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Lastenaufzug
(Mit D8-MOTOR80, A4988)

Sobald man den kleinen Motor von Walfront in der Hand hält, stellt sich automatisch die Frage, über wie viel Kraft er wohl verfügt? Der Mini-Motor hat bei einem Durchmesser von 15 mm eine Höhe von gerade 10 mm.
Das folgende Experiment benennen wir mit „Lastenaufzug“ und testen einfach, welche Gewichte, wenn überhaupt, dieser Motor in Bewegung bringen kann. Der Motor ist an einer Trägerschiene montiert. Dank zwei Führungsachsen und einer Spindel kann er an einer Strecke von ca. 90 mm linear einen Kunststoffträger bewegen. Wir positionieren das Gestell senkrecht und verwandeln die ganze Komposition in eine Art Aufzug, der rauf und runter bewegt werden kann.

Schrittmotor D8-MOTOR80

Auf dem Träger wird eine kleine Plattform befestigt, auf der in einer selbst gemachten Schale Gewichte untergebracht werden können.

Versuchsanordnung

Bei dem Motor (Modell D8-MOTOR80) handelt es sich um einen 2-phasigen Schrittmotor, der mit 9-12 V eingespeist werden kann. Seine Stromaufnahme pro Wicklung liegt bei 800 mA. Der Wicklungswiderstand beträgt ca. 15 Ohm. Bei einem Schritt bewegt sich der Motor um 18°. Die maximale lineare Geschwindigkeit liegt bei 25 mm pro Sekunde.

Motor-Anschlüsse

HR4988

Zusätzlich kommt in der Schaltung ein Treiber-Modul mit dem Chip A4988 zum Einsatz. Das Modul beschränkt die Anzahl der benötigten Pins des Arduino (in dieser Anwendung) auf zwei. Mit einer Leitung (Eingang STEP) wird die Geschwindigkeit gesteuert, mit der anderen die Drehrichtung (Eingang DIRECTION). An die Anschlüsse 1A, 1B, 2A und 2B wird der Motor angeschlossen. Der Treiber wird an zwei Stellen eingespeist. Er benötigt 5 V für die Steuerungselektronik. Zusätzlich wird eine Spannung (Motorspannung) von 8 bis 35 V für den Motor benötigt (in diesem Fall 12V). Um Störungen zu vermeiden, wird hier ergänzend ein Kondensator angeschlossen. Mithilfe der Eingänge MS1 bis MS3 können fünf verschieden Auflösungen eingestellt werden. In dem Beispiel werden die Eingänge nicht verwendet. Pro Kanal kann das Modul bis 1A an Strom liefern. Damit es zu keiner Überhitzung kommt, wird an den Hauptchip ein kleiner Kühlkörper aufgesetzt.

Treiber HR4988 mit Kuehlkoerper

Auf dem Treiber-Modul befindet sich ein kleines Potenziometer, mit dem man den Strom einstellen kann. Mit der Einstellung wird der Strom, den der Motor laut Datenblatt aufnimmt, eingestellt. Für diese Einstellung wird ein Amperemeter benötigt. Man schließt den Motor an das Modul an und setzt eine Wicklung unter Spannung. Der Amperemeter in Reihe mit der Wicklung angeschlossen. Dabei wird der STEP-Eingang konstant an 5V angeschlossen. Mit dem Potentiometer wird jetzt der gewünschte Strom eingestellt.

Der Schaltplan

Der Schaltplan

Die Testschaltung

Testschaltung

Das Programm (Sketch)

int PUL = 3;                                  // Pulse
int DIR = 2;                                  // Drehrichtung
int Taster_Hand_Rauf = 12;       
int Taster_Hand_Runter = 11;
int Schalter_Automatik = 10;           
int i;  

void setup() {
    pinMode (PUL, OUTPUT);
    pinMode (DIR, OUTPUT);
    pinMode (Taster_Hand_Rauf, INPUT_PULLUP);
    pinMode (Taster_Hand_Runter, INPUT_PULLUP);
    pinMode (Schalter_Automatik, INPUT_PULLUP);
}

void Motor_drehen (int Schritte, int Pulslaenge, int Richtung, int Geschwindigkeit) {
    if (Richtung) { digitalWrite(DIR,HIGH); } 
        else 
        { digitalWrite(DIR,LOW); }
    for (i = 0; i < Schritte; i++) {
        digitalWrite(PUL,HIGH);
        delayMicroseconds(Pulslaenge);
        digitalWrite(PUL,LOW);
        delayMicroseconds(Geschwindigkeit); }
}

void loop() {
                                               // Automatik
    if (digitalRead(Schalter_Automatik) == LOW) {
         Motor_drehen (2000, 500, HIGH, 500); 
         delay (500); 
         Motor_drehen (2000, 500, LOW, 500); 
         delay (500); 
    }
                                               // Handbetrieb Rauf
    if (digitalRead(Taster_Hand_Rauf) == LOW) {
        Motor_drehen (1, 500, HIGH, 500);
    }
                                               // Handbetrieb Runter
    if (digitalRead(Taster_Hand_Runter) == LOW) {
        Motor_drehen (1, 500, LOW, 500);
    }
}
// *****************************************************************************        

Während des Tests wurde der Mini-Lasten-Aufzug nach und nach mit immer mehr Gewichten belastet. Und lieferte ausgezeichnete Arbeit. Zum Schluss schaffte er ein aus Schrauben und Muttern bestehendes gesamt Gewicht von über 300 Gramm rauf und runter zu transportieren. Beeindruckend.

Die Last

Kurzvideo

Kurzvideo: Lastenaufzug