Antrieb für Scheibenstreifen

Hallo,

mein Feiertagsprojekt ist zwar wieder mal nicht fertig geworden, aber zumindest die Mechanik ist so weit, dass man sich etwas vorstellen kann.

• Es soll ein Antrieb für LG Scheibenstreifen mit 5 bzw. 10 Spiegeln werden.
• Der Weitertransport soll automatisch beim nächsten Spiegel stehenbleiben, zusätzlich manuell per Tasten vor-/rückwärts.
• Das Ganze soll ein Rahmen werden, den man vor einen normalen Kugelfang für 14 cm Scheiben setzen kann.

Die Mechanik existiert bis auf die Oberfläche und Endmontage, die Elektronik nur als Schaltplan.
Hier ein paar Eindrücke der Mechanik:

Fortsetzung folgt...

LG Hannes

Dieses Wochenende kam ich doch etwas weiter.
Die Konstruktion der Kassette, also des (Kunstoff-) Teils, der den Scheibenstreifen führt, wirft die Frage nach Form und Größe der Durchschußöffnung auf.
Einerseits kann sie nicht größer sein, als der Streifen breit ist (52mm bei den 10er Streifen, die ich verwende), andererseits beeinflussen die Durchschußöffnungen der Kassette und des Rahmens das Zielbild. Es werden 2 weitere Kreise hinzugefügt, die beim Zielen irritieren bzw. vom Spiegel ablenken könnten - vor Allem, wenn sie nicht konzentrisch mit dem Spiegel sind.
Kassette mit runder Durchschußöffnung:

Im Zweifel hab ich mich für eine Ausführung mit sechseckiger Durchschußöffnung entschieden, aber vorbehaltlich der Tests mit der endgültigen Beleuchtung.
Hier die Teile des Antriebs:

Teile montiert für den ersten Testbetrieb noch ohne Führungen für den Streifen:

Und jetzt mit Führung:

Montage aller Antriebsteile und Probelauf:

Weiter geht's mit der Elektronik...

LG Hannes

Als quick win war das Ganze auch nicht gedacht, aber das Projekt zieht sich schon
Im Prinzip kommt man mit wenig Werkzeug und fertigungstechnischen Fähigkeiten durch:
Die Gehäuseteile sind Zuschnitte aus Alublech und Aluwinkel, die kann man im Fachhandel zuschneiden lassen. Bleibt die Durchschussöffnung. Die hab ich mit der Dekupiersäge gemacht, geht aber auch mit eine Laubsäge. Die Bohrungen macht man auf einer Tischbohrmaschine oder zur Not auch mit der Handbohrmaschine.
Die Antriebsteile (Getriebemotor, Kegelzahnräder, Welle, Lagerbuchsen) sind Zukauf aus dem Reely Programm (z.B. bei Conrad). Die Rollen hab ich gedreht, gibt es aber auch als Zukaufteile (schlimmstenfalls den Abstand der Welle von der Gleitfläche an den Durchmesser der Rollen anpassen).
Dann bleiben nur mehr die "Lagerböcke". Die sind aus Alu Winkel, kann man zur Not mit der Bogensäge zuschneiden. Das einzig kritische Maß ist der genannte Abstand der Bohrung für die Lagerbuchsen von der Kante der Winkel. Die bekommt man gleich, indem man den Winkel zuerst auf einer Tischbohrmaschine mit (festgespanntem) Schraubstock bohrt und erst danach voneinander trennt.
Wer natürlich eine Fräsbohreinrichtung mit Koordinatentisch hat, wird die benutzen :-).

Im Moment überlege ich, ob eine Elektronik aus ein paar 74Cxx samt Einzelanfertigung einer Leiterplatte günstiger sein kann als ein Raspi oder Arduino. Irgendwie widerstrebt es mir, ein größenwahnsinniges Flip-Flop mit einem Prozessor zu realisieren (wie war das mit den Kanonen und dem Spatzen?). Aber ich fürchte fast, nach dem Bestpreisprinzip wird's ein Arduino...

LG Hannes

Da wär was dran. Aber eins nach dem anderen. Jetzt mal die Antriebssteuerung, dann sehen wir weiter. Ich bin schon versucht einen MKR mit Wifi zu nehmen, um das Kabel zur Fernsteuerung einzusparen

LG Hannes

So, nun ist die erste Generation seit ein paar Wochen im Einsatz.
Die Elektronik hab ich mit ein paar (3 um genau zu sein) LSI ICs (74HC14, 74HC08, 74LS06) realisiert, die Positionserkennung mit einer Gabellichtschranke und Indexlöchern am Rand der Scheibenstreifen.
Mehr Aufwand als erwartet verursachten die Rückwirkungen des (Bürsten-) Motors auf die Stromversorgung. Also ordentliche Pi-Filter in beide Zweige (vor den Motor und vor den Spannungsregler der Elektronik) und Ruhe war.
Wie sich die Mechanik, insbesondere die "Gummibereifung" der Antriebsrollen, abnützt wird sich nach ein paar 1000 Schuss zeigen...
Noch ein paar Bilder vom fertigem Zustand:
Rahmen vor dem Kugelfang

Rückseite mit Schienen für den Rahmen des Kugelfangs

Das Innenleben ist jetzt schon etwas dicht, aber die Leiterplatten sind auch sehr locker bestückt und könnten wesentlich kompakter gemacht werden. Ein Arduino an Stelle der Steuerplatine ginge sich locker aus, die Relaisplatine mit dem Filter für den Motor wird wohl nicht mehr viel kleiner.

Nach den ersten beiden Serien zeigte sich, dass sich eine erhebliche Menge and Papierschnipseln im Inneren des Rahmens verteilt und früher oder später wohl die Mechanik oder die Lichtschranke beeinträchtigen würde. Also hab ich einen Kasten rund um den Schusskanal gebaut. Die Platinen bekommt man trotzdem noch raus...

Zu guter Letzt hab ich noch 2 Alustreifen angebaut, mit denen der Rahmen vor einen wesentlich größeren Kugelfang (für A4 Zielscheiben) montiert werden kann.

Steuerung derzeit noch über ein Bedienpult mit 12m Kabel (CAT 5). Die Leds melden den Bewegungszustand (vor, rück, vor bis zum nächsten Indexloch) zurück.

Sollte jemand einen Nachbau in Erwägung ziehen, kann ich gerne mechanische Konstruktionszeichnungen, Schaltplan, Gerberdateien für die Leiterplatten, Stücklisten,... zur Verfügung stellen. Mechanisches in dxf oder pdf, Schaltplan im KiCad Format oder pdf, Gerber ist halt Gerber...

LG Hannes

2erlei: so hab ich's gemacht. Die Indexlöcher mache ich mit der Bohrmaschine und einem 3mm Holzbohrer, immer 20 Streifen auf einmal. Eine Schablone hab ich im CAD gezeichnet, die kommt auf einen Streifen und die Zentren der Löcher werden durchgestochen. Dann diesen Streifen als obersten auf einen Stapel von 20 Stück, knapp neben dem Bohrloch niederspannen und mit dem scharfen Holzbohrer durch bohren. Eine bessere Lösung mit einer Schablone aus dickem Perspex ist in Arbeit.

Thiel:
Die einfachste Möglichkeit, einen Motor in nur einer Drehrichtung anzusteuern ist in der Tatein Taster mit einem Arbeitskontakt. Um allerdings die Position korrigieren zukönnen, wenn man den Taster etwas zu spät losgelassen hat, wäre eine Ansteuerung für beide Drehrichtungen sinnvoll. Das geht für Gleichstrommotoren am Einfachsten mit zwei Tastern mit Umschaltkontakten.
Beides geht wohl am Billigsten mit Lichtschaltern aus einem Baumarkt-Noname Programm; ist halt nicht sehr schön. Eingabetaster (Digitaster) sind eher ungeeignet Motoren direkt zuschalten, weil sie
1) meistensnur einen Arbeitskontakt haben und
2) nicht für die Anlaufströme selbst kleiner Motoren ausgelegt sind.

Die vielfach praxiserprobte Standardschaltung für die Ansteuerung eines Gleichstrommotors mit Drehrichtungsumkehr besteht aus 2 Relais, 2 Tastern und 4 Dioden als Schutzbeschaltung:
Die Relais sind so auszulegen, dass sie den Strom des Motors sicher schalten können und Kontakte ebenso wie Wicklungen für die Nennspannung des Motors geeignet sind. Den Anlaufstrom kann man, wenn nicht angegeben, abschätzen indem man den Gleichstromwiderstand des Motors misst und die Betriebsspannung durch diesen dividiert. Der 10fache Nennstrom ist auch nicht ganz falsch.
Für die Kleinstmotoren, die hier völlig ausreichen, wären das Printrelais für 12 oder24V und 1A oder so. Das Standardrelais, das jeder Bastler in der Lade hat wäre z.B. Finder 30.22.7.012 (oder xxx.024). Äquivalenztypen aus Fernost gibt’s, wenn man etwas sucht, ab einem Euro. Bei etwas größeren Motoren kommt das 40.62.9.012 in Frage (10A sollten doch reichen). Die Relais haben jeweils 2 Umschalter, die schaltet man parallel.
Die Schutzdioden haben den Zweck eine Erosion oder gar das Verschweissen der Kontakte in Folge der Induktivität der Motorwicklung bzw. Relaiswicklungen zu vermeiden und so einen langjährigen Betrieb sicherzustellen. Die Schutzdioden für die Relaiskontakte sind gegensinnig in Serie geschaltete Zenerdioden die so zu dimensionieren sind, dass die Durchbruchspannung komfortabel (20% oder so)über der Betriebsspannung liegt und ein Mehrfaches des Nennstroms des Motors kurzzeitig geführt werden kann. Für meinen Kleinstmotor mit 12V/90mA ist das z.B. ZPD15. Bei dickeren Motoren entsprechend dickere Dioden.
Die Freilaufdioden für die Relaiswicklungen dimensioniert man nach dem Nennstrom der Relaiswicklung, in der Praxis 1N4148 o.ä. für kleine Printrelais und 1N4007 oder so für etwas größere.
Die Digitaster müssen halt den Nennstrom der Relaiswicklungen führen können. Digitaster mit mechanischen Knackfröschen als Kontakte tun das allemal, solche mit Graphitkontakten eher nicht.
Das Ganze kann man auf einer Lochrasterplatte aufbauen oder zur Not auch frei verdrahten (Digitatster mit Zentralbefestigung, Relais kopfüber neben die Taster kleben und alles nach Schaltplan mit isoliertem Schaltdraht verdrahten).
Da hier weit und breit keine Elektronik zu sehen ist, wird man auch keine Entstörfilter brauchen, sofern man nicht den Motorstrom über das lange Kabel schickt.
Solange man im Kleinspannugsbereich (< 60V) bleibt, gibt es auch keine Sicherheitsbedenken. Vorsichtige können noch eine Sicherung vorsehen. Als Netzteil eignen sich die für LED Beleuchtungen angebotenen „Notebook“ Netzteile.

Mit ging es aber, wie wohl erkennbar, gar nicht um die einfachste oder billigste Lösung. Vielmehr waren die Auslöser
[*]der Wunsch, eben nicht manuell positionieren zu müssen, um nicht abgelenkt zu sein, dh. genau das Feature "weiter bis zum nächsten Spiegel"
[*]nach fast 2 Jahrzehnten Abstinenz wieder mal eine, wenn auch ganz kleine, Schaltung bis zur „Fertigungsreife“ auszuentwickeln

In den letzten Jahren sind für fast alle CAD Aufgaben in Modellbau und Hobbyelektronik Freeware Programme auf Open Source Basis verfügbar geworden, die mittlerweile recht ansehnliche Ergebnisse mit relativ geringer Einarbeitungszeit erlauben. Ich verwende Libre Office für Dokumentation und Berechnungen, LibreCAD für 2DZeichnungen mechanischer Teile und Anordnungen und KiCad für Schaltplan und Leiterplatten. Ich wollte mal die ganze Kette durchspielen und das hat überraschend schnell und klaglos funktioniert.

Ich denke, ich werde die Mechanik ein zweites Mal ohne wesentliche Veränderungen aufbauen, aber die Lagerböcke und vielleicht die Antriebsrollen 3D drucken lassen. An Stelle der Steuerplatine kommt dann ein Arduino mit WiFi, ein zweiter in das Steuerpult (das Kabel ist schon lästig). Mal sehen, welche Latenzzeiten sichergeben werden. Einer Anzeige des Trefferbilds mittels Webcam und iPad steht dann auch nichts mehr im Wege, aber alles schön der Reihe nach…

LG Hannes