"Großen" Gleichstrommotor betreiben

[butz]

Servus zusammen,
also mein Problem hat zwar nur entfernt mit Modellbau zu tun, aber mit Elektronik schon.
Ich habe so eine elektrische Seilwinde http://www.ebay.de/itm/68010-Elektrisch ... 20b49a7eab (12 V, 8-118 A, 900 kg max.) und möchte damit ca. 25 kg heben. Das ist für das Teil ja quasi Leerlauf.

Ich habe also ein solches Netzteil genommen: http://www.amazon.de/gp/product/B002WE2 ... -1&seller= (5-15 V, 0-20 A) und das lief auch erst mal. Ich habe die Spannung auf ca. 6 V geregelt, damit das schön langsam läuft, der Motor hat dann 10-12 A gezogen, was das Netzteil ja auch problemlos bringt. Zusätzlich habe ich den Strom am Netzteil noch auf ca. 16 A begrenzt, damit es beim Starten keinen Ruck gibt.

Soweit alles perfekt, lief genau, wie ich es wollte, sanft und langsam.
Dann ist mir das Netzteil kaputt gegangen und ich weiß nicht wirklich warum. Es ist nicht während der Motor gelaufen ist kaputt gegangen sondern entweder beim Abschalten (Abschaltspannung? Aber die sollte der Schalter ja eigentlich nicht ans Netzteil durchlassen) oder "einfach so" jedenfalls lief es bis zum Schluss und jetzt geht es nicht mehr an.

Die Frage ist, wie schalte ich das, damit das Gleiche nicht wieder passiert. Ein Kollege E-Techniker, der aber grade stark beschäftigt ist, meinte, eine Diode als Freilauf und ein Kondensator von 1 F(!) sollten es sein. Aber wie schalte ich das, ich muss den Motor ja für die Richtungsumkehr umpolen.

Statt die Spannung zu drosseln, sei es auch sinnvoll, den Motor per PWM anzusteuern, bloß, was brauche ich dann für eine Beschaltung, bei PWM habe ich ja quasi dauernd die hohen Spannungsspitzen durch das Ausschalten. In der Bucht gibt es bspw. solche PWM Regler: http://www.ebay.de/itm/12V-30A-Drehzahl ... 2a137eda75.

Ich hoffe auf halbwegs leicht realisierbare Vorschläge. Vielleicht hat ja auch jemand die ultimative Idee, warum mein Netzteil überhaupt kaputt ist.

Danke und Grüße
Benjamin

[Dudi92]

Abend,
Aus dem RC-Modellbau kann ich dir sagen, dass Graupner nicht unbedingt den besten Ruf hat, was Zubehörelektronik betrifft. Die Geräte werden von anderen Firmen eingekauft und weiterverkauft. Die Qualität soll wohl auch hin und wieder schwanken.
Vielleicht ist in dem Gerät ja eine Schmelzsicherung oder ähnliches verbaut, was den Geist aufgegeben hat.

Ansonsten verstehe ich nicht, warum du nicht wie empfohlen eine Autobatterie benutzt. In Verbindung mit einem prozessorgesteuerten Ladegerät, sollte so doch immer genug Saft vorhanden sein. Im entsprechenden Fachgeschäft wird man dir sicherlich eine passende Batterie andrehen Das alles sollte dann doch noch recht günstig kommen.

Ich bin neugierig: Was machst du denn mit dem lustigen Spielzeug? Klingt spannend

LG Christoph
P.S.: http://www.rc-heli.de/board/archive/ind ... 00623.html

[butz]

Hi Christoph,
danke für deine Antwort!

Vielleicht ist in dem Gerät ja eine Schmelzsicherung oder ähnliches verbaut, was den Geist aufgegeben hat.

Habe ich vergessen zu schreiben: Eine Schmelzsicherung hat das Teil, aber die ist in Ordnung.

Ansonsten verstehe ich nicht, warum du nicht wie empfohlen eine Autobatterie benutzt. In Verbindung mit einem prozessorgesteuerten Ladegerät, sollte so doch immer genug Saft vorhanden sein.

Das Problem ist, dass ich ja gerne die Geschwindigkeit etwas bzw. deutlich herabsetzen würde. Wenn dann noch der Einschaltstrom begrenzt wäre, dass es keinen Ruck gibt, wäre alles perfekt.
Vielleicht geht es mit dem gelinkten PWM-Regler und dazu eine Batterie + Ladegerät?

Ich bin neugierig: Was machst du denn mit dem lustigen Spielzeug? Klingt spannend

Ich möchte damit eine Vitrine an der Wand hochziehen, aus der auf einer Ebene die Züge rausfahren können. Bei Gelegenheit gibts auch Bilder!

Danke auch für den Link!
Viele Grüße
Benjamin

[Dudi92]

Hallo Benjamin,

Zu PWM kann ich dir leider gar nichts sagen. Da bin ich absolut unwissend
Vielleicht kannst du auch eine 6V Motorradbatterie verwenden. Mit einem Kondensator parallel geschalten wird der Anlaufstrom begrenzt. Die Werte dafür kann ich dir aber leider auch nicht sagen.

Wenn man mal davon ausgeht, dass das Graupner Netzteil Mist war, könnte es mit einem besseren funktionieren, nehme ich an. Da spart man sich den Umweg mit einer Batterie.

Ja Bilder wären toll Vor allem weil hier mit Kanonen auf Spatzen geschossen wird, bin ich begeistert

LG Christoph

[Brillentraeger]

Hallo Benjamin,
Gleichstrommotoren haben ein so paar Besonderheiten, zum Beispiel holen sie sich beim los laufen so viel Strom wie sie bekommen können (…grins… man gibt ihnen den kleinen Finger und die Reißen einen den Oberkörper ab). Diese Stromspitze ist relativ kurz, (ja kurz, …ich weiß, darüber kann man streiten) auf alle Fälle ist sie so kurz, dass die Sicherung und auch die Strombegrenzung in Deiner Stromversorgung erst gar nicht einmal darauf anspringt. Erklärung Sicherung zu langsam und Regelschleife hat eine Todzeit. Weiter ist die Stromspitze richtig groß, der Motor hat quasi in diesen Moment 0 Ohm. Dazu ist das „Eisen“ im Motor noch im Nullpunkt der Hysterese, hierdurch kann der Strom der in die Wicklung fließen kann, größer werden als während sich der Motor dreht. Zuletzt kannst Du davon ausgehen, dass ein Motor, der mehr als 100A kann auch so viel will.

Wenn Du den Motor startest, will er den voll möglichen Strom, Dein Linear Regler Netzteil ist aber erst einmal recht weit offen, außerdem liefert es im Einschaltmoment mehr als die popligen 20A (es hat u.a. „einen“ Ladekondensator, und das geht alles ungeregelt (weil Langsam – siehe oben) über den Längsregler. Dieser macht das ein paarmal mit, dann gibt er auf. Während des Betriebs geschieht auch noch folgendes, der Ausgang liefert 6V und sagen wir mal 15A – also 90 W (…ja,ja, für die ganz genauen VA), der Längsregler sieht 15V-6V= 9V und 15A also 135W – das zermürbt ihn auch.

Du kannst davon ausgehen, dass der Längsregler im Netzteil (RIP) ist.
Für so einen solchen Motor musst Du eine Stromversorgung nehmen die gute 150A kann, sonst killst Du früher oder später jede Stromquelle die Du dahin klemmst.

Gruß VJ

P.S. es läuft im einstelligen ms Bereich ab, um sich das anzusehen benötigt man mindestens ein 40MHz Oszi

[butz]

Danke für die ausführliche Erklärung. Bin aber noch etwas unschlüssig, welche Lehren ich daraus ziehen soll:

Wenn der Motor beim Einschalten ja noch quasi keinen Widerstand hat, entspricht das ja einem Kurzschluss. Nun sollte aber doch ein Kurzschluss im ms-Bereich nicht unbedingt das Netzteil zerstören, ein Kurzschluss kann ja schließlich immer mal vorkommen, wenn man mit einem Netzteil hantiert.
Ich war dagegen bisher eher davon ausgegangen, dass die Spannungsspitze, die der Motor beim Ausschalten induktiv erzeugt, das Netzteil gegrillt hat.

Auch die Rechnung mit dem Längsregler verstehe ich nicht ganz. Abgesehen davon, dass ein Netzteil, wo 0-20 A bei 5-15 V draufsteht auch 0-20 A bei 5-15 V liefern sollte, ist es ja wohl nicht so, dass diese genannten 135 W im Netzteil verheizt werden - eine Wärmeentwicklung konnte ich vielmehr überhaupt nicht feststellen.

Abschließend schreibst du, ich brauche eine Quelle für min. 150 A. Soviel will ich dem Motor aber auf keinen Fall geben, sonst zerreißt es mir ja die ganze Mechanik! Ich will ihn sanft und langsam steuern. Vielleicht hat ja jemand dazu noch eine Idee oder Ahnung von der PWM.

Viele Grüße
Benjamin

PS: Ich schieße mit Kanonen auf Spatzen, weil ich keine kleinere Seilwinde finden konnte. Alternative wäre ein Spindeltrieb gewesen, aber das wäre auch sehr teuer geworden in der Größenordnung.

[Brillentraeger]

Hallo Benjamin,

sorry, vergiss bitte das was ich oben an technischen Ausführungen geschrieben habe, ich wollte eigentlich nur beschreiben was da geschieht und bin wohl etwas zu fachlich geworden. Liegt daran, dass ich Tag für Tag beruflich mit elektronik Hardware NERDS zu tun habe.

Eine Sache kannst Du mir aber glauben, die Energieversorgung von einen Elektromotor muss immer mindesdens genau soviel Strom (oder mehr) können wie der Motor und es ist egal ob Du eine Phasenanschnittsteuerung, eine Impulspausenreglung, eine vollelektronisch Computergesteuerte Spannungsquelle oder ein einfaches Netzteil hast. Wenn die Stromversorgung nicht stark genug für den Motor ist, geht früher oder später jedes Netzteil flöten.

Bei Conrad gibt es einen super Getriebemotor, 12V 10A ca. 40 U/Min mit ausreichend Drehmoment, für etwas über 100 Euronen, wir wickeln in unseren Musterbau damit Drahtrollen um, die wiegen so 50-200Kg, der Motor schafft das... Steuerung auch von Conrad 140 Euro und Netzteil eines von der HUTSCHIENE 12V 15A - FUNZT GUT

Gruß VJ

[butz]

Hi, danke für die Erklärungen.
Leider bin ich irgendwie nicht in der Lage, die genannten Teile bei Conrad zu finden!?

Da Seilwinde mit Getriebe etc. ja schon vorhanden sind, habe ich mal den Motor von der Seilwinde abgeschraubt und geschaut, ob man den evtl. gegen einen schwächeren tauschen könnte. Das würde auch prinzipiell ziemlich leicht gehen, wenn man denn einen bekommen würde, der mechanisch daran passt (2 Befestigungsschrauben im Abstand von 62,5 mm und eine Keilwelle mit ca. 13 mm Durchmesser, wollte ich jetzt nicht genau messen, weil alles voll Fett ist).

Mir ist dann noch die Idee gekommen, dass ich ja vielleicht einfach den Rotor neu bewickeln könnte. Dann müsste ich nur wissen, wie viel Kupferlackdraht mit welchem Durchmesser ich da drauf wickeln muss. Der Stator besteht ja nur aus Permanentmagneten.

Dazu dann die Motorsteuerung von Conrad für 140, wenn ich die jemals finde und ein Netzteil von der Hutschiene (ich nehme an, das heißt, irgend eines, was man gerade findet).

Die Idee gefällt mir eigentlich ganz gut, ich hoffe, sie wird jetzt nicht gleich zunichte gemacht

Edit: Könnte es klappen, wenn ich für den rund 10x geringeren Strom einfach einen 10x geringeren Drahtquerschnitt verwende und dafür 10x mehr Wicklungen draufhaue? Oder sehe ich da Abhängigkeiten, wo keine sind?

Viele Grüße
Benjamin

[Brillentraeger]

Hallo Benjamin,

den Getriebemotor den wir im Musterbau verwenden, findest Du bei Conrad wenn Du auf der Internetseite oben Getriebemotor eingibst. Dann Links beim Hersteller DOGA und zum Beispiel 12V. Wir verwenden je nach Durchmesser der Kabelrollen den 199298 oder den 198450.

Deine Hubgeschwindigkeit berechnest Du anhand des Trommeldurchmessers Deiner Kabelrolle (da wo Du dein Zugseil aufwickelst). Berechnung: Durchmesser Kabelrolle in cm x 3,14 x U/min Motor, Ergebnis ist dann in cm je Minute.

Wenn Du von der Auswahlseite aus auf einen Motor klickst, dann ist links wieder ein Link für Gleichstrom Drehzahlsteller, hier verwenden wir eine 20A Steuerung für den 10A Motor und eine 10A für den 6A Motor, Du benötigst ggf. noch einen 10KOhm Poti für die Geschwindigkeit und ggf. einen Endschalter (dafür ist die Steuerung vorgesehen).

Ein Netzteil findest Du wenn Du bei Conrad „Stromversorgung 12V“ eingibst, dann kann man aus richtig vielen wählen. Ganz oben auf der Seite von Conrad findest Du einen Link „Firmenkunde“ da haben wir bestellt, deshalb habe ich keine präzisen Preisangaben gemacht.

Gruß JV

[butz]

Hi JV,
das erklärt, warum ich die Motoren nicht "erkannt" habe: Die kosten ja doch weit über 100 für den Privatmann.

Was hältst du denn von meiner Idee, den Trommelanker vom vorhandenen Motor neu zu wickeln? Falls das geht, wäre das eine wesentlich einfachere Lösung. Ich habe den Anker schon unter die Lupe genommen und schätze, dass das ziemlich gut machbar sein sollte.
Der hat übrigens 4 Pole/ 16 Nuten. Das Wicklungsschema würde ich natürlich einfach beibehalten.
Ich müsste nur wissen, ob ich mit zehnfacher Wicklungszahl und einem Zehntel Drahtquerschnitt grob richtig liege oder ob ich da vielmehr groben Blödsinn verzapfe...
In der Bucht gäbe es auch gerade passenden Draht aus einer Firmenauflösung einer Motorenwicklerei

Viele Grüße
Benjamin

[Brillentraeger]

Hallo Benjamin,

habe mir ehrlich gesagt schon heute früh Gedanken darüber gemacht, habe es dann absichtlich nicht angesprochen.

Fangen wir mal beim Widerstand an, (ich erkläre später warum wir den Widerstand R benötigen) wir benötigen für die Berechnung des Widerstands die Querschnittsfläche (Draht) …

Kreisfläche aus Querschnitt A = D² x Pi / 4 wenn wir Pi/4 ausklammern (können wir, weil das gleich bleibt) haben wir eine direkte Beziehung von A = D² … wenn wir jetzt D² um den Faktor 10 verkleinern (den Querschnitt um x 0,1 kleiner machen) wir A um den Faktor 100 Kleiner.
Jetzt Widerstand R = L (Drahtlänge in m) / 56 (Konstante für CU) /A (Querschnittsfläche von oben). Wir setzen ein… nur Faktoren… weil Draht 10 x länger und 10 x dünner (was vom Bauraum her mal Logisch ist)

Also (habe für den Originaldraht mal einen Querschnitt von 1mm gewählt, das ergibt einen Querschnittsfläche von 0,7853mm²) R = 1m / (56 x 0,7853mm²) = 0,2273 Ohm

Dann (der Querschnitte wird 1/10 kleiner also 0,1mm, das ergibt einen Querschnittsfläche von 0,007853mm²) R = 10m / (56 x 0,007853mm²) = 227,3 Ohm

Wie man sieht wird wenn man den Querschnitt um den Faktor 10 verkleinert und das ganze 10 x Länger macht der Widerstand 1000 x größer.

Und jetzt die Erklärung warum ich auf den Widerstand herumreite… gleiche Spannung am Motor, 1000 x größerer Widerstand ergibt bei 12V auch 1/1000 Strom. Z.B. vorher 1A danach 1mA.

Um den Motor zu bewegen, musst Du das Magnetfeld das den Motor bewegt wieder genau so groß machen wie mit dem Originaldraht, weil Du geschrieben hast ist der Stator ein Permanentmagnet (dann muss es genauso stark sein damit sich was bewegt).

Gehen wir mal davon aus , dass wir wenn wir den Draht um den Faktor 10 dünner machen auch 10 mal mehr Windungen „draufbringen“.

Magnetfeld H = I (Strom) x Windungszahl / (Wurzel aus Länge² + Ankerdurchmesser²) siehe Magnetische Feldstärke einer Zylinderspule.

Magnetfeld ORIGINAL H = I (Strom 1A) x Windungszahl 1 / (Wurzel aus 1²m + 10²mm) = 0,99995 A/mm

Magnetfeld NEU H = I (Strom 1mA) x Windungsz.10 / (Wurzel aus 10²m + 10²mm) = 0,00099995 A/mm

Hier mit den Werten wird das Magnetfeld ~1000 Mal kleiner sein als auf der Originalwicklung… das FUNZT denke ich nicht !

Dann benötigst Du dann noch ein Harz um die Wicklung zu fixieren oder Backlackdraht… sonst löst sich Deine Wicklung bei der Drehung des Motors auf...

Gruß VJ

[butz]

Hi VJ,
ich bin nicht so leicht von meiner Idee abzubringen

wenn wir jetzt D² um den Faktor 10 verkleinern (den Querschnitt um x 0,1 kleiner machen) wir A um den Faktor 100 Kleiner.

Also ich wollte eigentlich schon den Querschnitt, also die Querschnittsfläche 10x kleiner machen, nicht den Durchmesser. Somit wird der (Ohm'sche) Widerstand wohl auch "nur" um Faktor 100 ansteigen und nicht um 1000.

Und jetzt die Erklärung warum ich auf den Widerstand herumreite… gleiche Spannung am Motor, 1000 x größerer Widerstand ergibt bei 12V auch 1/1000 Strom. Z.B. vorher 1A danach 1mA.

Wenn ich es richtig verstehe, gilt diese Gleichung aber nur im Moment des Einschaltens, oder?

Um den Motor zu bewegen, musst Du das Magnetfeld das den Motor bewegt wieder genau so groß machen wie mit dem Originaldraht, weil Du geschrieben hast ist der Stator ein Permanentmagnet (dann muss es genauso stark sein damit sich was bewegt).

Also wenn der Motor derzeit ein Magnetfeld erzeugt, mit dem er bei einer Last von 9000 N an der Seilwinde noch problemlos anläuft, kann ich mir nicht vorstellen, dass er mit "weniger" Magnetfeld (wie auch immer das "weniger" aussieht) gleich automatisch gar nicht mehr anläuft.

Ich treibe meine Überlegungen mal weiter:

Momentan ist ein Draht mit 0,8 mm auf dem Anker. Es sind 16 Nuten also auch 16 Wicklungen und jede Wicklung hat 10 Windungen. Eine Windung hat ca. 16 cm Draht.
Also hat der ganze Draht eine Länge von 16*10*0,16 m = 25,6 m. Das ergibt wohl einen Widerstand von 0,92 Ω. Nun ist der Motor vierpolig, sodass 4* ein Viertel des Drahtes parallel geschaltet ist, somit hätte der Motor nur noch einen Ohm'schen Widerstand von 0,92/16 Ω = 0,058 Ω. Damit könnte beim Anlaufen ein Strom vom 12 V/0,058 Ω = 207 A fließen.
Ich muss sagen, da kommt weniger Strom raus als ich bislang geschätzt hätte

Wenn ich jetzt nur allein vom Anlaufstrom ausgehe und den auf ca. 15 A begrenzen wollte, müsste ich also überall, wo ich bislang Faktor 10 eingesetzt hatte eher Faktor √(207/15) = 3,7 einsetzen. Also 3,7x geringere Querschnittsfläche und 3,7x mehr Windungen. Das käme mir dann auch insofern entgegen, dass ich nur noch ca. 1/3 zu wickeln hätte

Dann benötigst Du dann noch ein Harz um die Wicklung zu fixieren oder Backlachdraht… sonst löst sich Deine Wicklung bei der Drehung des Motors auf...

Na das sollte doch irgendwie hinzubekommen sein...

Viele Grüße und vielen Dank
Benjamin

[Brillentraeger]

Hallo Benjamin,

ganz ehrlich, und das ist wirklich kein Aprilscherz, lasse es sein .

Gruß VJ

[butz]

Hi VJ,
also diese Antwort finde ich jetzt nicht gerade zufriedenstellend. Eine Begründung hätte ich da schon gerne.

Wenn ich jetzt statt den Anker umzubauen anfange, da einen 180 Euro teuren Motor dranzuschustern, der da eigentlich gar nicht dran passt, was gewinne ich dann?
Ich könnte das mit dem umgebauten Motor ja zumindest mal versuchen, wenn es nicht klappt, was verliere ich? Kupferlackdraht für ein paar Euro? Einen Motor, den ich schon habe und so wie er ist eh nicht brauchen kann?

Vielleicht funzt der Motor nicht, vielleicht kostet es mal wieder ein Netzteil (unwahrscheinlich, wenn der Ohm'sche Widerstand schon so hoch ist, dass nur 15A fließen können) oder der Motor fackelt ab oder brennt durch, aber dabei sollte eigentlich kein großer Kollateralschaden entstehen, der ist ja in einem massiven Metallgehäuse.

Ich denke, ich werde es drauf ankommen lassen. Wir sind hier im Niedervoltbereich, da kann man denke ich auch mal ein bisschen experimentieren, mit einem 230V-Motor würde ich das sicher nicht machen.

Du hast mir mit den bisherigen Antworten schon sehr geholfen, danke dir!
Viele Grüße
Benjamin

[jogi]

Ich möchte damit eine Vitrine an der Wand hochziehen, aus der auf einer Ebene die Züge rausfahren können.


Hast Du schon mal über eine andere Möglichkeit nachgedacht ??

z.B. mit Gewindestangen ?
Dazu braucht es dann keine großen Motore .
Mit 2 Gewindestangen , verbunden mit Zahnriemen .
Da gibt es jede Menge Lösungen .

[HahNullMuehr]

Moin, jogi,

er hat offenbar:

[...] Alternative wäre ein Spindeltrieb gewesen, aber das wäre auch sehr teuer geworden in der Größenordnung.[...]

Gruß

[butz]

Hast Du schon mal über eine andere Möglichkeit nachgedacht ??

Ja habe ich, habe ich auch oben mal erwähnt.
Gewindestangen sind denke ich nicht geeignet, die haben einen großen Widerstand und werden sich schnell abnutzen.
Spindeltriebe in der Größenordnung dürften teuer werden.

Daher kam ich auf die Idee mit der Seilwinde. Das hat ja auch hervorragend funktioniert, so lange es lief
Die Höhe konnte ich auf weniger Zehntel Millimeter exakt einstellen, die Züge sind da absolut zuverlässig drübergefahren, es gab keine einzige Entgleisung.

MfG
Benjamin

[butz]

Hi zusammen,
ich wollte nur kurz mitteilen, dass ich den Motor inzwischen neu gewickelt und verharzt habe und er läuft super!
Jetzt (nicht jetzt, erst nach den Ferien) muss ich noch etwas an der Steuerung basteln und dann wird es auch einen bebilderten Bericht geben und sicher auch ein Video!

Grüße
Benjamin

[butz]

Hallo,
auf meiner Webseite gibt es jetzt den Bericht zum Bau der Vitrine: http://www.bahn87.de/Vitrine
Mit einigen Bildern und dem versprochenen Video.

Wer möchte, kann sich auch direkt das Video anschauen: http://www.youtube.com/watch?v=sT18-mXE6ng

Viel Spaß beim Betrachten/ Lesen!
Benjamin

[HahNullMuehr]

Moin Butz,

großes Kino, ganz großes Tennis! Der Schattenbahnhof hochkant. Das muss erstmal einer nachbauen.

Das Sahnehäubchen auf der Creme wäre jetzt noch eine automatisierte Stopp-Einrichtung, die die Angelegenheit immer millimeterbruchteilgenau in der vorgewählten Etage halten lässt. (Das läuft noch per Augenmaß, wenn ich den Text recht verstehe.)

Mir schwebt da eine (noch völlig unausgegorene) Schaltmethode mit einigen Flachband-Schleifkontakten vor, so nach dem Motto: Wenn Etage 3 gewählt wird, wird ab Etage 2 ½ auf "Halbe Kraft" umgeschaltet, bei weiterer Annäherung auf "Dead Slow" und bei Erreichen des Stockwerks ist der Motor aus.

Wie werden eigentlich digitale Drehscheiben gesteuert? Die halten ja auch immer genau am Gleisanschluss.

Gruß