Auslegung z-Achse

Hallo allerseits,

im Rahmen meines Studiums konstruiere ich zurzeit eine Positioniervorrichtung für eine medizintechnische Anwendung. Ich möchte dabei das Prinzip des ultimakers als Vorlage nutzen. Die x- und y-Achse sind dabei auch kein Problem, nur bei der z-Achse kann ich mich bisher für keine Lösung entscheiden. Das Problem ist, dass eine Masse von etwa 10 kg angehoben werden muss der Hebelarm etwa 400 mm betragen würde. Die Beschleunigung kann dabei klein sein, wobei ich gerade leider nicht einschätzen kann, was das bei einer solchen Maschine für ein Zahlenwert wäre. Die z-Achse müsste auf jeden Fall nur einmal am Tag verstellt werden. Aufgrund von anderen Geräten kann die Lagerung und der Antrieb über eine Spindel wahrscheinlich nur an einer Seite erfolgen. Die geforderte Positioniergenauigkeit liegt im mm-Bereich, es kann also ungenauer sein als beim 3D-Druck

Ich habe noch keine praktische Erfahrung in diesem Bereich. Theoretisch würde ich davon ausgehen, dass nichts klemmen sollte, wenn ich auf einen 2:1 Abstand vom Hebelarm der Last zum Lagerabstand achte. Ansonsten würde ich noch die Durchbiegung der Wellen berechnen, denke aber, dass z.B. zwei 20mm Wellen das Ganze schon halten sollten ohne große Verbiegung (der Hub wäre etwa 700 mm). Bei der Spindel gehe ich auch davon aus, dass sie nur die Hubkraft liefern muss und keine Momente auf sie wirken und denke somit auch, dass die Last für die Spindel kein Problem darstellen sollte. Für mich bleibt also als größtes Problem die Lagerung..

Bei igus.de habe ich mir das Ganze mal berechnen lassen. Ein paar Daten würde ich jetzt ändern, z.B. Fest-Los-Lagerung, der Konfigurator funktioniert nur sehr selten leider. Als Wellenmaterial hatte ich scheinbar auch Alu ausgewählt, da wäre Stahl wohl auch besser. Die Lager RGA-11-20 finde ich allerdings nicht in ihrem Sortiment.

Könnt ihr mir Tipps geben wie ich die z-Achse auslegen kann (links, Büchertipps..)? Und habt ihr sonst Empfehlungen/Tipps/Erfahrungen? Ich wäre euch sehr dankbar!

2-mal bearbeitet. Zuletzt am 04.12.15 17:07.

Juhu.....kauf dir am besten das....

[www.springer.com]

Dann noch diese Bücher....

[www.amazon.de]π=SY200_QL40&keywords=technisch+mechanik&dpPl=1&dpID=41AwG%2B3rO9L&ref=plSrch

[www.amazon.de]π=SY200_QL40&keywords=technisch+mechanik&dpPl=1&dpID=51vpScIgmUL&ref=plSrch

Damit hast du alles erschlagen...



Und gewöhn dir bitte an, Maße in mm anzugeben. Und dann musst du nicht 10kg heben, sondern es wirkt eine Kraft von knapp 100N in Richtung XYZ....

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 04.12.15 09:28.

---

[www.facebook.com]

Power is nothing.....without control!

... überleg dir statt Wellen eher Linearführungen und die Spindel wird dann auch nicht gelagert, sondern ist nur starr mit der Motorachse verbunden ...

---

Viktor
--------
Aufruf zum Projekt "Müll-freie Meere" - [reprap.org] -- Deutsche Facebook-Gruppe - [www.facebook.com]

Call for the project "garbage-free seas" - [reprap.org]

Vielen Dank für die Antworten!

Die Bücher habe ich schon einmal überflogen. Einige hilfreiche Seiten habe ich auf jeden Fall schon gefunden.

Irgendwie bin ich die ganze Zeit davon ausgegangen, dass ich Gleitlager verwenden werde. Wahrscheinlich, weil es bei igus nur diese und Linearführungen gab Kugelhülsen hätten im Vergleich zu Gleitlagern den Vorteil, dass es kein Verkantungsrisiko gäbe, oder? Im Prinzip habe ich nur davor und einer zu geringen Motorleistung wirklich Angst Bei Profilschienenführungen bin ich davon ausgegangen, dass sie zu teuer sind und evtl. auch eher zum Verkanten neigen als Kugelhülsen. Zumindest musste ich beim igus-Konfigurator einen Lagerabstand von 265mm einstellen, damit ein "ok"es Laufverhalten rauskam (siehe Anhang).

Bei der Auslegung des Spindeltriebs ist die auftrende Reibung ja entscheidend. Kann man die Änderung des Reibwerts (oder des Wirkungsgrads) der Linearlager relativ einfach berechnen? Oder sollte ich besser einfach genügend Sicherheit einplanen?

Und noch eine letzte Frage: Haltet ihr das Ganze, mit der Erfahrung die ihr habt, für einen guten Plan? Oder ist es eher grenzwertig?

Irgendwie verstehe ich grad nicht....was heutige Studenten so tun....sorry.

Du sollst die Bücher nicht überfliegen, du sollst statische und dynamische Berechnungen drauf haben.

Wirkungsgrade von TR Spindeln und KGS Spindeln muss man aus dem Kopf wissen. Grenzdrehzahlen bei verschiedenen Lagerungsarten gibt jeder Hersteller vor. Für den Rest musst du eben ne Skizze machen....freischneiden....Kräfte bestimmen und danach auslegen. Ist doch jetzt keine Wissenschaft.

---

[www.facebook.com]

Power is nothing.....without control!

Gleitlager haben prinzipbedingt zwei Nachteile:

- Das Stick-Slip-Problem, also dass kleinste Bewegungen gar nicht ausgeführt werden.

- Eine gewisse Menge Spiel. Nur Wälzlager kann man spielfrei einstellen.

Bei Plastik als Gleitwerkstoff kommt dann noch dazu, dass Plastik weich ist.

Die geforderte Präzision ist also ein wesentlicher Teil der Betrachtung. Für Hochpräzisionsanwendungen sind die Igus-Sachen nicht gemacht. Kunststofflagerungen sind einfach, robust, preiswert. Wenn das Dein Ziel ist, sind sie eine gute Wahl.

Bei der Durchbiegung der Gleitstangen braucht man dagegen nur die Gewichtsdifferenz zwischen leicht und schwer betrachten. Sind von den 10 kg allein 5 kg für den Schlitten, werden die Stangen zwar mit 10 kg verbogen, doch die absolute Verbiegung ist nicht wichtig, da man die beim kalibrieren des Maschinentischs kompensieren kann. Wichtig ist die Differenz des Gewichts zwischen leer und voll.

Was den Antrieb angeht: Trapezgewindespindeln können deutlich mehr als Normalgewinde tragen. Aus Reibung und Steigung ergibt sich das erforderliche Drehmoment. Und nicht vor grösseren Motoren zurück schrecken, ein NEMA23 oder NEMA34 lässt sich genauso an einen RepRap-Controller anschliessen wie ein NEMA17.

---

Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

War hier nicht vor 2 Monaten schonmal ein Student mit ner Z-Achse und IGUS-Buchsen?

---

Der 3D-Druck ist tot, lang lebe der 3D-Druck!

Schreibt mich nicht mehr an, ich hab das drucken an den Nagel gehängt.

Quote
Stud54
Irgendwie verstehe ich grad nicht....was heutige Studenten so tun....sorry.

Du sollst die Bücher nicht überfliegen, du sollst statische und dynamische Berechnungen drauf haben.

Wirkungsgrade von TR Spindeln und KGS Spindeln muss man aus dem Kopf wissen. Grenzdrehzahlen bei verschiedenen Lagerungsarten gibt jeder Hersteller vor. Für den Rest musst du eben ne Skizze machen....freischneiden....Kräfte bestimmen und danach auslegen. Ist doch jetzt keine Wissenschaft.

Ich habe keine Ahnung ob, wo und wann du studiert hast.. In der Theorie haben wir die komplexesten Aufgaben gerechnet in den verschiedensten Fachrichtungen. Statt mir weitere Bücher durchzulesen, dachte ich, dass ich in diesem Forum vielleicht praktische Tipps bekommen könnte, von Leuten, die Erfahrung damit haben.

Bei einem zu großen Hebelarm (>2:1) auf Gleitlager hängt es außerdem nicht von Kräften ab, ob sich das Ganze bewegt, sondern von der Reibung. Da können Motor, Spindel und Lager noch so groß dimesnioniert sein, irgendwann bewegt es sich (theoretisch) nicht mehr. Ich weiß allerdings nicht, wie groß der Einfluss bei anderen Führungssystemen oder bei einem Verhältnis von z.B. 1,5:1 ist. Ohne jegliche praktische Erfahrung selbst irgendwelche Annahmen zu machen und damit zu rechnen finde ich da schon etwas gewagt.
Mir fällt gerade auf, dass du meine Frage gar nicht richtig verstanden hast glaube ich. Ich habe von einer "Änderung des Wirkungsgrads" geschrieben, aufgrund des Hebelarms und somit einer Schrägstellung der Führungen und ggf. der Trapezmutter. Generell muss ich zwar Wirkungsgrade auch nicht auswendig wissen, aber ich weiß, wo ich sie finde.

Es wäre stattdessen interessant zu wissen, worauf erfahrene Konstrukteure achten, welche Systeme geeeignet wären und wo sie Probleme sehen bzw. worauf ich mich genauer konzentrieren sollte. Schließlich nutzen viele hier bei größeren Druckern eher 2 Trapezspindeln und 4 Führungssysteme oder ähnliches. Ich denke in erster Linie wegen einer möglichen Durchbiegung, die in meinem Fall wohl aber tolerierbar wäre. Vielleicht ist die zu erwartende Lebensdauer oder so aber auch katastrophal bei mir..
Ich hoffe, dass meine Probleme etwas deutlicher geworden sind.

@ Traumflug:
Hochpräzise muss mein Aufbau auf jeden Fall nicht sein, eine Positioniergenauigkeit von 1mm in z-Richtung sollte reichen. Ich sollte aber dennoch Wälzlager verwenden denke ich, da mir die Gefahr des Blockierens oder zumindest des schlechten Laufs aufgrund des großen Hebelarms doch zu groß ist.

Danke für die Antworten, einen schönen 2. Advent noch!

Quote
steezy
Bei einem zu großen Hebelarm (>2:1) auf Gleitlager hängt es außerdem nicht von Kräften ab, ob sich das Ganze bewegt, sondern von der Reibung. Da können Motor, Spindel und Lager noch so groß dimesnioniert sein, irgendwann bewegt es sich (theoretisch) nicht mehr.

Äh, nee, so eine Konstellation gibt's nicht. Vorausgesetzt, der Antrieb ist auf der gleichen Seite wie die Führungen, hat diesen Hebelarm nur die Last, nicht der Antrieb.

Die Lagerbelastung anhand der Hebelarme abzuschätzen ist ja nicht all zu schwer. Dann gucken, das die Lager aushalten. Das reicht dann für Deine moderaten Präzisionsanforderungen.

Quote
steezy
Schließlich nutzen viele hier bei größeren Druckern eher 2 Trapezspindeln und 4 Führungssysteme oder ähnliches.

Was hier im Forum gezeigt wird ist in der Regel eher "sieht chic aus" als den Konstruktionsrichtlinien folgend. Oder es werden teure Kugelumlaufspindeln verbaut, weil die Leute es nicht auf die Reihe bekommen, mit gewissen Toleranzen der Baumarkt-Gewindestangen klar zu kommen. Oder halt einfach Teil XY einbauen, weil "man" das so macht. Die Leute sind dann stolz darauf, dass es trotzdem funktioniert.

---

Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Bei einer so hohen Last stellt sich natürlich auch die Frage, ob es sinnvoll ist, die Bauplattform zu bewegen. Wiegt der Druckkopf nur 2 kg, ist er deutlich einfacher zu bewegen.

---

Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Ihr ergänzt euch nur zu gut....konstruktive Beiträge sind hier wohl nicht mehr nötig.


Der Student und der Mann, der zu viele Folgen Dr. House verinnerlicht hat....

Jeder hat sicher seine Gründe, wieso er etwas so oder so macht, auslegt und baut. Zerbrich dir darüber mal nicht deinen Kopf...das ist nämlich nicht deine Aufgabe.

Zu deiner Achse....ich würde für so einen Job 2 unterstützte Wellen benutzen, 10-12er, was du billigster bekommst und eine Tr12, auf Zug belastet. Das reicht dicke aus....sogar mit Sicherheitsfaktor.

---

[www.facebook.com]

Power is nothing.....without control!

Heutzutage wissen die meisten Maschinenbaustudenten ja nichtmal mehr , wie sie eine Feile zu halten haben ...

Wenn man genug komplexe Aufgaben gerechnet hat , sollte so eine simple Konstruktion keine Probleme bereiten....

jep, gut das ich nicht studiert habe

---

1 Drucker: [forums.reprap.org]
2 Drucker: [forums.reprap.org]
3 Drucker: [forums.reprap.org]

Quote
Traumflug
Bei einer so hohen Last stellt sich natürlich auch die Frage, ob es sinnvoll ist, die Bauplattform zu bewegen. Wiegt der Druckkopf nur 2 kg, ist er deutlich einfacher zu bewegen.

Ja das stimmt.. Ich habe auch noch zwei andere Varianten für die gesamte Positioniervorrichtung, bei denen die Bodenplatte nicht angehoben wird. Diese Varianten haben allerdings leider andere entscheidendere Nachteile.

Quote
stud54
Zu deiner Achse....ich würde für so einen Job 2 unterstützte Wellen benutzen, 10-12er, was du billigster bekommst und eine Tr12, auf Zug belastet. Das reicht dicke aus....sogar mit Sicherheitsfaktor.

Wieso wäre es ein Vorteil, wenn die Spindel auf Zug belastet ist?

Da sich auf der Bauplattform rotierende Teile befinden, wäre es evtl. doch besser mindestens zwei Spindeln zu verwenden. Ich hätte leider nur die Möglichkeit die Spindeln und Führungen in den Ecken anzuordnen. Die Bauplattform hätte die Abmessung 550x550. Ich würde z.B. links vorne und rechts hinten Spindeln über einen Riementrieb antreiben und links hinten und rechts vorne jeweils 2 Linearlager verwenden. Die Lager wären also sehr weit von den Spindeln entfernt. Wäre das trotzdem in Ordnung?

Oder hat jemand einen Vorschlag für eine andere Anordnung in den Ecken?

Hast du mich jetzt wirklich gefragt, warum auf Zug belasten????

OK....ähm.....denk mal an alte Holzräder und an moderne Fahrradräder. Was fällt dir da auf?

Gruß

---

[www.facebook.com]

Power is nothing.....without control!

Quote
Stud54
OK....ähm.....denk mal an alte Holzräder und an moderne Fahrradräder. Was fällt dir da auf?

Gruß

Holzrad => ohne Bremse
modernes Fahrrad => Scheibenbremse, hydraulisch betätigt

Moin moin aus HU.
Holzräder zum Laufen. Moderne Fahrräder zum Treten

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 18.12.15 18:25.

---

Liebe Grüße aus Kaltenkirchen.
Frithjof
Meine Seite
[www.facebook.com]

Hahaha....ihr könnt aber auch nicht ernst bleiben...he

---

[www.facebook.com]

Power is nothing.....without control!

... wer hat denn angefangen?

Der Vergleich war absolut richtig.....und sinnvoll.

---

[www.facebook.com]

Power is nothing.....without control!

Ich würde mir es überlegen, ob ich die Spindeln so weit weg von den Führungen platziere.

Da kann ich Jasmir nur zustimmen. Ich habe die "klassische" Drei-Punkt-Lagerung des Druckbetts. Vorne-Links, Vorne-Rechts und Hinten-Mitte jeweils eine Spindel. Bei den vorderen beiden habe ich jeweils eine Kugelumlauf-Linearschiene (Hiwin-China-Clone) eingesetzt. Die vorderen beiden Aufhängungen sind absolut unproblematisch. Da können ruhig die Spindeln krumm sein, die Motorkupplungen unrund laufen oder sogar die Motoraufhängungen locker sein. Sieht man praktisch nicht im Druckbild. Die hintere, mittlere, die am weitesten von den Führungen weg ist, hat jedoch einen extrem starken Einfluss auf das Druckbild. Hier muss alles sehr exakt passen und gerade sein, damit man das nicht im Druckbild sieht.

Ich habe schon überlegt, ob ich da nicht mal testweise eine weitere Linearschiene anbringe... Ich hab aber ein wenig Respekt davor, daß das dann verkanten könnte.


@Stud54: Geht's da um die Speichen? Bin ja nicht vom Fach und vielleicht verstehe ich den Insider nicht? ;-)

---

--
Microsoft MVP in den Kategorien DirectX/XNA * Visual C++ * Visual Studio and Development Technologies seit 2011

• Mein Erster (RAMPS 1.4, Selbstbau WolfStrap-Derivat mit Linearführungen, Wade Extruder und E3D lite6 Hotend)
• Cub44 (Selbstbau Dual Wire Gantry Derivat mit Zahnriemen und Linearschienen, RADDS 1.5 und DUE, Custom Hotend - E3D like, Compact Bowden Extruder)
• HexMax (sechseckiger Delta (eigenes Design) mit Druckraum 300mm Durchmesser und >=400mm Höhe, RADDS 1.5, 24V, Custom Hotend, Compact Bowden Extruder)
• P3Steel Toolson MK2 - Keine Zeit zum selbst planen ;-)

Andere Projekte: FSR Board (ABL-Sensor-Platine inkl. Firmware) * ThirtyTwo (32Bit RepRap-Firmware)

Quote
Stud54
Hast du mich jetzt wirklich gefragt, warum auf Zug belasten????smiling smiley

OK....ähm.....denk mal an alte Holzräder und an moderne Fahrradräder. Was fällt dir da auf?

Mir ist klar, dass die Spindel generell auf Zug höher belastbar ist und keine Knickgefahr besteht. Was das Ganze mit einem Holzrad zu tun hat ist mir aber nicht klar.. Oben ist allerdings kaum Platz und laut diversen Projekten scheint es kein Problem zu sein den Motor unten hinzupacken. Bei der langen Spindel brauche ich wohl sowieso auch ein Loslager und mit doppelter Lagerung habe ich die Knickgefahr für ziemlich gering gehalten.

Quote
Glatzemann
Da kann ich Jasmir nur zustimmen. Ich habe die "klassische" Drei-Punkt-Lagerung des Druckbetts. Vorne-Links, Vorne-Rechts und Hinten-Mitte jeweils eine Spindel.

Ich habe mir noch einmal ein paar Gedanken gemacht, diese Variante ist aktuell auch mein Favorit. Ich hatte sie zuerst ausgeschlossen, weil die Seitenwände bei mir wegen Beleuchtung, Kamera usw. frei bleiben sollen. Das müsste allerdings auch so gut in der Ecke unterbringen zu sein, ich probiere da jetzt mal ein bisschen rum im CAD

Ein Holzrad hat Speichen, die auf Druck belastet werden. Deshalb sind die so dick und schwer. Bei Speichenrädern wird auf Zug belastet. Daher kann man das Rad 900%leichter bauen, bei gleicher Festigkeit.

Ich dachte....das weiß man...

---

[www.facebook.com]

Power is nothing.....without control!

Genau mein Gedanke (außer die 900%)...

Und jetzt: Frohes Fest...

---

--
Microsoft MVP in den Kategorien DirectX/XNA * Visual C++ * Visual Studio and Development Technologies seit 2011

• Mein Erster (RAMPS 1.4, Selbstbau WolfStrap-Derivat mit Linearführungen, Wade Extruder und E3D lite6 Hotend)
• Cub44 (Selbstbau Dual Wire Gantry Derivat mit Zahnriemen und Linearschienen, RADDS 1.5 und DUE, Custom Hotend - E3D like, Compact Bowden Extruder)
• HexMax (sechseckiger Delta (eigenes Design) mit Druckraum 300mm Durchmesser und >=400mm Höhe, RADDS 1.5, 24V, Custom Hotend, Compact Bowden Extruder)
• P3Steel Toolson MK2 - Keine Zeit zum selbst planen ;-)

Andere Projekte: FSR Board (ABL-Sensor-Platine inkl. Firmware) * ThirtyTwo (32Bit RepRap-Firmware)

Das mit dem Zug anstelle von Druck kann ich mir vorstellen. Als Beispiel für Zug könnte Ich mich mir folgendes Speichenrad mit einem Durchmesser von 167.6 Meter vorstellen.



Der High Roller in Las Vegas, (Bild Quelle : [commons.wikimedia.org])

Nur habe ich Probleme, mir die Einsparung von 900 % Gewicht vorzustellen.
Bei 100% leichter, ist ja schon nichts mehr übrig, aber 900 % leichter hat dann mit schwarzer (oder Anti-) Materie zu tun ?

Auf der anderen Seite kann natürlich ein Holzrad 900 % mehr wiegen ...

-Duck und weg bin ich -

Silvesterklugscheißer......

---

[www.facebook.com]

Power is nothing.....without control!

Ja,

Ich wollte nicht nur immer Fragen stellen, sondern auch mal etwas "konstruktives" zu diesem tollem Forum beitragen ...



So und nu setze ich mich wie der Baron von Münchhausen auf seiner Kanonenkugel (einst saß) auf einer große Silvesterrakete.

Btw, Ich wünsche allen im Forum einen guten Rutsch ins neue Jahr.