Kugelumlaufspindel unterstützen mit Linearführung

[AtlonXP]

Hallo rf1k_mjh11,
unser Freund Dennis hatte keine sichtbare Entkoppelung bei sich verbaut.
Die Linearlager waren aus Platzgründen mit Sicherheit über der Y- Platte verbaut.
Vielleicht sogar auch über dem Flansch an der Spindelmutter.

Zuerst noch ein Lob an dich,
so was von ausführlich….
Das hat viel Arbeit gemacht.
Ich brauche noch zwei Tage bis ich das alles durchgelesen und begriffen habe.

Unser Freund der Dennis hatte auf seiner Seite, 3 dieser 4 Stangen in 8 mm, gegen 10er Stangen ausgetauscht.

Platzbedarf hin oder her, ist der Einsatz von mehr als eine Linearführung theoretisch falsch, da das System überbestimmt wird. Zwei Stück ist schon eine zu viel, aber lasse ich mir vielleicht einreden. Drei Stück sind meiner Meinung nach eindeutig falsch. Das wird aber eh' in dem Thread diskutiert, auf das ich im nächsten Betrag verweise.

Näheres im folgenden Posting.

mjh11

In deiner Aussage hier, wiedersprichst du dir selber.
Warum hast du zwei Linearschienen bei deiner Y- Platte verbaut?
Über Passung und Führungen möchte ich mich hier nicht fachlich vertiefen.
Ich nehme dazu mein Tabellenbuch.

Tatsache ist jedoch, wenn eine Führung leichtgängig sein soll, hat diese Minimum 0,005 mm Spiel.
Die Frage ist in wie weit sich das Spiel auf eine größere Entfernung auf skaliert.
Wenn Kräfte mitwirken, wie federt die Führung auf und wie kann man dagegen steuern?

Mit zwei Linearschienen kann man durchaus Genau bestimmen.
Vorausgesetzt die Dinger taugen was!

Bei Linearstangen, wenn die irgendwelche Kräfte Dreidimensional aufnehmen und verteilen müssen,
reichen in der Regel zwei Stangen nicht.
Ein Stuhl auf drei Füssen steht immer!

Auch ist maßgebend wie lang sind die Linearkäfige, wo die wirkende Kraft auf den Stangen verteilen können
(das vermindert das durchfedern der Stangen).
Auch sind die Abstände so weit wie möglich auseinander zu wählen, gerade wegen dem Spiel und dem Auffedern.
Wenn Linearkäfige Drehbewegung ab bekommen, gehen die ganz schnell kaputt!

Wenn dein System richtig bestimmt ist, hast du die Möglichkeit ein zu großes Führungsspiel durch leichtes verkannten auszubügeln.
(Mal sehen ob diese Aussage bei meinem TRONXY zu trifft?)

LG AtlonXP

[rf1k_mjh11]

Hallo AtlonXP,

Zu deiner Aussage,

In deiner Aussage hier, wiedersprichst du dir selber.
Warum hast du zwei Linearschienen bei deiner Y- Platte verbaut?
Über Passung und Führungen möchte ich mich hier nicht fachlich vertiefen.
Ich nehme dazu mein Tabellenbuch.

möchte ich gerne auf die darauf zutreffende Antwort auf mhiers Beitrag weisen. Die zwei wichtigen Kriterien sind: 1) Ja, das System ist theoretisch überbestimmt und 2) Die Nuten für die Linearschienen wurden in einem Aufspannen im selben Arbeitsgang gefräst (oder hätten es zumindest sein sollen), was für eine ordentliche Parallelität sorgt. Aber, trotzdem, ja, es ist theoretisch überbestimmt. Mehr in der Antwort auf mhiers Beitrag.

Bitte nehme ‘dein Tabellenbuch‘ her und berechne die statische Bestimmtheit deiner Ausführung (3 Linearlager auf Rundstäbe). Zur Hilfe diese zwei Videos (Festlager und Loslager hier und statische Bestimmtheit hier). Es sollte bei der Berechnung genau 1 herauskommen, denn wir suchen exakt einen verbliebenen Freiheitsgrad, den in Z-Richtung.

Unberücksichtigt bleibt, zumindest bei einer statischen Überbestimmtheit, was denn passiert wenn es zu einer Erwärmung, samt der Wärmeausdehnung, kommt. Stahl und Aluminium dehnen sich unterschiedlich aus. Und, schwupp!, ist dein Spiel

Tatsache ist jedoch, wenn eine Führung leichtgängig sein soll, hat diese Minimum 0,005 mm Spiel.

großteils oder komplett weg.

Längenänderung

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Wie ich schon in meiner Antwort auf mhiers Beitrag zugegeben habe, sind auch die RFx000-Drucker theoretisch falsch konstruiert.

Nach der Logik wäre nahezu jede CNC-Fräse falsch konstruiert

. Die X-Platte und die Bodenplatte sind einmal über die Seitenwand (Alu) in ihrer Distanz zueinander bestimmt, dann noch über die 4 Abstandshalter (Stahl). Bei einer Erwärmung des Systems um 30° (von 20° Zimmertemperatur auf 50° beheizten Bauraum) entsteht zwischen Seitenwand und Abstandshalter ein Längenunterschied von ca. 0.2079mm – 0.1251mm = 0.08mm, also fast einem Zehntelmillimeter! Wäre die X-Platte oder die Bodenplatte nicht so dick und daher steif, würden die sich durchbiegen. Aber zum Glück ist alles stabil genug gebaut und der Längenunterschied wird großteils als Kraft aufgenommen und abgeleitet. (Hier eine Berechnungshilfe für die Längenausdehnung: hier oder [url=https://rechner-tools.de/63-laengenausd ... echner.php]hier]/url]. Die Abstandshalter sind 0.3m lang (300mm).

Übrigens können ‘leichtgängige‘ Führungen auch 0.000mm Spiel haben – die Radlager am Fahrrad, zum Beispiel. Deine Radlager am Auto haben sogar ein negatives Spiel. Diese sind sogar etwas vorgespannt (besonders die Vorderradlager bei Frontantrieb). Auch die HWIN Führungswägen dürften nahezu spielfrei sein. Das haben Kugel-, Rollen-, Kegelrollen-, Tonnenrollen- und Nadellager so auf sich, auch die Linearlager (vorausgesetzt, man folgt den Angaben des Herstellers bzgl. Toleranz der Rundstäbe).

Bei Linearstangen, wenn die irgendwelche Kräfte Dreidimensional aufnehmen und verteilen müssen, reichen in der Regel zwei Stangen nicht.

Da tun mir die vielen Besitzer eines RF100 sehr leid. Die müssen beim Tisch/Bett mit nur zwei Linearstangen auskommen.

Auch ist maßgebend wie lang sind die Linearkäfige, wo die wirkende Kraft auf den Stangen verteilen können

Da stimme ich dir bei. Je länger die Linearlager sind, desto besser können diese ein eventuell auftretendes Kippmoment entgegenwirken. (Solange diese Länge meinen Bauraum nicht einschränkt!) Und ein Kippmoment kommt garantiert auf, denn unser Bett fährt vor & zurück, womit ein perfektes Balancieren auf den Spindeln nicht möglich sein kann.

Ein Stuhl auf drei Füssen steht immer!

Genau! Denn diese Konstruktion ist quasi statisch exakt bestimmt.
Was du aber mit 2 oder gar drei Linearführungen vorhast, ist, in etwa, einen fünf-beinigen Stuhl auf Kopfsteinpflaster zu stellen und zu glauben, jetzt steht es sicherer. (Der Vergleich hinkt natürlich fürchterlich, und steht vermutlich so schief wie der Stuhl.)

Gruß,
mjh11

[mhier]

Je länger die Linearlager sind, desto besser können diese ein eventuell auftretendes Kippmoment entgegenwirken.

Es gibt eine zusätzliche Möglichkeit, Kippmomente aufzufangen. Wenn ich zwei Führungsschienen im möglichst großen Abstand zueinander starr miteinander verbinde, wird ebenfalls einem Kippen entgegengewirkt (Kippen würde eine Verlängerung des Abstandes zwischen den beiden Führungswagen bedeuten, was durch die Verbindung nicht möglich ist). Deshalb meine Idee, in die vier Ecken des Bauraums je eine Führungsschiene zu montieren. Ich würde Profilführungen verwenden (ähnlich denen der X- und Y-Achse), die kosten auch nicht die Welt und sind leichter anzubringen. Diese müssten dann mit Flachstangen verbunden werden und diese dann mit dem Tisch. Dann haben wir die volle Abmessung des Bauraums als Hebel, um ein Kippen zu verhindern.

Ja, das System ist überbestimmt, aber selbst eine Führungsschiene auf jeder Seite wäre ja schon eine Überbestimmung. Es ist nichts falsch daran, das System überzubestimmen, man muss dann eben nur aufpassen, dass die Führungsschienen zueinander korrekt ausgerichtet sind.

Wenn man bewusst Spiel bei der Befestigung einplant, reduziert sich das Problem auf eine einmalige Fummelarbeit. Im Grunde sollte mehrmaliges Abfahren bei nicht vollständig angezogenen Schrauben genügen, um die Führungsschienen in Position zu schieben.

[AtlonXP]

Ob der Platz reicht für auch kleinere Linearschien, da bin ich mir nicht sicher.
Für drei 10 er Stangenführen + eine 8 er passiv, sollte dieser reichen.
Ganz klar, ordentliche Linear Führungen sind besser.

LG AtlonXP

[mhier]

In den Ecken ist ziemlich viel Platz, und die Profilschienen sind ja eher platzsparender im Vergleich zu den Stangen, weil die müssen ja rund herum platz haben. Ggf. genügen sogar die flacheren MR Schienen, denn seitliche Kippmomente gibt es ja eher keine (seitlich aus Sicht des Wagens).

[rf1k_mjh11]

Hallo mhier,

Kurz eine Antwort vor meinem eigentlichen Beitrag, der als nächstes kommt.

Wenn ich zwei Führungsschienen im möglichst großen Abstand zueinander starr miteinander verbinde, wird ebenfalls einem Kippen entgegengewirkt (Kippen würde eine Verlängerung des Abstandes zwischen den beiden Führungswagen bedeuten, was durch die Verbindung nicht möglich ist).

Also "möglichst großen Abstand": Ein Gedankenexperiment: Machen wir den Abstand unendlich: siehe da, der Längenunterschied geht gegen Null.
Anders ausgedrückt, hat man nur die vier Ecken möglichst weit auseinander, und eine Ecke des Betts 'sackt' um ein Zehntelmillimeter ab, kommt eine Längenanderung zustande, die vielleicht geringer ist als das System-Spiel, bzw. die Elastizität des Führungssystems.

Da hat AtlonXP schon recht, am ehesten kommt man mit einer längeren Linearführung zu einer kippsicheren Lösung. Dabei ist es egal, ob es sich dabei um eine Linearführung auf einer Rindstange, oder um eine Linearführung wie auf unserer X- oder Y-Achse handelt. Auch zwei Linearführungen auf einer Stange, möglichst weit auseinander, verringern den Winkel, den das Bett kippen könnte.
Auch würden Profile funzen (manche Drucker/Laser setzen solche Dinger ein, gekoppelt mit angefasten Rollen, die in den Nuten laufen. Aber auch hier sollte man auf einer Seite zwei Rollen möglichst weit auseinander laufen lassen (auf einer Schiene).

Übrigens ist, zumindest in der hinteren rechten Ecke, mehr als ausreichend Platz für eine HWIN Linearschiene. In meinem Drucker lümmelt seit Jahren dort eine herum, ohne dass sie jemals benutzt wurde, bzw. mit der Y-Platte verbunden wurde. Im Weg ist sie nicht.

mjh11

[AtlonXP]

Auch würden Profile funzen (manche Drucker/Laser setzen solche Dinger ein, gekoppelt mit angefasten Rollen, die in den Nuten laufen. Aber auch hier sollte man auf einer Seite zwei Rollen möglichst weit auseinander laufen lassen (auf einer Schiene).
mjh11

Das ist die aller billigste Lösung von den Chinesen.
Davon rate ich ab.
Die Rollen sind aus Kunststoff, bekommen bei längerem Stehen flachstellen und sind allgemein nicht sehr genau.
Ja man kann die mit Extender nachstellen, aber die Kunststoffrollen….

An meinem TronXY gibt es ähnliche Führungen an X und Y.
Es sind zwei kleine Rundstangen aus Stahl auf ein ALU- Profil geklebt.
Auf diesen Stangen laufen 4 normale Radiallager.
Die Lauffläche der Radiallager, hat ein Gotisches Profil um Seitenkräfte aufnehmen zu können.
Diese Lager laufen sehr leicht und gut, wenn die Lager in Ordnung sind.
Ich musste leider wegen schlechter China Qualität, alle Lager gegen neue tauschen.
Nur diese Aktion waren geschwind 120 €.

LG AtlonXP

[rf1k_mjh11]

Heute kamen, für mich überraschend, die Nadellagernadeln und Kugellagerkugeln für den Entkoppler. Eigentlich habe ich die Dinger erst im neuen Jahr erwartet.
Da sie nun da waren, musste ich einen Probedruck starten, um meine Konstruktion zumindest im Prinzip zu prüfen.

Ein, zwei zusätzliche Änderungen in den CAD Modellen, um die Druckbarkeit noch weiter zu erhöhen (ich schreibe darüber auch vielleicht einen Beitrag). Dann ab in den Slicer (natürlich mehrfach, denn die Änderungen kamen in mehreren Iterationen).
Ursprünglich wollte ich mit der 0.35mm Düse drucken, habe dann aber doch auf meine kleinste Düse, der 0.2mm Düse, umgesattelt. Mit der kleinen Düse sind Layerhöhen nur bis 0.15mm möglich. Mit der 0.35-er Düse hätte ich großteils mit 0.2mm Layerhöhe gedruckt, in Abschnitten mit 0.1mm und sogar einige Layer mit 0.05mm. Mit der 0.2mm Düse wurde es dann praktisch durchwegs 0.1mm Layerhöhe.

In der druckbaren Version des Mittelstücks musste ich einen Support hinein konstruieren, der nach dem Druck entfernt werden muss. Sonst kommen die Teile nur mit Brücken aus, also ohne Support.

Hier sieht man den Support, links, ein Layer vor der Brücke, und dann rechts mit der Brücke:

B4&AfterBridge.jpg

Ich konnte nicht mit einer Brücke ohne Support auskommen, denn mitten in der Brücke wäre ein ovales Loch (als Folge der Kugeltasche). Der ovale Support erlaubt das Bauen einer Brücke trotz Loch. Eine alternative Lösung wäre, genau ein Layer ohne Loch zu lassen, damit die Brücke durchgängig sein könnte. Dann müsste man halt nachher das Loch freischneiden. Die längere Brücke würde dann evtl. mehr durchhängen, was auch nicht toll wäre.

Gedruckt habe ich nur 1 Stück Adapter-Teil (2 wären nötig) und 1 Mittelstück. Gedruckt wurde nur mit geringem Füllgrad (25%) und wenige Perimeter (man bedenke, mit einer 0.2mm Düse sind 4 Perimeter nur 0.8mm!). Ich wollte primär sehen, ob das Ganze im Prinzip funzt, ob die Kugeltaschen ausreichend sind, ob die Nadeln montiert werden können, usw.

Herausgekommen ist das:

FirstPrintedParts.jpg

Mit der Münze als Größenvergleich sieht man, dass es sich doch um funzelig kleine Teile handelt. Aber funktionieren tut es. Wer im Bild genau hinsieht, findet beim Mittelstück, beim rechten oberen Nadellager noch einen Faden, der entfernt werden müsste.
Dadurch, dass ich keine Ansprüche an die Festigkeit gemacht habe (zu geringer Füllgrad, zu wenig Perimeter), ist das Mittelstück merklich elastisch. Bei (geschätzten) 4-5kg Last biegt sich das Teil bereits irgendwo zwischen 0.8-1.4mm durch (schwer für mich zu messen). Ich vermute, mit 80-100% Füllgrad und Perimeter-Dicke von ca. 1.5mm sollte sich der Wert deutlich reduzieren lassen, auf 0.1-0.2mm. Da stellt sich die Frage: Ob das einen Einfluss auf die Funktion hätte?
Ich bleibe trotzdem dabei: nach Möglichkeit das Mittelstück aus Alu fräsen lassen. Vielleicht tut es auch ein carbon-verstärktes Filament. Das müsste ein anderer prüfen. Ich besorge mir deshalb nicht extra eine Spule.

Die Bewegung, die die ausgedruckte Teilepaarung zulässt beläuft sich auf die ca. 1mm, also laut CAD.

Soweit gesehen also ein Erfolg. Ohne das System einzubauen, werde ich keine Aussage über die damit erzielbare Qualitätsverbesserung machen können. Einbauen werde ich die Dinger (zumindest in nächster Zeit) nicht, da meine funktionalen Teile sich selten am Wellenmuster stören, und ich schon gar nicht.

Ich werde die CAD Daten mit den besser druckbaren Teilen bei Gelegenheit in den Download Bereich stellen, zweifele jedoch am Interesse.

mjh11

[rf1k_mjh11]

Ich habe glatt vergessen zu sagen, welches Material ich für den Druck verwendete: PETG. Das ist für mich inzwischen meistens das Material der Wahl. Für mich lässt es sich so einfach drucken wie PLA, kaum Haftungsprobleme und eine beinahe bombige Layerhaftung (die nur durch TPE übertroffen wird). Die einzigen Nachteile sind, dass PTG im Prinzip aus Erdöl gefertigt wird und sehr schlecht abbaubar ist.

Jetzt, da ich Teile des Entkopplers vor mir liegen habe, beginne ich doch darüber nachzudenken, diese auch tatsächlich einzusetzen. Ein Punkt, der mir dabei die Lust am ehesten versaut ist der Umstand, dass der Drucker recht weit zerlegt werden muss, um die Dinger zu montieren. "Never f..k with a running system!" Da kommt sehr wenig Bock auf, leider.
Die zusätzlich benötigte Führungsschiene für die entkoppelte Y-Platte wäre ohne großen Umstände bei mir bereits einsatzbereit. Ich müsste nur für das 'Loslager' (die zwei Kugellager, die sich an dem Abstandshalter abstützen und die Drehung der Y-Platte verhindern) einen neuen Platz suchen. Anbieten würde sich eine Position oberhalb der 'Trägerplatte', eventuell in einer gedruckten Version integriert, oder unter der Y-Platte. In dem Fall (unterhalb) würde ich den Abstandshalter links vorne als Führung auswählen, da der Abstandshalter am weitesten von der Führungsschiene entfernt ist (was die Lagerlast reduziert und die erreichbare Genauigkeit erhöht).

mjh11

[mhier]

Also "möglichst großen Abstand": Ein Gedankenexperiment: Machen wir den Abstand unendlich: siehe da, der Längenunterschied geht gegen Null.

Wie bitte? Ich spreche davon, wenn die Verbindungs-Stange um einen festen Winkel verdreht wird. Wenn die Stange sehr lang ist, machen sehr kleine Winkeländerungen eine sehr große Bewegung an den Enden der Stange. Die wollen sich auf einer Kreisbahn bewegen, können sie aber nicht, weil die Führungsschiene gerade ist. Deine Schlussfolgerung ist also falsch.

Da hat AtlonXP schon recht, am ehesten kommt man mit einer längeren Linearführung zu einer kippsicheren Lösung.

Natürlich sind längere Linearführungen besser. Das stabilste sind also 4 Linearführungen mit möglichst langen Wagen in den 4 Ecken des Bauraums. Viele große 3D-Drucker sind so aufgebaut, aus gutem Grund.

Auch zwei Linearführungen auf einer Stange, möglichst weit auseinander, verringern den Winkel, den das Bett kippen könnte.

Richtig, aber man braucht halt den Platz dafür. Die Stange/Schiene muss dann erheblich länger sein als der Verfahrweg der Achse. Dazu müsste man dem Drucker dann aber wohl gleich ein neues Gehäuse spendieren.

Übrigens ist, zumindest in der hinteren rechten Ecke, mehr als ausreichend Platz für eine HWIN Linearschiene. In meinem Drucker lümmelt seit Jahren dort eine herum, ohne dass sie jemals benutzt wurde, bzw. mit der Y-Platte verbunden wurde. Im Weg ist sie nicht.

Ich habe vorne links oben eine Kamera untergebracht, weiter unten ist da die Schleppkette, aber dann muss die Schiene eben etwas weiter nach hinten. Ich denke, das geht schon. Hinten links muss man vielleicht Kabel anders verlegen, aber die anderen Ecken sind doch frei eigentlich.

Allerdings: Meiner Erfahrung nach ist der Z-Tisch gar nicht das Problem von der Stabilität her. Ok, wer Probleme mit Z-Wobble hat, muss da vielleicht was machen, meine Z-Spindeln sind aber erstaunlich gerade (hab wohl Glück gehabt). Wenn ich Kraft auf das Druckbett ausübe, dann kippt es eher auf den Y-Schienen (obwohl ich zwei davon habe!), als dass die Z-Spindelmuttern irgendwie kippen würden. Deshalb würde ich erstmal längere Y-Schienen verbauen und da mit zwei Führungswagen pro Schiene arbeiten (in der Richtung geht es ja nicht anders). Evtl. könnten dann die alten Y-Schienen in die Ecken des Bauraums wandern Relevant ist das aber wohl nur, wenn man fräst.