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Zwei Z-Achsen Motoren an einem Anschluss. So gelingt es.

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Schon seit längerem hatte ich als Upgrade für meinen Geeetech A10 eine zweite Antriebseinheit für meine Z-Achse nachrüsten wollen. Im November war es dann endlich soweit. Da es für den Geeetech kein fertiges Upgrade-Kit gab, verwendete ich eines für den CR-10/Ender 3. Mit wenigen mechanischen Anpassungen ließ sich das Kit auch am Geeetech A10 anbringen.

Zweite Z-Achse am Geeetech A10
Mit Langlöchern das Blech passend gemacht

Dem verwendeten Set lag neben dem zusätzlichen Nema 17 Schrittmotor und den mechanischen Komponenten für den Anbau an den Drucker auch ein Y-Kabel bei. Dieses Kabel verwendete ich zu Beginn um beide Motoren mit dem Mainboard und dem darauf verbauten TMC2208 Schrittmotortreiber zu verbinden.

Gespannt druckte ich das erste Teil mit der “aufgewerteten Z-Achse”… und wurde leider enttäuscht. Das Druckbild war schlechter als mit nur einer Antriebseinheit (siehe Bild).

Der Druck wies deutliche Lücken in Z-Richtung auf. Teilweise wurde das Filament aber auch regelrecht rausgequetscht. Alles deutete auf eine schlechte bzw. unregelmäßige Positionierung in Z-Richtung hin. Meine erste Vermutung war, dass die Ausrichtung der X-Achse nicht optimal war und dass sich die beiden Z-Achs-Spindeln dadurch verkantet haben könnten. Fehlanzeige. Die Spindeln der Z-Achse waren parallel und ließen sich auch ohne weiteres verstellen.

Aber moment: beim Verfahren der Z-Achse klang der Drucker etwas rauer als vor dem Umbau. Eine mechanische Schwachstelle konnte aber nicht gefunden werden. War vielleicht der Schrittmotortreiber mit dem zweiten Motor überfordert? Nicht ganz!

Über das Y-Kabel wurden beide Motoren parallel mit dem Schrittmotortreiber verbunden:

Skizze: Verschaltung der Motoren mit dem mitgelieferten Y-Kabel (Parallelschaltung)

Der Schrittmotortreiber ist im Prinzip eine Konstantstromquelle. Das bedeutet, dass er an jedem der beiden Ausgänge für die Wicklungen der Schrittmotoren einen kontanten Strom liefert; praktisch unabhängig von der daran angeschlossenen Last. Durch die Parallelschaltung von zwei identischen Motoren an einem Schrittmotortreiber teilt sich der gelieferte Strom an den Knotenpunkten auf beide Spulen auf. Somit erhält jeder der beiden Motoren nur noch die Hälfte des Nennstroms. Dies führt zu einem Drehmomentmangel an den beiden Motoren, welches sich durch das oben geschilderte Druckbild deutlich macht.

Die Idee war daher, einfach beide Wicklungspaare in Reihe anstatt parallel zu verschalten:

Skizze: Verschaltung der Wicklungspaare in Reihe

Um das zu realisieren, habe ich mit Hilfe einer Lochrasterplatine, einigen Brückendrähten und drei Steckern kurzerhand ein entsprechendes Testboard gebastelt:

Das Prototyp-Board am Drucker

Das jetzige Resultat war unglaublich! Die Motoren laufen jetzt wieder genau so leise wie der einzelne Z-Motor vor dem Umbau. Das Verfahren der Z-Achse geschieht jetzt praktisch lautlos. Und hinzu kommt: die Z-Achse ist jetzt deutlich stabiler, was Drucke mit höherer Geschwindigkeit bei gleichbleibender Qualität ermöglicht:

Vergleich: links: Motoren in Reihe, rechts: Motoren parallel geschaltet

Da sich die Platine so sehr bewährt gemacht hat, es auf dem Markt aber keine vergleichbare Platine für die Reihenschaltung von Z-Achsen Motoren gibt, habe ich kurzerhand selbst eine gelayoutet und produzieren lassen.

Set zum Verschalten der Dual-Z-Axis Schrittmotoren in Reihe
Die fertige Platine am Drucker

Bei Interesse an einem solchen Set könnt ihr euch gerne an mich wenden: andre@makerag.de

Derzeit sind jedoch die Platinen bis auf weiteres vergriffen.

Update 05.08.2020: Es sind wieder Platinen verfügbar 🙂

Derzeit sind jedoch die Platinen bis auf weiteres vergriffen.

  1. Karl O

    Hallo

    Ich möchte einen Ender5 auf zwei Z Achs Antriebe umbauen. Das sollte von der Platine und den Steckern das gleiche sein, und auch bei mir das Problem beheben. Was soll so ein Teil kosten in cm Versand

  2. Rajko Müller

    Ich bin an einen solchen Reihenanschluss interessiert, habe auch Probleme mit dieser Sache. Wäre es möglich so ein Teil käuflich zu Erwerben.

  3. Christoph

    Hallo,
    was würde denn eine Platine inkl. Versand kosten?

    Danke und Grüße
    Christoph

  4. Stefan

    Ich würde gerne so ein Platinchen bestellen – was muss ich tun und was bezahlen ??

    Bleib gesund

    Schöne Grüße

    Stefan

  5. Stefan H.

    Hallo, ich möchte ebenfalls meinen Ender 5 auf eine doppelte Z-Achse umzubauen. Was würde die Platine inkl. Versand kosten? Eine Veränderung/Flashen des Mainboards würde mit dieser Methode entfallen.

    Vielen Dank

  6. Andreas Bühler

    Hallo
    Soeben den Beitrag gesehen.
    Sind die Platinen noch verfügbar ? Sollten doch an dem Ender 3V2 auch gehen oder ?

    Grüße Andi

  7. René kox

    Hi Andre, ich würde meinen endet 3-v2 gerne aufrüsten. Kann ich dir eine Platine abkaufen? Würde mich mega freuen. Bleib gesund, René

  8. Anonym

    Ich bin erstaunt dass es funktioniert. EIgentlich halbiert sich ja auch die Spannung bei einer Reihenschaltung. Wie gehst du damit um?

    • André

      Bei einem Schrittmotortreiber wird der Strom geregelt. Die Spannung passt sich hier also dem Strom an und nicht wie im Alltag eher üblich der Strom der Spannung.

  9. Stefan

    Hallo André,
    wird es die Platinen nochmal geben? Wenn ja, dann würde ich eine nehmen.
    Grüße
    – Stefan –

    • André

      Hallo Stefan, leider können wir aktuell noch nicht sagen, ob und wann es eine Neuauflage der Platinen geben wird. Aktuell “ruht” unsere Maker AG coronabedingt und wegen der Ferien in Hessen. Wenn es mit der AG endlich wieder richtig losgeht, dann kann ich mir eine Neuauflage der Platinen gut vorstellen.

  10. Markus Gottschlich

    Hi Andre, ich bin sehr interessiert an deinem PCB Entwurf zum Anschluss eines zweiten Z-Achsen Motors. Kann man die Platine noch bei dir bestellen? Notfalls würde ich die Platine auch selber erstellen lassen, falls du die Datei zur Verfügung stellen möchtest.

    Gruss ,

    Markus

    • André

      Hallo Markus, wir haben leider nach wie vor keinen “Nachschub”. Ich schicke dir aber mal das Layout per Email.
      LG André

  11. Dominik Benz

    Hey André,

    werden deine Platinen wieder verfügbar sein? ich bin gerade mit meinem Ender 3 Pro in diesem umbau und habe das selbe Problem.
    Deine Erklärung ist die erste brauchbare die ich gefunden habe, vielen dank:)

    Gruss
    Dominik

    • André

      Hallo Dominik, freut mich, dass dir unser Beitrag gefallen hat. Sobald wir wieder “voll arbeitsfähig” sind und neue Platinen bestellt haben, werden wir es auf unserer Homepage bekanntgeben.
      LG André

      • Dominik Benz

        super danke:) aber darf ich dich in der Zwischenzeit fragen ob du mir die Pinnbelegung an einem Stecker erklären kannst? und wie ich die 1-4 erkenne, also wo es beginnt und wo endet.

  12. Achim Roschat

    Moin André
    Reihe mich gerne in die Besteller mit ein.
    Hoffe das es bald wieder Bergauf geht .

  13. Kevin R.

    Hey André

    Hast du wieder Platinen zur verfügung?
    Falls nicht würdest du mir die Schaltung zusenden?

    Ich möchte meinen Tronxy x5s 2e umbauen und brauche hierfür zwingend 2 Steppermotoren am Z Treiber.

    lg

  14. Rudolf Büchler

    Hallo, ich würde gerne auch eine Platine für mein Ender 5 kaufen wollen.

    • André

      Hallo, leider sind die Platinen bis auf Weiteres nicht verfügbar.

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