Minimotor Reparatur und Refurbishment

[juh]

Hallo zusammen,

ich hatte aus diversen Konvoluten einige Minimotoren mit Totalausfall, bei denen ich es nicht übers Herz gebracht habe, sie zu entsorgen. Bei einem war es nur eine defekte Lötstelle, die anderen waren aber mechanisch hinüber, so dass Ersatz gefragt war. Nach längerer Suche und einigem Ausprobieren, hier eine Option, wie man sie zwar nicht vollwertig, aber für viele Situationen ausreichend wiederherstellen kann:

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Zum Öffnen der Motoren (s. auch hier), Reparatur und Refurbishment mit neuem Motor siehe die Bilderstrecken unten.

Zum verwendeten Motor

Im ft-Minimotor ist offenbar ein Motor der Firma Bühler verbaut, für den bisher keine Ersatzteilquelle bekannt ist. Nach längerer Suche und verschiedenen Tests habe ich mich als Ersatz für das Modell Mabuchi FF-030PK-09210 entschieden, auch weil ein ähnlicher Motor gleicher Bauform im modernen XS-Motor eingesetzt wird (ein von mir geöffneter XS-Motor trägt die im hinteren Teil leider nur schlecht lesbare Bezeichnung SFF-030SAV-07850R). Die Größenanpassung an das Originalgehäuse erfolgt mittels einer 3D-gedruckten Hülse.

Der Ersatzmotor hat zwei Nachteile, Wellendurchmesser und Erhältlichkeit:

1. Die Welle hat 1,5 mm Durchmesser statt wie beim Minimotor 1,8 mm. Die Originalschnecke ist also nicht verwendbar [Edit: inzwischen doch, s. Post weiter unten], muss daher allerdings auch nicht aufwändig abgezogen werden. Statt dessen wird eine 3D-gedruckte Schnecke verwendet, die natürlich weniger robust ist. Vielleicht könnte man die 1,5 mm auf 1,8 mm aufpolstern, ich habe bei diversen Versuchen aber keine stabile und umwuchtfreie Variante hinbekommen. Alternativ könnten Schnecken des XS-Motors verwendet werden, die aber m.W. nicht als Ersatzteile erhältlich sind.
2. Mabuchi-Motoren werden nicht im Einzelhandel vertrieben, sie beliefern ihre Großkunden statt dessen mit Maßkonfigurationen auf Basis von Standardtypen. Man findet sie trotzdem als Stückware bei verschiedenen Händlern im Netz, v.a. bei den üblichen Verdächtigen ebay und aliexpress. Oft fehlen dort aber genaue Informationen zum Typ, teils ist es eindeutig Neuware, teils offenbar Restposten aus der Produktion oder auch ausgeschlachtete Ware. Man muss also genau hinsehen. Ich habe meine Exemplare hier bei ebay unter der Produktbezeichnung "Mabuchi FF-030PK-09210 DC 9V" gefunden. Sie sind mit den für ft perfekten 9V ausgewiesen, obwohl Mabuchi selbst nur 3-7V als operating range für den Typ 09210 ausweist. Wichtig ist in jedem Fall die Wellenlänge von 10,5 mm ab Motorgehäuse, darauf ist die gedruckte Schnecke ausgelegt. Ein Datenblatt ist zumindest für Privatpersonen bei Mabuchi nicht erhältlich, im Netz findet man auf verschiedenen Seiten ein 1-seitiges Datenblatt mit genaueren Angaben zu den beiden "Standardtypen" 11160 und 09210.

Zur m0,5-Antriebsschnecke

Entgegen meiner ersten Erwartungen ist die 3D-gedruckte Schnecke durchaus praxistauglich, auch wenn von ihr keine Wunder zu erwarten sind. Grundsätzlich zeigen meine Tests, dass sie bei geringer Belastung und, im langsamen Betrieb, sogar bei mittlerer Belastungen durchaus verwendbar ist. Erst wenn es zu starker Reibungswärme kommt, wird das Material weich und leidet (s.u.).

Druck der m0,5 Schnecke

• Material: Ich habe PLA und PETG getestet und empfehle PLA aufgrund der größeren Druckgenauigkeit. PETG neigt zum Ziehen bei Wechsel der Druckrichtung, wodurch die Windungen der Schnecke weniger präzise sind. Aufgrund der niedrigeren Drucktemperatur kann PLA bei guter Belüftung (s.u.) schneller erstarren, wodurch die Windungen der Schnecke weniger absacken können. Außerdem ist PETG sehr zäh und abriebsfest, ich gehe daher davon aus, dass kleinere Ungenauigkeiten nicht wie bei PLA abgeschmirgelt werden, sondern umgekehrt das original ft-Material z.B. des U-Getriebes beschädigen können. Konkret verwendet habe ich letztendlich transparentes PLA von Geeetech, ich finde es passt farblich am besten.
  
  

  

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• Ausrichtung: stehend mit Öffnung nach oben, wie geliefert.
• Kühlung: Die starken Überhänge der Schnecke können nur mit einer starken Kühlung gedruckt werden, die das Material sofort erstarren lässt. Elementar ist dabei eine mehrseitige Belüftung von mindestens zwei Seiten, bei einseitigen Kühlungslüftern sacken die Windungen auf der nicht belüfteten Seite zu stark ab. Kühlung insgesamt auf Maximum, auch schon in den ersten Ebenen.
• Schichtstärke: Weniger für die Genauigkeit als wegen der starken Überhänge muss mit der kleinstmöglichen Schichtstärke gedruckt werden, die vom Drucker unterstützt wird. Ich drucke auf meinem Ender 3 Pro v2 mit 0,08 mm.
• Absetzen bei schnell druckenden Ebenen: Cura baut standardmäßig kurze Pausen mit Absetzen des Druckkopfs ein, wenn die in einem Layer verbrachte Zeit zu kurz wird, damit das Material abkühlen kann. Das ist Gift für die Qualität des Drucks bei kleinen Details. Daher "Lift Head" abstellen, "Minimum speed" deutlich runter auf 5 mm/s und "Minimum Layer Time" auf ca. 5s, das sollte bei PLA und guter Kühlung reichen, um ausreichend fest für die nächste Schicht zu werden.
• Sonstige Parameter: keine Supports; aufgrund der kleinen Standfläche mit Brim, langsamer Druck ca. 20mm/s.
• Weitere Tipps: Sollen mehrere Schnecken in einem Rutsch gedruckt werden, in Cura "print sequence" auf "One at a time" stellen, dadurch werden travel moves vermieden, die zu Ungenauigkeiten führen können. Grundsätzlich sollte der Drucker optimal kalibriert sein, um over- und underextrusion zu vermeiden, die hier Gift wären.

Im Nachgang muss die Schnecke mit einem 1,5 mm Bohrer nachbearbeitet werden, s. Bildstrecke.

Das refurbished Modell im Testeinsatz

Meine Tests belaufen sich auf insgesamt nur wenige Stunden Laufzeit, echte Langzeiterfahrungen gibt es also nicht. Für mein Anspruchsniveau, kaputte Motoren wieder überhaupt einsetzbar zu machen, reicht mir das aber. Das war mein Teststand, alle Bilder mit PLA-gedruchten Schnecken:

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Es zeigt sich, dass es anfangs zu einem gewissen Abrieb kommt, dabei handelt es sich aber v.a. um kleine Unreinheiten des Drucks, die zu Beginn natürlich abgeschmirgelt werden. Danach kommt es nur noch zu einem minimalen Abrieb unter folgenden Bedingungen: Höchstgeschwindigkeit bei 9V ohne Beladung; ca. halbe Geschwindigkeit bei voller Beladung (wie im Bild gezeigt). Bei voller Beladung und Höchgeschwindigkeit kommt es nicht sofort, aber nach wenigen Minuten entweder zum "Schneckenfraß" oder die Schnecke rutscht von der Welle:

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Langfristige Erfahrungen fehlen, auch Erfahrungen zur Lagerung. PLA mag es nicht, unter Spannung zu stehen, es platzt dann gerne irgendwann. Ich möchte also nicht ausschließen, dass die Schnecken nach einiger Zeit reißen, ähnlich wie das berüchtigte Z11 des Hubgetriebes. Nachdem die Massenproduktion hier aber ressourcenmäßig vertretbar ist und der Wechsel leicht vonstatten geht, kann ich damit leben.

Links auf die Druckdateien:

https://www.printables.com/model/473725 ... shment-kit
https://www.thingiverse.com/thing:6004305

vg
Jan

[juh]

Hier noch die Bildstrecken.

Öffnen der Minimotoren:

gehaeuse_oeffnen.jpg (231.25 KiB) 4038 mal betrachtet

Reparieren einer defekten Löstelle und Verkleben des Gehäuses:

resolder.jpg (296.74 KiB) 4038 mal betrachtet

Refurbishment mit Ersatzmotor Teil 1:

refurbish1.jpg (279.61 KiB) 4038 mal betrachtet

Refurbishment mit Ersatzmotor Teil 2:

refurbish2.jpg (206.64 KiB) 4038 mal betrachtet

vg
Jan

[juh]

Gerade habe ich mal noch die Stromaufnahme verglichen. Das sind keine supergenauen Werte, v.a. die Originalmotoren streuen breit, aber als Richtwerte informativ:

(1) leere Schale, volle Geschwindigkeit
(2) volle Schale (7 Gewindestangen), halbe Geschwindigkeit
(3) volle Schale, volle Geschwindigkeit

Code: Alles auswählen

             (1)      (2)      (3)
XS Motor    25 mA    25 mA    40 mA
Original   125 mA   100 mA    140 mA
Refurb.     40 mA    60 mA    200 mA

Bei voller Geschwindigkeit habe ich es aus den o.g. Gründen nur kurz getestet, es scheint, die beim refurbished Motors macht sich die stärkere Reibung überproportional bemerkbar, auch die Geräuschentwicklung ist dann deutlich größer.

Also wie gesagt, das Ganze eher für den leichtgewichtigen, nicht-Dauerbetrieb.

vg
Jan

[fishfriend]

Hallo...
Ich bin mir nicht mehr sicher wo, aber es gab mal die ft-Schnecken einzeln.
Es gibt auch von anderen Herstellern Messingschnecken.
Da ist natürlich die Frage wie man die festkriegt. Löten, Pressen,... ???
Ich selber hab hier mal vor ewigen Zeiten welche von einer Ausstellung geholt, aber sie noch nie eingesetzt.
Eventuell kann man vom Schneckengetriebe fein 31069 die Schnecke abziehen und auf einen Motor umbauen.
Ich könnte mir denken,das man auch passende Motoren bekommt. Da muss man "nur" die Maße haben.
Mit freundlichen Grüßen
Holger

[DirkW]

Hallo Jan,

danke für die tolle Bilder-Dokumentation.

Gruß
Dirk

[juh]

Hallo...
Ich bin mir nicht mehr sicher wo, aber es gab mal die ft-Schnecken einzeln.
Es gibt auch von anderen Herstellern Messingschnecken.
Da ist natürlich die Frage wie man die festkriegt. Löten, Pressen,... ???
Ich selber hab hier mal vor ewigen Zeiten welche von einer Ausstellung geholt, aber sie noch nie eingesetzt.
Eventuell kann man vom Schneckengetriebe fein 31069 die Schnecke abziehen und auf einen Motor umbauen.
Ich könnte mir denken,das man auch passende Motoren bekommt. Da muss man "nur" die Maße haben.
Mit freundlichen Grüßen
Holger

Hallo Holger,

die Maße sind doch bekannt, mit denen ist es aber nicht getan, wenn man halt keine Bezugsquelle findet. Aber ich freue mich, wenn du etwas auftust.

Die Schneckengetriebe sind keine Lösung, deren Schnecken haben auch 1,8 mm Innendurchmesser, da könnte man auch die des Minimotors recyclen.

vg
Jan

[atzensepp]

Hallo Jan,

ich bin erstaunt, wie genau Du Deine Drucke hinbekommst.
Welches Modul hat denn die Schnecke? Wie ist der definiert? Vermutlich Modul der Zahnräder, die sie treibt.
Schnecken aus Messing und Stahl mit m=0.3, 0.4 und 0.5 habe ich gefunden. z.B.
https://www.mechanik-hoehn.de/shop/?cPa ... ecken.html

Die ft-Schnecke hat aber eher m=0.45 wenn ich mich nicht vermessen/verzählt habe.

Gruß
Florian

[juh]

Hallo Florian,

believe me, I've been there... Das Modul ist ja nur das eine, Kopfkreisdurchmesser (Soll: 4,5 mm) und Bohrung (Soll für den Mabuchi-Motor: 1,5 mm) das andere. Beide passen bei den Höhn-Modellen nicht, daher wäre gegenüber Recycling der Originalschraube nichts gewonnen. Ähnlich diverse m0,5 Kunststoff-Schnecken, die man bei aliexpress und ebay findet, da ist der Kopfkreis auch zu groß.

Zum Thema Recycling probiere ich gerade noch eine neue Idee, das braucht aber noch ein paar Tage.

vg
Jan

[juh]

So, hier jetzt noch eine Variante ohne gedruckte Schnecke, bei der die alte Originalschnecke mit 1,8 mm Innendurchmesser wiederverwendet wird. Sie wird mit Epoxyd-Kleber auf der 1,5 mm Mabuchi-Welle fixiert, vorher passend aufgebohrt und zum Zentrieren mit einer gedruckten Halterung fixiert.

worm gear recycling.jpg (278.75 KiB) 3587 mal betrachtet

Das Auf- bzw. Durchbohren mit einem 1,5 mm HSS-Bohrer ist aus drei Gründen erforderlich: erstens ist die vorhandene Bohrung etwas zu wenig tief für die 10,5 mm lange Welle des Mabuchi Motors. Zweitens zentriert die 1,5mm Bohrung ganz vorne die Welle in der 1,8 mm Schnecke. Drittens, und am wichtigsten, können Luft und Kleber beim Aufschieben der Welle nach vorne entweichen. Ohne Luftloch wird das sonst eine Sauerei mit Gefahr, dass Kleber in den Motor gelangt. Die Zentrierung der Bohrung erfolgt mit Hilfe einer 3D-gedruckten Bohrhilfe.

Vorne hilft die neue Bohrung beim Zentrieren der Schnecke auf der Welle, hinten dient eine Klebehilfe. Sie muss sehr genau gedruckt werden, so dass die Schnecke keinerlei Spiel hat, sonst stimmt die Zentrierung nicht, aber auch nicht zu fest klemmt, damit man sie später leicht abbekommt.

Im Test sinkt gegenüber der gedruckten Schraube die Stromaufnahme im Volllastbetrieb von 200mA auf ca. 100mA, in den anderen Modi ist sie ähnlich. D.h. die Lösung ist belastbar wie die Originalmotoren und im Stromverbrauch zwischen XS-Motor und altem Mini-Motor.

Die Druckdateien für Bohr- und Klebehilfe sind bei den Links oben mit hochgeladen.

vg
Jan

[fishfriend]

Hallo...
Auch eine Möglichkeit.
Mit deiner Lösung kann man das nun auf die Schnelle selber machen.

ich bin mir nicht sicher ob das geht.
Ich hatte bei Lemosolar gesehen das bei manchen Motoren die Achse gerändelt ist.
Eventuell kann man das nachträglich auf den Achsen auch machen und die Schnecke "einfach" aufschieben..
Aber wer hat schon solche Rändelteile?
Mit freundlichen Grüßen
Holger

[juh]

Ich hatte bei Lemosolar gesehen das bei manchen Motoren die Achse gerändelt ist.
Eventuell kann man das nachträglich auf den Achsen auch machen und die Schnecke "einfach" aufschieben..
Aber wer hat schon solche Rändelteile?

Ja, das oben erwähnte Schneckengetriebe 31069 nutzt so eine Rändelung zum Fixieren der Schnecke. Aber hier müsste man es an der bereits eingebauten Welle machen, ohne den Motor zu beschädigen. Und ob man nur mit Rändeln eine Durchmesserdifferenz von 0,3 mm so ausgleichen könnte, dass es einen stabilen Halt ergibt?

Übrigens hatte ich vergessen, zu schreiben, wie man die Schnecke vom original Motor abzieht: Das geht in den meisten Fällen doch relativ problemlos und beschädigungsfrei, wenn man die Schnecke von ganz unten zu fassen bekommt. Ich habe ganz profan einen Seitenschneider verwendet und direkt an der Motorwelle beidseitig unterhalb des Schneckenschafts angesetzt und diese vorsichtig und stückchenweise hochgehebelt. Man fasst die Schnecke selbst also gar nicht, sondern hebelt sie nach oben weg. Natürlich all das erst nach Ausbau des Motors, um beim Hebeln nicht das ft-Gehäuse zu beschädigen. Und natürlich sollte man das nur bei defekten Motoren machen, der ansonsten beschädigt werden könnte.

DSC_4316a.JPG (90.01 KiB) 3446 mal betrachtet

vg
Jan