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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.

  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

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