Ja, Rainer, das kann man aber nicht dem Schrittmotor anlasten, sondern demjenigen, der ihn betreibt. Für mich ist es selbstverständlich, dass man ihn innerhalb seiner spezifizierten Limiten betreiben muss.
Beiträge von sturzi
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Ein Schrittmotor ist ein mechanisch bewegtes Gebilde mit allen Ungenauigkeiten der Mechanik.
Oski, das ist nicht das, was ich meine. Ich meine nicht Spiel, etc. sondern die Ausführung der Schritte. Wenn man mal einen "richtigen" Schrittmotor in den Händen hat, merkt man schnell, dass das ein sehr präzises Gebilde ist, mit sehr, sehr wenig Spiel. Wenn man von Hand an der Achse dreht, spürt man sehr gut, wie der Rotor in die vorgegebenen Positionen einrastet.
Die Wiederholgenauigkeit lässt bei gröberen Schrittweiten schnell zu wünschen übrig.
Da bin ich ganz anderer Meinung. Wenn das so wäre, könnte man gar keine 3D-Drucker herstellen. Wenn man ihn 100'000 Schritte vorwärts drehen lässt und dann wieder 100'000 Schritte zurück, muss er wieder in exakt der gleichen Winkel-Position stehen. Wenn er das nicht tut, ist er kein richtiger Schrittmotor, sondern eine Krücke.
Der Billige, dessen Weiter-Erforschung ich jetzt aufgegeben habe, ist möglicherweise eine Krücke.
Die Schrittwinkel müssen sehr klein gewählt werden, damit eine quasi kontinuierliche Drehung erzeugt werden kann.
Das ist mir schon klar. Es kommt aber auch auf's Getriebe an, das ich zwischen Motor und Zeiger noch einbaue. Bei einem "richtigen" Schrittmotor hat man noch die Möglichkeit des Micro-Stepping, d.h. eine sehr feine Unterteilung in Unter-Schritte. Also wenn man ein Micro-Stepping von 1:16 anwendet, bewegt man den Motor mit einem einzelnen Schritt um 0.1125° und beim zusätzlichen Einsatz eines Getriebes von 3:1 werden es dann noch 0.0375°. Das ist dann schon sehr fein.
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Roger, du hast mich erfolgreich in die Realität zurückgeholt.
Ich werde mich jetzt um die "richtigen" Schrittmotoren kümmern. Mit einem Versuchs-Aufbau will ich das Verhalten von Sekunden- und Minutenzeiger erforschen.
Der Sekundenzeiger soll sich möglichst gleichmässig (ohne zu ruckeln) bewegen und der Minutenzeiger soll springen, so ähnlich wie möglich wie bei der Kult-Uhr.
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Du testest nun also tagelang, ob Du 12 Franken sparen kannst?
Bei 1'000 Uhren sind das schon 12'000 Franken
.Ich würde unbesehen in Qualität investieren.
Es hat mich einfach der Gwunder gestochen, weil nach meinem Verständnis ein Schrittmotor gar nicht unpräzise sein kann. Aber eigentlich hast du schon recht.
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Schrittmotoren zum Testen
Ich habe zum Testen mal zwei Typen von Schrittmotoren beschafft:
Der linke Schrittmotor 28BYJ-48 ist ein Billig-Modell (CHF 6.90 inkl. Treiber).
Der rechts ist ein NEMA 17 und müsste schon eher ein professioneller Motor sein (CHF 18.80 inkl. Treiber).
Den NEMA 17, den ich für den Antrieb des Minuten-Zeigers vorgesehen habe, habe ich bis jetzt noch nicht zum Laufen gekriegt. Das heisst aber nicht viel, denn ich habe auch noch nicht sehr viel Aufwand getrieben. Diesen Motor haben bis jetzt schon hunderttausende von Leuten zu Laufen gebracht, also müsste auch ich das schaffen.
Der 28BYJ-48 funktioniert soweit. Diesen könnte ich mir als Antrieb des Sekunden-Zeigers vorstellen. Allerdings gilt er als unpräzise. Wenn dem so ist, kann ich ihn natürlich nicht brauchen. Aber das will ich erst verifizieren. In nächster Zeit werde ich einen Test-Aufbau, bestehend aus diesem Motor, dem Treiber, einem Arduino, einem 2:1 oder 3:1 Getriebe, einem provisorischen Sekundenzeiger und einem einfachen Getriebe-Rahmen erstellen. Die Arduino-Software soll den Zeiger innert ca. einer Minute um genau 360° drehen lassen, dann kurz (1 - 2 Sekunden) stoppen und dann wieder drehen. Wenn ich es schaffe, dass der Sekundenzeiger nach einigen Tagen Dauerbetrieb immer noch an exakt derselben Stelle stoppt, kommt dieser Motor für mich in Frage. Falls nicht, was ich auf Grund der vielen Artikel, die im Internet herumschwirren, zu erwarten habe, muss ich den Versuch als gescheitert betrachten und auch für den Sekundenzeiger den grösseren und teureren Motor in Erwägung ziehen.
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Der Sekundenzeiger wird übrigens von einem ständig laufenden Motor angetrieben, der Zeiger sitzt mit einer Rutschkupplung auf der Welle und stösst auf der 12-Uhr Position auf einen Sperriegel, welcher mit dem Minutensprung freigegeben wird.
Interessant. Das wusste ich nicht.
Ich werde wahrscheinlich auch für den Sekundenzeiger einen Steppermotor verwenden. Dann kann ich das Stop-and-Go Verhalten mit Software lösen. Das macht es für mich einfacher.
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Habe ich schon wieder eine nasse Zündschnur?
Oski, ich glaube es ist meine Zündschnur, die Nass ist. Wie peinlich! Ich habe mich verrechnet.
Ich werde mich jetzt für den Rest des Nachmittags in die Ecke stellen.
Das ist aber auch eine Schnaps-Idee, Schrittmotoren zu entwickeln mit einem Schritt von 1.8°. Hätte man 1° oder 2° gewählt, wäre alles viel einfacher.
Oder man hätte die Stunde in 100 Minuten aufteilen können. Alles Dilettanten!
Aber vielen Dank, Oski, dass du das noch rechtzeitig aufgedeckt hast!
Jetzt muss ich das Ganze halt neu überdenken.
Beim SM ein Zahnrad mit 10 Zähnen und auf der Minuten-Achse eines mit 30 Zähnen. Das gäbe ein Übersetzungsverhältnis von 3:1.
Wenn der SM um 10 Schritte gedreht wird, sind das 18°. Das wären dann auf der Minuten-Achse 3 x weniger, also 6°. Ja, so könnte es gehen.
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Nannte ich bisher einfach Untersetzung.
Das ist ein umgangssprachlicher Begriff, der in einem auf hohem wissenschaftlichen Niveau stehenden Forum nicht angewendet werden kann
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Heute habe ich mich etwas mit Schrittmotoren (im Folgenden SM genannt) auseinander gesetzt. Noch nicht in der Praxis, sondern erst durch das Anschauen von Videos. Es gibt eine Fülle von Videos über das Betreiben von SM mit Arduinos. Dabei hat es auch einige sehr gute dabei.
Was dabei heraus kam: Durch die Verbreitung des 3D-Drucks werden heute sehr viele SM eingesetzt. Es hat sich dabei ein SM-Typ (NEMA 17) als De-Facto Standard herauskristallisiert. Diese sind preislich sehr attraktiv. Mit so einem SM scheint es sehr wohl möglich zu sein, den Minutenzeiger richtig springen zu lassen. Unter diesen NEMA 17 SM gibt es sehr kräftige, die im Stande sind, grössere Winkel in extrem kurzer Zeit zurückzulegen und dabei auch noch ein anständiges Drehmoment zu liefern. Der Standard-Sprung-Winkel bei diesen SM beträgt 1.8°. Der Zeiger kann nicht direkt (auf der gleichen Achse) vom SM angetrieben werden, weil da in der innersten Achse noch diejenige für den Sekundenzeiger ist. Es braucht also ein Getriebe. Dazu reicht ein einstufiges. Wenn ich das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 1:1 mache, braucht es 3 SM-Schritte für einen Minuten-Sprung. Mache ich das Getriebe 1:3 (*), dann braucht es noch genau einen Schritt für den Minutensprung. Oder bei 2:1 bräuchte es 6 Schritte.
Ich habe mir jetzt mal einen NEMA 17 SM mit einem dazu passenden Treiber bei Bastelgarage (ca. CHF 20.00) bestellt. Sobald der da ist, werde ich damit Versuche machen. Dann sehe ich bald, wie sich der Zeiger bewegen wird. Im Moment schwebt mir vor, ein Getriebe-Verhältnis von 1:3 (Übersetzung ins Schnelle) mit nur einem einzigen SM-Sprung anzuwenden. Da ein einziger SM-Sprung extrem kurz dauern und die Bewegung noch ins Schnelle übersetzt wird, müsste der Zeiger wirklich springen. Wenn ich dann ins Getriebe noch ein ganz klein wenig Spiel einbaue, kann ich vielleicht sogar erreichen, dass der Zeiger noch etwas nach-wackelt, wie es bei den richtigen SBB-Bahnhofuhren der Fall ist.
(*) Das Übersetzungsverhältnis ist definiert als Drehzahl des treibenden Rades zur Drehzahl des getriebenen Rades. Also wenn das Verhältnis kleiner als 0 ist (z.B. 1:3), ist das eine Übersetzung ins Schnelle. Eine Übersetzung ins Langsame wäre z.B. 2:1.
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Für mein Problem mit den zu dicken Achsen und damit den zu mockigen Zeigern habe ich jetzt eine Lösung gefunden.
Die Sekunden-Achse benötigt den vorgesehenen Durchmesser von 6 mm.
Bei der Minuten-Achse, die ich zuletzt auf 10 mm hatte, reichen auch 8.6 mm gerade noch und bei der Stunden-Achse, die ich zuletzt auf 14 mm hatte, reichen auch 11.6 mm gerade noch. Diese Reduktion ist möglich, weil die beiden Achsen auch als sehr dünnwandige Version noch stark genug sind.
Das sind die drei Achsen in den Durchmessern 6.0, 8.6 und 11.6 mm. Man sieht, dass die Wand bei den Flachstellen sehr dünn ist, aber sie scheint mir immer noch ausreichend stark.
Jetzt kann ich die Zeiger-Breite im Zentrum auch ohne vorstehende Nabe mit den vorgesehenen Massen realisieren.
So sieht meine 0815-Uhr (ausnahmsweise mit dem roten Sekundenzeiger) mit den etwas schlankeren Zeigern aus. So gefällt sie mir.
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Der Impuls für den Minutenzeiger erfolgt einmal plus-minus und bei der nächsten Minute minus-plus.
Interessant. Warum wird das so gemacht? Als Impuls für den Minutenzeiger wären doch auch immer gleichpolige Impulse ausreichend.
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@Michel: Danke für deinen interessanten Beitrag.
Es ist klar, dass die kultige Bahnhofuhr ursprünglich nicht so gemacht wurde, dass sie später einmal Kult-Status erreicht. Sie wurde ganz einfach so gemacht, weil damals die technischen Möglichkeiten limitiert waren. Mit dem Konzept der Mutteruhr und den minütlichen Impulsen konnte man eine einheitliche und synchrone Zeit auf einem ganzen Bahnhofs-Gebiet erreichen. Um die Zeit-Genauigkeit zu gewährleisten, musste man nur den Gang der Mutter-Uhr pflegen.
Im Übrigen ist es so gesehen auch nicht direkt ein Uhrwerk, sondern eher Magnetspulen welche die Uhr in Bewegung setzen bzw. eine Freigabe auslösen.
Ich bin auch am überlegen, ob ich für den Antrieb des Minutenzeigers wirklich einen Schrittmotor verwenden soll (wie ich das ursprünglich geplant hatte). Damit wird der Minutenzeiger nicht wirklich springen, sondern eher sanft nachrücken. Das wäre zwar ein technisch sinnvolles Vorgehen, verhält sich aber nicht so wie die Kult-Uhr. Eine Alternative wäre ein Magnetspulen-Antrieb, zum Beispiel aus einem alten Weichen-Antrieb. Es bräuchte noch einen Mechanismus, der bei einer Magnetspulen-Aktivierung eine Achse um einen bestimmten Winkel weiter bewegt. Der Winkel muss nicht unbedingt direkt 6° sein, da der 6°-Sprung der Minuten-Achse auch über ein Getriebe bewerkstelligt werden könnte. Mit einem Magnetspulen-Antrieb wäre ein "Springen" vielleicht eher realisierbar als mit einem Schrittmotor.
haben wir in unserer Anlage drei Bahnhofsuhren im Einsatz inkl. Mutteruhr
Unsere Bahnhofsuhren laufen nun seit ca. 4 Monaten im Dauerbetrieb, die Genauigkeit ist nach wie vor auf 1s genauIst das auf eurer Modellbahn-Anlage? Falls ja, welche? Gäbe es da allenfalls eine Möglichkeit für einen Besuch?
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Und falls das nicht möglich ist: wieso sollte man die Zeigerachsen nicht aus Metall herstellen? Natürlich ist Röbis Anspruch, dass die Uhr von A bis Z selbst konstruiert und gedruckt wird. Aber wo es technisch nicht möglich ist, könnte man Kompromisse eingehen. Ist ja mit den Schrittmotoren auch so.
Das ist grundsätzlich schon so. Wenn ich eine kleine mechanische Werkstätte zu Hause hätte, würde ich das vielleicht so machen. Aber für Metall-Bearbeitung fehlen mir die Einrichtungen. Die metallischen Getriebeteile auswärts machen zu lassen, wird teuer und ist nicht unbedingt, was ich im Rahmen dieses Projektes suche.
Ich habe noch kurz daran gedacht, das Getriebe mit Stokys (Metallbaukasten) zu realisieren. Aber das geht auch nicht gut, weil nicht beliebige Komponenten verfügbar sind (z.B. Zahnräder mit der genau vorgegebenen Zähnezahl).
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Wieso drucks du die Kombi Achse-Zeiger nicht als 1 Teil?
Das ist eine interessante Idee, Marc. Ich habe deinen Beitrag heute Morgen gelesen und habe jetzt die ganze Zeit über die Idee nachgedacht.
Leider hat es ein paar Konsequenzen, die gegen eine solche Lösung sprechen: Das Getriebe muss in einem Rahmen eingebaut sein, wo die Achsen gelagert werden können. Die Platzverhältnisse im Rahmen sind eng und ich will ja eine Doppel-Uhr realisieren, wo zwei Getriebe zusammenkommen. Diese beiden Getriebe werden wiederum miteinander verbunden, damit der Antrieb gemeinsam sein kann. Wenn die Achsen und die Zeiger aus einem Stück realisiert sind, müssen die Zifferblätter und die Getriebe-Rahmen verbunden sein, bevor die Zahnräder zum Getriebe eingebaut werden können. Die beiden Zifferblätter mit je 250 mm Durchmesser sind dann gründlich im Weg.
Ich habe triftige Gründe, die Innereien der Uhr unabhängig bauen, justieren und testen zu können. Erst am Schluss, wenn das Uhrwerk fertig ist und läuft, sollen die Zifferblätter montiert, die ringförmige Schale ums Ganze (in vier Teilen) angebracht und schliesslich die Zeiger aufgesteckt werden.
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Ich befasse mich im Moment wieder mit dem Zifferblatt und den Zeigern meiner 0815 - Uhr.
Ein kleines Problem plagt mich im Moment: Die Zeiger sind im Verhältnis zum Zifferblatt etwas zu "mockig", d.h. sie sind im Zentrums-Bereich alle etwas zu breit. Sie schlanker zu machen, ist nicht ganz einfach. Wenn ich sie schlanker mache, hat das Auswirkungen auf die Durchmesser der Achsen. Diese wiederum kann ich kaum dünner machen, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen. Wenn sie aus Metall wären, ginge es schon dünner, aber ich will sie ja auch drucken.
Es gäbe noch die Möglichkeit, die Zeiger schlanker zu machen aber mit einer kleinen, sichtbaren, kreisrunden Nabe im Zentrum, deren Durchmesser etwas über die Zeiger herausragt.
Das folgende Bild zeigt am Beispiel des Stundenzeigers, wie es gemeint ist.
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Nein, der Sekundenzeiger-Stopp ist ja das Kultige an dieser Uhr.
Ja, aber nur zusammen mit dem Minutenzeiger-Sprung. Das Zusammenspiel der Beiden ist das Kultige. Wenn man auf den Minutenzeiger-Sprung verzichtet, macht der Sekundenzeiger-Stopp keinen Sinn mehr.
Aber egal wie, MEINE Uhr wird eine vollständig Kultige mit Minutenzeiger-Sprung und Sekundenzeiger-Stopp.
Noch schlimmer sind jene Bahnhofsuhren-Modelle, deren Sekundenzeiger ruckweise angetrieben sind.
Da hast du absolut recht. Das ist grauenhaft 🤮🤮🤮 .
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Heute habe ich im Bahnhof Dietikon eine modernere Version der Bahnhofuhr gesehen.
Es ist eine Vierfach-Uhr (jetzt bin ich in einem Dilemma mit meiner geplanten Nur-Doppel-Uhr). Hier springt der Minuten-Zeiger nicht mehr, sondern läuft kontinuierlich durch. Interessanterweise wartet aber der Sekundenzeiger oben jeweils trotzdem um ca. 1.5 s.
Ich finde, wenn man schon auf den Minuten-Sprung verzichtet (und damit der guten, alten, echten Schweizer Bahnhofuhr untreu wird), könnte man auch den Sekundenzeiger kontinuierlich durchlaufen lassen und auf den Stopp verzichten.
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Gehst Du nach einem Plan vor oder überlegst Du dir schrittweise, wie die Uhr gebaut werden muss?
Ich gehe nicht nach einem Plan vor. Also weder Top-Down noch Bottom-Up. Ich fange an mit Grundlagen-Abklärungen, wie jetzt beim Getriebe. Erst will ich wissen, was machbar ist und dann gehe ich einen Schritt weiter. Aber im Kopf habe ich natürlich schon ziemlich klare Ideeen, wie meine Uhr mal aussehen und funktionieren soll.
Sicher nicht so:
Der Minutenzeiger der von Minute zu Minute springt, sollte immer genau auf einem Minuten-Marker stehen und nicht zwischendrin. AVA, schämt euch, eure Uhren in einem so verwahrlosten Zustand zu betreiben 😬 !
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Jetzt habe ich die drei Achsen noch mit einer 0.2 mm Düse und einer Schichthöhe von 0.1 mm gedruckt. Der Unterschied ist krass, aber der Druck dauert dafür auch etwa vier mal länger.
Links 0.4 mm Düse, 0.2 mm Schichthöhe
Rechts 0.2 mm Düse, 0.1 mm Schichthöhe
Damit ist der Fall für mich klar: Feine Teile wie hier diese Achsen und auch die Zahnräder werde ich in der feineren Variante drucken.
Zusätzlich will ich jetzt noch die Abflachungen, die als Mitnehmer dienen, verdreifachen. Damit wird die Genauigkeit und damit die Zuverlässigkeit der formschlüssigen Verbindung verbessert und die Achsen sind jetzt nicht mehr einseitig, was bezüglich Verziehen ein Vorteil sein könnte.
Und auch die Durchmesser habe ich nochmals verkleinert. Sie betragen jetzt 6.0 (Sekunden-Achse), 10.0 (Minuten-Achse) und 14.0 mm (Stunden-Achse).
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Die Achsen
Eine grosse Herausforderung bei meiner Uhr sind die Achsen für die Zeiger und die Getriebe-Zahnräder.
Es gibt weit mehr (und anspruchsvollere) Anforderungen an die Achsen, als ich anfänglich gedacht hatte:
- Es sind drei Achsen (Stunden, Minuten und Sekunden)
- Alle drei müssen auf der gleichen geometrischen Achse verlaufen
- Sie müssen ineinander gesteckt frei drehbar sein
- Die Zeiger und Zahnräder müssen aufgesteckt werden können (in axialer Richtung kraftschlüssig als Haftsitz) (*)
- Es braucht eine Mitnehme-Vorrichtung, damit die aufgesteckten Zeiger und Zahnräder in tangentialer Richtung formschlüssig verbunden sind (*)
- Die innerste, dünste (Sekunden-Achse) muss dick genug sein, dass die Stabilität noch ausreichend ist
- Die äusserste, dickste (Stunden-Achse) muss dünn genug sein, damit der Stunden-Zeiger im Zentrum nicht zu breit wird
- Die Wandstärke muss ausreichend sein, damit sie stabil genug sind
- Sie müssen stehend gedruckt werden. Das kommt der Stabilität nicht entgegen wegen der quer liegenden Druck-Schichten
Als erster Ansatz habe ich die Achsen aussen sechseckig und innen rund gemacht. Das ergäbe gute Mitnahme-Eigenschaften in tangentialer Richtung. Die Konsequenz ist, dass aussen sechseckige Achsen in runden Bohrungen der jeweils nächstgrösseren Achse gelagert wären. Weil alles sehr leicht ist, würde das wahrscheinlich geben. Aber auf Flächen gleitende Kanten geht mir gegen den Strich.
Bei meinem aktuellen Ansatz sind die Achsen innen und aussen rund. Als Mitnahme-Mechanismus gibt es auf der Aussen-Seite eine Abflachung, die auch bei den Bohrungen der aufzusteckenden Teile vorhanden sein muss. Diese Lösung gefällt mir besser, aber die dickste Achse wird schon recht dick.
Die Sekunden-Achse hat einen Durchmesser von 7 mm und die Stunden-Achsen hat 16 mm
Die drei Achsen ausgedruckt und zusammen gesteckt. Das Photo ist wieder mal brutal. Von blossem Auge sieht es schon etwas feiner aus.
An den Massen muss ich noch arbeiten. Der Aussen-Durchmesser der Stunden-Achse ist mir zu gross. Damit wird der Stunden-Zeiger im Drehzentrum zu breit. Wenn ich die Sekunden-Achse auf 6 mm reduziere und die Wandungen noch ein Bisschen dünner mache, kriege ich es wahrscheinlich gerade so schlecht und recht hin, dass die Stunden-Achse so um die 14 mm dick wird.
Auch mit der Druck-Präzision bin ich noch nicht zufrieden. Ich werde wohl kaum darum herum kommen, mit einer 0.2 mm Düse und einer Schichthöhe von 0.1 mm bis 1.4 mm zu drucken.
(*) Falls die Begriffe "kraftschlüssig" und "formschlüssig" nicht klar sind, hier eine Erklärung an ein paar Beispielen:
- Der Antrieb zwischen Rad und Schiene bei Adhäsionsbahnen ist kraftschlüssig (hat Schlupf)
- Der Antrieb zwischen Zahnrad und Zahnstange bei Zahnradbahnen ist formschlüssig (hat keinen Schlupf
- Ein (Flach- oder Keil-) Riemen-Antrieb ist kraftschlüssig (hat Schlupf)
- Ein Ketten- oder ein Zahnriemen-Antrieb ist formschlüssig (hat keinen Schlupf)
