Kugelgelenk Kaliber 15mm

[juh]

Hi Florian,
der Frontantrieb sieht ja schon mal schön aus. Wo genau verkantet denn da was ohne die Hülsen?

Hmm, ich fürchte mit dran gedruckter Achse wäre der Übergang eine Sollbruchstelle, schon beim Lösen des print in place, dann hast du kaum einen Hebel auf dieser Seite. Das ist übrigens genau der Grund, warum ich diese Seite als Kegel modelliert habe, die erste Version war noch gerade, man sieht sie auf einem Foto oben im Hintergrund, schon die ist an der Übergangsstelle recht leicht gebrochen.

vg
Jan

[juh]

Hallo zusammen,

jetzt veröffentlicht und mit Video online:

https://www.thingiverse.com/thing:6301724
https://www.printables.com/model/639420 ... fischertec

https://youtu.be/dlzrszwdPiQ

vg
Jan

[Karl]

Hallo Jan,
sehr schön gemacht.

[Harald]

Boah! Ein geiles Teil! Wenn ich nicht noch andere Sachen auf dem Tisch hätte, ginge es gerade nochmal an den Allradantrieb.

Vielleicht kannst du die Flucht nach vorne antreten: am Rand des Außenkörpers eine umlaufende Nut und ganz am Rand einen Wulst hin setzen. Dann die Schlitze bis an den Rand durchziehen. Das kostet ganz außen etwas Wandstärke, aber dadurch wird daraus eine Kralle, die sich leicht aufbiegen kann, zwecks Montage. Dazu dann einen Ring, der zum Schluss über den Wulst gezogen wird und die Sache wieder stabilisiert.

Edit sagt gerade: auf der Antriebsseite ist ja reichlich Platz. Wenn die Kralle dahin zeigt, kann ein Überwurfring dort besser angebracht werden.

Gruß,
Harald

[juh]

Hallo und danke für Feedback und Vorschläge.

@Harald: An sich versuche ich eigentlich immer mit möglichst wenig Teilen auszukommen. Welches Problem würde der Überwurfring aus deiner Sicht lösen?

vg
Jan

[Harald]

Nun ja, ist vielleicht nur, weil ich vom getrennten Drucken (nicht-PIP) ausgegangen bin. Mit einem geschlossenen Rand ist es eine ziemliche Fummelei, die Kugeln einzubauen. Die Wandstärke der Außenhaut ist ja auch nicht so üppig, deshalb dachte ich an offene Schlitze, in denen die Kugeln laufen. Beim Einbau des Laufkäfigs wird das aber gebogen und bricht leicht. Also PETG statt PLA nehmen, das ist elastischer. Damit können aber auch die Kugeln einfacher entfleuchen, wenn sich die Außenhaut aufbiegt. Deshalb der Gedanke an einen Überwurf (Ring oder so), der das zusammen hält.

Mit PIP wird man mit diesem Entwurf nicht weit kommen. Ich muss die Oberflächen mit Sandpapier, Proxxon, Dremel &Co glätten, sonst läuft da gar nichts.



Gruß
Harald

[atzensepp]

Um den Platzbedarf des Gelenks zu verringern habe ich eine zylindrische Laufwelle "angedreht" und einen passenden Lagerstein (15x15x7.5) dazu entworfen:

KGmH.JPG (987.14 KiB) 10288 mal betrachtet

Der Lagerstein eignet sich auch als Lager für ft-Kardangelenke (hier im Verbund mit anderen "Sonderteilen"):

Sonderteile.JPG (967.69 KiB) 10287 mal betrachtet

EDIT: Mit etwas Vaseline klappt es noch besser:

KGmH2.JPG (1.33 MiB) 10278 mal betrachtet

[juh]

Nun ja, ist vielleicht nur, weil ich vom getrennten Drucken (nicht-PIP) ausgegangen bin. Mit einem geschlossenen Rand ist es eine ziemliche Fummelei, die Kugeln einzubauen. Die Wandstärke der Außenhaut ist ja auch nicht so üppig, deshalb dachte ich an offene Schlitze, in denen die Kugeln laufen. Beim Einbau des Laufkäfigs wird das aber gebogen und bricht leicht. Also PETG statt PLA nehmen, das ist elastischer. Damit können aber auch die Kugeln einfacher entfleuchen, wenn sich die Außenhaut aufbiegt. Deshalb der Gedanke an einen Überwurf (Ring oder so), der das zusammen hält.

Mit PIP wird man mit diesem Entwurf nicht weit kommen. Ich muss die Oberflächen mit Sandpapier, Proxxon, Dremel &Co glätten, sonst läuft da gar nichts.

Hallo Harald,

nett dass du das gleich mal in OpenSCAD nachgebaut hast. Die Geometrie ist ja tatsächlich wesentlich einfacher als man auf den ersten Blick denkt, daher wundert es mich nicht, dass das nur wenige Zeilen Code braucht.

Aber ich sehe da gemäß KISS Prinzip nach wie vor keine Notwendigkeit für den Überwurfring. Der steigert die Komplexität und das Modell funktioniert gut ohne. Wenn da eine Achse steckt kann keine Kugel entfleuchen, da die Achse den Öffnungswinkel begrenzt. Sieht man ja im Video, dass es selbst bei Überdehnung der Achse immer noch einen Klick braucht, damit die Kugel reingeht, umgekehrt kann daher auch nichts raus. Ist übrigens in PETG gedruckt, so viel elastischer ist das in dem Maßstab ja auch wieder nicht.

@Florian netter mod

vg
Jan

[atzensepp]

Für das (einfache) Rzeppa-Gelenk gibt es jetzt ft-Designer-Dateien:

Rzeppa.png (110.72 KiB) 9646 mal betrachtet

Das Gelenk lässt sich auch animieren.

[Kali-Mero]

Hallo Florian,

sähr schick!

Grüßle
Der Kali

[juh]

Hallo zusammen,

ein paar Nachträge zum Rzeppa-Gelenk.

Post print ist also ziemlich aufwändig und heikel, vielleicht wäre das tatsächlich mal ein Fall für einen Resin-Drucker.

Nachdem ich neulich bei JLCPCB ein paar PCBs habe machen lassen und gesehen habe, dass die jetzt auch 3D-Druck anbieten, habe ich die Rzeppa-Teile mal als Test mit unterschiedlichen Werkstoffen und Verfahren drucken lassen, u.a. das Gehäuse in transparentem Resin und inner race in weißem Nylon. Die Ergebnisse haben mich einigermaßen umgehauen, in echt sieht es noch ein Stück besser aus und die Präzision ist topp.

DSC_5677a.JPG (390.28 KiB) 8658 mal betrachtet

Intuitiv würde ich übrigens meinen, dass dieses Design (aus Haralds Artikel) eher einem Gleichlauf näher kommt als das klassische Kardangelenk, allerdings ohne das wirklich gründlich durchdacht zu haben.

Tatsächlich merkt man aber, im Gegensatz zur Kardanwelle, keinen deutlichen Geschwindigkeitsschwankungen, zumindest noch nicht bei den 30 Grad, die mit dem "falschen" Modell möglich sind. Für den ft-Einsatz in der Praxis dürfte es kaum einen Unterschied machen, wobei das Rzeppa sogar +/-40 Grad schafft. Ich habe hier schon einen kleinen Teststand mit zwei AS5600 Hall-Rotationssensoren, bei denen ich die drei Varianten mal noch hinsichtlich Gleichlauf vergleichen werde.

Dieser Teststand, um diesen Fragen auf den Grund zu gehen, hat mich auf eine ziemliche Odyssee geschickt.

Meine alten AS5600 Sensoren arbeiten ja mit analogem output. Das reicht zwar für viele Anwendungen völlig aus, aber nicht für den genauen Vergleich beider Seiten zur Untersuchung des Gleichlaufs. Für den digitalen output braucht es also I2C, der bei den alten Sensoren nur über Nachrüsten eines 6-pin JST SH Steckers zugänglich ist.

Daher musst erst mal ein Gehäuse mit I2C-Anschluss für die neueren weißen PCBs her.

Weil der Chip nur eine einzige Adresse unterstützt, kam bei der Gelegenheit ein I2C-Multiplexer zur Umsetzung.

DSC_6421a.JPG (334.62 KiB) 8658 mal betrachtet

Damit konnte ich dann endlich die Messreihen zum Vergleich der drei Gelenkvarianten, ft-Rastgelenk, "fake"-Rzeppa und real-Rzeppa starten, kann aber letztlich kein vernünftiges Ergebnis verkünden.

Angenommen war ja, dass das real-Rzeppa v.a. im Gegensatz zum ft-Gelenk mit konstanter Geschwindigkeit läuft. Die Messkurven sollten also für beide Winkelsensoren strikt parallel laufen, während sie beim ft-Gelenk sinus-ähnliche Abweichungen zeigen sollten.

Problem ist, dass ich immer mehr oder weniger sinusförmige Abweichungen gesehen habe und zwar selbst 0-Grad Stellung des Gelenks. Das heißt, dass durch Messfehler und/oder Ungenauigkeiten des Aufbaus bereits ein Ungleichlauf bestand, ich vermute u.a. durch unperfekte Zentrierung von Magneten und Sensor. Ich habe dann versucht, diese Fehler aus der 0-Grad Stellung bei der 30-Grad Stellung abzuziehen, da sah man dann aber bei allen Gelenken eher Rauschen als klare Abweichungsmuster. Vielleicht ist das Mini-Rzeppa auch nicht das beste Versuchsobjekt, da es vom Maßstab her die Gleichlauf-Vorteile nicht wirklich ausspielen kann, es hakelt trotz aller Optimierungen halt doch ein wenig.

Extremere Testwinkel >30°, algorithmisches oder Sensor-interne Noise-Unterdrückung und mechanisches Optimieren des Aufbaus wären die nächsten Schritte gewesen, aber an dem Punkt hat mich dann die Neugier verlassen, andere Projekte und Hobbies rufen. Immerhin sind mit Multiplexer, I2C-AS5600 und Resin-Testdruck ein paar schöne Nebenprodukte abgefallen, die ich hier zumindest noch teilen wollte.

vg
Jan

[atzensepp]

Hallo Jan,

das ist ja ein wieder mal ein Feuerwerk der Innovationen!

Das Rzeppa-Gelenk sieht wirklich toll aus. Ganz glasklar. Das bekommt man mit FDM-Druck ohne Sintern nicht hin und selbst dann.
Was kostet das, wenn man das drucken lässt und in welcher Stückzahl macht das Sinn?

Die Magnet-Encoder-Gehäuse sind auch sehr ausgeklügelt. Leider haben meine Grove-Encoder-Platinen ein etwas anderes Format.
Muss ich mal überlegen, ob ich da mal einen Mod machen kann.

Aber was seh' ich da: Verwendest Du Zylindermagneten mit 4mm Durchmesser, die in die Rast-Klauen passen?


viele Grüße
Florian

[juh]

Hallo Florian,

das ist preislich leider ziemlich lachhaft. Günstigster (=langsamster) Versand war so 3-4 Euro, ca. 12 Tage, die Stückpreise gehen nach Volumen, bei den kleinen Teilen alles noch im Cent-Bereich. Für ca. 15 Kleinteile waren das zusammen keine 10 Euro. Am krassesten ist, dass tatsächlich jedes Bauteil auf Druckbarkeit geprüft wird. Ich hatte auch noch ein paar Mini-Motor-Schnecken in verschiedenen Materialien mitbestellt, da kam tatsächlich eine menschliche Mail, in der die Problemzonen im Bild markiert waren (es ging um die außen zu dünnen Windungen) mit der Frage, ob ich das trotzdem drucken will. Die Schnecken waren dann übrigens etwas weniger genau als meine eigenen Drucke, aber z.B. in Nylon deutlich stabiler. Ach ja, da sie im Durchmesser unter den Mindestmaßen waren, musste ich noch ein wenig einfach zu entfernenden Murks mit dranmodellieren, muss man bei kleinen Teilen mitbedenken.

Die weißen AS5600 Module kosten 3€, ob sich da ein Mod lohnt...?

Magnete: Ja, warum? Die brauchen allerdings einen kleinen Papierstreifen, damit sie gut halten. Wahrscheinlich auch eine meiner Problemquellen, neben den Toleranzen der Rastachsen, die zur unperfekten Zentrierung von Magnet und Sensor beigetragen haben.

vg
Jan