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Endstops

Der zweite Grundlagenartikel widmet sich den Endstops.

Damit sich die Firmware und das Hostprogramm orientieren können, muss in wenigstens einer Richtung eine Endposition per Hardware anfahrbar sein. Letztendlich wird hier eine Nullposition oder auch ein Koordinatenursprung vorgegeben, zumindest wenn man die Endstops am Minimum anlegt. Theoretisch könnte man natürlich auch das Maximum hardwaremäßig definieren. Das bringt dann aber ein paar weitere Probleme bei der Kalibrierung. Ich gehe auf diese Variante hier nicht weiter ein.

Der Druckstart beginnt immer mit dem Anfahren des Nullpunktes auf jeder Achse. Ab jetzt zählt das Programm einfach alle Bewegungen mit. Da wir mit Schrittmotoren arbeiten, ist das kein Problem. Bei einem Schrittmotor wird jeder Impuls in einen gleichgroßen Schritt umgewandelt. Bei den im 3D-Druckerbau üblichen Motoren sind das 1,8°. Soll sich die Achse des Motors also einmal komplett herumdrehen, werden einfach 360°/1,8° Impulse an den Motor gesendet. Richtig! 200 Impulse für eine komplette Drehung. Das geht natürlich in beide Richtungen. Das Programm braucht jetzt nur noch seine Anweisungen mitzählen und weiß dann immer genau, auf welcher Position sich die Motorachse und damit die Carriages sich befinden.

Logisch, dass bei Stromausfall und Ausschalten des Druckers diese Information weg ist. Der Motor wird jetzt bei Programmstart einfach in negativer Richtung mit Impulsen versorgt, bis ein Endstop anspricht und damit zu erkennen gibt, dass die Null-Position erreicht wurde. Ab jetzt wird dann wieder richtig gezählt.

Die Steuerplatinen (RAMPS oder andere) bieten Anschlüsse für Endstops der 3 Freiheitsgrade x,y und z. Sie sind jeweils doppelt ausgeführt um sowohl den Nullpunkt als auch einen Maximalpunkt als Endstop realisieren zu können. Wenn man allerdings bei Programmstart immer erst auf Null fährt, kann man das Maximum im Programm hinterlegen und kann sich so den oberen Endstop sparen.

Die Steuerplatinen bieten zudem die Möglichkeit sowohl optische als auch mechanische Endstops zu nutzen. Mechanische Endstops mögen leichter nutzbar sein und haben zudem nur eine 2-Draht-Verbindung. Sie haben aber den großen Nachteil des Verschleißes. Jeder mechanische Schalter hat nur eine begrenzte Anzahl von Schaltzyklen, bevor er defekt ist.

Optische Endstops nutzen eine Lichtschranke. Das ist verschleißfrei und bei richtiger Anwendung höchst präzise. Ich benutze daher diese Variante. Die Anschlüsse können übrigens je nach Fabrikat abweichen und die Reihenfolge stimmt nicht unbedingt mit der Reihenfolge auf der Steuerplatine überein. Da muss man aufpassen!

Fangen wir mit der X-Richtung an. Meine Konstruktion ist vielleicht nicht ganz reprap-like aber ich bevorzuge an bestimmten Stellen Teile aus Aluminium anstatt Plastik. Das kann aber jeder halten, wie er will. Das Gezeigte soll ja nur eine Anregung sein.

Endstopp X 02 Im Vordergrund sieht man den Anschlußblock mit den drei Leitungen (v.l. Ground, Signal, Vcc). Der mit blauem Klebeband markierte Teil fährt hier in die Lichtschranke ein.
Endstopp X 01 Ich habe an meinem x-carriage einen kleinen Winkel (Aluminium) angebracht, der zwischen die Lichtschranke fährt. Ich mag ja gar nicht sagen, warum blaues Tape dran ist (schäm). Ich sag nur soviel: Dreimal abgesägt und immer noch zu kurz 🙂
Endstopp X 03 Hier sieht man die Klemmung etwas besser. Auf der oberen Platte ist der Endstop angebracht. Obere und untere Platte klemmen auf den Stangen der X-Achse. So kann man es im Bedarfsfall anpassen.

 

Kommen wir zur Y-Achse. Eigentlich ziemlich einfach ausgelegt.

Endstopp Y 03 Ein kleiner Winkel ist an der hinteren linken Seite am Rahmen angebracht. Er hält den Endstop. Dadurch, dass ein Nutstein verwendet wurde ist das Ganze verschiebbar und damit einstellbar.
Endstopp Y 01 Das Gegenstück bildet wieder ein Winkel, der unter der unteren Druckplatte befestigt ist.

 

Und schon sind wir bei der letzten Achse: Z
Das ist schon etwas komplizierter ausgelegt, weil es leichter justierbar sein soll. Ich hatte da einige fertige Vorschläge aus meinem Lieblingsfundus thingiverse ausprobiert. Es war nichts dabei, was meinen Ansprüchen reichte. So habe ich dann selbst etwas konstruiert. Zu finden ist es hier.

Endstopp Z Idler 01 Am z-motormount habe ich die Klammer durch ein neues Teil ersetzt, was eine Art Schwalbenschwanz mit Rändelrad ist. In dieses Rändelrad ist eine 6mm-Mutter eingelegt. Der obere Teil ist ein Block, der eine 6mm-Schraube enthält, die lang genug ist, um durch den unteren Teil hindurchzuführen. Der obere Block ist verschiebbar auf z-Führung.
Endstopp Z Idler 02 Der obere Block ist natürlich auch der Montagepunkt für den Halter des Endstops.
Endstopp Z 01 Von oben fährt einfach wieder ein kleiner Winkel in die Lichtschranke ein. Der Winkel ist an der Klemmschraube am linken x-end angebracht. Der Winkel ist mal ausnahmsweise kein Aluminium. Das ist ein zweckentfremdeter Bilderhaken.