Pololu A4988 copper Heatsink kupfer kühler

Nach dem ich nun einige Fräsarbeiten hinter mir habe musste ich bei größeren Arbeiten feststellen, dass meine Fräse Schritte verlor. Ich habe ziemlich schnell die Schrittmotortreiber im Verdacht gehabt. Diese wurden bei langen, schnellen Fahrten ziemlich heiß und schalteten kurz ab. Sobald die Fräse nach einer kurzen Pause abgekühlt wurde, verschwanden die Schrittfehler für kurze Zeit, bis sie wieder aufgetreten sind.

Nach Messungen wurden die A4988 Motortreiber nach kurzer Zeit über 80 Grad heiß. Da die Pololus bei 90 Grad kurz abschalten waren diese natürlich an der Grenze. Kein wunder, denn die Motoren ziehen gute 1,6A.

Nach dem ich die Schrittmotortreiber versehentlich getoastet habe brauchte ich einen Satz neue Schrittmotortreiber. Ich entschied mich diesmal die Black Edition der Pololu A4988 zu kaufen, da diese durch die vier lagige Platine mehr Wärme abführen können. Allerdings steht auf der Pololu Webseite, dass ab einem Strom von 1,2A eine zusätzliche Kühlung stattfinden muss.

Diese hatte ich vorher über passive Kühler und einen Lüfter realisiert, was aber nicht wirklich reichte. Die Mini Kühler, die es für die Pololus gibt taugen meiner Meinung nach nur, wenn man leicht über die von Pololu genannten Grenze kommt.

Es musste also etwas besseres her. Nach etlichen versuchen diverse Aluplättchen auf die Controller zu kleben und darüber die Wärme abzuführen kam ich auf Kupfer.

Auf Ebay habe ich Kupferstäbe gefunden, die 8x8mm haben und 10cm lang sind. Genau das richtige dachte ich und bestellte welche.

Nach etwas hin und her habe ich den Stab mit der Fräse endlich zugeschnitten, so dass ich zwei identisch aussehende Brücken aus Kupfer habe. Man kann die Kupferstäbe nicht ohne weiteres auf dem Controller befestigen, weil umliegende Bauteile höher sind, darum musste ich eine Seite etwas aussparen.

Nach dem die Brücken fertig waren habe ich sie noch etwas poliert und auf die Controller geklebt. Nach etwas Recherche habe ich mich für das entschieden, was herum lag – Schraubensicherungslack. Dünn aufgetragen halten die Brücken ziemlich gut und nehmen die Wärme relativ gut auf.

[Nachtrag]

Mittlerweile kam der Northbridge Kühler an, den ich für die Kupfer Kühler zweckentfremde. Dieser passt dank der Klebepads super auf die Kupferbrücken und führen die Wärme ebenfalls gut ab. Die Pololu Black Editions kommen nun nicht mehr über 50°C, was ein echter Fortschritt ist!

Gaups GRBL Shield Pololu a4988

Was bringt die Platine überhaupt?
Die Platine dient eigentlich nur dazu, den Aufbau sauberer zu machen, als dies auf einem Steckbrett zu schaffen ist. Sie hat saubere Leiterbahnen und bietet alle möglichen Vorzüge gegenüber eine manuell hergestellten Platine!

Wie bereits in vorherigen Postings zu lesen ist gibt es bei der Platine, die ich aus der USA bestellt habe Probleme mit der Lieferung. Mittlerweile ist die Platine wohl auf deutschem Boden, was aber noch lange nicht heißt, dass ich sie in meinen Händen halte. DHL kann mir ebenfalls keinen Aufenthaltsort nennen, da DHL das Tracking für Briefe dieser Art nicht anbietet. Also ist die Buildlog.net Platine erst einmal verschollen, was mich ehrlich gesagt ziemlich nervt. Nicht nur, dass EJ nicht in die Pötte kommt, nein, nun muss ich auch noch auf DHL warten.
Das ich dieses Problem schon vorhergesehen habe, habe ich mir eine ähnliche Platine namens GAUPS vom eShapeOko Hersteller Catalin bestellt. Diese kostete 10€ + ein paar Euro Versand. Da sie im Webshop als verfügbar aufgelistet war ging das Paket auch innerhalb von 4 Tagen nach Versand bei mir ein.
Das freut das Bastlerherz, denn nun konnte dieses Kapitel auch endlich weitergehen. Ich habe also Teile zum Bestücken der Platine gekauft ( rund 15€ ) und alles zusammen gelötet und verdrahtet. Das sieht natürlich um Welten besser aus als es vorher war. Ich habe ein paar kleine Veränderungen gegenüber der Anleitung vorgenommen. So ziert keine DIP Schalter Leiste das Zentrum der Platine, sondern einfach 2 Lochleisten, die ich mit Kabeln verbinde um die Microsteps für die Motoren festzulegen. Das hat einfach den Grund, dass es in meinem Elektronikladen keine 12 DIP Schalter Leisten gibt. Das Maximum waren 6er Leisten. Diese haben aber das Problem, dass sie zu breit sind und somit nicht nebeneinander passen. Nach dem die Platine sauber zusammen gelötet und verdrahtet war habe ich noch 30 Minuten einen Fehler gesucht, der gar nicht da war. Im Gegensatz zu meinem Testaufbau sind die Motoren nämlich nicht die ganze Zeit mit Strom versorgt, sondern laufen nur, wenn etwas gefräst werden soll. Das fiel mir auf, als ich zufälligerweise ein Testprogramm abspielte und die Fräse einwandfrei los lief.

Wie bereits erwähnt wird die buildlog.net Platine direkt verscherbelt. Sollte jemand Bedarf daran haben kann er mir ja gerne schreiben. Wann diese allerdings eintrifft wissen vermutlich nicht einmal die Götter!

Die eShapeOko als auch die Platine für die Motortreiber sind noch nicht angekommen. Das soll kein Firmen bashing werden, sondern einfach einen kleinen Einblick darüber geben, was einen so erwarten kann, wenn man dieverse Teile online / Übersee bestellt.

eShapeOko Die Bestellung ging am 02.09.2013 an MakerslideEurope raus. Ich habe schon damit gerechnet, dass die Fräse nicht innerhalb von einer Woche da ist, daher verlies ich mich auf die E-Mail von Catalin (Inh), der mir zusicherte die Fräse in der nächsten Woche zu verschicken. Ich hatte mit 2 Wochen gerechnet, also war ich umso erfreuter über seine E-Mail. Da ich in der Zwischenzeit 2 Schrittmotortreiber getoastet hatte und mir eh noch ein Motor fehlte dachte ich mir, dass ich dies auch bei Catalin bestellen könnte, damit alles in einem ankommt. Diese Mail ging am 08.09.2013 raus und wurde am 12.09.2013 wieder von mir zurückgenommen, weil ich keine Antwort hatte und es zwischenzeitlich bei Multec bestellt habe. In der Mail vom 12.09.2013 habe ich ebenfalls nochmal nachgefragt, ob er mir sagen kann, wann ich ungefähr mit der eShapeOko rechnen kann. Auf diese Mail bekam ich bis heute leider keine Antwort. Glücklicherweise bin ich 4 Tage danach auf den Blog der Firma gestoßen auf dem Catalin über den aktuellen Status informiert. Das fand ich angenehm, da man hier sieht, welche Bestellungen als nächstes raus gehen. Was aber meiner Meinung nach nicht geht ist, dass er keinen Hinweis auf die Verzögerung im Webshop anzeigt. Das wäre doch kein Problem, oder? Positiver Nebeneffekt: man spart sich erboste Besteller, die eine gewisse Menge Geld vor strecken und dann erst einmal in der Luft hängen. Es gibt ebenfalls nicht mal einen kleinen Hinweis darüber, dass man im Blog etwas über den Status lesen kann… Ärgerlich.
Da Catalin wenigstens versucht zu erklären, wo seine Probleme liegen und versucht abzuschätzen, wie er mit den Paketen rum kommt sei ihm das verziehen. Ich kenne das auch, man plant etwas akribisch und rechnet genug Spielraum ein und dann passiert etwas Unvorhergesehenes und alles kommt durcheinander. Trotzdem hat es einen komischer Beigeschmack, wenn man als Kunde einfach keinerlei Rückmeldung bekommt und alleine gelassen wird.

Buildlog.net Platine
EJ ist der Inhaber der Seite reactive substance und schnell im Antworten, wenn er denn so will. Ich habe über den etwas dubiosen aussehenden Shop die Buildlog.net Platine bestellt und hörte erst einmal gar nichts. Die Bestellung ging am 03.09.2013 (PayPal) raus. Nach dem ich bis zum 11.09.2013 nichts gehört hatte besuchte ich den Webshop nochmals und bemerkte, dass es einen für USA und einen für den Rest der Welt gibt. Ich hatte scheinbar über den falschen Webshop bestellt. Kein Problem, ich schrieb EJ umgehend an und erklärte den Sachverhalt. Am 12.09.2013 erhielt ich eine Mail, das alles in Ordnung ist und er es vermutlich morgen verschicken würde (probably). Am darauf folgenden Tag erhielt ich dann auch eine Bestätigung (nach einem kurzen Mailwechsel, weil er eine Telefonnummer für den Internationalen Versand angeben muss) von Stamps (Kooperationspartner von USPS – US Postal Service) mit einer Trackingnummer (Electronic Notification). Nach dem nun einige Zeit ins Land ging habe ich direkt bei Usps.com den Status geprüft. Dort fiel mir auf, dass es sich nicht um eine Versandbestätigung handelte, sondern um die Bestätigung, dass EJ plant mir etwas zu schicken. Ich habe auch schon in anderen Foren, wie dem ShapeOko Forum über EJ gelesen, dass es nicht so genau mit den Versand nimmt, wobei der Käufer da wirklich etwas pingelig war.
Nach dem ich davon gelesen hatte und USPS immer noch den Status „Awaiting Packet“ hatte schrieb ich EJ am 24.09.2013 ob er mir sagen kann, wo das Paket steckt, weil sich am Status nichts tut. Heute, am 27.09.2013 kam dann Bewegung ins das Ganze und das Paket wurde scheinbar abgegeben bei USPS bearbeitet.
[Nachtrag]
Nach ungefähr 2 Monaten (und ein paar Tagen) kam die Platine endlich bei mir an. Mittlerweile habe ich mir schon Ersatz aus UK besorgt. Der aktuelle Stand sieht so aus: Die Platine wurde am 12.09 von EJ bei USPS abgegeben und lag dort erst einmal geschlagene 14 Tage herum, bevor sich überhaupt etwas tat. Dann wurde sie innerhalb von 1-2 Tagen nach DE verschickt. Ich habe in der Zwischenzeit mit USPS Kontakt aufgenommen gehabt und eine Trackingnummer für DHL bekommen. Das doofe nur, DHL interessiert sich nicht für Tracking von Briefsendungen, somit bekommen man weder über das Trackingportal von DHL, noch über die Hotline irgend eine Auskunft darüber, wo der Brief sich gerade befindet, noch wann dieser eintrifft. Man bestätigte mir an der Hotline, dass ich einfach nur warten kann. That’s it. Besten Dank. Naja, mittlerweile ist sie angekommen.

Nach dem es nun wieder etwas stiller um mein CNC Fräsen Thema wurde will ich hier mal über den aktuellen Stand berichten. Das Thema Selbstbau CNC ist vom Tisch. Die Grundidee war schon nicht schlecht, doch leider fehlt mir im Moment die Zeit und das notwendige Werkzeug um eine saubere Umsetzung meiner DIY CNC zu realisieren.
Da ich aber unbedingt eine Fräse haben will und ich die Elektronik schon nahezu vollständig habe, habe ich mich für eine eShapeOko entschieden. Der Bausatz kann flexibel gestaltet werden, bietet z.B. open end Plates, so dass man die Fräse beliebig erweitern kann, sollte das mal notwendig sein. Da der Bausatz noch unterwegs ist (aus UK) werde ich hier auf die Dinge eingehen die es zu beachten gilt.

Was benötigt man alles für das Basis Set?
Den eShapeOko Bausatz (Werkzeug und einen M5 Gewindeschneider)
– 3-4 Schrittmotoren
– 3-4 Motortreiber
– 3-4 Kühler
– Eine Steuerplatine die den Schrittmotortreibern sagt, was die Motoren machen sollen
Ein Netzteil mit genug Power
– Eine Spindel, welche die Bohrarbeiten übernimmt (z.B. Dremel)
– Fräsbohrer
– Kabel
Platine für den Aufbau (oder eine vorgefertigte Platine -> Shield)
– Schrumpfschlauch
– Lötkolben
– Einen Computer 🙂
– Software

Zur Anzahl der Schrittmotoren
Man kann die eShapeOko mit doppelt bestückter Y-Achse bestellen, somit benötigt man 4 Motoren und 4 Schrittmotor Treiber und 4 Kühler

Zu den Motoren
Es gibt Motoren wie Sand am Meer. Ich habe mich für Nema 17 Motoren entschieden. Erstens sind die von der Größe her vertrauenserweckend und zweitens sind sie mit knapp 43 Ncm ein gutes Haltemoment. Ich habe welche gekauft die zusätzlich jeweils ein 2,5 Meter langes Anschlusskabel (4 Adern) hatten. Das macht die Montage einfach (hoffe ich). Bestellt habe ich die bei Multec.de
Preis pro Stück ~10€

Zu den Motortreibern
Auch hier gibt es eine mehr oder weniger große Auswahl. Ich habe mich für welche von Pololu entschieden. Das Modell hört auf den Namen A4988 und liefert bis zu 2A pro Phase an den Motor, wenn die Kühlung entsprechend gewährleistet ist. Den Treiber und die Kühler kann man ebenfalls bei Multec.de bestellen. Um die Kühlrippen korrekt aufkleben zu können brauch man Wärmeleitpaste, die nicht nur Wärme leitet, sondern auch klebt, sonst rutschen diese schneller vom Kontroller als man gucken kann.
Preis pro Stück (Pololu) ~10€
Preis pro Stück (Kühler) ~ 1€

Zur Steuerplatine
Es gibt ein Opensource Projekt namens GRBL (Garbel ausgesprochen), welches sich mit der Ansteuerung der Motortreiber auseinander setzt. Hierfür brauch man als Basis einen Arduino (z.B. einen Arduino Uno) auf den man die Software aufspielt. Dieser wird mit dem Computer per USB verbunden und nimmt die Signale per serieller Schnittstelle entgegen und treibt die Motoren über die Motortreiber an. Da das Projekt gut dokumentiert ist würde ich hier nicht näher darauf eingehen.
Preis pro Stück (Arduino Uno) ~10€

Zum Netzteil
Das Netzteil machte mir am meisten sorgen. Ich habe etwas mit 12v Ausgangsspannung gesucht und einer Leistung von mindestens 8A, lieber 10A. Am besten lüfterlos und günstig. Als ich bei meinem lokalen Elektronikmarkt nach diversen erfolglosen Ebayrecherchen nach etwas vergleichbaren fragte entgegnete man mir mit einem Fragezeichen. Netzteile hatten sie, 12V und max 6A. Nichts brauchbares und vor allem nichts wirklich bezahlbares. Durch einen Hinweis eines sehr guten Freundes kamen wir dann auf eine brauchbare Lösung. Ein ATX Computernetzteil (leider mit Lüfter) bei dem man die Kabel einzeln anschließen kann. Somit fahren nicht überall Kabel herum, sonder nur das nötigste. Ein Plus: Neben den 2x 12v16A Leitungen kann ich das Arduino Board ebenfalls noch mit 5V versorgen. Ein Nachteil: man muss den Enable Pin auf GND legen, damit es anspringt. Mit etwas Lötarbeiten und etwas Schrumpfschlauch ist auch das Problem einfach gelöst.

Platine für den Aufbau
Es gibt mehrere Möglichkeiten den Aufbau zu bewerkstelligen. Entweder man bastelt sich selbst eine Platine und lötet alle notwendigen Teile zusammen, die man für das verdrahten der Pololu Treiber mit den Motoren und dem Arduino benötigt, oder man kauft eine Platine, die schon vorgefertigt ist. Hier entfällt das verdrahten und anschließende Suchen nach Fehlern. Ich habe mir eine entsprechende Platine bei Reactive Substance bestellt (Buildlog.net Stepper Shield: Revision 3.0). Ein weiterer Vorteil dieser Platine ist, dass sie 4 Steckplätze für die Motortreiber hat und ich somit meine doppelt ausgelegte Y-Achse einfach anschließen kann.

Wie alles zusammen spielt
Die Modelle, die gefräst werden sollen werden am Computer erstellt. Dafür gibt es freie Programme wie LibreCAD, InkScape und andere Programme, die ins DXF Format exportieren können. Die Modelle werden in einem CAM Programm weiter verarbeitet, dass sich um den Ablauf kümmert. Was wird zuerst gemacht, welcher Bohrer wird verwendet etc… Am ende kommt sogenannter GCode heraus, der mit einer Software (GRBL Controller) die Codes an den Arduino Uno überträgt. Dieser kümmert sich darum, die übertragenen Informationen in Signale umzuwandeln, die die Schrittmotoren in der XY und Z Achse bewegen und das Modell fräsen. So ist der grobe Ablauf.

Das ist es erst einmal. Für die Spindel habe ich noch etwas im Petto. Derzeit warte ich noch auf den eShapeOko Kit und hoffe das dieser bald eintrifft. Die Kommunikation gestaltet sich etwas schwer. Eigentlich wurde mir zugesagt, dass die Fräse letzte Woche verschickt werden sollte. Dazu kam es aber nicht und eine Antwort habe ich vom Hersteller ebenfalls noch nicht bekommen. Anders sieht es bei Multec aus. Wer hier mit Paypal bezahlt kann sich auf eine extrem schnelle Lieferung verlassen.
In der Zwischenzeit habe ich heraus gefunden, dass der Hersteller der eShapeOko Probleme bei seinen Zulieferern hat, also harre ich der Dinge, die da kommen und hoffe, dass sie dennoch bald eintrifft.