VREF für 3D-Drucker-Schrittmotoren berechnen: Schritt-für-Schritt-Anleitung

3D-Druck-Enthusiasten empfinden dieses Thema oft als technisch anspruchsvoll.

Dieser Artikel führt Sie durch die Berechnung von VREF. Zunächst müssen Sie verstehen, was ein Schrittmotor in einem 3D-Drucker leistet.

Genauso wichtig ist es, die Funktionsweise des Schrittmotors, die Spannungsreferenz-Geschwindigkeit und den idealen Einstellwert zu verstehen.

Schrittmotor

Schrittmotoren sind in einer Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Branchen unverzichtbar. Besonders 3D-Drucker, Scanner, Diskettenlaufwerke, die Luftfahrtindustrie und viele weitere Bereiche nutzen Schrittmotoren als Hauptantrieb.

Im 3D-Druck kommen Schrittmotoren in beweglichen Teilen des Druckers zum Einsatz. Die Extruderbaugruppe nutzt Schrittmotoren, um Filament in den Extruder zu ziehen.

Auch der Extruder oder die Bauplatte müssen sich während des Drucks entlang der X-, Y- und Z-Achse bewegen. Diese Bewegungen werden durch den Schrittmotor ermöglicht.

Entscheidend ist, dass diese Schrittmotoren eine Stromversorgung benötigen. VREF steht für Spannungsreferenz.

Daher müssen Sie die VREF-Berechnungsformel kennen, um sicherzustellen, dass Ihre VREF-Einstellungen für eine optimale 3D-Drucker-Funktionalität korrekt sind.

Was ist VREF am 3D-Drucker?

Landing Configuration (Luftfahrtbegriff)

In der Luftfahrt betrachten Piloten VREF als die Geschwindigkeit des Flugzeugs in einer bestimmten Landekonfiguration, insbesondere beim Sinkflug durch 50 Fuß Höhe zur Bestimmung der Landestrecke. Im 3D-Druck bezeichnet VREF jedoch die Spannungsreferenz, die für den ordnungsgemäßen Betrieb des Schrittmotortreibers erforderlich ist.

Daher steht VREF im 3D-Druck für die Energiemenge, die die Schrittmotortreiber abgeben – also die Spannung oder der Strom, der benötigt wird, um die Schrittmotorgeschwindigkeit anzutreiben.

Eine andere Sichtweise: VREF sind die Kalibrierungen, die an den Schrittmotortreibern durchgeführt werden.

Was ist VREF-Geschwindigkeit?

In der 3D-Druck-Industrie bezeichnet VREF die Ermittlung der Referenzspannung für die Schrittmotortreiber.

Warum ist das wichtig?

In der Luftfahrt ist VREF die berechnete Referenzgeschwindigkeit für die Endanflugleistung des Flugzeugs.

Stall Speed (Strömungsabrissgeschwindigkeit)

Das Flugzeughandbuch definiert die erforderliche VREF-Geschwindigkeit als 1,3-fache der Strömungsabrissgeschwindigkeit mit gewählter Landekonfiguration.

Der CPL-Flugtest-Leitfaden gibt folgende Formel zur VREF-Berechnung an: 1,3 VSO KCA (Maximales Abfluggewicht) × Quadratwurzel (Landengewicht/Bruttogewicht).

Wenn der Pilot die korrekten VREF-Werte berechnet, erreicht er die Landebahnschwelle für eine sichere Landung.

Wie stellt man einen VREF-Schrittmotor ein?

Das Einstellen des Schrittmotortreiberstroms ist ein einfacher Vorgang. Verwenden Sie ein Multimeter im DC-Spannungsmodus. Zunächst müssen Sie die Position des Potentiometers finden. Dann stellen Sie VREF ein, indem Sie das Potentiometer mit einem kleinen Flachschraubendreher drehen.

Drehen Sie es im Uhrzeigersinn, um den VREF-Wert zu erhöhen, oder gegen den Uhrzeigersinn, um den Strom zu verringern.

Wichtig: Drehen Sie das Potentiometer vorsichtig; Sie können die Anschlüsse leicht beschädigen, wenn Sie mit dem Schraubendreher einen Kurzschluss verursachen. Einige Schrittmotortreiber haben einen festen Anschlag, sodass sie sich maximal 270 Grad drehen lassen.

Andere Schrittmotortreiber drehen sich ohne Begrenzung und springen nach 100 % wieder auf null zurück. Zwingen Sie sie nicht, wenn sie sich nicht mehr drehen lassen.

Wenn Sie das Potentiometer drehen und feststellen, dass es sich nicht bewegt, prüfen Sie den Grund. Wenn Überhitzung die Ursache ist, hören Sie kein Geräusch. Umgekehrt verursacht eine unzureichende Stromversorgung hörbare Schleif- und Klackergeräusche.

Auch wenn Sie Schritte überspringen, indem Sie den Motor zu schnell beschleunigen, oder Extruder falsch konfigurieren, hören Sie ein „Summen“ während der Retraktionsbewegungen.

Warum ist VREF wichtig?

VREF ist entscheidend für den effizienten Betrieb von Motor oder Treiber, gemessen in Volt. Es regelt die Menge an Leistung, die den Schrittmotortreiber erreicht.

Wenn zu wenig Leistung an den Schrittmotor oder Treiber gelangt, neigt die Maschine dazu, beim Betrieb Schritte zu verlieren. Schrittverluste machen das Gerät weniger effektiv, besonders in der Präzision. Sie verursachen sichtbare Layer-Verschiebungen in Ihren 3D-Druckobjekten.

Andererseits führt eine zu hohe Stromzufuhr zu Überhitzung. Überhitzte Motoren und Treiber sind anfällig für Schäden, besonders bei langfristiger Nutzung.

Verschiedene Treiber haben unterschiedliche maximale Leistungsgrenzen. Das Überschreiten der angegebenen Höchststromwerte führt zu Überhitzung und damit zu Motorschäden.

Zudem ist zu beachten, dass die korrekte VREF-Einstellung zu einer optimalen Schrittmotortreiber-Kalibrierung führt.

Ist VREF dasselbe wie Vapp?

In der Luftfahrt beträgt die Referenzgeschwindigkeit das 1,3-fache der Strömungsabrissgeschwindigkeit in der erforderlichen Landekonfiguration und beim angegebenen Flugzeuggewicht.

Vapp hingegen bezeichnet die Anfluggeschwindigkeit oder Betriebsgeschwindigkeit, die das Flugzeug während der Landung benötigt. Der primäre Bestimmungsfaktor für Vapp sind die Flugzeugklappen in Landekonfiguration.

Wichtiger noch: Vapp ist die Referenzgeschwindigkeit mit Hinzurechnung des Windfaktors. Beachten Sie auch, dass VREF die Geschwindigkeit über der Schwelle ist, nicht die erforderliche Aufsetzgeschwindigkeit. Die Aufsetzrate ist niedriger.

Signifikant: Der Pilot reduziert VAPP auf VREF während des Schwellenanflugs. Er erreicht VREF erst an der Schwelle.

TMC2208 / TMC2209 VREF-Rechner

Die Firma Trinamic Motion Control fertigt sowohl TMC2208 als auch TMC2209 VREF-Rechner. Beide Rechner-Typen sind leise und unterstützen 1/256 Microstepping.

Es handelt sich um moderne Treiber, die im VART- oder Standalone-Betriebsmodus arbeiten.

Die Einstellung des Schrittmotorstroms im VART-Modus erfordert einen computergestützten Prozess. Im Gegensatz dazu funktioniert der Standalone-Modus manuell.

TMC2208

Der TMC2208 ist ein ultra-leiser VREF-Rechner mit Zweiphasen-Motortreiber. Sein kontinuierlicher Antriebsstrom beträgt 1,4 A und erreicht maximal 2 A. Der Spannungsbereich liegt zwischen 4,75 V und 36 V, und er bietet 256 Subdivisionen.

Zusätzlich ist er mit den meisten auf dem Markt erhältlichen 3D-Druckern kompatibel. Dadurch werden Kosten gespart, da kein Neudesign erforderlich ist.

Darüber hinaus ist er einfach zu bedienen und kann den TMC2100 mit geringerer Wärmeentwicklung im 3D-Druck ersetzen.

TMC2209

Der TMC2209 bietet einen Antriebsstrom von 2 A und einen Spitzenstrom von 2,8 A. Sein Spannungsbereich liegt zwischen 4,75 V und 29 V. Auch er verfügt über 256 Subdivisionen.

Eine seiner Hauptstärken ist die hervorragende Wärmeableitung. Er reduziert die Wärme um bis zu 30 % im Vergleich zu anderen Schrittmotortreibern.

Gleichzeitig ist der TMC2209 zu einem günstigen Preis auf dem Markt erhältlich und bleibt einfach in der Handhabung.

Wie berechnet man VREF?

Verschiedene Schrittmotortreiber reagieren unterschiedlich und erfordern Berechnungen und Formeln für die perfekte Spannungseinstellung.

Zusätzlich beträgt der maximal einstellbare Schrittmotortreiberstrom 2,0 A. In der Praxis verwendet man bei der VREF-Berechnung jedoch oft einen niedrigeren Wert wie 0,8 A.

Der TMC2208 hat beispielsweise einen maximalen Ausgangswert von 1,2 A RMS.

Daher gilt die Formel:

VREF = Amax × RMS

VREF = 0,8 × 1,2

VREF = 0,96 V

Fazit

Schrittmotortreiber bleiben wesentliche Bestandteile eines 3D-Druckers. Sie steuern hauptsächlich die beweglichen Teile Ihres 3D-Druckers, und Sie möchten, dass sie gut funktionieren, um qualitativ hochwertige Drucke zu erhalten.

Eine unzureichende Stromversorgung im Schrittmotortreiber führt dazu, dass der Treiber Schritte verliert und die Qualität des 3D-Produkts beeinträchtigt wird.

Überstrom heizt den Schrittmotortreiber auf und beschädigt ihn langfristig. Daher sollten Sie die korrekten VREF-Einstellungen mit der Formel VREF = Amax × RMS ermitteln.