Kreuzkinematik mit Spindeln ?

Verehrte Gemeinde

Ich stelle so langsam Überlegungen zu einem neuen Eigenbau - Drucker an und habe mir Gedanken über die Kinematik gemacht.

Das Konstruktionsziel sollte sein, möglichst wenig Elastizität und damit Schwingungen in die Mechanik einzubringen. Daher habe ich mir eine Kreuz-Kinematik überlegt (ähnlich Ultimaker), aufgebaut mit Linearschienen.
Der Unterschied zum Ultimaker ist jedoch, dass ich nicht die Spindeln außen anbringen möchte, sondern direkt an den XY-Träger, der später die Hotends tragen soll. Durch diese direkte Anbindung möchte ich vermeiden, dass ein Durchbiegen der Schienen die Hotends in Schwingung versetzt, so sollen hohe Beschleunigungswerte erreichbar sein.

Der Druckbereich soll ca. 300 x 250 mm betragen.

Die äußeren Linearschienen sollen auf 30er Aluminium-Systemprofilen am Rahmen verschraubt werden, die kreuzenden Schienen bleiben freitragend.

Als Spindeln sollen IGUS-Steilgewindespindeln eingesetzt werden, die Profilschienen als auch die Fest-Los-Lager der Spindeln kommen von Misumi. Alle dargestellten nicht-Kaufteile sollen aus Aluminium gefräst werden.

(Der CAD-Entwurf ist noch nicht komplett, etliche Details und Anbindungen fehlen noch. Es geht erst mal um das Grundprinzip)







Zusätzlich möchte ich die jeweils gegenüberliegenden Laufwagen über einen Zahnriemen (der nicht angetrieben wird), synchronisieren, um eine Schiefstellung der Achsen zu vermeiden.

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob dieser Aufbau grundsätzlich so funktioniert oder ob ich mich hier in etwas verrenne . Ich befürchte schon, dass die erfahrenen CNCler hier im Forum mir diesen Entwurf vielleicht mit Recht direkt in der Luft zerreißen...

Was meint Ihr zu der Idee?

Hallo
Das ist vom Aufbau her zu kompliziert,
je 2 Linearschienen reichen aus.
mfG Dieter

Meinst du, die beiden Schienen am XY-Träger kann man weglassen?

Soweit ich weiß, dürfen Spindeln keine Radialkräfte aufnehmen, deswegen müssen das die Schienen übernehmen.
Besonders die Steilgewindespindeln von Igus weisen eine geänderte Flankengeometrie auf (kleinerer Flankenwinkel), sodass Radialkräfte die Reibkraft der Spindel noch stärker erhöhen.
Definitiv dürfen Spindeln alleine aber keine Führungsfunktion übernehmen, deswegen muss wohl mindestens eine Schiene für den Träger vorhanden sein.

Ich habe einen Drucker mit diesen Spindeln schon länger im Einsatz.
Wenn Du gute Linearschinen verwendest und die Mutter so nah wie möglich am Linearwagen anbringst ist die zusätzliche Linearführung nicht notwendig.
Was ich aber als Problem sehe ist die mittige Anordnung der Spindeln mit der einseitigen Gewichtsverteiling durch den Schrittmotor, Das wird zum verklemmen führen wenn Du die Achsen nicht auf jeweils 4 mit Abstand angebrachten Linearwagen anbringst.

2-mal bearbeitet. Zuletzt am 23.12.15 04:21.

Genau wegen dieser einseitigen Verteilung brauche ich doch die Schienen.



Die Schiene soll das resultierende Drehmoment aufnehmen, was bei der dargestellten Bewegung entsteht, sonst zieht sich die Achse schief und die Spindelmutter verkantet.
Aber 4 Wagen halte ich doch für zu viel des guten, diese Schienen sind doch bocksteif und können die Momente auch einzeln verbaut aufnehmen, oder?

Vielleicht ist die Idee an sich auch zu kompliziert.

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 23.12.15 04:35.

Ohne Riemen wäre auch für mich ne Option

Gruß
Andreas

2-mal bearbeitet. Zuletzt am 23.12.15 06:46.

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Einen Sparkcube 1.1XL für größere Objekte, einen Trinus3D im Gehäuse und einen Tantillus R im Bau und einen Qidi Tech Q1 Pro im Zulauf.
Sparkcube: Komplett auf 24V - DDP 8mm + 1,5mm Carbonplatte - Octopus max EZ - EZ2209 - Nema 17/1,7A 0,9 Grad - BL Touch - Filamentsensor - Titan Booster Hotend - Sparklab Extruder - Klipper/Mainsail - HDMI 7 V1.2 Touchscreen - Simplify3D

Das Drehmoment ist nicht wie Du vermutest Dein Problem, sondern der einseitige Zug ausserhalb der Mitte, da die Linearschienen schon eine gewisse Masse aufweisen noch dazu mit dem Schrittmotor an einer Seite. Da müssen die Brücken schon mehr als Steif sein um sich deshalb nicht zu verkanten, oder ins Schwingen zu geraten. Besonders bei höheren Geschwindigkeiten und gerade die sind mit den Spindeln gut machbar.
Ich hatte diesen Gedanken auch schon mal zu meinem großen Drucker, aber genau deshalb wieder verworfen.

Hallo
Du bräuchtest zwischen den Linearschienen eine starre Verbindung,
dies wäre einfacher auszurichten.
Kugelgewindespindeln und Schrittmotoren sind im Resonanzbereich sehr unangenehm.
mfG Dieter

Ich habe das mit der Synkronisierung der Zahriemen glatt überlesen.

Wenn Du es so aufwendig machts kannst Du es auch gleich wie ich es gemacht habe bauen und die Zahnriemen sparen.
Die Y-Achse mit zwei einzeln angetriebenen Spindeln und eine Spindel auf der X-Achse. Absolut problemlos wenn man es schafft alles sauber auszurichten. Dazu benötigst Du auch nur drei Linearschinen und hast trotzdem eine geringere bewegte Masse, da nur ein Schrittmotor und Slindel mitfahren muß.

Ich denke, dass dieses Konzept tatsächlich zu aufwändig ist, ich überleg mir was anderes.

@ Edwin: Du hast bei deinen Drucker ja auch 2 Profilschienenführungen parallel verbaut und das Gehäuse geschlossen, sodass du einen beheizten Bauraum bekommst, oder?
Hast du keine Probleme damit, wenn sich die Schienen aufheizen, also Verspannungen etc.? Immerhin dehnt sich eine sagen wir mal 400 mm lange Alu-Schiene bei 40°C Temperaturänderung ca. 0,4 mm aus.

Hallo,
Edwin hat das super entwickelt. Ich habe meinen auch so gebaut mit einem Druckraum von 300x300x400. Außenmaß ist 540x570x1000 und alles mit glasklarem Acryl umhaust.
Das funktioniert super problemlos und ist auch schnell. Man muss nicht alles selbst erfinden, man kann auch von den Erfahrungen anderer lernen.
Dank nochmals an Edwin

Gruß
Walter

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1.: Sparkcube xl 1.1 mit 2 Z-Achsen über Riemen / RADDS1.5 mit Thb7128 / Repetier / E3dV6 Hotend / RADDS-LCD/Simplify 3D
2.: Eigenbau-Drucker mit 300x300x400 Bauraum, 2 Z-Achsen über Riemen, Hiwin Linearschienen, Igus Steilgewindespindeln 10x25 für X und Y, RADDS 1.5, THB 7128, M542
3.: MKC MK2 Mini mit 100x100x130 Bauraum, mit 2 Z-Achsen über Riemen, RADDS 1.5 mit RAPS128,
4.: Wanhao Duplicator 8
5.: Eigenbau DLP

Habt Ihr da gerade mal einen Link zum anschauen?

Gruß
Andreas

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Einen Sparkcube 1.1XL für größere Objekte, einen Trinus3D im Gehäuse und einen Tantillus R im Bau und einen Qidi Tech Q1 Pro im Zulauf.
Sparkcube: Komplett auf 24V - DDP 8mm + 1,5mm Carbonplatte - Octopus max EZ - EZ2209 - Nema 17/1,7A 0,9 Grad - BL Touch - Filamentsensor - Titan Booster Hotend - Sparklab Extruder - Klipper/Mainsail - HDMI 7 V1.2 Touchscreen - Simplify3D

[forums.reprap.org]

Uih, interessant aber irgendwie schaut das noch nach Dauerbaustelle aus.

Gruß
Andreas

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Einen Sparkcube 1.1XL für größere Objekte, einen Trinus3D im Gehäuse und einen Tantillus R im Bau und einen Qidi Tech Q1 Pro im Zulauf.
Sparkcube: Komplett auf 24V - DDP 8mm + 1,5mm Carbonplatte - Octopus max EZ - EZ2209 - Nema 17/1,7A 0,9 Grad - BL Touch - Filamentsensor - Titan Booster Hotend - Sparklab Extruder - Klipper/Mainsail - HDMI 7 V1.2 Touchscreen - Simplify3D

Nein da ich das bei mir berücksichtigt habe.
Mein Drucker hat im ABS -Betrieb innen locker 50 - 55°C und ich habe keinerlei Probleme damit.
Bei den Schinen auf der Y-Achse ist es ganz einfach. Die habe ich einfach fest auf 40mm Profile verschraubt. und die sind über 500mm lang. Trotzdem habe ich keine Verwindung.
Die X-Achse ist mit dem 20mm Prfil schwieriger gewesen. Letztendlich habe ich das Aluprofil unter den Befestigungslöchern der Schiene mit Übermaßlöchern durchbohrt und es von unten verschraubt. So kann das ganze die minnimal Längendifferez zueinander ausgleichen. Die Auflage auf den Wagen ist von mir so gelöst, daß sich beide drehen können und eine Seite fest und die andere Spielfrei gleitend ist.

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 23.12.15 12:43.

Kannst du vielleicht mal ein paar Fotos zeigen, auf denen diese Fest-Los-Lagerung von dir ersichtlich wird? Ich kann mir das nicht so recht vorstellen, wie du das aufgebaut hast und in deinem Bautagebuch habe ich das auch nicht erkennen können.

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 24.12.15 05:58.

Da habe ich leider keine Fotos und das kann man auch eingebaut nicht fotografieren.

Ich habe die Linearschine der X-Achse einfach von unten mit dem 20mm Aluprofil verschraubt und nur das erste Loch in genau passender Größe durch das Profil gebohrt. Alle Anderen haben 0,5mm Übermaß.
So ist die Schine an einer Seite genau fixxiert und kann sich aber über die länge zu dem Profil minnimal verschieben. Trotzdem ist es immer noch fest genug auf dem Profil verschraubt und ausgerichtet, daß es mir keine Probleme macht.
Die Bruücke selbst habe ich an einer Seite ebenfalls durch das Profil direckt mit dem Laufwagen verschraubt, so daß es sic aber mit einer gewissen Krafteinwirkung aber drehen kann.
An der anderen Seite haben ich mir einen ganz genau passenden Gleitstein gefräßt der Spielfrei in der Nut des Profils steckt. Dieser ist ca. 5cm lang und haargenau ins Profil eingepaßt so daß er sich mit etwas Nachdruck verschieben läßt und so gemacht, daß der das Profil nicht auf den Laufrollenwagen festdrückt.
Diesen Gleitstein habe ich ebenso wieder drehbar direkt mit dem Laufwagen verschraubt.
So ergibt sich ein Längenausgleich bei unterschiedlichen Temperaturen und es geht nichts kaputt wenn man eine Seite Schritte verliert weil was hängen bleibt, oder da sonst was passiert, da sich die X-Achse jeweils um ca. 30° verdrehen kann. Eine starre Konstruktion habe ich wegen der länge und Hebelwirkung erst nicht in Erwägung gezogen. Das wäre wohl auch schon beim Einstellen des Druckers schief gegangen, da sich da meine Konstruktion schon bewähren mußte. Ich habe das übrigens so konstruiert, daß ich zur Ausrichtung der Y-Achse diese nur nach hinten gegen den Anschlag drücken muß und dann home. Damit ist die X-Achse automatisch bei Bedarf wenn man mal etwas am Hotend geschraubt hat und sie etwas einseitg verschoben hat (was sehr leicht geht) sofort wieder perfekt ausgerichtet. Im Laufenden betrieb hat es bei mir bisher noch nie Probleme damit gegeben und das sind bis jetzt ca. 800 Druckstunden.

Ich habe die Y-Achse übrigens mit zwei Schrittmotoren angetrieben, auch um die Elastizität von Zahnriemen zu vermeiden und es klappt super.

was spricht dagegen, wenn man pro Achse eine Hiwin +Motor mit Spindel fest am Rand montiert?

Ok, sieht nicht so cool aus, aber das Gewicht des Motors ist mal an den beweglichen Teilen draußen :-)

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... mit nur einem Wagen auf der Basis ist der Hebel zu groß, wenn der bewegliche Schlitten weiter weg ist - das verbiegt ...

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Viktor
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