Hier eine kleine Übersicht was in der letzten Zeit angefallen ist.

Philips Sonicare

Beliebte Zahnbürste mit jedoch häufig berichteten Problemen nach 2-3 Jahren Benutzung. Dieser Kandidat hat 4,5 Jahre Benutzung hinter sich.

Eigentlich gar nicht so wartungs-unfreundlich – wenn man weiß wie man die Zahnbürste zerstörungsfrei öffnen kann.

Schritt für Schritt

1. Heißkleber auf den unteren Deckel aufschmelzen und einen weiteren Kleberstab aufsetzen. Nochmal ordentlich Heißkleber außen rum zur stabilisierung machen.
2. Warten bis der Kleber vollständig abgekühlt ist und dann langsam den Deckel abziehen
3. Mit einem kleinen Flachschraubenzieher im Inneren der Zahnbürste vorsichtig die zwei schwarzen Halteclips ausrasten und die Zahnbürste durch leichten Druck auf die Kopfaufnhame vom Gehäuse trennen
4. Zum Lösen des Heißklebers einfach etwas Isopropanol auftragen

BOSCH GAS 35M

Eigentlich waren wir sehr zufrieden mit dem Sauger – bis er nach für nach massiv an Saugleistung verloren hatte und die automatische Filterabreinigung (AFC) nicht mehr ansprang. Ausreinigen des Filters und eine Überprüfung der Dichtungen hat leider nicht viel gebracht.

Wir haben die Papierringe mit dem CO2 Laser ausgeschnitte, grundsätzlich geht es aber auch mit einem Schneidezirkel. Von der Montage selbst haben wir leider kein Foto.

Zum Ausbau müssen 6 Schrauben auf der Oberseite des Saugers gelöst werden. Danach kann die gesamte AFC Einheit abgenommen werden. Über dem Magneten befindet sich eine schwarze Abdeckkappe, welche einfach abgezogen wird.

Der Magnet lässt sich dann einfach herausnehmen. Der Abstandshalter aus Papier wird um den Magneten gelegt und danach wird alles zusammengebaut.

Sollte der Sauger nach dem Zusammenbau flattern bzw. komische Geräuche machen noch einmal zerlegen und mit 1 oder 3 Abstandsringen ausprobieren bis es funktioniert.

Nachttischlampe

Nachdem wir bereits die ToonieBox vom Nachbarn repariert hatten nun eine weitere Reparaturaufgabe. Eine LED Nachttischlampe der Enkelin, ohne Funktion.

Wieder etwas fummelarbeit… Lötpads neu aufbauen gehört definitiv nicht zu meinen Lieblingsarbeiten. Die Leiterbahnendichte und Breite war jedoch harmlos und so hat die Reparatur nur ca. 10 Minuten gedauert.

Neben SPS/Kleinsteuerungsarbeiten reparieren wir Geräte und entwickeln mit Mikrocontrollern wie ESP32 und Arduino. Die Ausstattung ist noch nicht ganz komplett, besitzt aber im wesentlichen alles nötige.

Ausstattung

Etwas wild zusammen gewürfelt, genau so wie unsere Projekte und Ideen. Weiter unten finden sich noch mal ein paar Dinge, die wir noch erweitern wollen.

Messen

• Rigol DHO812 Oszilloskop, (2 Kanal, 100Mhz, 1.25 GSa/s)
• Fluke Hand-Multimeter FLK115/TLK-225-1 (600V, 10A)
• Fluke 325 Stromzange (0.001 – 400A, AC/DC)
• OWON XDM1241 Tischmultimeter (4 1/2 Stellen)
• VOLTCRAFT FG-1302 Funktionsgenerator (1 Hz – 30 MHz 2-Kanal)
• VOLTCRAFT K204 Temperatur-Messgerät (-200 – +1370 °C Fühler-Typ K)
• Komponententester

Spannungsversorgung

• UNI-T UDP3305S Labornetzgerät (4-Kanal 30V/60V 10A/5A, max. 325W)
• Manson NTP-5531 Labornetzgerät (36V DC, 3A, max. 100W)

Löten

• Weller Lötstation WT 1012, digital, 90 W
• Weller Lötstation
• QUICK TR1300A Heißluft-Lötstation
• Ersa Lötrauchabsaugung Easy Arm 1

Zubehör

• Sicherheits-Messkabel
• Div. Messadapter
• Löthilfe / 3. Hand
• Platinenhalter

Kabelsalat

Kabelsalat mag ich gar nicht und drum habe ich die Anschlüsse der Netzteile und Messgeräte über Kaltgeräte-zu-Kaltgeräte Anschlusskabeln ausgeführt. Das sorgt für eine deutlich schlankere Verteilung und dank passend gewählter Kabellängen auch zu deutlich weniger Salat hinter den Geräten.

Über einen USB-Hub sowie einen Netzwerkswitch bekommen die Geräte jeweils noch ihre Steuersignale. Bisher haben wir das nur beim Oszilloskop genutzt… da ich jedoch großer Fan von Automatisierung bin und gerne mit Python spiele, wird sich sicher mal ein Projekt ergeben bei dem wir Spannungsquelle und Messgeräte miteinander verknüpfen.

Ordnung

Unsere kostbare Zeit die wir für das Hobby finden wollen wir natürlich nicht mit der Suche nach Material und Werkzeug verschwenden. Drum ist Ordnung oberstes Gebot… Ganz fertig sind wir allerdings noch nicht.

Aktuell befindet sich der Antrieb der 4. Achse auf dem Tisch, an dem Projekt wird es in Kürze endlich weiter gehen. Mehr Infos dazu hier…

Es werde Licht

Licht kann man beim Arbeiten nie genug haben und es musste dringend ein Upgrade her. Eigenbau war in der Überlegung, doch dann gab es mal wieder ein verlockendes Angebot und es ist eine Standard-Deckenleuchte geworden.

Hübsches Gimmick: Die Leuchte ist ziemlich Flimmerfrei und lässt sich über eine Fernbedienung in Farbtemperatur und Leuchtstärke steuern.

Das Licht ist sehr angenehm und blendrei. Für Detailarbeiten werden wir wohl noch einen verstellbaren Spot dazu hängen. Für’s Erste haben wir aber so schon mal eine deutlich angenehmere Arbeitsumgebung. Nicht so gut: Die Lampe ist bei Video/Fotoaufnahmen nicht ganz flackerfrei. Bei der regulären Nutzung fällt das aber nicht weiter auf.

Neues Video-Mikroskop

Meine Augen sind trotz 16 Jahren “Computerarbeitsplatz” noch erstaunlich gut, aber kleine Beschriftungen oder SMD Bauteile sind mittlerweile trotzdem schwieriger geworden. Unser kleines Videomikroskop hat bisher gute Dienste geleistet, war jedoch in Sachen Auflösung / Bildqualität nicht mehr ganz Stand der Dinge und bietet durch das feste Stativ nur sehr wenig Platz zum arbeiten.

Hier nun das Upgrade. Mit 4K UHD, Ringleuchte und einer Linse mit großer Brennweite. Nun ist genügend Abstand zum Arbeiten. Die etwas störrische “Schreibtischlampenmechanik” wird noch gegen einen Schenkarm mit fixer Höhe getauscht.

Die 3.840×2.160 Pixel liefert die Kamera nativ über HDMI, USB-C oder als gespeichertes Foto auf einer Speicherkarte ab.

Lötrauchabsaugung

Langes Wort, viele Produkte aber nur wenige taugen auch etwas. Was beim verdampfen von Flussmitteln und Lötzusätzen als Rauchschwade aufsteigt ist nicht sonderlich gesund… gerade in geschlossenen Räumen merkt man das irgendwann.

Gute Lötrauchabsaugungen mit ordentlichen Filtern sind teuer und kosten schnell 700 Euro oder mehr. Entsprechend lange suchen wir bereits nach einem Gerät auf den Kleinanzeigen – und sind kürzlich fündig geworden.

Ein ungenutzter Ersa EasyArm 1 stand schon seit einigen Monaten im Netz. Der sehr freundliche und versierte Bastlerkollege hatte beruflich Zugang zu allem was er brauchte und so wurde die Absaugung nicht mehr benötigt. In Remscheid bekommt sie nun eine neue Aufgabe.

Mit dem Platz sind wir noch nicht ganz zufrieden, vermutlich machen wir ein Loch in die Tischplatte.

So geht es weiter

Um Elektronikprojekte mit Netzspannung besser und sicherer durchführen zu können brauchen wir noch ein getrenntes Netz für Prüflinge. Früher hingen dazu große und sperrige Prüftafeln an den Wänden jedes Elektrobetriebs, den Platz haben wir jedoch nicht. Also wieder Eingenbau… das hier ist geplant:

• Getrennte Stromversorgung mit Absicherung für Prüflinge bis 3x20A
• Messbuchen um Strom/Spannung abgreifen zu können
• Not-Aus und fernbedienter Schalter
• Trenntransformator bis 1kW für sicheren Test & Betrieb
• Isolationsmessgerät

Auch ein paar Geräte/Einrichtungen stehen noch auf der Wunschliste um die Möglichkeiten abzurunden…

• Besseres Tischmultimeter / Siglent SDM3045X o.ä.
• Elektronische Last 400W
• Bessere Beleuchtung

Dieser Artikel befindet sich schone etwas länger in Planung bzw. Vorbereitung, folgende Punkte sind wie weiter oben beschrieben, just von der Liste als erledigt abgehakt worden: Videomikroskop, Heißluftlötstation, Lötrauchabsaugung

Auf der Maschine haben wir sogar zwei Optionen für die Befestigung. Konstruktionsbedingt kann die X Achse über das Tischende hinaus verfahren. So könnte die 4. Achse auch dauerhaft montiert bleiben.

Kurz zum Harmonic Drive

Hinter dem Harmonic Drive steckt ein geniales Prinzip. Über eine Antriebswelle wird ein Stahlbecher mit Außenverzahnung verformt und gegen einen Ring mit Innenverzahnung gedrückt. Die Innenverzahnung besitzt dabei weniger Zähne als die Außenverzahnung, was durch die elytische Bewegung zu einer Drehung auf der Abtriebsseite führt.

Es wird dabei relativ immer um zwei Zähne versetzt und insgesamt sind immer eine Vielzahl an Zähnen im Eingriff.

Ergebnis ist eine ruckfreie und sehr genaue Drehbewegung ohne Umkehrspiel.

Wiki / Jahobr

Sollte man wissen

• HD Getriebe können auch rückwärts laufen (Also Abtriebseitig auf die Antriebsseite). Sie sind nicht selbsthemmend! Je nach Anwendung ist eine Bremse nötig.
• Es gibt sehr flach bauende voll integrierte Servo-Getriebe-Lager Kombinationen vom Hersteller Harmonic Drive AG mit denen man sehr einfach eine 4. + 5. Achse bauen kann. Leider sehr teuer, manchmal bei eBay gebraucht für ca. 1.200 Euro zu finden.
• Baureihen xxx-CP, xxx-UH , xxx-ULW, xxx-M, xxx-H, etc. besitzen ein eingebautes Kreuzrollen bzw. 4-Punkt Lager auf der Abtriebsseite, was eine Integration deutlich vereinfacht.

Komponenten

Kleine Übersicht der Komponenten mit ein paar Detailansichten.

Gehäuse

Ein dicker Klotz aus GGG40 bzw. EN-GJS-400-15 mit Bearbeitung von drei Seiten. Guss dämpft vibrationen, lässt sich gut bearbeiten (bis auf die Sauerei) und ist ausreichend stabil. Unser Maschinentisch besteht aus dem gleichen Material.

Auf der Unterseite befindet sich eine Nut zum Einsetzen eines Nutensteins. Damit lässt sich das Gehäuse einfach an den Tischnuten ausrichten um die Rüstzeit zu verringern.

Motorhalterung

Hier steht die Wahl des Materials noch aus. Möglicherweise nehmen wir POM, Alu wäre aber auch eine Option.

Welle

Motor und Harmonic Drive haben unterschiedliche Wellen-Durchmesser, entsprechend muss ein kleines Drehteil mit Ausfräsungen her. Wir adaptieren von 19mm auf 11mm.

Harmonic Drive HFUC-25-100-2UH-SP

Das HD kommt gebraucht von einem Industrie-Händler aus Österreich. Variante HFUS kommt bereit mit einem eingebauten Abtriebslager, bei dieser Variante ein Kreuzrollenlager. CAD Modell: Harmonic Drive AG.

Kleine Aufschlüsselung der Typbezeichnung aus dem Hersteller-Datenblatt.

• HFUC
• 25 = Baugröße
• 100 = Untersetzung (1:100)
• 2UH = Integrierte Abtriebslagerung (Kreuzrollenlager)
• SP = ?

Leadshine EL6 / Stepper-Online T6 Servomotor 1 kW

Auch das Thema AC Servomotor ist schon länger im Gespräch. Als wir vor 10 Jahren mit dem Bau der Maschine begonnen hatten war der Markt noch recht klein und Motoren/Regler für den Hobbybereich zu teuer. Das hat sich mittlerweile geändert.

• Leistung 1,0 kW
• Drehmoment 3,19 bzw. 9,26 Nm
• Drehzahl 3.000 bzw. 5.000 U/min
• Encoder 17bit
• Bremse 3,2 Nm

Da Harmonic Drive Getriebe auch rückwärts Kraft übertragen können (genauer: umgekehrt von Ab auf den Antrieb), haben wir uns für einen Motor mit Bremse entschieden.

Ein paar Daten

Drehmoment

Laut Tabelle vom Hersteller gelten folgende Grenzen für unser Harmonic Drive (HD):

• Wiederholbares Spitzendrehmoment: 157 Nm
  Also die Kraft die regelmäßig und ohne Schäden erreicht werden kann.
• Durchschnittsdrehmoment: 108 Nm
  Um die angegebene Lebensdauer zu erhalten, sollte dieses Drehmoment im Durchschnitt eingehalten werden.
• Kollisionsdrehmoment: 284 Nm
  Ende Gelände, ab hier nimmt das Getriebe permanenten Schaden. Maximal zulässiges Drehmoment z.B. bei einem Crash oder einem Not-Aus.

Der Motor ist laut Hersteller mit 3,2 Nm bzw. einem Spitzendrehmoment von 9,5 Nm angegeben. Zusammen mit der Untersetzung von 1:100 durch das HD ergibt sich somit theoretisch ein Drehmoment von 950 Nm, was deutlich über der zulässigen Kraft liegt. Entsprechend werden wir den Motor in seiner Kraft abriegeln.

Kurze Info noch zur elektromagnetischen Bremse – diese ist NC, also normal geschlossen und hält die Position der Welle mit max. 3,2 Nm. Nach der Untersetzung also 320 Nm und auch damit deutlich über dem Kollisionsdrehmoment des Getriebes. Entsprechend werden wir den Motor in seiner Leistung reduzieren, eventuell sogar auf die 750W Variante umsteigen.

Geschwindigkeit

Mit Fett- und Ölschmierungen sind Antriebsdrehzahlen von 5.600 bzw. 7.500 U/min zulässig, der Motor liefert 3.000 bzw. im erweiterten Bereich 5.000 U/min. Damit sind Abtriebsseitig 30 bzw. 50 U/min möglich und eine Umdrehung der Achse dauert somit 2 bzw. 1,2 Sekunden.

Wie geht es weiter?

Aktuell warten wir auf die Komponenten aus Österreich, China und Deutschland. Sobald das Material da ist geht es auch schon an die Bearbeitung der Bauteile… Bald mehr an dieser Stelle.

Die Profile sind 30mm Systemprofil mit Nut Typ-B, seitlich kommen 30x90mm als Säulen zum Einsatz. Zur Montage wurden jeweils zwei M8er Schrauben durch die Tischplatte gefühlt und auf beiden Seiten mit 4mm Stahlplatten verstärkt.

Im Nachhinein hätte ich doch besser 45er Profile nehmen sollen – auf die 185cm steht die Konstruktion im beladenen Zustand doch etwas unter Spannung. Eventuell ringe ich mich dazu durch eine weitere Stütze in die Mitte einzubauen. Aus ästhetischen Gründen hatte ich bisher davon abgesehen. Das Auge isst schließlich mit… Bis dahin darf eben kein 40 Kilo Labornetzteil einziehen.

Und hier noch mal im hochgefahrenen Zustand als Steharbeitsplatz. Zu Hause und auf der Arbeit hat ein höhenverstellbarer Tisch bereits einzug gehalten, in der Werkstatt hatte ich mich länger darum gedrückt.

Als Gestell hatten wir ein Desktronic HomePro gewählt, da es mit 160 Kg Hubkraft genug Reserve für die schwere Platte (ca. 40Kg), den Aufbau und die ganze aktuelle und künftige Technik besitzt.

Nicht wundern, die Kabelführung sieht noch etwas wild aus. Damit hier absolute Ordnung herrscht hatte ich eine Anschlussleiste mit Kaltgerätebuchsen bestellt, warte jedoch noch auf die Lieferung. Die Geräte werden dann mit 30cm langen Kaltgerätekabeln angeschlossen. Für die Versorgung auf dem Tisch, sprich für Geräte/Maschinen/Anwendungen wird es noch ein separat abgesicherte Energieleiste geben…

Und hier noch einmal im Detail. Auf der oberen Ebene fehlt noch die Holzplatte und eine weitere Verstrebung… das holen wir in Kürze aber nach.

Dem geneigten Beobachter dürfte das neue Tierchen auf der “Vogelstange” bereits aufgefallen sein. Nach langen Jahren des Ratens hat nun ein digitales Oszilloskop Einzug in die Werkstatt gehalten.

Gefallen ist die Wahl auf ein Rigol DHO 812 mit 100MHz, zwei Kanälen und 12 bit vertikaler Auflösung. Das ist preislich noch im Rahmen, bietet eine Menge netter Features die wir für unsere Basteleien rund um ESP und Arduino gut einsetzen können (u.a. I2C / RS232 Decoding).

Jetzt gilt es sich erst einmal einzuarbeiten in das neue Spiel.. äh Werkzeug.

Damit besteht die Ausstattung nun aus…

Löten

• Lötstation Weller WT 1012
• Lötstation Weller WSD 80
• Heißluftlötstation QUICK TR1300A (Geplant)

Messtechnik

• Oszilloskop Rigol DHO 812 100Mhz 2 Kanal
• Labornetzteil Manson NTP-5531 (1-36 V DC, 3 A)
• Elektronische Last 300W (Geplant)
• Labornetzteil Rigol DP932U (Geplant)
• Tischmultimeter Owon XDM1041
• Kameramikroskop mit Display
• Lcr tc1 Komponententester

Handwerkzeug und Diverses

• Div. Schraubendreher
• Div. Zangen / Seitenschneider
• Lötmatte mit Erdanschluss

Die Maschinenleuchte in 5 Punkten:

• Günstig ( < 20 Euro)
• Betrieb mit 24 V Schutzsspannung
• LED-Leuchtmittel
• Flexibel mit großer Reichweite (460 mm Schwanenhals)
• Stabil

Teileliste

Hier ein kurzer Überblick über die verwendeten Teile. Im Netz finden sich diverse Alternativen mit anderen Gehäuseformen sowie höherer Leistung.

• 18W 24 V LED Arbeitsscheinwerfer im Alu-Druckguss Gehäuse
  eBay, ca. 7 Euro
• Schwanenhals Gravity MA Goose XL
  Div., ca. 10 Euro
• Rundmaterial Alu
  Restekiste
• Kabelschutzschlauch
  Restekiste
• M3 Zylinderkopf-Schrauben

Werkzeug

• Gewindeschneider 3/8″
• Kleber, z.B. 2 K Kleber UHU Endfest

Aufbau

1. Das Gewinde für den Schwanenhals schneiden wir direkt in das die Aufnahmebuchse des Scheinwerfergehäuses. Dazu wird zunächst der Montagebügel entfernt.
2. Das Anschlusskabel wird verlängert (Löten und Schrumpfschlauch).
3. Anschließend werden die Kabel von der 2. Seite der Buchse durch den hohlen Schwanenhals geschoben. (links). Damit nichts verrutscht kann das Kabel noch mit Kleber vergossen werden.

Der Aufbau ging so schnell, dass wir nicht einmal Fotos davon gemacht haben.

Als Basis hat André schnell einen kleinen Sockel aus Alu gedreht. Dieser besitzt je einen Kabelauslass an der Seite sowieo am Boden sowie “dekorative Streifen”.

Damit heiße Späne die Anschlussleitung der Lampe nicht all zu sehr in Mitleidenschaft ziehen bekommt das Kabel einen Stahlmantel. Wir hatten vom Umbau des Handrads noch ein paar Meter übrig.

Ergebnis

Die Leuchte macht Licht wie im OP und wird auch nach mehreren Stunden nicht heiß. Wie lange die LEDs leben wird sich noch zeigen müssen, grundsätzlich macht die Konstruktion jedoch einen sehr soliden Eindruck.

Nach nunmehr einem Jahr “Stillstand” bewegt sich die Maschine nun wieder aus eigener Kraft auf allen Achsen. Somit hat sie ihr Dasein als Ablage oder Werkbank endlich wieder hinter sich gelassen.

Angetriebene Mutter

Die Details zum Umnau und dem gesamten Projekt sind hier zu finden:

• Teil 1 – Start des Umbaus, mit CAD Modellen
• Teil 2 – mit den Aluteilen von André aus der Nähe von Bremen
• Teil 2 1/2 – Herstellung der Spindelhalter
• Teil 3 – Zwischenstand und Herstellung der Lagerblöcke
• Teil 4 – Herstellung der Drehteile
• Teil 5 – Herstellung der Spindelhalter
• Teil 6 – Montage und Trockenlauf
• Teil 7 – Montage zweiter Teil

Letzte Montagearbeiten

Nachdem die alte Zahnstange entfernt wurde konnten wir jetzt den neuen Antrieb auf der “dunklen Seite” der Maschine montieren. Dunkle Seite deswegen, weil die Maschine ziemlich nahe an der Wand steht und hier nur selten jemand hin kommt. Entsprechend unordentlich und voller Späne ist diese Seite.

Nächster Schritt

Jetzt wo sich die Maschine wieder selbstständig bewegt geht es wieder ans Feintuning. Mit dem neuen Antrieb muss die Maschine wieder neu eingerichtet werden…

Vermessung Umkehrspiel

Als Umkehrspiel bezeichnet man den Totgang, welcher beim umkehren der Richtung in einem Antrieb auftritt. Kurz: Ändere ich die Verfahrrichtung benötigt die Spindel ein paar Grad bis die neue Richtung an der Maschine sichtbar wird.

Um das Umkehrspiel zu bestimmen nutzt man normalerweise eine Messuhr und verfährt die Achse mehrfach vor und zurück. Der Wert wird in der Steuerung eingetragen. Bei der GCODE Verarbeitung addiert die CSMIO Steuerung dann bei einem Richtungswechsel die zusätzlich benötigte Bewegung zum eigentlichen Verfahrweg.

Vermessung der Kugelumlaufspindel

Kugelumlaufspindeln weisen auf ihrer Gesamtlänge entsprechend ihrer Toleranzklasse eine gewisse Steigungsabweichung auf. In der Klasse C7 (meistens durch Rollen hergestellt) sind das bis zu 50 mü (0,05 mm) / 300 mm Verfahrweg, bei unseren 2.300 mm Spindellänge also max. 0,38 mm. Da Steigungsfehler jedoch nicht linear sein müssen, kann die Kurve der tatsächlichen Spindelbewegung ganz schön wild aussehen.

In Mach3 gibt es hier die Möglichkeit eines “Screw Mappings” um auch nicht-lineare Steigungsfehler ausgleichen zu könne. Dazu muss die Ist-Position der Spindel an 3 bis 1.000 (Maximum) Punkten mit der Soll-Position verglichen werden. Als Ausgangsbasis dient ein 1 mü Glasmaßstab mit digitaler Anzeige.

Mehr dazu in Kürze in einem eigenen Artikel.

Beidseitiger Antrieb

Eine interessante Option gibt es noch zusätzlich: Unsere CSMIO IP/s Steuerung von CSlabs unterstützt für Portalfräsen das beidseitige ausrichten des Portals gegen separate Endschalter. Somit lässt sich die Maschinengeometrie (bis zu einem gewissen Grad) weiter optimieren.
Bei dieser Funktion wird die Kopplung (Master/Slave) zwischen den Achsen aufgehoben und beide fahren unabhängig voneinander gegen den jeweiligen Endschalter.

Schaltnetzteil

Zusätzlich zum Einbau der neuen Antriebe sind wir auch von 48V 10A (ca. 500 W) auf 72 V 13,9 A (ca. 1.000 W) umgestiegen. Zufällig wurden bei eBay zwei gebrauchte Netzteile des Deutschen Herstellers CamTec angeboten, welche ansonsten bei ca. 600 Euro pro Stück liegen.

Das FOTO dazu reichen wir nach. Im Eifer des Gefechts wurde keines erstellt…

Mit der verbesserten Stromversorgung können wir bereits jetzt vor allem bei der Z-Achse einen deutlichen Zugewinn an Dynamik und maximaler Endgeschwindigkeit feststellen.

So sah das Projekt Spindel vor dem Einbau aus.

• Frequenzumrichter Hitachi WJ200-055 HFE 7,5 kW Spitze
• Frässpindel HSD ES915A mit 6,6 kW Spitzenleistung
• LED Beleuchtungsring d = 90 mm
• Bremswiderstand Hitachi PWR-R600-100 1,1 kW
• Donaldson SF0020 Filter und Membrantrockner

Parametrisierung

Doch zunächst hatte der ebenfalls gebrauchte gekaufte (allerdings sehr neuwertig wirkende) Hitachi WJ200 Frequenzumrichter für einen kleinen Schockmoment gesorgt… Direkt nach dem Start zeigte das Display die Meldung “- 5 – -” an und verweigerte jegliche Eingaben am Bedienfeld. Auch die ansonsten sehr ausführliche Dokumentation hatte dazu keine passenden Angaben parat.

Fabian hatte sich mehrere Stunden mit dem Frequenzumrichter sowie der dazugehörigen Software ProDrive auseinander gesetzt, konnte das Problem schließlich beheben (u.a. Einstellung zum “Startbildschirm”) und die Spindel zum laufen bekommen.

Bei mehreren hundert (!) Parametern sind nötige und optionalen Einstellungen manchmal nicht auseinander zu halten. Hier galt es: Handbuch lesen und mit konservativen Parametern an das Optimum heran tasten.

Das Endergebnis:

Die Spindel läuft innerhalb von 4 Sekunden von 0 auf Maximaldrehzahl hoch. Dank 1,6 kW Bremswiderstand stoppt sie innerhalb von nur 2 Sekunden wieder. Mit der zugeschalteten Gleichstrombremse ab 4 Hz gibt es keinerlei Nachlaufen.

Sicherlich geht da noch mehr… das wollten wir aus Gründen der Materialschonung erstmal nicht fahren.

Pneumatischer Werkzeugwechsel

Nach dem Umbau von Schaltschrank I (Spannungsversorgung, Sicherungen, Netzteile) haben wir jetzt auch die pneumatisch lösbare Werkzeugspannung (a.k.a. Automatischer Werkzeugwechsel) in Betrieb genommen, hier ein Video:

Zum Schutz der Ausgangsschaltkreise der CSMIO/IP-S CNC Steuerung wurden die Magnetventile nochmal mit einem Solid State Koppelrelais getrennt. Induktive Lasten (trotz Freilaufdiode) findet die Steuerung, wie wir bereits einmal schmerzlich erfahren mussten, nämlich nicht so gut.

Es werde Licht

Auch Fabians Spindelbeleuchtung ist wieder aktiv. Zufällig passt die eigentlich für die Chinaspindel gedachte kreisförmige Platine perfekt um die Nase der neuen Spindel.

Das neue Anschlussgehäuse muss noch befestigt werden, doch das nehmen wir erst in Angriff wenn klar ist wie der 3D Werkstücktaster montiert wierd.

Wie geht es weiter?

Als nächstes müssen wir nochmal die Anbindung des Frequenzumrichters sowie der Spindelsensorik an die Steuerung angehen. Leider geht das aufgrund der Softwarekombination welche wir einsetzen nicht über ModBus. Da die Leitungen jedoch noch aus Zeiten der 2,2 kW Chinaspindel fertig verdrahtet liegen sollte das kein all zu großes Problem sein.

Etwas neues wird es jedoch noch geben: Mit Version 7 der Royal-CNC Software kann die Leistungsabgabe des Frequenzumrichters in der Software live angezeigt werden.

Nach wie vor gibt es weder im Deutsch- noch im Englischsprachigen Raum sinnvolle Infos über die Anbindung einer HSD Spindel. Neben dem Preis schreckt das noch zusätzlich ab. Wenn alles final eingerichtet ist wird es nochmal einen ausführlichen Artikel zu dem Thema geben, ähnlich dem Artikel zur Chinaspindel.

Insgesamt ist die Spannungsversorgung deutlich kompakter geworden. Hier noch ohne die Kabelkamm-Abdeckungen.

Links im Bild ist auch bereits die PILZ Sicherheits-Kleinsteuerung mm0p zu sehen, mit welcher wir künftig alle sicherheitsrelevanten Schaltaufgaben realisieren werden. Neben dem klassischen Not-Aus/Not-Halt sollen die Alarm-Signale der Motorendstufen und die Rückmeldung des Frequenzumrichters eingebunden werden. Stoppt die Spindel z.B. durch Überlast werden auch die Antriebsmotoren gestoppt. Leider fehlt uns aktuell noch die nötige Software zum parametrisieren der Kleinsteuerung.

Nebenbei wurden auch gleich noch ein paar “Jugendsünden” beseitigt. Nun sind alle einzeladern mindestens auf einer Seite mit einem bedruckten Kennzeichner beschriftet. Das macht künftige Änderungen oder die Fehlersuche deutlich einfacher.

Reihenklemmen

Da ich selbst immer ziemlich lange nach passenden (und kompakten) Klemmlösungen suche möchte ich gerne meine neuste Lösung etwas detaillierter beschreiben.

Ich möchte gar nicht wissen, wie viel Geld ich schon für Reihenklemmen ausgegeben habe. Vor allem da währned diverser Umbauten der Schaltschränke auch immer mal wieder ganze Reihen ausgebaut und wieder eingelagert wurden.

Für die kompakte Versorgung von Netzteilen, Aggregaten und allem was sonst noch mit Netzspannung versorgt werden muss habe ich mich in der Gebäudeinstallationstechnik umgesehen. Alle großen Hersteller (Phoenix, Wago, Weidmüller, etc.) haben ähnliche Produkte im Angebot, ich zeige hier den Aufbau der Verteilung mit Produkten von Weidmüller.

Im Montierten Zustand sieht der Anschlussblock für meinen Aufbau so aus:

Die Verteilung ist denkbar einfach. PE wird von der Hutschiene abgegriffen (normgerechten Anschluss beachten!), N kommt über die Neutralleiter-Sammelschiene (bzw. die blaue Einspeiseklemme) und die Phase wird von hinten in die Klemmstelle angeschlossen.

Aufbau

Block 1: Einphasige Anschluss

• 1x Abschlussplatte (PAP PDL4S)
• 10x Dreileiterklemmen (PDL 4 S/NT/L/PE) mit Phase, Neutralleiter und PE pro Abgang
• 1x Steckbrücke dreifach (ZQV 2.5/10) auf der Phase. Somit kann ich 3 Verbraucher sehr einfach an einen Sicherungskreis hängen
• 1x Abschlussplatte (PAP PDL4S) als optischen Trenner

Block 2-4: Dreiphasiger Anschluss

• 1x Dreileiter Klemme (PDL 4 S/L/L) für Phasen L2 und L3 als Erweiterung für die benachbarte Klemmreihe.
• 1x Dreileiterklemmen mit Phase L1, Neutralleiter und PE pro Abgang (PDL 4 S/NT/L/PE)
• 1x Abschlussplatte (PAP PDL4S) als optischen Trenner

Block 5: Einspeisung N

• Weidmüller Neutralleiter-Trennreihenklemme PNT 6/10
• Weidmüller Sammelschiene SSCH 10X3X1000 CU/SN

Montage

Die Montage gestaltet sich recht simpel auf der Hutschiene. Die Reihenklemmen mit PE können bauartbedingt nur von unten aufgegleist und dann oben auf der Schiene eingerastet werden.

Nach dem Zuschnitt der Neutralleiterschiene wird diese von oben in den Klemmenkörper geschoben. Die einzelnen Neutralleiter-Abnehmer werden mit dem Schraubenzieher “aufgeschoben”. Das ist sehr komfortabel und kann zu diagnosezwecken (Prüfung) ganz einfach deaktiviert werden.

Der blaue Punkt zeigt an, ob die Klemmstelle mit der Neutralleiterschiene verbunden ist.

Testlauf

Damit sich die Konstruktion einlaufen kann und später im Betrieb keine Probleme macht gab es heute den ersten trochenen Testlauf. Die Motoren mussten bei ausgebauter Spindelmutter 1 Stunde GCODE abarbeiten.

Hier mit offener Abdeckplatte:

Luft?!

Da ist definitiv keine Luft mehr. Als wir kürzlich die Stahlplatte auf dem Maschinengestell neu ausgerichtet haben, hatten wir nicht mit so einem geringen Spaltmaß gerechnet.

“Ja, war beim konstruieren schon alles sehr eng da”

OTon Fabian

Auf der anderen Seite haben wir jedoch noch etwas Spielraum, den wir nutzen werden.

Anschlusskästen Achsantriebe

Die originalen Steckverbinder der Leadshine Hybrid-Stepper (/Servos) hatten wir bereits gleich zu Anfang ausgetauscht. Zum Anschluss gibt es je Achse ein Alugehäuse, was jedoch etwas wuchtig geraten war. Auch bei den Ausschnitten wurde mangels Fräse… na ja, sagen wir mal “improvisiert”.

Alles neu macht der Mai! Und so gab es einen Satz neuer Alugehäuse von Hammond Electrics:

Auch bei den Kabeln diesmal keine halben Sachen. Alles wird ordentlich mit Schrumpfschläuchen befestigt. Und auch die Erde wird diesmal angeschlossen. Gerade im Hinblick auf den baldigen Umstieg von 48 auf 70 V keine verkehrte Sache.

Und hier bereist montiert (überkopf) unter den Portalwangen. Die neuen Gehäuse haben nur 1/3 des Volumens und tragen nicht so auf.

Schwarzes Alu

Merke: Wenn du Alu bohrst und die Späne werden schwarz kann das nichts gutes heißen…

André

Beim Versuch einen neuen Durchlass für das Encoderkabel zu bohren ist das Bohrloch leider verlaufen und hat das 5×1,5 mm2 Motorkabel gestreift. Glück im Unglück: Die meisten Leitungen habe ich absichtlich etwas länger gelassen und unter der Maschine “geparkt”. Somit konnte das Kabel ohne Probleme verlängert werden.

Ciao Zahnstangen

Ein letztes Relikt des alten Zahnstangenantriebs ist nun auch endlich beseitigt. Schon damals bei der Montage hatten sich zwei der Imbus-Schraubenköpfe zerfressen und wollten sich jetzt nicht ausbauen lassen.

In denkbar ungünstiger Lage wurden die Schraubenköpfe ausgebohrt. Hier das finale Ergebnis. Es wird echt Zeit für einen ordentlichen Ausdrehersatz…

Was bisher geschah..

Teil 1 – Start des Umbaus, mit CAD Modellen
Teil 2 – mit den Aluteilen von André aus der Nähe von Bremen
Teil 2 1/2 – Herstellung der Spindelhalter
Teil 3 – Zwischenstand und Herstellung der Lagerblöcke
Teil 4 – Drehteile & Übersich
Teil 5 – Spindelhalter

Gewinde, Gewinde

Bei einem der Drehteile (Hülse) ist uns beim Drehen im letzten Durchlauf der Gewindevorschub durchgerutscht und hat die davor akurat geschnittenen Gewindegänge “Überrannt”.

Ergebnis: Trotz Rettungsversuch hat das Gewinde nicht sonderlich gut getragen.

Lösung: Mit dem WIG Schweißgerät und speziellem Kupfer-Siliziumschweißstäben hat Fabian das Bauteil wieder aufgefüllt und danach erneut abgedreht. Das Drehen von Schweißnähten macht zwar nicht sonderlich Spaß, aber das Teil nochmal anzufertigen wäre noch anstrengender geworden.

Spindel-Befestigung

Der vor kurzem angefertigte Klemmblock wurde an seinen Platz an der Maschinenfrontseite montiert. Durch die Klemmung wird die Kugelumlaufspindel gegen Verdrehen gesichert.

Wer sich fragt wozu die kleinen Löcher zwischen den flachgesenkten Schrauben sind: Hier wollten wir ggf. Passstifte setzen. Aktuell sehen wir hierfür jedoch keine Notwendigkeit, da alles auf Anhieb zusammen gepasst hat.

Was hier so mangels Referenz vielleicht klein und zerbrechlich wirkt ist eine 25 mm Spindel mit darüberliegender 45er Linearführung.

Auf der anderen Seite der Spindel befindet sich ein Halter ohne Klemmung, dafür aber mit zwei dicken Tellerfedern. Dadurch erzeugen wir etwas Vorspannung (verhindert das Durchbiegen) und kompensieren die Temperaturausdehnung.

Da die Werkstatt beheizt ist (Winter 18 – Sommer 28 Grad Celsius) haben wir nur einen sehr geringen Temperaturunterschied von 10 Grad zu erwarten, was einer Längenausdehnung von < 0,4 mm entspricht.

PS: Gut, einen 32er Maulschlüssel zu besitzen…

Antrieb

Die beiden Antriebseinheiten hatten wir ja bereits im letzten Artikel gezeigt. Hier nochmal montiert und in ganzer Pracht.

Es wurden an dieser Stelle bewusste keine Passstifte gesetzt. Bei der Konstruktion hat Fabian darauf geachtet, dass die gesamte Antriebseinheit nicht überbestimmt ist, was ansonsten zu unnötigen Spannungen bzw. erhöhtem Verschleiß führen könnte

Hier nochmal von vorne. Die Abdeckung des Riemengehäuses ist noch nicht montiert.

Doktorspiele!

All zu oft haben wir über Fotos von “leergeräumten” Kugelumlaufspindel-Muttern geschmunzelt. Sowas würde uns nie passieren… denkste! Irgendwann ist immer das erste Mal und heute war es auch bei uns so weit.

Beim aufgleisen der Mutter nach der Passprobe an den Drehteilen hatte sich der Abstreifer verkantet. Um das zu richten musste die Mutter nochmal von der Spindel runter und hat sich dabei einiger Kugeln entledigen können.

Unter sterilen (Werkstattbedingungen) mussten die Kugeln wieder mühselig mit der Pinzette in ihre Bahnen gesetzt werden.

Fazit

Insgesamt hat der Umbau eine Menge Zeit in Anspruch genommen – ehrlich gesagt mehr als erwartet. Da war zunächst einmal die neu gekaufte (alte) Drehmaschine, welche überholt werden musste… Alles in Allem war der lange Weg jedoch sehr lehrreich und entsprechend stolz sind wir auf das Ergebnis.

Nochmal alles in der Übersicht.

So geht es weiter

Als nächstes müssen wir noch die zweite Seite montieren sowie die kleinen Umbauarbeiten an der Steuerung fertigstellen. Auch die leicht zu groß geratenen Anschluss-Boxen für die X-Antriebe werden nochmal angepasst.

Im nächsten Post gibt’s dann bereits den ersten Test “unter neuen Segeln”.