Y-Achse Riemenmitnehmer, ungleichmäßige Riemenspannung, Längenfehler

[RFrank]

Hallo zusammen,
als Werkzeugmacher, Luftwaffenwartungsmechaniker, Ingenieur kann ich bestimmte Sachen einfach nicht hinnehmen und ja aufgefallen ist es schon lange, aber nach dem Moto "Never change a running system" erst jetzt auf meiner ToDo-Liste angelangt.

Folgendes Problem sehe ich bei meinem Drucker den ich selbst montiert habe und jetzt etwas gewartet habe:
Der Mitnehmer der Y-Achse läuft nicht in der Riemenflucht (In der X-Achse ist dieser Fehler entweder nicht so sichtbar oder hier ist es richtig in der Anordnung berücksichtigt worden). Erst dachte ich an eine unvollkommene Montage, dass kann ich ausschließen. Ggf. ließe sich der Mitnehmer so anordnen wie auf der X-Achse, dies zu prüfen, fehlen mir die Geometriedaten (hier sind auch 3D Teile des Druckers im Forum abgelegt, aber sie habe ich nicht gefunden) und die Richtung des Motors müßte dann noch im Programm geändert werden.
Hier ein Bild aus der Aufbauanleitung:
Ich sehe gerade, das Bild ist von X-Achse, also nur exemplarisch zu nutzen.

Winkel.JPG

Ich habe einmal den Winkel Alfa eingezeichnet der am Riemen entsteht, abhängig von der Entfernung zum Riemenrad. Hier kann man den Fehler schon in der Anleitung erkennen. Der Grund dafür ist, einmal läuft der Riemen über das Motorritzel rechnerischer Durchmesser = m x z / Pi = 13,37 mm, das andere mal über die Lager Durchmesser = 13 mm + 2 x Zahnhöhe (gemessen) = 15,3 mm. Es sieht nach nicht viel aus, wenn aber der Spanner so konstruiert wurde, das die Flucht gewährt bleibt, müßten das Zentrum um ca. 1 mm verschoben worden sein, da bei der Y-Achse, aber die andere Seite genutzt wird, kann damit der Versatz bei ca. 2 mm liegen. Das würde mit meiner Beobachtung einher gehen. Info: Riemen 675-3M-9, Modul 3, 14 Zähne, Zahnhöhe ca. 1,15 mm, Riemenhöhe 2,4 mm, Riemenbreite 9 mm
Bei 16 Zähnen würden die Durchmesser in etwa stimmen, vielleicht war es so geplant (Umfänge: 16x3=48 mm und 15,3 x pi = 48,06 mm) .

So sieht es bei mir aus.

image6.jpeg

download/file.php?mode=view&id=9696
Der Riemen läuft ab der Spannrolle in etwa parallel zur Laufbahn und ab dem Mitnehmer knickt der Riemen ab in Richtung des Ritzels.

Um eine schnelle Lösung zu bekommen, habe ich 4 Zähne des Riemens abgeschliffen, scheint allerdings immer noch nicht ganz zu reichen.

image9.jpeg

image10.jpeg

download/file.php?mode=view&id=9699
download/file.php?mode=view&id=9700
Um den Riemenhalter demontieren zu können ohne alles zerlegen zu müssen, ist eine Bohrung (Ø 5, etwa mittig und etwa 26,5 mm vom Riemenspanner entfernt zu bohren. Ich habe von unten gebohrt und von oben aufgebohrt, geht aber besser direkt von oben.

image3.jpeg

download/file.php?mode=view&id=9694

Um den Riemen ohne viel Action runter zubekommen, habe ich noch ein paar Fasen am Spanner angebracht.

image4.jpeg

Mit dem Loch kommt man an hintere/innere Schraube der Mitnehmers.

IMG_0597.JPG

Wie sieht die Situation bei euch aus? Motoren sind meist am Extruder oder an der X-Achse gestorben. Wie groß die Ungenauigkeit, bzw. Änderung der Riemenspannung ist müßte man einmal genau checken, vermutlich nicht sehr viel.

Gerade den Riemenspanner auf die andere Seite vom Riemen eingebaut, leider noch erheblich mehr Versatz, also wieder zurück. Diesmal geht der Versatz nach innen mit einem Knick im Riemen.

IMG_0603.JPG

Gruß Frank

[AtlonXP]

Hallo RFrank,
auch ich habe meinen RF1000 selber zusammen gebaut.
Das einzige wo ich damals verändert hatte, war der Mitnehmer Kamm.
Dieser bekam von mir ein paar Fasen verpasst.
Ich wollte damals den Riemen nicht über scharfe Kanten laufen lassen.
Also mehr zur Schonung.

Hier ist ein alter Link von mir mit einem selbst gebauten Ritzel.

viewtopic.php?p=13184#p13184


Mit diesem Ritzel wird das von Dir angesprochene Problem sogar noch verschärft.
Ich nenne es mal „ Maßliche Verzerrung durch eine schiefe Ebene“.
Der Durchmesser der Umlenkrolle wird grösser, somit wandert der Riemen noch weiter aus der Flucht.

Trotz allem, ist bei mir ein besseres selbst gedrucktes Ritzel für beide Achsen heute noch im Einsatz.
Der Riemen läuft dadurch etwas ruhiger…
Nibbels hat vermutlich die Ritzel genauso noch im Einsatz…

Schaue auch auf die nachfolgenden Seiten…
Dort hat einer einen vorbildlichen Riemenspanner gebaut.

LG AtlonXP

[mhier]

Oder einfach gleich auf Kugelumlaufspindeln umrüsten...

[zero K]

Hallo RFrank

Scheinbar bist Du für unsere Hobbydrucker überqualifiziert.
Naja - im laufe der Jahrzehnte entwickelte ich eine gewisse Pfuschtoleranz, besonders nachdem ich erkannte dass für ein bisschen mehr Präzision ein gewaltiger Aufwand geleistet werden muss.

Du hast sicher recht, dass einige Deiner Messungen nicht den Empfehlungen oder Regeln wie sie z. B. im Roloff/Matek dargestellt werden entsprechen.
Der optische Eindruck, weil irgendwo etwas parallel sein sollte, es aber nicht ist, nagt mitunter an der Seele - besonders wenn man das Ding selbst zusammen gebaut hat - denn man hat selbstverständlich alles richtig gemacht.

Für mich wäre jetzt weniger interessant, dass der Riemen in mathematisch korrekten Bahnen läuft und damit auch etwas fürs präzisionsverwöhnte Auge bietet, sondern eher, dass der Wagen sauber läuft.
Der Mitnehmer läuft sehr dicht am Wagen.
Die theoretische Längenänderung, weil der Riemen in Anschlagnähe/Bettkante ein paar Grad außerhalb der Parallelen liegt beträgt wenige Mikrometer und ist im Druckergebnis, wenn überhaupt, nur mit der Kenntnis der Fehllage erkennbar.
Die schmalsten Linienbreiten bei mir sind 0,9 x 0,15 mm Düsendurchmesser. Selbst mit diesen Werten sah ich noch nicht die Notwendigkeit die Geometrie des Antriebs zu ändern.
Wenn ein Wagen kippelt ist das etwas anderes, liegt dann aber auch nicht an der Lenkung der Riemen sondern am Verschleiß der Führung.

Fehler und Schäden durch zu hohe oder labberige Riemenspannung sollten wirklich vermieden werden.

Dein Y-Sandwich ist schon sehr gewaltig - so würde ich nicht bauen.
Nach den "brutalen" Eingriffen wäre jetzt ein voher - nachher Vergleich am Druckergebnis interessant.
Aus eigener Erfahrung weiß ich, dass der Einbau einer zweiten Y-Schine sehr präzise gelingen muss um wirklich eine Verbesserung im Vergleich zu einem Monorail zu sehen.

Gruß, zero K

[mhier]

Übrigens bin ich mir nicht mal sicher, ob es überhaupt eine nennenswerte Längenänderung gibt. Beim Verändern der Riemenspannung dürfte der überwiegende Effekt sein, dass die Achse des Spanners etwas verkippt und dass der Riemen enger am Pulley und Riemenrad anliegt. Das heißt noch lange nicht, dass er Riemen sich längt. Klar wird er das ein wenig tun, aber m.W. sind da ja Stahldrähte bzw. -bänder drin, die das weitgehend verhindern.

Du hast also im Wesentlichen den Positionsfehler durch die rein geometrische Abweichung, weil der Winkel sich in Abhängigkeit der Position verändert. Das ist ziemlich minimal:

Nehmen wir mal an, du hast 1mm Abstand des Mitnehmer-Punktes zur optimalen Position. Bei X=0 bzw Y=0 ist der Mitnehmer aber immer noch ein gutes Stück vom Zahnrad entfernt, sagen wir 50mm (ist jetzt aus dem Kopf). Damit beträgt der Winkel atan(1mm/50mm)=1.1 Grad. Der Unterschied zwischen der tatsächlichen Länge des Riemens zwischen Zahnrad und Mitnehmer und der idealen Distanz entlang der parallelen Achse ist dann 1/sin(atan(1mm/50mm))-50mm = 1/100mm. Dieses 1/100mm Positionsfehler wird dann über den gesamten Verfahrweg kontinuierlich kleiner werden. Nehmen wir mal an, der Fehler ist 0 bei X=240mm, dann hast du einen relativen Fehler von 0.004%.

Zur Einordnung: Ein Vollschritt sind 0.21mm. Mit 32 Microsteps bist du theoretisch bei 0.007mm pro Microschritt (also knapp unter 1/100), in der Realität sind die Stepper aber längst nicht so genau. Die Original-Stepper machen einen Großteil des Vollschritts innerhalb weniger Microsteps und laufen daher ziemlich unregelmäßig. Die Positionsungenauigkeiten des RF1000 liegen im Originalzustand bei um die 0.1mm (nein ich habe da keine 0 hinterm Komma vergessen!) wegen der Motoren, und das auf relativ kurzen Distanzen (naja innerhalb eines Vollschritts eben, also 0.21mm!). Selbst mit perfekten Steppern ist die Ungenauigkeit allein des Steppers bei weitem größer als 1/100mm. Hinzu dürften noch Ungenauigkeiten durch den Eingriff der Zähne im Zahnrad kommen, die sind nämlich viel zu eckig.

Wenn du deine Positionsgenauigkeit verbessern willst, nimm als erstes andere Stepper. Dann rüste mal auf besser Zahnriemen (+ Zahnrad natürlich) um, die für hohe Genauigkeiten ausgelegt sind. Oder im ernst: Bau dir Kugelumlaufspindeln ein. Eine hab ich schon drin (für X), die andere kommt demnächst (Verzögerung war durch Bugs in der Firmware und den daher nötigen Umstieg auf Klipper verursacht - ich hatte halt ernsthaft Schrittverluste nach dem Umbau).

(Ich hoff mal, das ist ohne Skizze so einigermaßen verständlich, ich kann das sonst gerne noch mal aufmalen.)

[anwofis]

@RFrank:
Hier mal was von mir was zu anderen Steppern:
viewtopic.php?f=21&t=2886
Bringt schon ein bisschen was

[RFrank]

Hallo AthlonXP

auch ich habe meinen RF1000 selber zusammen gebaut.
Das einzige wo ich damals verändert hatte, war der Mitnehmer Kamm.
Dieser bekam von mir ein paar Fasen verpasst.
Ich wollte damals den Riemen nicht über scharfe Kanten laufen lassen.
Also mehr zur Schonung.

Ja, die Kanten habe ich auch gebrochen. Ein Rad mit 16Z statt 14Z und zwei Bordscheiben für 3M wäre hier vermutlich die einfachste Lösung.
Preis ist zwischen 5-40€. Wenn das Antriebsritzel 16 Zähne hätte, würden die Durchmesser gleich sein, es wäre kein Schieflauf vorhanden. Es sei denn, die Achsen liegen nicht in der Flucht.

Hallo mhier

Oder einfach gleich auf Kugelumlaufspindeln umrüsten...

Hast du eine bezahlbare Spindel gefunden, die unseren Z-Spindeln in der Qualität nahe kommt?
Gibt es die Modelle von unserem Drucker hier im Forum, dann könnte ich bei der Umsetzung helfen.
Die Spindeln sollten vorgespannte Kugelumlaufelemente haben, damit kein Umkehrspiel vorhanden ist.

Die Ungenauigkeit, ist da es sich um flache Winkel handelt, vermutlich gering, mir ging es um die zusätzliche Kraft die beim Homeing seitlich am Motor zieht, vielleicht biegt sich der Winkel (sah nicht so aus), möglich wäre hier eine zusätzliche Lagerung oberhalb des Riemens um den Motor zu schützen/stabilisieren.

Hallo zero K

Dein Y-Sandwich ist schon sehr gewaltig - so würde ich nicht bauen.
Nach den "brutalen" Eingriffen wäre jetzt ein voher - nachher Vergleich am Druckergebnis interessant.
Aus eigener Erfahrung weiß ich, dass der Einbau einer zweiten Y-Schine sehr präzise gelingen muss um wirklich eine Verbesserung im Vergleich zu einem Monorail zu sehen.

Du meinst die Doppelführung? Die läuft so schon seit Jahren, da ich immer einmal etwas fräsen wollte, aber da noch nicht zu gekommen bin (Vermutlich an der Spindelauswahl gescheitert). Die Nuten sind ja gefräst, einmal leicht anziehen, dann verschieben über den ganzen Weg und dann schrauben, schieben, schrauben, schieben ...

Wie wäre es mit dem Vorschlag von @anwofis unseren Stepper als 0,9° Version zu nehmen, falls dieser dem Haltemoment gleich kommt.

Hier mal was von mir was zu anderen Steppern:
viewtopic.php?f=21&t=2886
)

Gruß Frank

[mhier]

Ja ich habe bezahlbare Kugelumlaufspindeln gefunden, von dold-mechatronik.de, und auch schon gekauft. Die sind nicht ganz so gut wie die Hiwin oder THK Spindeln, aber m. E. ausreichend. Außerdem haben sie den Vorteil, dass sie etwas platzsparender sind durch eine andere Bearbeitung der Enden als sonst üblich.

Die erste für die X Achse ist bereits verbaut. Dann habe ich festgestellt, dass die Repetier-Firmware zu ungenau arbeitet, denn es gab jede Menge Schrittverluste, die vorher durch die weiche Kopplung abgefedert wurden. Jetzt funktioniert Klipper und ich kann mich an die zweite Achse machen. Ein paar Details fehlen noch im Modell dafür, aber das ist nicht mehr viel. Ich kann das demnächst mal hochladen.