Ein Eigenbau-Antennenmesssystem, Teil 2: Mechanischer Prototyp

Durch die Integration eines ebm-papst EC-Motors mit einem RevPi Core für die Steuerung und einem LimeSDR Mini zum Erzeugen und Empfangen von Signalen entsteht ein System, das die Antennenleistung misst.

Hier sehen Sie die neue Reihe von K4-Antriebssystem-Entwicklungskits, wie DesignSpark sie hier in der Vorschau zeigt.

In dieser Beitragsreihe verfolgen wir den Fortschritt des Designs und der Entwicklung eines kostengünstigen Systems, das stark auf dem Open Source-Projekt Enhanced Machine Controller Antenna Range (EMCAR) basiert. In Teil 1 haben wir das Projekt vorgestellt und in diesem Beitrag werden wir das mechanische Design und den mechanischen Prototypenbau behandeln.

Gehäusedesign

Wir wollten ein Gehäuse bauen, das ausreichend robust ist, eine gute stabile Konstruktion für den Motor und die Drehplatte sowie ausreichend Platz für die zugehörige Elektronik bietet.

Wir beschlossen, einen Rahmen aus einem Aluminium-Strangpressprofil mit den Abmessungen 30 x 30 (761-3284) zu konstruieren. In der Vergangenheit verwendete ich für andere Projekte eine ähnliche Konstruktionstechnik, wie für die Vorführgeräte für den RS-Stand auf der Electronica, für die ich das Aluminium-Strangpressprofil mit den Abmessungen 20 x 20 verwendete. Ich war zuversichtlich, dass das größere Strangpressprofil eine solide Stütze für den Motor und die Antenne bieten würde, die wir daran montierten.

Ich skizzierte einen ersten Entwurf und stellte sicher, dass ausreichend Platz für alle Teile vorhanden ist, ohne dass es zu eng wird. Die Größe der Drehplatte wurde in gewissem Maße durch die Tatsache bestimmt, dass ich Prototypteile mit einem Laserschneider zuschneiden würde, der maximal 600 mm x 400 mm fassen kann. Ich entschied mich für eine geeignete Größe und berechnete, wie viel wir von dem Strangpressprofil benötigen würden.

Den Aluminiumrahmen bauen

Nachdem die Aluminium-Strangpressprofile in den entsprechenden Längen geliefert worden waren, nahm ich sorgfältig Messung und Zuschnitt vor – mit dem alten Sprichwort „Zweimal messen, einmal schneiden“ im Hinterkopf.

Die für den Schnitt verwendete Bandsäge ist präzise und schnell, hinterlässt jedoch einige Späne, so dass die Enden jedes Profils mit einer feinen Feile abgeschliffen werden mussten.

Nachdem die Werkstücke zugeschnitten waren, konnte ich mit der Montage des Rahmens beginnen. Wie auf der Abbildung unten zu sehen ist, wird der Rahmen durch 90-Grad-Winkelverbindungsstücke (767-5566) zusammengehalten.

Obwohl das vertikale Strangpressprofil mit einem einzigen Verbindungsstück befestigt werden kann, entschied ich mich für zusätzliche Festigkeit und verwendete zwei.

Dadurch dürfte das Gehäuse „bombensicher“ sein und uns ermöglichen, eine schwere Last auf der Drehplatte zu tragen, ohne dass wir befürchten müssen, dass es sich verbiegt oder sogar zusammenbricht.

Der Motor und Getriebekopf von ebm-papst

Das K4-Antriebssystem-Entwicklungskit, das wir erhalten hatten, enthielt einen K4 Variodrive Compact-Motor mit einem Kronenradgetriebe.

ebm-papst produziert eine Auswahl an Motoren und zugehörigen Getrieben, die in allen möglichen Kombinationen erhältlich sind. Das hier verwendete Gerät ist der Motor VDC-49.15-K4, der mit 24 V DC versorgt wird, eine Drehzahl von 6000 U/min im lastfreien Betrieb sowie eine Nennausgangsleistung von bis zu 99 W aufweist.

Das passende Getriebe ist das EtaCrown Plus 63 mit einem Nennabgangsdrehmoment von 40,0 Nm. Seine Welle verfügt über eine 5x5x20-Standardpassfeder nach DIN 6885, die eine Keilverbindung zur Sicherung der Drehplatten-Nabe bereitstellt, was weiter unten in diesem Blogbeitrag erläutert wird.

Der Motor verfügt über eine vollständig integrierte Betriebselektronik, was in der Praxis bedeutet, dass Sie ihn über die RS485-Schnittstelle an einen PC anschließen können, auf dem die Kickstart-Software von ebm-papst läuft, und die Drehzahl, das Drehmoment und die Position des Motors steuern sowie seine Leistung überwachen können.

Die Kickstart-Software kann auf der ebm-papst-Website, ganz unten auf der Seite, heruntergeladen werden.

Den Motor und die Drehplatte einbauen

Die obere Abdeckung wurde aus zwei MDF-Platten von 5 mm geschnitten, da sie etwas größer ist als das größte Stück, das mit dem Laserschneider auf einmal zugeschnitten werden kann. Sie stützt den Motor und zwischen ihr und der Drehplatte ist ein Drehtischlager angebracht. Der Motor ist diagonal unter der oberen Abdeckung montiert, um zusätzlichen Platz zu schaffen.

Eine aus zwei MDF-Platten von 5 mm geschnittene Nabe wird an der Unterseite der Drehplatte befestigt und bietet eine sichere Befestigung für die Motorwelle und die Keilnut.

Die Drehplatte wird dann oben montiert, indem der Innenring des Lagers an der Abdeckung und der Außenring an der Drehplatte befestigt werden.

An den Schrauben, mit denen das Lager oben befestigt ist, werden eine zusätzliche Mutter und einige Unterlegscheiben angebracht, um sicherzustellen, dass sich die zentrale Nabe und andere Befestigungen nicht oben verhaken, wenn die Drehplatte sich dreht.

Der endgültige Prototyp der Drehplatte umfasst eine Reihe von Bohrungen zur Aufnahme von M8-Spannhebeln (047-8305) und anderen Spannbolzen, so dass die zu prüfende Antenne oder ein Stativ/eine Stange, an der sie befestigt ist, fest in Position gehalten wird.

Wie geht es weiter?

Der Rahmen wird für die Endmontage beibehalten, während der MDF-Sockel und die obere Abdeckung durch lasergeschnittene Aluminiumteile mit geeigneten Befestigungspunkten für die Elektronik ersetzt werden. Zum Schutz des Motors und der Steuerelektronik werden Seitenverkleidungen hinzugefügt. Diese sollen aus durchsichtigem Acryl bestehen, damit das Innenleben sichtbar ist.