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.

Während Fabian ein Großprojekt begonnen hat (mehr dazu in einem eigenen Artikel) sind diverse Sachen in und um die Werkstatt in der Mache. Hier mal wieder ein kleiner Einblick.

Verbesserung CNC Y-Antrieb

Der Antriebsstrang der CNC Fräse lief sprichwörtlich nicht ganz rund. Aufgrund einiger etwas zu großzügiger Fertigungstoleranzen (kurzum: Schlecht gearbeitet) lief die angetriebene Mutter nicht wie wir uns das vorgestellt hatten…

Nachdem die Maschine nun wieder einige Monate still stand sind nun alle Teile neu hergestellt und es kann an endlich die Wiederinbetriebnahme gehen. Mehr dazu in Kürze!

Kleinteile

Für (und mit) dem wunderbaren Escape-Room „The Code Agency“ Düsseldorf entstanden an einem Abend mit viel Cola und Pizza die folgenden Teile (Links der Prototyp, Rechts das Ergebnis). Wozu diese Achsen später dienen ist noch ein Geheimnis…

Hier war alles dabei: Drehen, Fräsen, Feilen, Kaltbrünieren

Und auch für unseren Hallennachbarn ist noch etwas von der Drehbank gefallen. Ein langer Bolzen mit beidseitigen Gewinden. Drehen macht einfach Spaß!

Bisschen was für zu Hause

Vor einiger Zeit hatte ich mir Lowboards gekauft, mit dem Ziel sie „schwebend“ an die Wand zu hängen. Sah dann doch nicht so gut aus und so standen die beiden Boards längere Zeit auf Konservendosen.

Als der WAF zu kippen drohte mussten kurzerhand Füße her! Also die Säge angeschmissen und schnell ein drei rahmen zusammengeschweißt.

Kabelschlepp

Unser Kran hat endlich seinen lang ersehnten Kabelschlepp bekommen. Material dafür hatten wir ja bereits länger rumfliegen, uns aber immer etwas darum gedrückt. Basis ist eine Vorhangschiene aus dem Theater/Messebaubereich (in diesem Bereich war sie zumindest am günstigsten. Ansonsten auch als Torschiene bekannt).

Als Höhenausgleich und zum leichten abhängen wurden L-Winkel an die Schienenhalter geschraubt.

Kran hebt Kran, oder „Doppelkran“ – natürlich nur testweise und bis für den zweiten Kran eine Kranschiene verbaut wurde. Dieser soll dann über der Drehmaschine schweben und bei Montagearbeiten (Futter, Schlosskasten, Lünette, etc.) sowie bei schwereren Werkstücken helfen.

Abgedreht!

Auch in unserer Hobbywerkstatt ist mittlerweile alles digital; vieles geht im CAD auch wirklich schneller von der Hand. Also soll die Werkbank einen kleinen Rechner für die üblichen Werkstattaufgaben bekommen und das möglichst platzsparend / flexibel.

Aus den Kleinanzeigen hat ein Ergotron Monitorarm für einen schmalen Taler den Weg zu uns gefunden. Damit dieser bei Bedarf auch schnell demontiert werden kann, ist folgende Aufnahme entstanden:

Alu Drehen macht Spaß, die langen Späne (ungeeignete Platten, ich weiß) dieser Legierung nicht so. Ging aber dann doch recht fix von der Hand un die Oberflächen waren in Ordnung.

Der Zapfen wird mit einer Unterlegscheibe gegen den Tisch gezogen. Da wackelt nix…

Und hier das fertige Ergebnis. Unspektakulär, aber wenn man weiß das man es selber gemacht hat, bringt es doch irgendwie Freude.

Trotz eines proppe vollen Normteilesortiments von M3 bis M12 fehlt trotzdem IMMER die passende Schraubenlänge. Im Abdrehen von Schrauben bin ich mittlerweile echt geübt… Auch hier musste noch schnell die Drehmaschine ran.

Voll Laser

Über die Reparaturarbeiten an einem HP Laserinterferometer hatten wir ja bereits mit ein paar Fotos am Rande berichtet. Fabian hatte kürzlich bei der Auswerteinheit die Federbleche einiger Taster getauscht.

Diesmal auf der Werkbank: Ein weiterer Laser. Dieser hat gut Feuchtigkeit abbekommen, was zum aufblühen des Magnesium- (?) Gehäuses führte.

Bei der Elektronik selbst haben wir ein gutes Gefühl, nach einer ausgiebigen Reinigung sollte dort wieder alles funktionieren. Die Laserquelle sowie die optischen Komponenten wurden jedoch mehr in Mitleidenschaft gezogen.

Ob wir den zweiten Laser wieder zum laufen bekommen werden? Wir sind gespannt.

Heute kamen nach nur 8 Tagen Lieferzeit zwei Pakete aus China an.

Hattet ihr nicht schon…

… eine Heidenhain Digitalanzeige an der Maschine? Richtig! Die Maschine haben wir damals mit einer Heidenhain Digitalanzeige gekauft. Leider funktionierte ein Kanal des Zählers nicht mehr richtig… Ein (Reparatur-)Austausch hätte 3-400 EUR gekostet. Da wir aber ohnehin gerne noch eine dritte Achse (Z0, also den Oberschlitten) auf der Wunschliste hatten, wäre das noch teurer geworden.

Teileliste

• Easson ES-8C Digitalanzeige (3 Achsen)
• Easson G11 „Medium“ Glasmaßstab, Auflösung 1mü, 750mm
• Easson G31 „Slim“ Glasmaßstab, Auflösung 1mü, 150mm
• Easson G31 „Slim“ Glasmaßstab, Auflösung 1mü, 250mm

Gekauft haben wir direkt bei Easson in Suzhou. Das ist nochmal etwas günstiger als bei Ali & konsorten und man hat die Möglichkeit sich ein individuelles Paket zusammenzustellen. Anfragen werden zügig bearbeitet (Zeitverschiebung beachten!) und der Support ist fähig.

Digitalanzeige Easson ES-14CS

Beim Durchstöbern von Ali Express bin ich zufällig auf eine Sonderversion der ES14 Digitalnazeige gestoßen. Diese besitzt einen 0-10V Ausgang für die Spindel und ermöglicht bei kleiner werdenem Durchmesser eine automatische Anpassung der (Schnitt-) Geschwindigkeit. Dadurch wird diese immer konstant gehalten.

Da unsere Maschine jedoch keinen Frequenzumrichter besitzt, werden wir von diesem Feature erstmal keinen gebrauch machen. Nützlich ist jedoch die Anschlussmöglichkeit für einen induktiven Sensor, welche die Drehzahl direkt an der Spindel abnimmt und anzeigt.

Leider war die ES-14CS aktuell nicht lieferbar… Weswegen wir zur kleinen Schwester gegriffen haben:

Digitalanzeige Easson ES-8C

• Anzeige von drei Achsen
• Achsensummierung in Z1 und Z0
• Kegelmess- und Drehfunktion
• Die üblichen Funktionen, Nullpunktspeicher, Positions-Rechner, Mittelpunktfinder, usw.

Die Digitalanzeige kommt in einem massiven Aluminiumgehäuse und besitzt eine ordentliche Folientastatur. Auch das Display ist gut abzulesen und reagiert schnell.

Ansonsten gibt es zu der Digitalanzeige nicht all zu viel zu sagen. Zählt halt… so sollte es sein.

Einrichtung

Geht fix (bis auf die Fehlerkompensation), viel ist ansonsten sowieso nicht einzustellen.

1. Digitalanzeige ausschalten, wieder einschalten und beim Startbildschirm „8“ drücken, um einen vollständigen Reset aller Einstellungen durchzuführen.
2. Digitalanzeige erneut aus- und wieder einschalten. Diesmal die Taste „ENT“ drücken, bis der Titel „Configuration“ am unteren Bildschirmrand erscheint.
3. Mit den Pfeiltasten hoch/runter lässt sich das Menü navigieren
4. Einstellungen
   1. Color: Anzeigefarbe / Farbschema
   2. Language: Englisch (ist für uns okay, kann man aber auch auf Deutsch umstellen)
   3. Mode: Lathe (für Drehbank)
   4. Axis: 3 (Anzahl der Achsen)
   5. Res: Einstellung der Auflösung, standard 5mü. Durch drücken der Achsen-Tasten umschaltbar auf 1mü pro Flanke

Nach jeder veränderten Einstellung gelangt man durch drücken von „ENT“ wieder zurück ins Menü.

Mit der nichtlinearen Fehlerkompensation beschäftigen wir uns noch mal im Detail.

Vertrauen ist gut…

… Kontrolle ist besser. Für jeden Glasmaßstab liegt ein Messprotokoll vor, welches man über einen aufgedruckten QR Code abrufen kann. Neben Seriennummer befindet sich hier auch eine Info zum verwendeten Messgerät (0,1mü Glasmaßstab) sowie dessen letzter Kalibrierung und zusätzlich noch Infos zum dafür verwendeten Messgerät (Laserinterferometer) und dessen Kalibrierung.

Mit diesen Daten lässt sich dann die nichtlinearen Fehlerkompensation füttern.

Bei unseren günstigeren Glasmaßstäben an der Korradi Universalfräsmaschine sah das Protokoll nicht besonders vertrauenserweckend aus, eher nach Copy & Paste.

Eins noch mal zum Schluss: Ja, die Maßstäben nur ein einfaches (und anfälliges) Rechtecksignal. Sinus (siehe Heidenhain) wäre besser, jedoch auch deutlich aufwendiger und am Ende damit teurer. Für unsere Zwecke reichen diese Maßstäbe allemal aus. Wir wollen ja schließlich keine Teile für die Raumfahrt drehen… zumindest aktuell nicht.

Montage

Auf der X und Z0 gab es ja bereits vorher ein Messsystem, entsprechend können wir die vorhandenen Montagemöglichkeiten nutzen. Auch die Leitungsführung ist bereits vorhanden.

Etwas aufwendiger wird die Montage an Z1. Wir haben uns an den Z Achsen für die G31 Version der Maßstäbe entschieden, welche zwar etwas teurer sind, aber dafür 8mm in der Höhe und 4mm in der Breite kleiner sind als die Standardgröße G11.

Demnächst geht es an dieser Stelle weiter. Erstmal müssen wir jedoch Zeit für die Montage finden.

Projekt Bett

Fabians „Bett-Projekt“ befindet sich auf der Zielgeraden. Nach den letzten CNC Fräsungen konnte das Möbel zum ersten Mal zusammengebaut werden. Ein Traum in 180×220 cm.

Laser Tisch

Der Laser hat endlich seinen (verdienten) Tisch mit Rollen bekommen. Dank Alu Systemprofil war der Aufbau schnell erledigt. Details findet ihr hier.

Späne

Neben dem ganzen Alu-Profil-Geschraube gab es auch mal wieder richtige Späne auf der Drehbank. Hier entstehen Teile für den Laser-Tisch.

Kleines Experiment

Unsere geringe Erfahrung mit der CNC Alu-Bearbeitung führt immer mal wieder zu Aufbauschneiden (und leider auch gebrochenen Werkzeugen). Wie man diese Materialschonend wieder sauber bekommt haben wir hier getestet – Ergebnis: Essigsäure!

Nebenbei sind auch wieder neue Fräser Versuchsobjekte von Sorotec eingetroffen. Wir hoffen aber künftig weniger VHM in die „Box der Schande“ werfen zu müssen.

Bandsägen Tuning

Gleich nach dem Kauf der Bandsäge (und teilweise schon davor) haben wir angefangen Ideen für Verbesserungen zu sammeln. Hier das erste Ergebnis. Damit sich die Maschine einfacher reinigen lässt hat der Kühmittelkreislauf eine 7,2 mm Schnellkupplung aus dem Pneumatikbereich bekommen.

Leider baut die Pumpe nicht ausreichend Druck auf (Flügelradpumpe), weswegen die Waschpistole nicht sonderlich viel Späne wegschafft. Eventuell bauen wir eine stärkere Pumpe ein…

Neuer Schweißhelm

Nach dem stundenlangen anschauen von Schweißvideos auf YouTube und der Suche nach einem zweiten Automatik-Schweißhelm für WIG bin ich irgendwie bei Optrel hängen geblieben. Nach etwas Überlegen (die Dinger sind teuer) hatte ich den Optrel Panoramaxx dann auch schon bestellt…

Was gibt es fürs Geld?

• Schleifmodus… dank Aufblendstufe 2,5 muss man den Helm zum Schleifen nicht abnehmen
• Riesiges Gesichtsfeld… da der Schrim nahe an den Augen sitzt und sehr breit ist sieht man fast wie ohne Helm
• Sehr leicht… man merkt ihn fast nicht
• Stufe 2,5 bis 12… Reicht also für MIG, MAG, WIG, Elektrode und Plasma in einem.
• Einstellmöglichkeiten… oder Automatikmodus. Mit den ganzen Optionen müssen wir uns erst noch vertraut machen.

Vermutlich sind wir unter den Hobbywerkstätten eine der wenigen mit diesem Helm – missen möchten wir ihn aber jetzt schon nicht mehr!

Schnell gebaut

Um die alte Bandsäge guten Gewissens verkaufen zu können werden wir sie noch etwas überarbeiten. Neben einer Grundreinigung, Fett und neuen Kugellagern wollten wir auch die eiernde Riemenscheibe reparieren.

Der einzige Innendrehstahl den wir dafür hatten konnte leider nirgendwo eingespannt werden… Also haben wir kurzerhand einen Werkzeughalter aus einem Reststück Alu hergestellt.

Fabian hat derweil eine Hülse hergestellt, welche zwischen Riemenscheibe und Getriebewelle gepackt wird.

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“.