Leistung Servo vs. Stepper

mattg

User
Hallo zusammen,

ich habe bisher nur mit normalen Open-Loop Schrittmotoren gebaut, möchte aber für meine nächste Eigenbaumaschine gerne mal Servos testen.
Vom Prinzip her ist mir alles klar, und mir geht es auch hier garnicht um das Thema Servo vs. Stepper bzw. open vs. closed loop, dazu habe ich mich in den letzten Wochen schon eingehend belesen.

Was mir aber weiterhin nicht ganz klar ist: Welche Servo-Leistung brauche ich, um einen Schrittmotor mit gegebenen Leisungsdaten ungefähr gleichwertig zu ersetzen? Also gleichwertig im Sinne von Leistung während der Zerpsanung, somit eher im unteren Drehzahlbereich bis 1000 U/min.

Nehmen wir mal an, ich habe eine Fräse die gut mit typischen Nema 23 Schrittmotoren läuft, die meinentwegen 2Nm Haltemoment und 0.6Nm bei 1000 U/min bringen. Das wären rechnerisch bei 1000 U/min ca. 63 Watt, also sollte ein 180W Servo vermeintlich dicke reichen.
Wenn ich mir jetzt aber das Datenblatt vom JMC 180W Servo anschaue, bringt der nur 0,6Nm über das ganze Drehzahlband. Also bei kleinen Drehzahlen deutlich weniger als der Schrittmotor, bei 1000 U/min das gleiche Drehmoment, darüber dann deutlich mehr.

Generell ist ja dann die Leisungscharakteristik über der Drehzahl bei Schrittmotoren vs. Serovs eine ganz andere. Der Schrittmotor hat eher eine gleichbleibende Leistung und abnehmendes Drehmoment. Der Servo hat eher ein gleichbleibendes Drehmoment und ansteigende Leistung.


Jedenfalls scheinen die 180W Servos ja laut etlichen Videos und Berichten auf allen möglichen Hobbyfräsen von Holzbastelgestell bis richtig massive Alubauweise völlig auszureichen, um auch Alu mit größeren Vorschüben als mit Nema23 Steppern zu zerspanen. Wird einem das nur weisgemacht, weil man die halt für das Video gesponsert bekommen hat, oder reichen die tatsächlich im Hobbybereich praktisch immer aus? Sind die 400W Servos dann grundsätzlich Overkill für die typische Hobbyportalfräse und Aluzerspanung?
 

Teddito

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Die Nummer mit gleichwertig ist so nicht einfach. Weil nen Servo, nen Servo is und kein Stepper. Ein Stepper hat ein Optimalen Arbeitsband. Beim Servo is das egal. Du hast immer max Drehmoment.
Ferner weist du gar nicht ob dein Stepper für deine Maschine jetzt Overkill ist oder nicht. Entsprechend wirst du auch nicht wissen ob der Servo nun gleichwertig sinnvoll zum Stepper ist.

Man kann das auch alles geschmeidig berechnen. Muss man aber nicht und sich gleich die Servos kaufen. Wenn die Dinger auf anderen Maschinen gut laufen, werden die auf deine Maschine auch laufen... Wichtig neben dem Gewicht für die Aluzerspanung ist die Frässpindel. Mit ner billigen Chinaspindel machst du nur nen zweiten Platz. Mehr dazu per Mail/pm. Dem Alu ist es egal ob ein Stepper oder ein Servo schiebt. Ich kann mit meinen Steppern auch safe 10m/min fahren. Also im G1.
 

mattg

User
Ferner weist du gar nicht ob dein Stepper für deine Maschine jetzt Overkill ist oder nicht. Entsprechend wirst du auch nicht wissen ob der Servo nun gleichwertig sinnvoll zum Stepper ist.
Ja, schon klar. Was ich eigentlich in Erfahrung bringen will ist: wie kann ich aus der Erfahrung, die ich mit Steppern gesammelt habe auf die benötigte Leistung eines Servos schließen?

Man hat ja über die Jahre ein Gefühl dafür entwickelt, was ein Servo "können" muss, um auf einer Fräse mit Portalgewicht X, Spindelsteigung Y usw. die Zerspanungsaufgabe Z zu erfüllen. Wenn ich also z.B. aus Erfahrung/Bauchgefühl einen Stepper mit soundsoviel Nm Haltemoment und soundsoviel Nm bei 1000/min auswählen würde, in welcher Leistungsklasse von Servo müsste ich mich dann umschauen?

Mir geht es auch nicht um einen besonders schnellen Eilgang, auch wenn da Servos im Vorteil sind. Das Thema Servo (und ja, auch die "nervige" Parametrierung) reizt mich einfach, daher möchte ich es im nächsten Projekt mal angehen.


Frässpindel ist erstmal kein Thema, da nehme ich eine, die halt schon aus einem anderen Projekt vorhanden ist und sich bewährt hat.
 
Wenn ich also z.B. aus Erfahrung/Bauchgefühl einen Stepper mit soundsoviel Nm Haltemoment und soundsoviel Nm bei 1000/min auswählen würde, in welcher Leistungsklasse von Servo müsste ich mich dann umschauen?
Naheliegend wäre es doch, ein Servo mit demselben Drehmoment zu nehmen. Einfach aufs Drehmoment statt auf die Leistung schauen (denn die Nennleistung des Servos wird erst bei Maximaldrehzahl erreicht).
 

mattg

User
Naheliegend wäre es doch, ein Servo mit demselben Drehmoment zu nehmen. Einfach aufs Drehmoment statt auf die Leistung schauen (denn die Nennleistung des Servos wird erst bei Maximaldrehzahl erreicht).
Ja, das war auch mein Gedanke. Daher hat es mich ja gewundert, dass so viele die 180W Servos anscheinend selbst bei Alu zufrieden einsetzen, obwohl niemand an der CNC einen Stepper mit nur 0,6Nm max. Drehmoment nehmen würde.

Es ist ja so, dass die Servos kurzzeitig auch mehr Drehmoment als den Nennwert bringen können, nur nicht im Dauerbetrieb. Aber was heißt dann in dem Fall kurzzeitig? Über Sekunden oder Minuten? Und wie viel mehr? Das 2-3 fache?
 
Das zeigt eigentlich nur, dass Schrittmotorantriebe oft überdimensioniert sind. Und das ist ja auch sinnvoll, um keine Schritte zu verlieren.

Davon abgesehen behaupte ich mal, dass viele zufriedene Nutzer der 180W-Servos sehr genügsam in ihren Ansprüchen sind, wahrscheinlich werden die wenigsten überhaupt wissen, wie groß ihre Schleppfehler sind. Hauptsache es ist ein supertolles Servo drin, das leise ist und was her macht im Eilgang. Deswegen würde ich die Aussage "zufrieden" relativieren. Ist halt ein Mode-Servo.
 

mattg

User
Ja, da ist sicher viel wahres dran...
Zumal einige Youtuber die Servos evtl. auch zum "Testen" zur Verfügung gestellt bekommen und dann natürlich mega zufrieden sind.

Ich werde dann meinem Bauchgefühl folgen, und je nachdem, wie die Fräse am Ende aussieht, eher in die 400-800W Klasse gehen.
 
Hallo,

wie viele Tonnen wiegt deine Fräse?

Mal ernsthaft, ich kenne einige Leute in einem anderen Forum die vom Fach sind und die JMC 180 V6 als Update an ihren soliden Alufräsen installiert haben. Dazu war auch immer eine Aufrüstung der Netzteile auf mehr Leistung nötig. Das alles weil Servos mit moderner Technik schlapper sind als Stepper? Sicher nicht. Nein im Gegenteil, gerade wenn die Geschwindigkeit zunimmt und Spähne und kein Mehl produziert werden soll, gehen Stepper in die Knie.

Letztendlich waren Servos einfach weit teurer als Stepper und wurden deswegen, wie auch die Parametrierung, lange nicht in Betracht gezogen. Da hat sich aber einiges geändert.
Schau dir mal die Videos von Normio zum Thema Servos im Netz an, vielleicht wird dir dann vieles klarer. Auch hat die V6 Version Autotuning und reicht für die meisten Hobby Anwendungen voll auf. "Schon" die 180er Servos können dir deine massive Alufräse aus dem Hobbybereich zerlegen. Die Kraft und Geschwindigkeit sollte nicht unterschätzt werden. Oder schafft ein normaler Stepper 15.000 mm/min bei einer 5er Steigung?

Wenn du mehr willst, (Betonfräse?) brauchst du auch 3x400 Volt was Industriestandart ist. Sonst raucht dir der Sicherungskasten ab.

Grüße, Bernd
 

mattg

User
Ok, aber wenn wir jetzt mal nicht "extreme" Vorschübe betrachten, sondern den Bereich 0-1000 U/min am Motor, also immerhin auch bis 10.000 m/min bei 10er Steigung...

Wie ist es dann zu erklären, dass ein Servo mit nominell 0,6 Nm mehr Leistung bringt als ein Allerweltsstepper, der in diesem Bereich z.B von 3 bis 1Nm schafft?

Bei Drehzahlen jenseits von 1500-2000 U/min sind die Vorteile ja klar.
 

Teddito

User
Mit ner soliden Maschine hälst du ne fahrende Achse mit einen 1.2Nm Stepper nicht an!
400-800W Klasse ist völlig überdimensioniert. Damit kannst du nen paar Hundertkilo mit 10m/min hin und herschieben...
Die 180W Servos sind voll ok. Was gute Stepper und einfache Servos schaffen, schafft so eine Mechatronspindel oder Vergleichbar mit Sicherheit nicht. Und das sind nun mal die meist verbauten Spindeln in der Liga. Auch wenn die meisten Spindeln wohl kein großes M aufgedruckt haben...

Grundsätzlich kann man das alles ohne weiteres berechnen.

Also meine Stepper sind schön leise. Maschine ist aber auch aus 20-40mm Vollmaterial hehe
Die Servos gehen halt von unten bis oben stark zur Sache. Was ein Stepper nicht macht. Er hat nur ein definierten Arbeitsraum wo die Dinger gut laufen. Mit meinen 6A Steppern und in die Jahre gekommenen Leadshine MA880 kann ich mir ohne Probleme einen 16er Fräser zerhacken. Oder auch mal mit einen 12mm Fräser in Alu ins volle. Geht schon...

Servos und Berechnungen sind ne schöne Spielerei. Mit nen gut selektierten Steppersystem holt man sich für weniger Geld aber weniger Ärger und Sackstand mit ins Haus. Solange wie du nicht schneller als mit 700-800U/min fräsen willst, geht das schon ohne Probleme. Auch ohne 110V oder 220V Endstufen. Fräse auf meiner kleinen Maschine mit 70V auch mit 7m/min. Und das ohne Schrittfehler. Zwar kein Alu, aber Holz und Plexi sowie Pom.
 

dschim

User
Hallo Matthias,
bei unseren Maschinen sind es eher die hohen Beschleunigungen bzw. Beschleunigungsrampen in den
Ecken welche die Stepper und auch die Servos ausreizen - das könnte man ausrechnen. Dazu muss man aber die Mechanik
der Maschine inkl. der Reibungen als Gleichung aufstellen. Ich würde da auch auf die Erfahrungen und Anwendungen
bisheriger Maschinen aufbauen und mit den oft benutzten 180W ins Rennen gehen. Wenn du dann bei G0 keine 10m/min.
bekommst ist das doch auch kein Beinbruch.
 

Teddito

User
Hab mir das mal von einen Forenuser berechnen lassen. Mein Parvex 275W Servo kann mit UHU's bis zu 2100U/min arbeiten. Ku's 20x5
Bewegte Masse etwa 80Kilo Stahl. Sollte eigentlich längst fertig sein hehe... Hab aber noch immer nicht mit den Bau beginnen können. Bis auf ein Teil kann ich alles selbst fräsen. Verfahrweg 1200x400x200. Das Teil soll irgendwann in meine Kabine ( 400Kilo Stahl) reinmontiert werden. Muss noch die Kabelwege einplanen und das Werkzeugwechselmagazin ( ~ 24Stk.). Bis auf KU's und Stahl hab ich eigentlich schon alles da. Seit rund 5 Jahren... fragt nich hehe

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