Ansteuerung einer Abfüllpumpe (Brushless DC-Motor) mittels GUI auf Raspi. Fragen zur Hardware

  • @Scharlieh: Kann es sein, daß Dir (weiter oben im Thread) entgangen ist, daß wir die ganze Zeit von Jughurt ausgehen, der noch keiner ist, mithin die Masse noch eine Viskosität von Wasser (und eben nicht derjenigen aus dem Glas, den wir löffeln) besitzt? Daher auch meine Annahme des diskreten Ausfließens der "Lamellenfächer" oder wie auch immer man die Zwischenräume der Flügel nennt. Bei 3/4" wird er auch kaum mit einer Kapillarwirkung (und "Retraktionsmöglichkeit") rechnen können. Dies mal beiseite gelassen, teile ich Deine anderen Ausführungen in weiten Zügen.


    Bei kleineren Volumenströmen würde mir die Schlauchpumpe auch besser gefallen. Gegen einen Bürstenmotor hätte ich auch nix. Insbesondere weil die einfach billig sind. Will man den Aufwand der H-Brücke nochmals senken, so könnte man alternativ über einen Bürstencontroller aus dem RC-Modellbau nachdenken. Der Umstieg auf Brushless wäre dann vermutlich recht einfach. Controller und Motor gewechselt - der Rest bleibt.

  • so... ich glaube ich muss meine ganzen Überlegungen nochmal auf "Null" setzen, da ich einigen falschen Annahmen und unrealistischen Rahmenbedingungen aufgesessen bin.


    1. Problem: die hohe Spreizung der gewünschten Abfüllmengen in Verbindung mit Genauigkeit und Kürze der Abfüllzeit.

    > wie schon oben geschrieben hab ich mich von dieser Vorgabe bereits verabschiedet.


    2. meine Festlegung auf einen Flügelzellenpumpenkopf: U. A. durch dieses Video Joghurt- und Marmeladenabfüllung mit Flügelzellenpumpen hatte ich mich auf diesen Pumpentyp festgelegt. Im Internet habe ich dann nach so einer Pumpe gesucht und den Pumpenkopf von ZUWA gefunden.

    Durch die Kenndaten (30l / min bei 2800 U/min Drehzahl) dachte ich: klar, das will ich auch, viel Volumenstrom ist gut... d.h. ich war auf der Suche nach einem Antrieb, der diese Drehzahl erreichen kann.

    Mein Irrtum: wie im vorigen Thread dargestellt, sind diese hohen Volumenströme bei dem relativ kleinen Rohrquerschnitt für mein Abfüllvorhaben realistisch gar nicht darstellbar. D.h. ich brauche auch keinen Antrieb für so hohe Drehzahlen.

    Weiterhin hat mich eure Diskussion "auf den Trichter" gebracht, dass ich ja primär FLÜSSIGEN Joghurt abfüllen will, Nassenheider nutzt einen Flügelzellenkopf aber nur für stückiges und/oder zäher fließendes Abfüllgut. Bei flüssigen Produkten nutzen die in den meisten Fällen einen Zahnradpumpenkopf.


    ich habe nochmals intensiv die "Fillogy" bzw. die Nassenheider Website studiert. Grundsätzlich haben die 3 verschiedene Motormodule mit 100 U/min, 250 U/min und 3000 U/min.

    Dazu haben sie 3 verschieden große Zahnradpumpenköpfe, 2 Schlauchpumpenköpfe und 1 Flügelzellenpumpenkopf. Der Flügelzellenpumpenkopf wird mit max. 100 U/min angetrieben, und ist mit max. 5 Liter / min angegeben. Also weit weg von dem ZUWA-Pumpenkopf. Der würde bei 100 U/min nur rund 1 Liter fördern (falls man das einfach linear runterrechnen kann).

    Die Schlauchpumpen und Zahnradpumpenköpfe werden alle mit max. 250 U/min angetrieben, bis auf die kleinste Zahnradpumpe, die wird mit max. 3000 U/min angetrieben).


    Für den 100-er Antrieb gibt's eine Ersatzteilliste online (bei den anderen leider nicht), die verwenden hierfür einen schnöden Schneckengetriebe-Motor (!) mit Hall-Sensor: Getriebemotor

    In den Tiefen des Internet hab ich auch technische Daten des Motors gefunden:

    U = 24 V, P= 100 W, Anlaufdrehmoment = 90 Nm, Nenndrehmoment= 9,5 Nm


    Wenn ich mich nun an dem 250-er Antrieb orientiere, sprich wenn ich nun einen Motor für 250 U/min auslegen will, kann ich die benötigte Leistung doch einfach linear hochskalieren? Das benötigte Drehmoment müsste eigentlich gleich bleiben (?), nur die Leistung muss steigen, da ich das Moment bei einer höheren Drehzahl benötige....

    Leistung an einer rotierenden Welle: P = 2 pi * M (Drehmoment) * n (Drehzahl).

    In der Formel ist das Moment und die Drehzahl linear drin.


    D.h. wenn ich nicht völlig falsch liege, suche ich einen Motor mit (mindestens) 250 W, der dauerhaft 10 Nm bringt...?


    Mal unabhängig vom letztendlich benutztem Pumpentyp (und daher unterschiedlichen benötigten Momenten). Ich meine als grobe Richtung zur Auswahl des benötigten Motors kann ich mich doch daran orientieren.

    Einmal editiert, zuletzt von Bulli ()

  • Ich würde da - weil ich das schonmal so gemacht habe - da einen stino DC-Motor nehmen und ihn mit einer H-Brücke ansteuern. Grund: Die Motoren gibts in vielen Leistungen, H-Brücken ebenso, und man kann mit Drehzahl und Spannung viel spielen. Man kann low-level mit einem einstellbaren Netzteil anfangen und die optimalen Parameter ermitteln.


    Die Erfassung würde ich mit einem Encoder machen. Zählung und Motorsteuerung mit einem ATmega. Weil ich das kann.

    Ein stino (; DC-Motor kam mir auch in den Sinn, genau aus Deinen genannten Vorteilen.

    Allerdings bin ich dann beim Thema "Drehzahlerfassung" auf das Problem gestoßen, dass ordentliche Encoder ein Vielfaches des Motors kosten (zumindest die, die ich gefunden habe), und man die ja auch irgendwo am Motor an der Welle anflanschen muss, d.h. ich brauche einen zum Motor passenden Encoder... was die Suche nicht vereinfacht.

    Daher bin ich dann recht schnell bei einem Brushless-DC gelandet, der hat zwar keinen "richtigen" Encoder, aber zumindest 3 Hall-Sensoren sind mit drin, fixfertig ohne zu basteln.

    Die Idee mit dem Stepper kam auf, weil es für Dich vielleicht leichter anzusteuern wäre. Ich würde es wegen der Geräuschkulisse nicht machen. Stepper bei höherer Geschwindigkeit hat immer was von Zahnarztbohrer.


    Andererseits hast Du den Brushless schon gekauft, oder hab ich das falsch verstanden?

    ja, einen Brushless habe ich schon, den ich mittels Arduino auch schon rudimentär zum laufen gebracht habe (Kommunikation über Seriellen Monitor, Vorgabe der Drehzahl und Auslesen der Impulse klappt).

    Mein allererstes Post hat genau an dieser Stelle aufgesetzt: Mangels Erfahrung wollte ich fragen, ob mein Vorgehen (Impulse zählen/Motor steuern per Arduino, GUI auf RasPi) halbwegs sinnvoll / Blödsinn / eine Sackgasse... ist ? Ich hab hier in dem Faden schon viel gelernt, u. A. dass man das wohl so machen kann...


    Allerdings haben sich ja inzwischen die Rahmenbedingungen "etwas" verändert, wenn ich jetzt einen Antrieb brauche, der "lediglich" 250 U/min kann, bin ich ja voll im Spielfeld eines Steppers... Geräusche wären jetzt kein Ausschlußkriterium für mich.

    oder ich baue an meinen Brushless ein Getriebe dran...

  • Was mir bei allen Überlegungen dennoch nicht gefallen will, das ist der Umstand, daß am Ende ein Gewicht/Volumen unsere Zielgröße darstellt, wir die ganze Zeit aber versuchen, diese durch genaue Volumenströme über der Zeit zu integrieren. Letztere messen wir auch noch nicht mal, sondern stellen wiederum auf Positionen oder Geschwindigkeiten von Motoren ab. Wir meinen, eine gute Motorposition allein würde reichen! Über den Aktor ("Pumpe") haben wir erst eben nachgedacht. Naja, immerhin :-) Das Problem an der Geschichte - je höher die Fördermengen ausfallen, desto höher fällt auch der Fehler aus, weil wir die eigentliche Zielgröße (die Masse) nicht kennen und Volumenförderfehler proportional mit dem geförderten Volumen wachsen.

    Bei der zugrunde liegenden Aufgabenstellung müßte der Pumpentyp die folgenden Kriterien erfüllen. Er:

    • muß trockenlauffähig sein,
    • muß saugen können,
    • benötigt vermutlich einen Rückflußverhinderer,
    • muß über seinen Antriebsbereich hinweg idealerweise ein lineares Fördervolumen aufweisen,
    • darf nicht tropfen,
    • sollte sich leicht regeln lassen,
    • sollte sich leicht reinigen lassen und
    • vermutlich noch einiges mehr.

    Alle der genannten Pumpen sind nicht primär darauf ausgelegt, genau dosieren zu können (die Schlauchpumpe kann das vielleicht noch am besten). Für solche Anforderungen würde man Kolbenpumpen einsetzen. Ob nun mit Linearmotor oder mit Nockenantrieb oder Pleuel sei erst mal egal.


    Hier mal ein gänzlich anderer Ansatz, der die Schwerkraft benutzt. Diese hat nämlich den Vorteil sehr konstant zu sein :-)

    Also Vorratsbehälter in etwa 2m Höhe und ein Schlauch der in den abzufüllenden Eimer (oder das Glas) ragt, welcher wiederum auf einer Waage steht. Zur Dosierung wird der Schlauch abgequetscht. Damit ließe sich je nach Quetschgrad der Volumenstrom einstellen. Es ist jetzt nur eine Frage des Querschnitts des Schlauches und der Förderhöhe, um auf entsprechend hohe oder kleine Volumenströme zu gelangen. Wahrscheinlich ließe sich damit sogar die gwünschte Spreizung erzielen. Der Schlauch kann dabei mit wachsendem Füllgrad linear verengt werden, damit bei Annäherung an das Wägeziel eine genauere Dosierung und Wägung erfolgen kann.

    Die Wägung ist nämlich nicht ganz ohne. Die Flüssigkeit schwappt und der Füllstrahl verleiht der Wägezelle je nach Einleitungsrichtung einen translatorischen (also nich elastischen) Impuls. Vielleicht könnte man diesem durch rotatorische Einleitung entgegenwirken... Als schlauchverengender Motor wäre ein Schrittmotor aufgrund seiner einfachen Ansteuerung und Positioniergenauigkeit ideal. Mittels eines zweiten (dünneren) Schlauches nebst Motor ließe sich eine einfache Feindosierung vornehmen. Die Reinigung der Schläuche ist vermutlich auch einfacher, als die der "flügelbehafteter" Pumpen - egal welchen Typs.

    Wären die Eimer/Gläser etc. in ihrem Geometrie- Volumenverhältnis reproduzierbar, so ließe sich die Gewichtsmessung ggf. durch eine Füllstandsmessung realisieren...

  • Das benötigte Drehmoment müsste eigentlich gleich bleiben

    Nee, natürlich nicht, da ja auch Reibungswiderstand und Strömungswiderstand mit der Drehzahl bzw. dem Volumenstrom steigen.


    Deswegen geht die Drehzahl da meist mehr oder weniger quadratisch ein. Lineare Drehzahlabhängigkeit hast Du nur bei Freilauf.


    Ausserdem hängt es vom Pumpentyp ab. Bei einer Flügelzellen-, Membran- oder Zahnradpumpe steigt bei verschlossener Öffnung der Gegendruck und die aufgenommene Leistung an, notfalls bis zur Selbstzerstörung. Bei einer Kreiselpumpe oder "echten" Impellerpumpe sinkt bei verschlossener Öffnung witzigerweise die aufgenommene Leistung, weil das Impellerrad sich im stehenden Medium einen Wolf dreht.


    Pumpen sind schwierig. ;-)

    Hier mal ein gänzlich anderer Ansatz, der die Schwerkraft benutzt.

    Dazu hat er ja schon geschrieben, dass sie das bisher so machen und dass das zu langsam geht.

  • ordentliche Encoder ein Vielfaches des Motors kosten

    Das stimmt zwar, aber Du musst keine Drehzahl regeln. Also brauchst Du auch keinen Encoder mit 500 oder 1000 Schritten Auflösung pro Umdrehung.


    Ich hab die ersten Encoder für meine Versuche vor Jahren vom Recyclinghof geholt. Später hab ich dann mal - weil die erhältlichen Scheiben für einen Aufbau zu groß waren - die Encodermuster auf Laserfolie gedruckt und auf Klemmringe geklebt, die auf die Achse passten.


    Im Prinzip reicht Dir für die Impulserfassung eine Scheibe mit 24 oder so Segmenten und eine einfache Gabellichtschranke, dann die Drehrichtung kennst Du ja. Für ersteres reicht eine Aluscheibe, in die Du Löcher bohrst. Du kannst damit keinen 4Q-Drehzahlregler bauen, aber den brauchst Du auch nicht.

  • schnasseldag : ich teile viele deiner grundsätzliche Überlegungen, jedoch orientiere ich mich bei der Umsetzung an den Lösungen der Fa. Nassenheider. Deren Funktionsprinzip will ich ja nachbauen. Dass die eingesetzten Pumpenköpfe nicht die optimale technische Lösung für Dosieren ist mag sein, jedoch verkaufen sie all diese Lösungen und ich nehme an, dass die (mehr oder weniger) funktionieren.


    Ich brauche keine Ideale Abfülllösung für ein Produkt, ich hätte gerne ein Antrieb, auf den ich verschiedene Pumpenköpfe anbauen kann, der flexibel ist und auch für kleine Chargen geeignet. Ich hatte jetzt mal mit "Flüssiger Joghurt" angefangen, aber dabei soll es nicht bleiben.


    Wir sind drauf und dran so ein Gerät von Nassenheider zu kaufen, jedoch wollte ich vorher versuchen, so einen Antrieb selbst irgendwie hinzubekommen (nur mit "schönerem" GUI, die Bedienung per Menü ist für meine Begriffe nicht gut gelöst)

    Das kann keine Raketenwissenschaft sein.


    Ich werde dann wahrscheinlich die Pumpenköpfe von denen kaufen, da weiß ich dass es funktioniert... Ersatzteile Abfüllanlagen



    btw. einen Abfüllmaschine mit Kolbenfüller haben wir, einen HAMBA 2400 Rundfüller (die läuft noch nicht ganz, da arbeiten wir dran, ist aber ein anderes Thema). Die Maschine ist geeignet um große Stückzahlen eines Produktes abzufüllen, ist aber komplett unflexibel und nicht geeignet für kleinere Chargen.

  • Ich hab die ersten Encoder für meine Versuche vor Jahren vom Recyclinghof geholt. Später hab ich dann mal - weil die erhältlichen Scheiben für einen Aufbau zu groß waren - die Encodermuster auf Laserfolie gedruckt und auf Klemmringe geklebt, die auf die Achse passten.


    Im Prinzip reicht Dir für die Impulserfassung eine Scheibe mit 24 oder so Segmenten und eine einfache Gabellichtschranke, dann die Drehrichtung kennst Du ja. Für ersteres reicht eine Aluscheibe, in die Du Löcher bohrst. Du kannst damit keinen 4Q-Drehzahlregler bauen, aber den brauchst Du auch nicht.

    daran hatte ich auch kurz gedacht, allerdings müsste ich dann noch mehr basteln... ich will ja keinen Encoder bauen sondern einen Antrieb für eine Abfüllpumpe. Wenn es sowas fertig gibt, dann präferiere ich die fertige Lösung, zumal mein BLDC incl. Treiber keine 100 Euro gekostet hat.

  • Das kann keine Raketenwissenschaft sein.

    Sicher nicht, aber Du darfst auch nicht vergessen, dass diese Firmen in dem Geschäft vielleicht schon seit Jahrzehnten tätig sind, damit viel Erfahrung haben, die Dinger anhand ihrer Erfahrung weiterentwickeln. Diese jahrzehntelange Erfahrung eignest Du Dir nicht mal nebenbei an.


    zumal mein BLDC incl. Treiber keine 100 Euro gekostet hat

    Dann nimm den BLCD mit Treiber. Kann nicht schlechter sein als der DC-Motor. Anregungen, wie Du die Impulse zählst gabs ja schon am Anfang.

  • hyle Ich schrieb ja nicht, daß der Ansatz neu wäre. dreamshader hatte ihn als erster im Visier. Ich hatte den Wägeansatz nur lange nicht weiter verfolgt, weil die Pumpe nun mal "gegeben" war. Es sollte halt immer eine Pumpe mit drin sein. Will heißen, nicht das Abfüllproblem stand im Vordergrund sondern die Wahl von Pumpe und Antrieb.


    Bulli  

    ... auch hatte ich die Parallelisierbarkeit und Einfachheit der Anlage im Hinterkopf. Eine Exzenterscheibe auf einem Stepper, die über einen Hebel einen Schlauch abquetscht, die ist einfach und skalierbar. Und zwar in Hinsicht der Größe, wie auch der Anzahl (weil billig und über ein RAMPS Modul gleich 5 Pumpen gesteuert werden könnten). Einfach zu reinigen ist ein Schlauch ebenfalls.

    Wenn der Bottich in 2m Höhe stören sollte - den könnte man dann mit einer einfachen 2-Punktregelung (tatsächlich mittels einer Pumpe!) auf Füllstand halten. Diese Pumpe wäre allerdings unkritisch in Hinsicht auf Fördergenauigkeit, Trockenlauf, Saugfähigkeit..., da sie sich in Bodennähe befinden könnte. Die Zweipunktregelung hätte ich per optischer Füllstandsmessung (Totalreflexionsprinzip) erledigt, weil das wohl die hygienischste und robusteste Lösung ist.


    Nachdem nun aber die Zielrichtung des Projektes nicht "genaues" Abfüllen sondern "ein Antrieb mit verschiedenen Pumpenköpfen" lautet, sind "pumpenlose" Ansätze bei denen das genaue Abfüllen niedrigviskoser Flüssigkeiten im Vordergrund steht natürlich daneben. Schade, daß die Problemstellung nicht zum Anfang klar umrissen war. :-(