RF2000/RF1000 - Alternative Stepper-Motoren für Extruder.

[Nibbels]

Guten Tag

Der RF2000 hat oben auf dem Extruder je zwei Stepper mit 330g Gewicht. Wessix hat mit mir schon länger darüber diskutiert, ob es nicht sinnvoll sein könnte, das Gewicht am Extruder zu verringern. Uns schwant, dass die Extrudermotoren kleiner sein könnten, als sie sind.
Mich selbst betrifft das Gewicht doppelt, weil ich den RF2000 habe.
Uns ist aber nicht 100% klar, wie man die Datenblatt-Informationen im "Stepper-Online-Shop" abgleichen muss, sodass wir einen besseren Stepper finden können, als der aktuell verbaute.

Wenn es keiner besser weiß, ist dieses PDF vermutlich das Datenblatt zu unseren Steppern:
http://www.phidgets.com/documentation/P ... asheet.pdf

Hier ist der "Stepper-Online-Shop" den wir aktuell nach Daten und Infos durchsucht haben:
http://www.omc-stepperonline.com/steppe ... -1_21.html

Herleitung und bekannte Facts:

Anschlussgröße Nema 17 / 42mm x 42mm
Step Angle: 1.8° / 200 Steps

Wenn man das Symbol des Datenblatts mit https://www.circuitspecialists.com/blog ... er-motors/ vergleicht, scheint der gesuchte Motor "Bipolar" zu sein.
Er hat 4 Adern.

Aktuelles Haltemoment:

Die Stromstärke für den Stepper ist laut Datenblatt <= 2,5A
Haltekraft der aktuellen Motoren laut Datenblatt ist 4800g/cm

The answer is 10197.1621298. We assume you are converting between gram centimeter and newton-meter. The SI derived unit for torque is the newton meter. 1 g-cm is equal to 9.80665E-5 newton meter.

4800 / 101,971621298 = 47 Ncm => 0,47Nm

Überlegungen:

Ich nehme an, dass die Stromstärke laut Datenblatt in etwa das Haltemoment darstellt. Ohne auf Überhitzungseffekte zu achten, die das Haltemoment vermutlich verschlechtern würden. Bei halber Stromstärke sollte vermutlich ca. das halbe Haltemoment vorhanden bleiben. Ganz grob.
(?)

Laut unserer Firmware entspricht die Einstellung Zahl = 126, welche für die Extruder gewählt ist, in etwa 2 Ampere. Das ist beim RF1000 in der Firmware eingestellt.
Beim RF2000 ist der Zahlenwert 90 eingestellt, welcher ungefähr 1,5A entsprechen würde. Laut meiner Drucker ist dieser Wert gut, dann klackert der Stepper mit dem MK8-ähnlichen Kossel-Ritzel ca. bei > 12000 Digits (Kraftwert der Firmware) durch, überspringt Steps. Ich meine, das ist eine ganz gute obere Grenze, da diese Digitswerte in etwa mit der maximalen Kraftangabe auf den Dehnmessstreifen übereinstimmt.

Ich nutze also beim RF2000 grob über den Daumen gepeilt nur in etwa 60% des Haltemoments, das der Motor könnte, um Filament in mein Hotend zu schieben. Mit dieser Kraft bin ich so stark, dass ich > Faktor 2 meiner normalerweise beim Druck erwarteten Digits abdecken kann.
Idee: Der Stepper auf dem Extruder ist viel zu schwer und viel zu stark.

Wunschkraft:

Ich meine, dass mir ein Stepper mit der Angabe 47 Ncm * 0.6 = 47 Ncm * 60% = 28,2 Ncm reichen würde.
Wessix hat auf seinem Extruder den http://e3d-online.com/Titan-Extruder verbaut.
Der hat eine Übersetzung von etwa 1:3 drin.
Er bräuchte vermutlich, mit etwas Luft nach oben nur ~ 11 Ncm .. 18 Ncm.

Frage an die Community:

Wir würden gerne alternative Stepper verbauen, die weniger wiegen als die aktuellen Stepper.
Aber uns verwirren die Angaben zu Volt, Ampere und Ohm:
Es gibt auch widersprüchliche Angaben, wie manche Stepper-Driver die Stepper mit Strom versorgen. Teilweise wird von spannungsgeregelter Ansteuerung und von stromgeregelter Ansteuerung gesprochen.
Die Basics mit Ansteuerfrequenz, Blindwiderstand vs. Ohms etc. sind mir klar, aber nur theoretisch.

Hier das Chaos:

• Der aktuelle Stepper sagt laut Datenblatt: 3.1V 2.5A 1.25Ohm
• Unsere Stepperdriver Chips beim RF1000 und RF2000 heißen: DRV8711 / DRV8711DCPR-ND
• Der interne Widerstand kaufbarer Stepper variiert teilweise zwischen ~3.5 Ohm und ~38.5 Ohm
• Manchmal ist im Titel der Angebotsseite mancher Stepper z.B. 3.5V 1A 3.5Ohm angezeigt, auf der Artikelseite steht aber Recommended Voltage 12-24V. http://www.omc-stepperonline.com/nema-1 ... p-101.html
• Der Nema 17 17HS13-0404S ist 100g leichter, ich würde als 200g Gewicht am Extruder einsparen. Für knapp 20 Euro. Hier http://www.omc-stepperonline.com/nema-1 ... p-166.html würden für mich vermutlich die meisten Zahlenwerte passen, da steht aber 12V 0.4A und Recommended Voltage 12-24V und 30 Ohm.

Welche dieser Stepper könnten wir mit unserem Board betreiben?? Alle, weil die Spannung "halt anliegt", der Strom aber geregelt wird?

LG

[Nibbels]

Das Thema Extruder-Stepper stockt aktuell.
Um es nicht zu vergessen und da es später mal helfen könnte:

Dort http://www.osmtec.com/nema_17_step_motor_17_hs.htm gibt es eine wohlsortierte Liste mit Modellen, mehr als in diesem Shop.
17HS08-1004S - 13Ncm 3.5V 1.00Ampere 3.5Ohm 150g
17HS13-1334S - 22Ncm 2.8V 1.33Ampere 2.1Ohm 220g
17HS15-1684S - 36Ncm 2.8V 1.68Ampere 1.65Ohm 280g

Diese Modelle scheinen oberflächlich betrachtet unseren Steppern ziemlich nahe zu kommen. Sie sind schwächer und leichter.
Das Thema bleibt nun vermutlich liegen, irgendwann greife ich aber wieder an

Das Modell 17HS13-1334S könnte unter Umständen für meine Direct-Drive-Strategie ok sein, sonst unter Umständen der 17HS15-1684S.
Bedeutet: 2x -50g oder 2x -110g am Extruder.

LG

[Wessix]

Hier das ist mit Sicherheit eine sehr interessante Seite zu dem Thema und hat ein Paar nützliche Links:

https://stoutwind.de/dokuwiki/doku.php? ... permotoren

[Nibbels]

Nachtrag:

Man soll beim Auslegen besonders auf die Temperatur achten.

Quelle: http://reprap.org/wiki/Stepper_motor
"Haltemoment ist proportional zum Strom"
"In die Leistung geht Strom aber Quadratisch ein."
"Die Leistung ist für die Hitzeentwicklung verantwortlich."

Umgekehrt kann ich durch das Senken der Ampere die Leistung und Hitzeentwicklung quadratisch senken.
100% -> 70% Ampere
bedeutet 100% -> 70%*70% = 49% Leistung und damit viel weniger Temperaturanstieg

Halbiere ich beim neuen Motor meine nominale Motor-Haltekraft, rechne ich also mit einer höheren Temperatur,
weil ich den neuen Motor nicht auf Sparflamme betreiben könnte.
Für meinen persönlichen Fall:
Ich hab da oben Wasserkühlung ^^.
Ohne Wakü/Motorkühler und ohne maximales Absenken der Steppermotorströme in der Firmware (für die Filamentzufuhr) würde ich nicht mehr auf die Idee kommen, dort kleinere Motoren einzubauen.

LG

[Nibbels]

Ok ...

Thema liegenlassen ging irgendwie nicht.
Ich hatte für 23Euro incl. Versand zwei kleine Stepper bestellt.

Screenshot_1.png

Geachtet hatte ich dabei auf einen verhältnismäßig kleinen Widerstand. Sodass Nennspannung/Phase ca. im Bereich unseres alten Steppers war.

OSM Technology 17HS10-0704S
180g schwer
18Ncm Haltemoment
0.7A Nennstrom/Phase

Standardgröße Nema17, Biploar, Rundschaft, Schrittwinkel 1.8°, gleich wie unser Wantai 42BYGHW811.
Betriebstemperatur ~10°C bis 50°C, Temperaturanstieg 80°C Max., gleich wie unser Wantai 42BYGHW811.

Zuerst war unklar, wie man den Stepper anschließen muss, aber wenn man etwas googled

Screenshot_3.png

und dann die Datenblätter abgleicht, ist der Fall klar:
Die Farben scheinen einigermaßen standardisiert zu sein, Es gibt ein Standard-Symbol für Bipolare Stepper, mit den Phasen A, !A, B, !B.
-> Die Kabelfarben waren identisch mit denen unseres Wantai 42BYGHW811.
Meine kaputten Stepper haben ihr Anschlusskabel verloren und sind in den Müll gewandert. Dafür habe ich jetzt zwei Adapterkabel für die neuen Motoren, welche direkt am Motorblock einen etwas anderen Stecker haben.

In unserer Firmware gibt es in:
- RF1000.h
- RF2000.h
jeweils die Konfigurationskonstante MOTOR_CURRENT = {X,Y,Z,E1,E2}

Hier muss E1 und oder E2 so gewählt werden, dass der maximale Strom, welcher durch den Stepper getrieben wird, im zulässigen Bereich ist. Unser originaler Stepper durfte laut Datenblatt 2.5A. Der kleine Stepper darf laut Datenblatt 0.7A.
Je höher dieser Wert, desto mehr Digits kann der Stepper aufbauen ohne durchzutickern. Man kann damit quasi das oberste Kraft-Limit setzen, mit dem das Filament in das Hotend getrieben wird.
Ändert man diesen Wert E1 bzw. E2 nicht auf eine kleinere Zahl, wird zu viel Leistung durch den Stepper gejagt und er wird schnell heiß.

Vergleich:
Wantai 42BYGHW811 bei 1.4A: Der Motor schafft ca. 10000 .. 11000 Digits, bevor er überspringt.
OSM Technology 17HS10-0704S bei 0.70A = 45: Der Motor schafft ca. 4500 Digits, bevor er überspringt.
OSM Technology 17HS10-0704S bei 0.80A = 50: Der Motor schafft ca. 5100 Digits, bevor er überspringt.
OSM Technology 17HS10-0704S bei 0.87A = 55: Der Motor schafft ca. 5900 Digits, bevor er überspringt.

Screenshot_2b.png

Den Test habe ich genau so durchgeführt wie diese Viskositätstest http://www.rf1000.de/viewtopic.php?f=23 ... Cse#p16769, die Digit-Zahlen sollten einigermaßen genau sein.

Fazit:
Ganz grob gesagt: 18Ncm ist das unterste, was ich als Direct-Drive nutzen könnte.
Meine gefühlte Empfehlung für den RFx000 mit übersetzungslosem Directdrive liegt vermutlich, wie errechnet, irgendwo bei 22 bis 30 Ncm bzw. ~1.2A

Mit dem getesteten kleinen Motor wird man viele Materialien drucken können, manche aber nicht. In der Praxis hängt der Erfolg sicherlich vom Material und von der Innenbeschaffenheit des Hotends und der Druckgeschwindigkeit ab. Wird ein Stepper heiß, verliert er (hörensagen) etwas Haltekraft. (Ich kühle den aber gut)
Man kann selbstverständlich mit einem e3d Titan oder einer anderen Übersetzung wieder "max. Digits gutmachen". Mit einer Übersetzung von 1:3 und mehr Steps pro Millimeter dürften sich die möglichen Digits wieder auf das alte Niveau anheben lassen.

Sollte ich diesen Stepper dauerhaft benutzen wollen, müsste ich vermutlich auf 0.8A (+14%) oder etwas höher betreiben, sodass er mindestens 5000 oder 6000 digits schafft. Damit müsste ich die meisten Materialien bzw. ihre erforderlichen Digits abdecken können.
PLA mit < 2500 und TPE mit < 1000 digits wären überhaupt kein Problem. ASA-X könnte knapp werden.

Screenshot_4.png

Was ist mein Vorteil?

Der alte Motor wiegt 330g pro Stück.
Der kleinere Motor wiegt nur 180g pro Stück.
Sollte der kleinere Motor dauerhaft fehlerfrei und mit anständigen Temperaturen arbeiten, könnte man dadurch beim RF2000 am Extruder 300g einsparen.
Tests laufen

LG

[R3D3]

Hi Nibbels,

Noch ein Nachteil des kleineren Steppers, der nicht verschwiegen werden sollte: bietet viel weniger Kühlfläche für meine Kühlung

Aber Spaß beiseite, die Idee ist an sich nicht schlecht . Habe auch zwei der Originaltrümmer auf dem Schlitten und aus Vorsorge die Gechwindigkeiten und Beschleunigungen in X etwas heruntergesetzt. Hast du schon Erfahrungen mit ABS?

Gedankenspiel (noch ohne belegbare Resultate ): kleines (leichtes!) Planetengetriebe zwischen Motor und Anbauflansch?

Edit: http://www.instructables.com/id/DIY-Pla ... per-motor/

Edit2: so passt meine Kühlung wieder!

[Nibbels]

Genau, weniger Kühlfläche.

Aber es geht auch weniger Leistung durch, da ich diese per Firmware-Eingriff nach Datenblatt von 1.4 .. 2A auf 0.7 .. 0.9 A reduziere.
Ich hab da mal kurz 1.4A durchgejagt, aber dann wird er doch schnell warm und pfeift sehr unangenehm. Mir fehlt die Praxiserfahrung, aber vermutlich kann ich schon dauerhaft auf 0.8 oder 0.87 A gehen, wenn ich den Motor aktiv kühle.
Bei mir ist zusätzlich knapp neben dem Motorle ein winziger Wakü-Block dran.

Hast du schon Erfahrungen mit ABS?

Ich kenne bei ABS und ner 0.3er Düse und meinen Geschwindigkeiten Digits um 3000 bis maximal 4500 (vor meiner Hotend-Säuberung http://www.rf1000.de/viewtopic.php?f=72 ... =40#p17276)
Sollte problemlos gehen.
Was ich kleiner machen muss ist die Geschwindigkeit bei der Startmade. Da erwarte ich sonst immer 7500 bis 9000 digits bei meiner Geschwindigkeit. Langsamere Made = weniger Digits.

Gedankenspiel (noch ohne belegbare Resultate ): kleines (leichtes!) Planetengetriebe zwischen Motor und Anbauflansch?

Schau das mal an, Wessix hat den verbaut:
http://e3d-online.com/Titan-Extruder
Die Filamentführung ist allerdings etwas weiter rechts. Das gleicht Wessix aus, indem er sein (einzelnes e3d-V6 beim RF1000) Hotend weiter rechts einspannt. Für ihn wäre dieser kleine 18Ncm Motor sicher die perfekte Wahl.
Was bleibt,
ist die Abwägung ob z.B. ein 230g-270g schwerer Motor, der vermutlich bis 10000+ digits kann nicht leichter ist als der 180g + Getriebe.

Hast du mal nachgeschaut, wieviel Strom du durch deinen Extruder-Stepper jagst?
Die Sound- und Wärme-Verbesserungen durch einen etwas kleineren Stromwert bei E1/E2 sind genial - wenn du das runtertrimmen kannst.

LG

[R3D3]

Hi Nibbels,

Werde übers WE mal schauen wie bei mir die Stromeinstellung ist. Allerdings fahre ich momentan ganz gut damit, dass ich die Motoren aktiv kühle* - never change a running system....

*(Was natürlich auch wieder extra Strom verbraucht ).

[Nibbels]

Guck einfach mal in deiner RF1000.h oder RF2000.h ca. bei Zeile 700.

MOTOR_CURRENT = {x,y,z,E1,E2}

Wenn da ca. E1,E2=90 steht, kann dein Stepper ~ 10000-11000 Digits drücken. Er wird sehr kühl laufen.
Wenn da ca. E1,E2=110+ steht, kann er mehr, er wird aber wärmer.

Geht man 3000 - 4000 über die maximalen Digits, die man normalerweise braucht: völlig ok und man hat keine unnötige Hitzeproduktion.

LG

[Nibbels]

Was ich inzwischen über meinen Mini-Stepper berichten kann ist folgendes: Er funktioniert tadellos. Man begrenzt allerdings seine Digits auf im Grunde sinnvolle ~6000 Digits.
Ich habe oben am Extruder eine Wasserkühlung. Schalte ich diese ab, wird der kleine Motor sehr heiß.
Schalte ich sie an, ist das überhaupt kein Problem. Das Steppergehäuse bleibt bei knapp über Wassertemperatur. Auch bei 0.85A=55 statt 0.7A=Datenblatt=45 Einstellungswert in der Firmware.

Screenshot_4.png

Das heißt vermutlich nicht, dass man eine Wasserkühlung braucht, doch irgendeine Art aktiver Kühlung ist sicher sehr sinnvoll.

LG