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FAQ - Bereich:   Hilfe und häufig gestellte Fragen zu den elektrischen Teilen einer Fräsen:

 


Die Kunden machen mich noch fertig...  Alle wollen NEMA 34 Motore !?

Rechts mal die Drehmomentkurven von drei Schrittmotoren im Closed-Loop-Betrieb.

Sehen Sie sich die Leistung dieser Motor mal unter gleichen Bedingungen an. Nehmen wir eine Versorgungsspannung von 48 Volt und eine Drehzahl von 1080 U/min, was bei 10 mm Spindelsteigung >10000 mm/min entspricht. Der 2 Nm-Motor hat dann noch 1,1 Nm. Der 4 Nm-Motor hat dann noch 0,6 Nm und der 8 Nm-Motor hat dann noch 0,8 Nm. Leadshine liefert ja auch einen 3 Nm-Motor in NEMA 24 Ausführung (ES-M22430) unten im Bild. Dieser Motor hat noch mehr Leistung wie der 2 Nm-Motor im Bild links oben.

Schrittmotore mit kleinerer Leistung (NEMA 23 oder NEMA 24) benötigen nur eine etwas größere Hochlaufzeit zur Beschleunigung der Massen (etwa 300 mSec), aber dann sind diese genau so schnell wie die "großen Brüder" - zumeist sogar schneller. Das gleiche Verhalten zeigen auch normale Schrittmotore an normalen Endstufen.

Nur wenn Sie langsam fahren, bieten diese NEMA 34 Motore höhere Kraft und Genauigkeit im Schrittwinkel (größerer Rotordurchmesser). Meine Maschinen sind für NEMA 23 oder NEMA 24 ausgelegt. Gute Motore wie vom Bene bei einer normalen Steuerung genügen immer. Wenn Sie wirklich NEMA 34 wollen, müssen Sie einiges an "Moos" drauflegen... Der 3-Nm-Motor rechts im Bild hat einen Befestigungsabstand von 50 mm, also nicht 47 mm, wie bei meinen Fräsen geplant!

Noch was! Alle Kugellager und Antriebsteile sind für etwa 4 Nm ausgelegt. Durch die Untersetzung vom Schrittmotor zu den Spindeln von 1:1,25 haben die 3-Nm-Motore bei der P2 und P3 ja eigentlich 3,75 Nm Drehmoment an den Spindeln.

Die Leistung von Schrittmotoren


Die Leistung von Schrittmotoren

Einige offene Fragen zu Closed Loop Systemen.  Ein Text von der Leadshine-Seite:

When an ES-D1008 easy servo drive is implemented with a Leadshine ES-M series easy servo motor, there is No Configuration Needed for almost all applications. The output resolution from ES-D1008 with the output resolution defaulted to output resolution of 2,000 pulses per resolution (equal to 10 microstep in 2-phase stepper systems). Via DIP switches, a user can also easily changes the output resolution to one of 15 output resolutions 800 to 51,200 (equal to 4-256 microstep in 2-phase stepper systems). With Leadshine configuration software, ProTuner, an advanced user can also set custom settings of resolution, current & position loop parameters, idle current percentage, etc.

Beschreibung der Motore: als pdf: hier  

Erkundigen Sie sich bitte, welche Auflösung dieses Closed Loop System das Sie kaufen wirklich hat. Der günstige bzw. einfache Encoder hat ja 1000 Pulse pro Umdrehung. Der Encoder hat aber zwei Lichtschranken (eine für Position und eine für Drehrichtung). Diese beiden Lichtschranken sind genau 90 Grad versetzt an der Scheibe angebracht. Darum haben diese zwei Lichtschranken bei 1000 Pulsen pro Umdrehung 4000 Zwei-Bit-Muster für die Auswertung.

Es ergeben sich nun folgende Kombinationen, die sowohl Stellung wie Richtung darstellen: 1/1  1/0  0/0  0/1  Man spricht hier von Quadratur der Signale.

In der Grundeinstellung der Leadshine-Endstufen werden also durch diese Quadratur der Signale von Stellung und Richtung pro Umdrehung des Schrittmotors 4000 Positionen erfaßt. Somit ist ein 2-Phasen-Motor kontrolliert und sicher mit 1/20 Schritt zu steuern. Das entspricht dann einer Auflösung von 2,5 ym (0,0025 mm) bei einer 10 mm Spindelsteigung. Rechnen Sie aber immer mit einem Bit plus/minus Fehler, was 5 ym entspricht. Dieser maximale Fehler von 0,005 mm ist an der Fräsfläche sehr gut sichtbar und sehr "unschön". Auch hat so ein Schrittmotor ja schon fast 5 % Fehler bei der Positionierung eines Inkrements, was bei einer 10 mm Steigung im Maximalfall auch schon wieder 2,5 ym Fehler entspricht.

Sie müssen immer 1/16 oder 1/20 Schritt bei 10 mm Spindelsteigung an der Endstufe einstellen, nur dann haben Sie gute Fräsoberflächen. Darum fragen Sie nach, ob mit diesem System sichere Mikroschritte möglich sind, ohne dass Sie als Programmierer tätig werden müssen. Diese Systeme können eigentlich alles, aber können Sie diese Systeme auch einstellen bzw. programmieren?

Das ist die Beschreibung einer solchen Endstufe: hier   

 

Ein normaler Schrittmotor im 1/16 Schritt hat eine Auflösung von 0,3125/100 mm (0,003125 mm) an einer 10 mm Steigung der Spindel bei 1:1 Übersetzung!  Bei einer Fräsung eines Kugellagersitzes benötigen Sie eine echte Auflösung von etwa 2,5 ym (0,0025mm) und das ist ja nur bei 1/20 Schritt möglich. Auch sind 95 % der Fräsen durch ihren mechanischen Aufbau ja gar nicht in der Lage, solche Genauigkeiten zu fahren. Machen Sie sich nichts vor, wenn Sie eine Genauigkeit von 0,015 mm schaffen, dann haben Sie schon eine sehr gute Fräse. Meine Firmen-Fräsen schaffen etwa 0,01 mm Genauigkeit, mehr ist nicht drin (nur die Spindeln kosten dabei schon 3000€).

Kümmern Sie sich lieber um spielfreie Antriebe und deren Festlager. Das Umkehrspiel bei China-KUS liegt zumeist bei etwa 0,03 bis 0,06 mm.  Meine Neff-Antriebe haben garantiert unter 0,02 mm Achsialspiel  (Mutter inkl. Festlager). Und darum ist etwa 1/100 mm Genauigkeit die Richtlatte für Fräsen bis etwa 10000 €.

Das Hauptproblem an einem Closed-Loop-System ist, dass dieses ja eigentlich erst bei Schrittverlust aktiv wird. Erst dann werden Schritte nachgeführt und der Strom erhöht. Sehen Sie sich dazu mal die Parameter an, die mit einer extra Software eingestellt werden können (echt nicht leicht). Was nützt es mir, wenn eine Regelung nach der Zerstörung der Fräsoberfläche gemacht wird? Darum gute Endstufen und Motore (wenn möglich im 1/10 oder 1/20 Schritt, dass bei der Berechnung der Position die Kommastellen wegfallen). Eine einfache Frage, wie wollen Sie im 1/8 oder 1/16 Schritt genau 0,01 mm weit fahren? Das ist durch die Auflösung ja eigentlich gar nicht machbar, auch wenn das manche „Könner“ auf einer Meßuhr das so zeigen.
Grundeinstellung solcher Endstufen:
http://www.leadshine.com/UploadFile/Down/ES-DHhm_V0.1.0.pdf

 

Es gibt natürlich auch andere Hersteller solcher Systeme z.B. hier  mit weit höheren Auflösungen...

 

Die Chinesen haben echte Probleme am Markt, darum fallen die Preise bei Closed Loop Systemen: http://de.aliexpress.com/item/Closed-Loop-Stepper-Driver-57-Sets-2n-m-fit-for-Carving-Machine/32453060501.html  - auch mit 3 NM-Motoren möglich!

Günstige Motore, die Sie auch für die P2 verwenden können:  http://www.pro-tos.de/shop/Schrittmotoren/Schrittmotor-24H290-42-4-3-0-Nm.html

Dazu günstige Endstufen, die Sie natürlich auch verwenden können: http://www.pro-tos.de/shop/Endstufen/Endstufe-HP-5042-4-2A-50V.html  
Beachten Sie aber bitte, dass diese Endstufen nicht über 50 Volt betrieben werden dürfen (48 Volt sind ideal).


Ein 3 Nm - Nanotec - Motor hat ja einen Anschlussblock am Motor, der sehr groß ist. Bei der P3 Cobra werden die Motore ja in die Motorhalter eingeschoben und dort ist kein "Durchkommen" für so einen großen Anschlussblock (ist von mir nicht so geplant). Sie können also nur Motore mit Kabelanschluss montieren (oder Sie sagen vor Auslieferung der Fräse, welchen "Sondermotor" Sie verwenden wollen). Auch hat z.B. der 60 mm Nanotec Motor ein breiteres Blechpaket wie fast alle anderen Motore am Markt die NEMA 23 sind. Also bitte keine Nanotec Motore bei der P2 und Cobra!

Rechts mal zwei Drehmomentkurven von einem 60 mm Nanotec Motor mit 3 Nm (in blau) und dem 60 mm Motor mit 3 Nm von Benezan (in grün). Die Kurven sind von mir nur geschätzt.
Unten sehen Sie mal die Umrechnung in Drehzahl (1/s schaut zwar gut aus, dürfte aber vielen Kunden nicht viel sagen). Eine Volkswahrheit sagt:
 „Drum prüfe wer sich ewig bindet, ob sich nicht was Bessres findet“.

Die Leistung von Schrittmotoren 


Welche Leistung braucht der Motor für eine sehr gute Dynamik der Fräse?

Eine Faustformel bei 10 mm Spindelsteigung ist, dass der Motor in der X/Y-Achse etwa 1 Nm pro 10 Kg bewegtem Material haben sollte. In der Z-Achse bei 5 mm Steigung sollte der Motor auch etwa 1 Nm pro 10 Kg Gewicht der Z-Achse haben. Alle Angaben im Vollschritt des Motors (Im Mikroschritt hat der Motor ja nur die Leistung Vollschritt / 1,414 - darum muss im Mikroschritt der Strom höher eingestelt werden, um den Motor auszulasten und normale Leistung zu erzielen). Je kleiner der „L-Anteil“ des Motors ist (induktiver Wert des Motors bzw. dessen Spulen), desto schneller und drehfreudiger ist normal der Motor. Ein guter 3-Nm-Motor hält in der Z-Achse mit 5 mm Spindelsteigung > 20 kg Gewicht, ohne dass die Z-Achse von selbst nach dem Ausschalten der Anlage nach unten läuft.

Das sind natürlich nur „Etwa-Angaben“, da verschiedene Motore auch bei gleicher "Nm-Angabe des Verkäufers" sehr unterschiedliche Leistung bei höherer Drehzahl haben. Darum gute Motore wie vom Benezan, mit sehr hoher Kraft auch im oberen Drehzahlbereich. Achten Sie bei einem Schrittmotor z.B. 3-Nm-Motor auf Werte wie < 2,5 mH und < 1 Ohm Spulenwiderstand, dann haben Sie einen "schnellen" Motor.

 

Eine gute Steuerung ist die halbe Maschine. Darum kaufen Sie Qualität!  

 

Die Versorgungsspannung der Endstufen sollte über 45 Volt sein.  Dazu die richtigen, digitalen Endstufen:

Der neue Leadshine Microstep Driver DM556
Diese Endstufen sollten Sie für normales Arbeiten in 1/8-Schritt betreiben.
Bei einer Steigung von 4 mm haben Sie dann eine Auflösung von:
4 mm / 1600 Schritte = 0,0025 mm pro Schritt.
Bei einer Steigung von 5 mm haben Sie dann eine Auflösung von:
5 mm / 1600 Schritte pro Umdrehung = 0,003125 mm pro Schritt.
Bei einer Spindelsteigung von 10 mm bitte minimal 1/16 Schritt einstellen!

Info! Am SW 4 (Schalter 4) können Sie die 50 % Stromabsenkung im Stillstand einstellen. Wenn Sie diesen Schalter unter Strom aber einfach ein- und wieder ausschalten, so stellen diese Endstufen intern die richtige Art der Bestromung für Ihre Motore ein, dieser Wert wird dann gespeichert ( nicht den Betriebsstrom, den bestimmen Sie! ). Diese Endstufen bleiben in Betrieb fast kalt, es ist also keine starke Kühlung erforderlich. Bei einem Metallgehäuse läuft diese Endstufe auch ohne Lüfter.

Mehr Leistung geht ja immer. Z.B. mit einer 80 Volt Endstufe. Natürlich benötigen Sie dazu auch ein anderses Netzteil. Etwa 60 Volt ist dazu die richtige Spannung. Für drei dieser Endstufen benötigen Sie aber zwei 60 Volt, 6 Ampere Netzteile in einer besonderen Verschaltung  
DM856 Leadshine Digital 20-80VDC 0,5 - 5,6A

 

 

Darum geben Sie einfach "Gas" bei der Spannung für die Versorgung der Endstufen/Schrittmotore. Für die Versorgung der "normalen" Steuerung benötigen Sie aber dann manchmal ein extra Netzteil.

12 oder 24 Volt Kleinnetzteile sind aber sehr günstig und auch sehr klein in ihrer Bauart. Die teuersten Netzteile > hier.  Sehen Sie im WEB nach...

Beachten Sie bitte auch die MX3660 Endstufe von Leadshine. Ein 3-Axis Stepper Drive with Breakout Board & I/O’s:
http://www.leadshine.com/UploadFile/Down/MX3660hm_V1.0.pdf

Oder Sie verwenden die Triple BEAST mit 48 Volt Netzteil (das 48 Volt 10 Ampere Netzteil im Shop ist dafür ideal):

 
Stellen Sie den Strom für die Motore so ein, dass diese im Dauerbetrieb etwa 40 bis maximal 65 Grad warm werden (Die Schrittmotore müssen warm werden, denn nur dann arbeiten diese an ihrer Leistungsgrenze. Bleiben die Motore kalt, so haben Sie zu wenig Strom eingestellt und die Motore arbeiten nicht mit voller Leistung). Die EMS-Schrittmotorhalter arbeiten ja wie Kühlkörper, durch das starke Alumaterial wird die Wärme des Motors auf die Aluteile der Maschine abgeführt.

Bei 10 mm Spindelsteigung und einem 3 Nm-Motor schalten Sie bitte die Stromabsenkung im Stillstand der Motore aus. Ein Schrittmotor der mit nur 50% Strom versorgt wird hat bei 10 mm Steigung nicht mehr die Kraft, seine Position beim Fräsen sicher zu halten.


Der Weg ist das Ziel.

Unten ist ein Weg aufgezeigt. Es gibt natürlich auch andere Wege, die Sie unten lesen können. Andere Steuerungen können vom Computer aus auch das Breakout4 ersetzen und die Endstufen direkt ansteuern. Lesen - lesen - lesen...

Unten der Weg der Steuersignale. Vom Computer zum Breakout4 direkt oder über z.B. WIN-PCNC-USB usw. (mit vorgeschaltetem USB.- oder Ethernetinterface). Dann weiter über ein Kabel zum speziellen Adapter für digitale Endstufen. Die Endstufe ist somit versorgt (natürlich auch vom Netzteil, das getrennt angeschlossen wird). Dann geht das Kabel zum Motor (4 Adern).

Computerschnittstelle parallel (Druckerschnittstelle) oder ein USB.- oder Ethernetinterface und dann zum Interface über Parallelkabel >

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>

     >

 

 

Viele CNC-Programme, viel Hardware, viele Unklarheiten....

Kombinationen die gut erscheinen (Verlagerung der Rechenleistung auf einen externen Prozessor):

http://www.einfach-cnc.de/usb_schnittstelle_smooth_stepper.html   smoothstepper mit Mach3 (viel zu lernen bei Mach3).

Aber bitte mit Ethernetanschluß:   http://www.einfachcnc.de/aid-235-SmoothStepper-Ethernet.html  und deutschem Schirm: http://www.machschmidt.de/

http://www.edingcnc.com/   usbcnc-Software mit Interface (Hardware ohne geeignetes breakout board schwer zu integrieren).

Für beide oberen Angebote ist ein gutes CAM aber sicher angebracht. Beide Steuerungen laufen aber sehr sicher.

Zum Thema Steuerung muss ich hier mal eine „Lanze brechen“. Seit vielen Jahren arbeite ich mit WIN-PCNC (Profiversion) und
Filou (
http://www.filou.de/produkte/filou-nc12.html ). Natürlich habe ich mir auch andere Software angesehen, aber ich kam immer wieder zu dieser Software zurück. Denke mal, für ältere Betreiber einer Fräse ist diese Kombination nicht schlecht (die Jugend arbeitet ja preislich günstiger z.B. mit   http://www.estlcam.de/   und   http://www.bocnc.eu/ ).  Aber eine Vierkanttasche oder eine Kreistasche in 2 Minuten zum Fräsen zu erstellen und dann gleich in das Fräsprogramm zu laden klingt doch nicht schlecht. Denke mal, schneller geht es nicht, einfache 2,5D-Formen zu fräsen. Natürlich kann WIN-PCNC auch 3D in Perfektion.
Beachten Sie aber bitte, das WIN-PCNC-USB-Interface ist nur ein Interface, erst die Profiversion hat einen externen Prozessor.

Auch andere Lösungen sind natürlich sehr gut und geeignet: http://www.cnc-plus.de/Software/CNCGraf---SMC4D-USB.html

Nur mal so zum "Schmökern" in Bezug auf Steuerungen für eine CNC-Fräse (keine Empfehlung!):

http://www.bzt-cnc.de/de/shop/elektronik/8-steuerungen

http://www.sorotec.de/shop/index.php/cat/c402_Steuerungskonfigurator-CNC--Steuerung--Konfigurator--Set--Bausatz.html

http://www.cnc-modellbau.net/shop/index.php?cName=cncsteuerungen

oder günstig: http://www.cnc4all.at/unsere-produkte/steuerung/product/view/2/3.html aber mit mehr Spannung ( min 48 V )!

oder bei Google: http://www.ebay.de/sch/i.html?_sacat=0&_sop=3&_nkw=schrittmotorsteuerung&_frs=

 

Fräsmotore ( HF-Spindeln ):  

Z.B. bei:  http://brand-ag.net/MyShop/  oder:   hier    oder:  hier   oder noch günstiger:  hier

Oder sehr günstige "Wechsler":     hier  

Oder die "ATC Spindelmotore":   http://de.aliexpress.com/cheap/cheap-atc-spindle-motor.html   (auch mit Werkzeugwechsler)

Oder Spindeln der Firma Mechatron: hier   (HF-Motorspindel 8022 inkl. vorprogrammiertem Umrichter).

Ein guter Frequenzumrichter wird  hier gezeigt.   Die Einstellung von FU sehen Sie hier  oder  hier

Eine sehr gute Spindel ist aber auch diese Frässpindel, die Käufer der Fräsen zum Freundschaftspreis bei EMS erhalten: http://www.sorotec.de/shop/Fraesmotoren-neu/hf-spindeln-manuell/srt-spindeln/HF-Motorspindel-luftgek-hlt-2-2kW-inkl--5-Meter-Anschlusskabel.html

Sie suchen einen FU (Frequenz-Umrichter)?     http://www.mandl.it/hinweise-zur-altersschwachen-fu-aktion/   

Klibo.de Klinger & Born GmbH (EBay)      Klibo.de Klinger & Born GmbH (Webseite mit Onlineshop)

Wenn Sie viel mit Fräsern mit sehr kleinem Durchmesser arbeiten (z.B. 1 mm in Holz usw.) sollten Sie keine Kress oder Suhner Spindel verwenden. Diese Frässpindeln halten sehr lange, wenn diese bis etwa 20000 U/min betrieben werden. Geben Sie aber Vollgas (was bei sehr kleinen Fräserdurchmessern nötig ist), ist ein baldiges Ende vorprogrammiert. Auch sind diese Spindeln bei hoher Drehzahl sehr laut.

Für Gravierarbeiten, Platinen fräsen oder eben Fräsungen in leichtem Material mit sehr kleinen Fräsern sind Drehstromspindeln viel besser. Diese Hochfrequenzspindeln gibt es ja inzwischen auch zum guten Preis bis 40000 U/min. So eine für sehr hohe Drehzahl gebaute Spindel können Sie dann „gemütlich“ mit 28000 U/min arbeiten lassen, ohne dass die Spindel Schaden nimmt. Unter 12000 U/min arbeiten Sie ja eigentlich eher selten und somit können Sie mit diesen höchstfrequenten Spindeln auch alle anderen Fräsungen machen.  Achten Sie aber dann auf das benötigte Drehmoment, was so ein 8 mm Fräser in Alu benötigt!

Kaufen Sie eine luftgekühlte Spindel (auch sehr leise) und Spindelhalter mit Kühlrippen wie im Shop (geht natürlich auch mit normalen Frässpindelhaltern), dann haben Sie keinerlei  Ärger mit Flüssigkeiten, Pumpen und Schläuchen oder so Gelumpe - und günstige Spindeln sind nicht unbedingt schlecht...

Wasser und Strom verträgt sich bei so billigen Spindeln einfach nicht ;-) Bitte die Spindel gut erden ( PE ) und die ganze Maschine mit ( PA ).

Normal genügt bis 6 mm Fräserdurchmesser eine 1,5 kW Spindel für jedes Material. Nur wenn Sie viel mit 8 mm oder noch größeren Fräsern in Alu „wühlen“, sollten Sie eine 2,2 kW Spindel kaufen.

Fast alle Spindeln in dieser Preisklasse kommen ja aus China, darum sind die Preise zwar sehr unterschiedlich, die Qualität ist aber fast immer gleich (achten Sie aber auf einen geschliffenen Konus für die Spannhülsenaufnahme!). Wichtig ist auch die Qualität der Spannhülsen für die Fräser, da dort gewaltige Qualitätsunterschiede zwischen China.- und Top-Ware bestehen.

Wichtig! Wenn der gekaufte Frequenzumrichter schon vorprogrammiert ist, setzen Sie diesen bitte nicht auf Werkeinstellung zurück. Dann verliert dieser alle Einstellungen und der Spindelmotor kann verbrennen. Machen Sie als unterste Drehzahl minimal 4000 U/min (besser noch 5000 U/min), gerade bei Vektorregelung kommen Sie nicht tiefer, ohne die Spindel zu beschädigen (zu hoher Strom bei zu wenig Kühlung).

 

Anmerkungen zum Netzteil:

Meiner Meinung nach muss die Stromversorgung der Maschine immer mindestens 30% mehr als die benötigten Leistung bringen. Zu viele Steuerungen arbeiten an der Belastungsgrenze mit den geregelten 6,7 Ampere Netzteilen und das muss nun bei den kleinen Preisen für ein selbst aufgebautes Netzteil wirklich nicht sein. Von diesen Netzteilen werden fast immer ja auch noch das Interface, der Lüfter und die Relais usw. gespeist. Wenn Sie also ein 6,7 Ampere Netzteil haben, dann bitte am Ausgang noch einen guten und mindestens 1000 yF großen Kondensator parallel schalten, dann besteht sicher kein Problem.

Ein Netzteil zum "Geschenktpreis" sehen Sie  hier

Ein Test der Stromaufnahme bei meinen Steuerungen ergab (mit einem True-RMS-Amperemeter für > 700 Euro gemessen):

3 Achsen in Vollast mit 55 Volt Netzteil, DM856 Endstufen und 5 Amp. Motoren bei 4,9 A Endstufeneinstellung = 5,2 A Verbrauch

3 Achsen in Vollast mit 40 Volt Netzteil, DM556 Endstufen und 5 Amp. Motoren bei 4,9 A Endstufeneinstellung = 5,0 A Verbrauch

Der "echte" Stromverbrauch einer Leadshine-Endstufe liegt also bei etwa 35 % des eingestellten Motorstroms (Chopper-Betrieb).

 

Ein 6,7 Ampere Netzteil ist ja gut, aber bei 3D zumeist etwas knapp bemessen (aber es funktioniert natürlich). Besser ist, sich einen Ringkerntrafo mit etwa 300 Watt Leistung zu kaufen (dieser ist kurzfristig auch zu 50 % überlastbar „kleiner k-Wert“), diesen über einen Brückengleichrichter auf einen minimal 4700 yF Kondensator zu schalten. Pro Ampere Strom etwa 1000 yF (Faustformel). Auch müssen Sie zu einem so starken Kondensator noch mindestens einen 100 nF bis 220 nF Kondensator parallel schalten (Entstörkondensator für sehr hohe Frequenzen, da ein Elko keine hohen Frequenzen durch seinen hohen L-Anteil (Verhalten einer Spule) beherrscht). Solche Kondensatoren sollten Sie immer von Plus und auch von Minus des Netzteils nach PE Ihrer Maschine machen, wenn Sie den Minus des Netzteils nicht auf Masse der Fräse legen (diese schließen die hochfrequenten Impulse der Spannungsversorgung oder Rückwirkung der Motore kurz und bedämpfen (vernichten) diese). Oder Sie schalten Minus vom Netzteil direkt auf Masse (Aluaufbau) Ihrer gesamten Maschine (inkl. PE-Anschluss, den Sie ja so wie so an den leitenden Teilen der Maschine anschließen müssen – ist Vorschrift! Dann genügt ja ein 100 nF bis 220 nF Kondensator von Plus auf Minus).

Besser noch, Sie geben einen PA (Potentialausgleich) auf die Aluteile Ihrer Fräse. Bei Firmen ist das ja vorgeschrieben. PA ist z.B. ein Anschluss an das Kupferrohr der Heizung – besser noch, ein Kabel zum Fundamenterder Ihres  Hauses (etwa 6 bis 10 qmm Kupferleitung).  Bei Fragen > einfach fragen > 01799171232 - immer.....

 

Die neuen Endstufen DM556 sind ja für 50 Volt Netzteilspannung gebaut ( ältere, aber baugleiche DM556 halten nur 45 Volt aus - Vorsicht bei gebrauchten Endstufen!!! ), somit steht dem Betrieb mit einem 48 Volt Netzteil nichts mehr im Wege – denkt man. Aber durch Rückwirkungen der Motore (Generatorwirkung beim schnellem Bremsen usw.) können da sehr schnell über 50 Volt entstehen. Darum kaufen Sie lieber 80 Volt Endstufen, auch mit 48 Volt Netzteilen. Dann sind Sie auf der sicheren Seite und wissen, dass Ihre Steuerung „ewig“ läuft. Auch können Sie dann die Spannung "mit gutem Gewissen" am Netzteil noch etwas höher einstellen (50 Volt oder mehr, aber achten Sie auf die Bauart des Netzteils, ob die Regelung diese Spannungserhöhung auch verkraftet - Verkäufer fragen!).

Mit 80 Volt Endstufen DM856 und einem Trafo mit etwa 48 Volt Wechselspannung haben Sie dann Leistung ohne Ende (48 Volt Wechselspannung gleichgerichtet ergeben etwa gute 68 Volt Gleichspannung). 50 Volt Wechselspannung ist aber "oberste Latte", das sind dann 70 Volt Gleichspannung und im Leerlauf noch etwa 6% mehr. Bleiben Sie lieber bei 48 Volt Wechselspannung am Ausgang des Trafos!

Fragen Sie einfach den „freundlichen Elektrofachmann an der Theke Ihrer Kneipe“, denn über 40 Volt dürfen Sie als Nichtfachmann ja nicht arbeiten. Aber so ein Netzteil ist echt gut und auch günstig zu erstellen. Den Brückengleichrichter bitte auf einer Metallfläche befestigen, wegen der Kühlung.

Ein Trafo wie z.B. http://www.conrad.de/ce/de/product/710614/ mit 2 * 24 Volt in Reihe geschaltet geht natürlich auch. 48 Volt mal 1,414 = am Ausgang des Kondensators fast 68 Volt und die Leistung reicht sicher auch aus. Mit 68 Volt sind Sie schon auf der sicheren Seite und auch noch sicher vor Überspannungen durch Rückwirkung der Motore. Eine gute Lösung mit viel Power (andere Firmen bieten solche Trafos sicher noch günstiger an - einfach suchen...). Sie müsen die beiden Ausgänge mit 24 Volt aber in Reihe schalten Info > http://www.hobby-bastelecke.de/bauteile/trafo_wicklungen.htm

Wenn ein Motor im Vollschritt z.B. 4 Ampere verträgt, dann können Sie diesem Motor im Mikroschritt 4 Ampere * 1,414 = 5,6 Ampere "aufbürden" - wenn es ein guter Motor ist......

Netzteil mit Ringkerntrafo

 

Mit Schaltnetzteilen geht die Spannungsversorgung natürlich auch (nur zur Info - keine Empfehlung):

Bei den 80 Volt Endstufen DM856 genügt ja ein normales 60 Volt Netzteil mit nur 6 Ampere für drei Achsen nicht mehr (meine Meinung). Entweder Sie kaufen ein 10 Ampere Netzteil, oder Sie schalten zwei 6 Ampere Netzteile zusammen. Wenn Sie so wie rechts im Bild arbeiten, nehmen Sie dünne und lange Leitungen für die Verbindung vom Netzteil zum Brückengleichrichter (etwa 0,5 qmm Klingeldraht, der hat pro Meter einen Widerstand von 0,04 Ohm und somit bei 6 Ampere einen Spannungsverlust von 0,24 Volt). Oder Sie verbauen Widerstände wie unten gezeigt. Je einen Widerstand mit 0,1 Ohm und minimal 5 Watt Leistung in die Plus-Leitung zum Gleichrichter.

Aus "Profi-Sicht" würde ich Ihnen aber empfehlen, bei einem starken Netzteil zu bleiben. Zwei Netzteile können Ihnen sehr viel Ärger machen und das muss bei den heutigen, kleinen Preisen für Netzteile nun wirklich nicht sein.

 

Zwei 60 Volt Netzteile

Wenn Sie die Möglichkeit haben, stellen Sie beide Netzteile auf genau die gleiche Spannung ein (etwa 61 bis maximal 63 Volt). Klopfen Sie nach dem Einstellen immer wieder mit dem Schraubenzieher auf das Netzteil, damit sich das Potentiometer "ausrichtet" und dann wieder genau einstellen usw..

Warum? Solche geregelten Netzteile arbeiten eigentlich sehr genau und das kann zum Problem werden. Liegt die Ausgangsspannung eines Netzteils nur 0,3 Volt über der Spannung des zweiten Netzteils, wird natürlich nur dieses Strom liefern (wie bei zwei Wasserleitungen, wo eine einen höheren Druck hat). Wird aber immer mehr Strom benötigt, wird dieses Netzteil überlastet und das zweite Netzteil kann nicht helfen (seine Spannung ist ja um 0,3 Volt zu gering). Es wird also immer nur das Netzteil mit der höheren Spannung arbeiten. Im schlimmsten Fall wird dann das Netzteil mit der höheren Spannung abschalten (wegen Überlastung) und dann fällt die ganze Last auf das zweite Netzteil mit der geringeren Spannung - dieses wird natürlich dann auch überlastet und abschalten. Darum die Widerstände, diese passen die Spannung bei Belastung an (durch den Spannungsverlust über dem Widerstand;  Strom * Widerstand = Spannung) und somit arbeiten immer beide Netzteile. Aber mehr wie etwa 0,2 bis 0,3 Volt können diese Widerstände auch nicht ausgleichen. Darum stellen Sie die Spannung beider Netzteile bitte sehr genau ein!

 

Zwei 60 Volt Netzteile

Wie betätige ich die Schalter. Betrachten Sie mal Bild 1 und Bild 2. Der Unterschied ist die Schräge der Betätigung. Die Betätigung 2 ist dreimal so genau wie die Betätigung in Bild 1. Der Winkel ist steiler und so haben Sie bei wenig Weg der Achse eine große Betätigungsstrecke (maximal 60 Grad!). In Bild 3 wird im Schaltergegenlauf betätigt, das ist nicht so günstig, da sich die Schaltfahne des Schalters verkanten könnte und der Schalter würde zerstört. Genau wie die Betätigung in Bild 4, so etwas ist absolut tödlich!!! Einmal zu weit gefahren und der Schalter ist zerstört. Auch können Sie bei dieser Anordnung nicht in den Minusbereich fahren, was manchmal nötig ist.   

Schalterkunde

Der mechanische Aufbau der Betätigung ist sehr wichtig. Der Schalter links (1) hat einen sehr kleinen Schaltweg, darum ist die Schaltgenauigkeit sehr hoch. Der Schalter rechts (2) hat eine lange Schaltfahne und einen sehr großen Betätigungsweg. Achten Sie immer darauf, dass die eigentliche Schalterbetätigung so nahe wie möglich an der Rolle stattfindet oder direkt unter der Rolle ist (wie bei den Schaltern im Bild oben). Die Wiederholgenauigkeit eines guten Schalters liegt bei 1/8 Mikroschritteinstellung der Steuerung zumeist unter 5 ym  (0,005 mm). Über längere Zeit wird sich aber der Nullpunkt verändern, wie bei allen mechanischen Systemen.

Schalterkunde


Beachten Sie bitte, dass Mikroschalter ein gewisses „Setzungsverhalten“ haben. Diese sind ja mechanisch und deren Betätigung auch und somit wird sich im Lauf der Zeit der Schaltpunkt verändern. Wenn Sie also einen festen X/Y-Anschlag machen, so prüfen Sie dessen Nullpunkt mindestens alle drei Monate nach. Fahren Sie an diesen Anschlag, der ja Null darstellt, plus halben Fräserdurchmesser und prüfen Sie, ob da alles noch stimmt. Die Wiederholgenauigkeit eines Schalters sagt ja nur zu dem Zeitpunkt der Prüfung etwas aus, aber nicht über längere Zeit gesehen. Was ist die Alternative zu mechanischen Schaltern? Es sind Initiatoren, die aber geschützt angebracht werden sollten und es sind Reedschalter und Lichtschranken. Diese Schaltelemente halten die Position des Schaltvorgangs natürlich für immer in etwa genau, wenn die Maschine mit guten Führungen aufgebaut ist.  Reedschalter sind auch sehr genau, aber am besten sind Laserlichtschranken ( deren Betätigungselement oder Fläche „geputzt“ wird – mit einer kleinen Bürste frei von Spänen gehalten wird ). Es gibt auch gute Gabellichtschranken am Markt, die z.B. bei fast allen Druckern oder Plottern eingebaut werden und hoch genau schalten. Leider hat sich noch keine Firma die Mühe gemacht, diese auch in ein vernünftiges Gehäuse einzubauen. Wenn Sie Holz oder Kunststoff fräsen, so achten Sie bitte bei den Initiatoren darauf, dass diese nur bei Metall schalten.


Grundstellungsabfragen und Endschalter der Maschine:

Initiator: (Ein Initiator im technischen Sinn ist ein Schalter, der berührungslos arbeitet und auf Material reagiert.)
Aufbau und Wirkungsweise:
Der Näherungsschalter ist ein elektronischer Befehlsgeber. Grundsätzlich unterscheidet er sich von einem mechanischen

Grenztaster dadurch, dass er schon bei Annäherung, also berührungslos, schaltet und elektronisch, also kontaktlos, arbeitet.
Da keine verschleißbaren mechanischen Teile wie Betätigungsorgane und Kontakte vorhanden sind, ist die Lebensdauer

praktisch unbegrenzt. Kontaktabbrand und durch Umgebungseinflüsse hervorgerufene Kontaktverschmutzungen können
nicht auftreten.
Der elektronische Näherungsschalter arbeitet geräuschlos, prell- und rückwirkungsfrei. Er ist unempfindlich gegenüber

Erschütterungen. Es gibt keine unsichere Kontaktgabe, wie sie bei mechanischen Schaltelementen durch zu langsame
Betätigung, zu geringen Schaltstrom usw. auftreten kann. Eine Kontaktwanderung bei Schalten von Gleichstrom ist
ausgeschlossen.
Der Oszillator des induktiven Näherungsschalters erzeugt mit Hilfe der im offenen Schalenkern liegenden Spule ein

hochfrequentes, magnetisches Wechselfeld, das an der aktiven Fläche austritt. Wird in diesem Feld ein elektrisch leitendes
Material (zum Beispiel Metall) gebracht, so entsteht eine Induktionswirbelspannung. Der fließende Wirbelstrom entzieht
dem L-C-Schwingungskreis (Spule-Kondensator) Energie. Die Belastung des Oszillator-Schwingungskreises bewirkt eine
Verkleinerung der Schwingamplitude. Der Oszillator ist bedämpft.
Die Verkleinerung der Amplitude wird von der nachgeschalteten Elektronik in ein eindeutiges elektrisches Signal

umgewandelt. Hierdurch wird der Schaltzustand des Näherungsschalters geändert.
Wird das elektrisch leitende Material aus dem Wechselfeld entfernt, so vergrößert sich die Schwingungsamplitude wieder

und über die Elektronik wird der ursprüngliche Schaltzustand des Näherungsschalters wieder hergestellt. Der Oszillator
ist unbedämpft.

Die Näherungsschalter reagieren natürlich auch auf Späne und Verunreinigungen, die beim Fräsen entstehen. Der Initiator muss darum immer an einer sauberen und geschützten Stelle angebracht werden. Auch Temperaturänderungen können das Schaltverhalten beeinflussen. Diese Art der Abfrage ist sicher nicht genauer, wie ein guter Mikroschalter an der Achse.

  • Induktiver Näherungsschalter: Sie reagieren sowohl bei ferromagnetischen als auch bei nichtmagnetischen aber
    metallischen Gegenständen auf das Auftreten eines Wirbelstrom.
  • Kapazitive Näherungsschalter: Sie reagieren auch auf nicht elektrisch leitende Werkstoffe.
  • Magnetische Näherungsschalter (z. B. Reedschalter oder Reedkontakt ) reagieren auf ein Magnetfeld.
  • Optischer Näherungsschalter: Sie reagieren auf Lichtreflexion.
  • Lichtschranke: Lichtschranken werten die Unterbrechung eines Lichtstrahles aus.
  • Ultraschall: Näherungsschalter werten die Reflexion eines Ultraschallsignals an einem Hindernis aus.
  • Elektromagnetische Näherungsschalter, bei denen Annäherung die Schwingfrequenz von Schwingkreisen ändert.
    Sie reagieren sowohl auf leitende als auch auf nicht leitende Werkstoffe.
  • Anschluss: Pin 1 br = + / Pin 3 bl = Minus / Pin 4 sw = geschaltet bei Signal ein / Pin 2 ws = geschaltet bei Signal aus
    Seit 2005 ist bei Pin 3 statt blau auch die Farbe Grau zugelassen.

Normale Mikroschalter sind eigentlich sehr genau. Wichtig ist, dass über die Kontakte auch genügend Strom fließt.
Wird ein Mikroschalter an einer elektronischen Schaltung betrieben, so sollte ein weiterer Belastungswiderstand
(etwa 1 bis 2,7 kOhm - je nach Betriebsspannung der Schalter) am Ausgang gegen Masse angeschlossen werden, da sonst die Kontakte mit der Zeit hochohmig werden (etwas Stromfluß muss schon sein, denn elektronische Eingänge von Steuerungen ziehen fast keinen Strom).


Ein Vorschlag für die Anbringung des Position-Null-Schalters in der Z-Achse. Rechts die Z-Achse der früheren P1, aber auch bei der neuen P2 können Sie das so machen. Der Schalter wird von der Halterung der Kugelgewindemutter betätigt (geht natürlich auch mit Trapezgewindemutter).

Schalter der Z-Achse der P1


Wenn Sie den Nullpunkt mit Initiatoren abfragen, so sollten Sie immer an einer Kante abfragen, wie bei den Bildern rechts. Auch kann die Maschine bei der Nullpunktsuche den Ini "überfahren" und es entsteht keine Kollision mit dem Initiator. Die Löcher für die Schraube zur Ini-Betätigung werden in Zukunft nicht mehr gemacht. Es ist besser an einer Kante der Mutter oder an der Linearführung selbst den Nullpunkt abzufragen (Ini = Initiator).

X-Initiator

Z-Initiator

 

Die Funktion der Schalter z.B. bei PC-NC:

Die Maschine fährt zum Nullpunkt und drückt den Schalter. Je nach Geschwindigkeit überfährt dann die Maschine diesen Punkt und dann fährt sie in die andere Richtung, bis der Schalter wieder frei wird. Es ist also nicht das erste Betätigen des Schalters, das den Nullpunkt anzeigt, sondern das wieder den Schalter freigeben. In diesem Fall wird also z.B. in diesen Achsen die Maschine weitere 5 mm über den Schaltpunkt hinausfahren, was bei direktem Anfahren des Schalters (oberes Bild Nummer 4) dessen Zerstörung zur Folge hat.  
Noch mal der Ablauf. Die Maschine fährt den Schalter schnell an und merkt bei dessen Betätigung, dass dort der Nullpunkt sein müßte. Je nach Geschwindigkeit und eingestellter Rampe stoppt die Maschine über dem betätigten Schalter (was bis zu 5 mm weiterer Verfahrweg sein kann). Dann fährt die Maschine in die andere Richtung ganz langsam, bis der Schalter wieder freigegeben wird. Erst dieses Schalten zeigt der Steuerung den echten Nullpunkt an. Schnell anfahren (Eilgeschwindigkeit) - dann überfahren (je nach Rampe kommt die Maschine zur Ruhe) - dann wieder langsam freifahren (je langsamer, desto genauer wird der Nullpunkt). Darum muss jeder Schalter überfahrbar sein, ohne dass er dabei zerstört wird. Der Schalter schließt und dann beim Öffnen wird der Nullpunkt gespeichert.

 
Wo kaufen Sie Kabel usw. günstig ein? Z.B. bei der Firma Conrad Elektronik. www.conrad.de  Die Motorkabel sollten abgeschirmt sein was CY aussagt, auch sollten diese flexibel sein was FD aussagt, 4G0,75 bedeutet 4 Adern mit je 0,75 qmm Querschnitt.

Das ist z.B. die Bezeichnung eines solchen Kabels für den Motor : 
STEUERLEITUNG ÖLFLEX® FD 810 CY 4G0,75  (mit 4G0,5 laufen die Motore natürlich auch)
Für die Schalter braucht das Kabel nicht abgeschirmt sein z.B.:
STEUERLEITUNG ÖLFLEX®FD CLASSIC810 3G0,5 (mit 4G0,5 bzw 5G0,5 können auch alle Schalter in einem Kabel geführt werden)

Als Schalter können Sie jeden guten Mikroschalter mit Rollenhebel usw. nehmen z.B.  Conrad Bestellnummer 704679-29 
Kabelschlepp usw. gibt es auch bei Conrad. Der Mikroschalter von Conrad: >  hier  ein super Schalter

 

Die P3-Cobra für Firmen muß natürlich im Industriestandard aufgebaut sein. Extra 24 Volt Steuerspannung ist Pflicht bei Endstufen und Netzteilen > 48 Volt.

EMS darf natürlich nach den geltenden Vorschriften (VDE, BGV, CE) Steuerungen erstellen und vertreiben, aber solche „Profiaufbauten“ kosten für Modellbauer einfach zu viel Geld. Darum werden solche Steuerungen und deren Aufbau hier auf dieser HP nicht angeboten. Das Hauptproblem stellt die „HF-Dichtheit“ dar (abgeschirmte Gehäuse, Verteilerdosen und Steckverbindungen, abgeschirmte Leitungen und Verschraubungen, durchgehende Erdung der Maschine (PA) usw. usw. Auch müssen alle Sicherheiten nach BGV berücksichtigt werden usw. usw. Darum vertreibt EMS keine Steuerungen, da alle diese Vorschriften zum günstigen Preis einfach nicht eingehalten werden können und wenn Sie die Verdrahtung Ihrer Maschine (mit CE-Steuerung) selbst machen, erlischt die CE-Zulassung ja auch.

Lesen Sie einfach mal diese CE-Erklärung durch, zur Klarstellung, dann dürfte Ihnen alles klar sein > CE .pdf   

Energieversorgung der P3

 

Das ist nun die endgültige Steuerung dieser P3-Firmenfräse. Die beiden 60 Volt Netzteile werden über Dioden (Brückengleichrichter) auf einen Kondensator mit 4700 yF gekoppelt und liefern die Power für die drei DM8056 Endstufen. Das Not-Relais ist notwendig, da bei undefiniertem Zustand die beiden Relais der Interfaceplatine einschalten. Darum ein "Stop" der Spindelsteuerung bei undefiniertem Zustand der Steuerung.

Beachten Sie bitte den Punkt links vom HAN 16 Stecker im Gehäuse, wo die Leistung zu den Schrittmotoren geführt wird. Die Ansteuerung der Endstufen und die Schrittmotorleitungen sind in etwa 90 Grad versetzt geführt und solch kreuzende Leitungen strahlen sich gegenseitig keinen „Schmutz“ ein. Wenn Sie die Kabel der Leistung und Steuerung parallel verlegen, kann es zu Störungen zwischen diesen Drähten kommen. Also 230 Volt Leitungen und auch die Leitungen für die Antriebe immer mit Datenleitungen kreuzen und nicht parallel oder im Bund bzw. Kabelkanal verlegen (mit Schirmung geht das ja noch, aber ohne Schirm entstehen Probleme). 

Ein Stecker an der Steuerung genügt ja, um alle Schittmotore und Schalter auf eine andere Fräse umzuleiten. Ein HAN 16 Stecker (16 Pin`s von der Firma Harting). 3 x 4 Pin`s für die Motore, eine Sromzuleitung für die Schalter und drei Rückmeldungen der Schalter sind genau 16 Pin`s. Die Abschirmung kontaktiert der Schutzkontakt des Steckers.

Solche Stecker erhalten Sie bei >>  http://www.stecker-express.de/

Steuerung der P3

 

Ein Kunde fragte wie es möglich ist, mit einem 16-poligen Stecker eine Fräse mit Initiatoren zu versorgen. Hier die Lösung:

 

Wenn Sie geschirmte Kabel verwenden oder die Verbindung der Achsen mit einem Kabel machen (Minus (Masse) aller Achsen mit einem Kabel verbinden (Tischachse mit X-Achse und dann weiter zur Z-Achse mit einem Draht auf die Aluteile) können Sie den Minusanschluß von jedem Teil der Fräse beziehen. Verbinden Sie den Minus des Netzteils mit den Gehäuseteilen der Steuerung und mit allen Aluteilen der Fräse (der PE der Versorgung (230 Volt vom Netz) ist dann auch dabei). Dann haben Sie eine sichere Masse an der gesammten Fräse und einen sicheren Bezug des Minus-Pols für z.B. Initiatoren. Auch haben Sie dann weniger HF-Strahlung der Fräse, da alle Teile mit dem PE verbunden sind - ist nicht nur besser, sondern auch Vorschrift nach VDE.

 

Also drei Motore mit je 4 Leiter ist 12 Anschlüsse. Drei Sensoren mit einmal Plus durchgeschleift zu allen Sensoren und drei mal Ausgang der Sensoren ist 4 Anschlüsse - Minus haben Sie ja dann von allen Teilen (Aluteile) der Fräse. 12 plus 4 Anschlüsse sind also 16 Anschlüsse.

 

 

Sie wollen in G-Code programmieren? Dann ist das die ideale Lernseite (Sehen Sie sich die Befehle mal an, ist sehr einfach). Auch können Sie dann Ihr Fräsprogramm lesen und entdecken mögliche Fehler sehr schnell: http://www.mf-soft.de/cnc1/didakt2/einfuehr.htm

Frage: Ist die Maschine CE-konform?
Was Sie privat im Keller mit Ihrer Fräsmaschine machen ist Ihre Sache. Wenn Sie aber eine Fräse gewerblich betreiben, müssen Sie die Vorschriften der Berufsgenossenschaft und des TÜV einhalten. Ich habe Ihnen diese unten als .pdf zusammengestellt, was einer CE-Erklärung entspricht. Wenn Sie einen Fräsenbausatz bei mir erwerben, so müssen Sie zwangsläufig die Maschine fertig stellen und somit erlischt die CE-Erklärung, da Sie ja Änderungen an der Maschine vornehmen. Darum ist eine CE-Erklärung für einen Bausatz eigentlich Quatsch, da diese immer durch die Fertigstellung der Maschine erlischt. Lesen Sie sich die pdf-Datei mal durch, dann wissen Sie was Sache ist. Auch solche kleinen Fräsen sind sehr gefährlich. Ein 8 mm Fräser mit 15000 U/min geht durch Ihre Hand wie ein Messer durch Butter!
Gefertigt nach Maschinen-Richtlinie  (2009/127/EG  2009(93/37/EWG   2006/42/EC) > als .pdf       

WinPCNC-Grundeinstellungen sehen Sie hier: http://www.cnc-modellbau.net/winpc-nc-anleitung/index.html Geschwindigkeiten und Größe der Maschine usw. bitte auf Ihre Fräse anpassen (auch den Weg der Achse pro Schritt des Motors!).

Infos über Estlcam und Chinaspindeln >>  http://www.estlcam.de/chinaspindel.php