
Hi,
mit meiner Erfahrung winking smiley nur 2 Monate..
Ich habe eine Kugelumlaufspindel von Ali-Express
Ja sie war billig. und JA sie war verdammt krumm. Ich hab etwa 2 Stunden an der Drehbank mit einer Messuhr verbracht um sie auf etwa 0,01mm zu bekommen. in den Markenschops finde ich aber nur welche für an die 60 Euro..
Wenn jemand da ne Quelle hat wo man eine mit weniger Toleranz herbekommt würde ich mir nochmal überlegen eine zu kaufen.

Ich glaube wenn du eine gerichtete Trapez mit einer gerichteten Umlaufspindel vergleichst wirst du was Wellen im Druck angeht ( DENKE ICH) keinen Unterschied merken.
Was die genauigkeit an Layerhöhe angeht kann ich aber nicht mitreden.
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
03. February 2015 05:17
Also ich glaube das du mit einer KGS gegenüber einer Trapezspindel keine wirkliche verbesserungen deines drucks mehr erreichen können wirst.
Da haben vermutlich dinge wir Aufhängung des Druckbetts, Filament tolleranzen usw. eine größere Auswirkung als .
Ich habe eine KGS von Ali, weil sie mit guten 30$ günstiger war als eine Trapezspinden hier in Österreich winking smiley und was ich merke ist das die Wand wirklich perfekt wird wenn alles andere stimmt. Aber sobald ich die Druckgeschwindigkeit erhöhe oder mit "günstigem" Filament drucke, wird die Wand auch wieder leicht unregelmäßig.
Wenn ich meine Ergebnisse mit denen eines Kollegen vergleiche (er hat 2 Trapez Spindeln) kann ich nicht wirklich einen unterschied erkennen, auch bei ihm haben Dinge wir Filament, durckgeschwindigkeit usw. eine größere Auswirkung auf die Qualität.

der Vorteil der KGS gegenüber der Trapezspindel ist für mich einfach das sie mechanisch viel belastbarer ist was Durchbiegung usw. angeht, d.h. wenn sie geliefert wird braucht man nicht erst beginnen sie gerade zu biegen, sondern kann sie sofort einbauen fertig. sowie die Tatsache das sie von Ali extrem günstig ist und das ich jetzt Z geschwindigkeiten >10mm/s fahren kann winking smiley

PS.: meine KGS war in keinster weise krum, wenn doch hätte ich mein Geld zurückverlangt winking smiley

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 03.02.15 05:19.
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
03. February 2015 05:29
Wichtig ist vor Allem, dass der vertikale Schlitten von den Führungen und nicht von der Spindel geführt wird. Spindeln sind "immer" krumm, deswegen darf diese Krümmung nicht in X-Y-Richtung am Z-Schlitten herum drücken. Es braucht also ein flexibles Element zwischen Motorachse und Spindel und/oder eine Konstruktion, die der Spindelmutter eine gewisse Freiheit in X-Y-Richtung gibt.


Generation 7 Electronics Teacup Firmware RepRap DIY
     
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
03. February 2015 05:43
Quote
mantus
Also ich glaube das du mit einer KGS gegenüber einer Trapezspindel keine wirkliche verbesserungen deines drucks mehr erreichen können wirst.
Da haben vermutlich dinge wir Aufhängung des Druckbetts, Filament tolleranzen usw. eine größere Auswirkung als .
Ich habe eine KGS von Ali, weil sie mit guten 30$ günstiger war als eine Trapezspinden hier in Österreich winking smiley und was ich merke ist das die Wand wirklich perfekt wird wenn alles andere stimmt. Aber sobald ich die Druckgeschwindigkeit erhöhe oder mit "günstigem" Filament drucke, wird die Wand auch wieder leicht unregelmäßig.
Wenn ich meine Ergebnisse mit denen eines Kollegen vergleiche (er hat 2 Trapez Spindeln) kann ich nicht wirklich einen unterschied erkennen, auch bei ihm haben Dinge wir Filament, durckgeschwindigkeit usw. eine größere Auswirkung auf die Qualität.

der Vorteil der KGS gegenüber der Trapezspindel ist für mich einfach das sie mechanisch viel belastbarer ist was Durchbiegung usw. angeht, d.h. wenn sie geliefert wird braucht man nicht erst beginnen sie gerade zu biegen, sondern kann sie sofort einbauen fertig. sowie die Tatsache das sie von Ali extrem günstig ist und das ich jetzt Z geschwindigkeiten >10mm/s fahren kann winking smiley

PS.: meine KGS war in keinster weise krum, wenn doch hätte ich mein Geld zurückverlangt winking smiley

Welches Filament ist denn bei dir das "gute" und "schlechte"?
Ich verwende überwiegend Innofil3d, das angeblich eine Toleranz von +-0,05 mm bei 1,75 mm haben soll.
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
03. February 2015 06:07
seit meinem "Filament vorfall" messe ich immer die ersten 5m des filaments per hand ab .... aber ich glaub ich werd mir bald den filament sensor leisten.

Also das Gute ist bei mir das Verbatim das PLA konnte ich nur 1,75-1,76 messen, genauer ist meine Messschieber nicht.
Das "Schlechte" ist NUNUs das hatte Durchmesser von 1.72-1.77 das merkt man schon sehr im druck finde ich.

Quote
Traumflug
Wichtig ist vor Allem, dass der vertikale Schlitten von den Führungen und nicht von der Spindel geführt wird. Spindeln sind "immer" krumm, deswegen darf diese Krümmung nicht in X-Y-Richtung am Z-Schlitten herum drücken. Es braucht also ein flexibles Element zwischen Motorachse und Spindel und/oder eine Konstruktion, die der Spindelmutter eine gewisse Freiheit in X-Y-Richtung gibt.
das ist in meinen Augen eher die Ausnahme nicht die Regel.
Fast immer entsteht der Z-Wobble nämlich nicht dadurch dass das Druckbett nach x oder y verschoben wird, sondern durch die Tatsache das durch die krumme Spindel die z-Layer nicht konstant dick sind, und daher die Extrudion breite variiert, da die extrudierte menge ja gleich bleibt.

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 03.02.15 06:08.
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
03. February 2015 10:19
Mantus:
Ich würde sagen, dass sich sowohl die ungleichmässige Steigung als auch die X, Y-Bewegung auswirken. an meinem Mendel90 habe ich durch das Entkoppeln der Z-Spindel eine signifikante Qualitätsverbesserung bemerkt. Bei meinem neuen Sparkcube habe ich die Spindel auch entkoppelt. Das Ergebnis ist nicht schlecht, aber bis zu perfekt ist noch Luft drin. Die Messung der Höhendifferenzen mit einer Messuhr muss ich noch machen. Zuerst muss ich aber die Temperatur des Hotends stabil bekommen. Da hoffe ich auf die neue Version von Vincent. Die werde ich am WE mal aufspielen. Durch die Temperaturschwankungen kommen nämlich wahrscheinlich auch noch Ungleichmäßigkeiten beim Filamentfluss zustande, die das Ergebnis beeinflussen.


Schöne Grüße aus Österreich

Gerhard
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Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
03. February 2015 10:41
wenn du die Spindel entkoppelst, erlaubst du der Spinden natürlich auch in eine Richtung auszuweichen => simple Dreiecksberechnung für den "Fehler" der durch das "schief stehen" der Spindel erzeugt wird winking smiley
Gerade der mendel90 hat doch rechtwinkelig verschraubte platten auf der die lineare verschraubt sind, als wenn da 2 simple M6 Gewindestangen es schaffen den Aufbau zu "verbiegen" würde mich stark wundern.

Ich glaub es gab hier doch mal jemanden der wirklich mehrere Messuhren an seinem Bett angebracht hat, und die Messung ergab das die x/y Abweichung so gut wie 0 war, wohingegen die z Abweichung wirklich merklich war.
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
03. February 2015 12:06
Die carriages liegen auf den Teilen mit der Mutter nur lose auf und damit gibt es keinen Winkelfehler. Ich kann nur aus meiner Erfahrung sagen, dass es eine merkbare Verbesserung gebracht hat.
Aber wie schon geschrieben sind es mehrere Einflussgrößen, die man finden und eliminieren kann.


Schöne Grüße aus Österreich

Gerhard
**********************************************************************
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
04. February 2015 07:53
Quote
mantus
wenn du die Spindel entkoppelst, erlaubst du der Spinden natürlich auch in eine Richtung auszuweichen => simple Dreiecksberechnung

So einfach ist es nicht, denn die Spindel wird nicht nur vom Motor, sondern auch vom Schlitten geführt.

Quote
mantus
Gerade der mendel90 hat doch rechtwinkelig verschraubte platten auf der die lineare verschraubt sind, als wenn da 2 simple M6 Gewindestangen es schaffen den Aufbau zu "verbiegen" würde mich stark wundern.

Jede Kraft verbiegt. Grosse Kräfte verbiegen stark, kleine Kräfte verbiegen weniger. Deswegen muss die Kraft in den unerwünschten Bereichen so klein wie möglich gehalten werden. Eine flexible Koppelung verhindert Kräfte.


Generation 7 Electronics Teacup Firmware RepRap DIY
     
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
04. February 2015 08:11
Spindeln werden nie, nie, nie mit der Antriebswelle des Motors, egal ob Servo oder Stepper, starr gekoppelt.Klauen- oder Sternkupplungen erlauben leichten Versatz, übertragen aber immerdas anliegende Drehmoment.

Der Motor hat nur die Aufgabe, Drehmoment zu übertragen. Weder axiale noch radiale Kräfte werden dem Motor auferlegt.
Einzig die Fest und Loslager der Spindel nehmen diese Kräfte auf.

Die Spindel muss zwingend parallel zu den Führungen verbaut sein. Und nun das wichtigste. Ein Spindelversatz sollte nie dazu führen, das es zu messbaren Auslenkungen der Führungen kommt. Die Führungen müssen immer mehr Kräfte aufnehmen, als ein Spindelversatz aufbringen kann.

So wäre zumindenstens der Idealfall.

Macht eben nur keiner....also lohnt es sich nur in Verbindung mit guten Führungen.
10er Rundführungen und ne 12er KGS machen, außer besserer Steigungsgenauigkeit, keinen Sinn.


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Power is nothing.....without control!
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
04. February 2015 11:25
Hallo,

Man kann mit Sicherheit so einiges bauen wenn man ein wenig Erfahrung und Ahnung vom Thema hat, aber grundsätzlich hat Sven in allen Punkten vollkommen recht.

Vereinfachungen und Abwandlungen sind dann möglich wenn man weis was man da macht und die auftretenden Belastungen kennt. iIch selbst baue z.B. gerade einen Drucker, bei dem die Trapezspindeln der Z-Achse in einem Pendelkugellager aufgehängt sind und nur durch die Mutter geführt werden. Das funktioniert aber nur so wenn auf das ganze System immer einseitig die Kräfte von oben wirken und damit das Spiel von Pendelkugellagern und Trapezmutter vernachlässigt werden kann da das Bett alles immer und in jeder Situation nach unten zieht und so jedes Spiel eleminiert. Die Führung des Betts wird wie Sven schon andeutete durch zwei 12mm Stangen und Linearkugellager an jeder Seite gewährleistet.
Eine Kugelumlaufspindel hatte ich mir dazu auch überlegt, aber das wäre bei dieser Konstruktion wohl mit Kanonen auf Spatzen geschossen. Eine Kugelumlaufspindel macht für mich nur Sinn wenn in beide Bewegungsrichtungen Spielfreiheit gewährleistet sein muß. Trotzdem ist es auch möglich Trapezgewindespindeln spielfrei auch in gegenläufige Richtngen einzusetzen. Ich habe eine Fräse die in allen Achsen mit Trapezgewindespindeln arbeitet und trotzdem die Präzision von Kugelumlaufspindeln erreicht. Nur der Wartungsaufwand ist größer.

Was ich aber bei meinen Drucker gerade ausprobiere ist die X und Y-achsen mit Stelgewindespindeln zu betrieben. Allerdings ist der Aufwand diese sauber zum laufen zu bekommen nicht unerheblich.

Gruß Edwin
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
05. February 2015 07:30
Quote
Stud54
Der Motor hat nur die Aufgabe, Drehmoment zu übertragen. Weder axiale noch radiale Kräfte werden dem Motor auferlegt.
Einzig die Fest und Loslager der Spindel nehmen diese Kräfte auf.

Bei den meisten Designs übernehmen die Motoren auch noch die Lagerung der Spindel. Da ist nichts gegen einzuwenden, das spart eine eigenständige Lagerung der Spindel. Man darf daraus nur nicht die Schlussfolgerung ziehen, dass Spindel und Motor starr miteinander gekoppelt werden müssen.


Generation 7 Electronics Teacup Firmware RepRap DIY
     
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
05. February 2015 08:04
Das hat sich bei den Druckerjungs so etabliert, ist aber in keinster Weise richtig. Radiale Kräfte kann der Motor innerhalb der Grenzen der Lager aufnehmen. Ist ja auch logisch.
Axiale aber sollte man vermeiden. Der Aufbau eines Schrittmotors mit seiner Wellenfeder ist dazu nicht geeignet.






Quote
Traumflug
Quote
Stud54
Der Motor hat nur die Aufgabe, Drehmoment zu übertragen. Weder axiale noch radiale Kräfte werden dem Motor auferlegt.
Einzig die Fest und Loslager der Spindel nehmen diese Kräfte auf.

Bei den meisten Designs übernehmen die Motoren auch noch die Lagerung der Spindel. Da ist nichts gegen einzuwenden, das spart eine eigenständige Lagerung der Spindel. Man darf daraus nur nicht die Schlussfolgerung ziehen, dass Spindel und Motor starr miteinander gekoppelt werden müssen.


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Power is nothing.....without control!
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 05:33
Du solltest gegenprüfen, ob die Welligkeit deiner Außenwand mit der Spindelsteigung übereinstimmt. Es gibt noch viele andere Faktoren, die Ungleichmäßige Außenwände erzeugen.

Das hier wurde mit einer Baumarkt M6 Gewindestange und selbst gedruckter Kupplung gedruckt:



vincent.


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[the-sparklab.de]
OS, 3D Drucker, CNC,...
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Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 05:36
meine rede, die steigungsungenauigkeit ist das geringste aller Probleme.

aber sag mal worauf druckst du da?
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 05:39
[www.filafarm.de]


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Power is nothing.....without control!
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 05:43
Das ist Epoxy Platinen Basismaterial, ganz normales FR4 für 2,50€. Für PLA ganz ok. Darunter ist eine der vielen Dauerdruckplatten die ich habe und verbraucht sind.

vincent.

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 06.02.15 05:44.


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Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 05:49
für ABS nimmst die DDP?
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 05:51
Quote
für ABS nimmst die DDP?

Ja, aber wie gesagt, diese haftet nicht mehr. Normalerweise würde ich auch PLA auf der DDP drucken.

vincent.

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 06.02.15 05:52.


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OS, 3D Drucker, CNC,...
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Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 05:57
Quote
vinmicgra
Das ist Epoxy Platinen Basismaterial, ganz normales FR4 für 2,50€. Für PLA ganz ok. Darunter ist eine der vielen Dauerdruckplatten die ich habe und verbraucht sind.

vincent.

Also wird wohl nicht das gleiche sein wie das was bei filafarm vertrieben wird. 2.50€ im vergleich zu 43€ ist ein stolzer preis.
[www.filafarm.de]


Gruß Jonas smiling smiley
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 06:53
@Vincent

Beschichtung ab?

Sven


[www.facebook.com]

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Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 06:57
Quote
Beschichtung ab?

Ja, ich denke aber nicht, dass das dem Normal-User auffallen wird. Ich muss die Platte nach ca. 20 Rollen ABS tauschen. Ich drucke aber immer genau das gleiche, auf immer genau die gleiche Stelle winking smiley

vincent.


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OS, 3D Drucker, CNC,...
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Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 07:08
dann wirds wohl zeit für ein kleines tool das den gcode immer um ein paar cm "herumschiebt" grinning smiley

wenn du so viel druckst, nervt dich dann nicht das warten bis die platte wieder abgekühlt ist?
Irgend was abnehmbares wie eine Carbonplatte wär doch eigentlich besser oder?
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 07:30
Quote
vinmicgra
Quote
Beschichtung ab?

Ja, ich denke aber nicht, dass das dem Normal-User auffallen wird. Ich muss die Platte nach ca. 20 Rollen ABS tauschen. Ich drucke aber immer genau das gleiche, auf immer genau die gleiche Stelle winking smiley

vincent.

Kann ich dir mal eine machen....kostenfrei natürlich? Nur um zu testen, ob das bei meinem Zeugs genauso ist.
Gruß Sven


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Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 08:04
Ist denn mit Kugelumlaufspindeln überhaupt noch ein Z-Wobble möglich (stabile Führungen vorausgesetzt)?
Für mich sieht es etwas danach aus, das mein Z-Wobble mit dem Spiel der Spindel in der Mutter zusammenhängt, da die Symptome auch bei einer scheinbar sauber laufenden Spindeln auftreten, eine KGS ist ja spielfrei...
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
06. February 2015 14:54
Quote
Ist denn mit Kugelumlaufspindeln überhaupt noch ein Z-Wobble möglich (stabile Führungen vorausgesetzt)?

Ja:

- auch eine KGS kann krumm sein
- schlechte Festlagerlösung
- Kupplung eiert

Und wenn eine KGS eiert, dann eiert das Bett mit, hat ja schließlich kein Spiel.

vincent.


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Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
12. February 2015 04:12
Vor allem machen viele den Fehler zu glauben eine dickere Spindel, ob KGS oder TR ist egal, führt zu einem sauber laufenderem Tisch.
Bei den dünnen Führungen die hier teilweise verwendet werden drücken gerade sehr steife Spindeln dann den ganzen Tisch krumm.
Perfektes Ausrichten von 3 (2 Führungen 1 Spindel) Stangen zueinander ist in Kunststoff schon sehr schwer.
Da ist es eigentlich immer besser wenn die Führung die Spinden "gerade" drücken kann weil die Spindel dünn ist.
2 Führungen zueinander gerade ausrichten ist mit spielfreier Lagerung eigentlich relativ einfach.
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
12. February 2015 04:35
was habt ihr alle für krumme spindeln? ich mein wir reden hier von genauigkeiten im zehntel bereich, so krumm sollte keine spindel sein egal wie billig grinning smiley
und der z-wobble von dem die meisten hier reden liegt ja schon fast im mm bereich

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 12.02.15 04:38.
Re: Lohnen sich Kugelumlaufspindeln für die Z-Achse?
12. February 2015 11:39
Ein zehntel kann mit dem richtigen Hebel (siehe Z-Achstaufhängung Sparkcube) vorne ein paar Millimeter bedeuten...
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