Wagnerscher Hammer, Teil 2: Gleichstrommotoren

Das Video zum Gravieren von Metallen mit einem Wagnerschen Hammer, Teil 3

Kommerzieller Hubmagnet

Abbildung 1:
In den beiden vorangegangenen Kapiteln hatte ich gezeigt, wie man einen selbst gebauten Hubmagneten verschalten muss, um damit Metall zu gravieren. Aus Neugierde habe ich einen günstigen Hubmagneten gekauft, um zu sehen, ob's damit auch funktioniert.
Nachteil Nummer 1: Der Anker ist alles andere als spielfrei geführt.
Nachteil Nummer 2: Der angegebene Strom von 1A an 12V entpuppt sich als nur 770mA mit fallender Tendenz im Betrieb, da sich der Spulendraht erwärmt.
Dennoch funktioniert der Hubmagnet als Wagnerscher Hammer zunächst recht gut. Nach ein paar Sekunden ist's allerdings vorbei mit den Funken. Im vorangegangenen Video hatte ich ja bereits gezeigt, dass der Strom deutlich über 1A liegen sollte, um konsistente Gravuren zu erzeugen.

Gleichstrommotor als Wagnerscher Hammer

Abbildung 2:
Benötigt wird ein Gleichstrommotor, der an der vorgesehenen Gleichspannung einen Blockierstrom von deutlich mehr als einem Ampere zieht, dabei aber nicht gleich abraucht. Bei dem ersten von mir auserkorenen Motor fließt bei blockierter Welle an 3.3V ein Strom von 300mA, bei 5V ein Strom von 650mA und an 12V ein Strom von 2A. Auch hier ist im Video zu sehen, dass der abgelesene Wert im Lauf der Messung sinkt, da sich der Kupferlackdraht im Motorinneren erwärmt.
Eine erste, simple Konversion des Motors zum Wagnerschen Hammer besteht im Ankleben einer 3mm Gewindestange an derem langen Ende der Elektrodendraht eingeklemmt werden kann. Von dieser Gewindestange führt ein Draht zu einer Klemme des Motors - die zweite Klemme ist mit Masse der Spannungsversorgung verbunden. Wie beim Wagnerschen Hammer üblich wird der Stromkreis über das Werkstück geschlossen, sobald die Elektrode die Materialoberfläche berührt. Der Motor muss so gepolt werden, dass die Elektrode dann angehoben wird. Am anderen Ende der Gewindestange sorgt ein Stück Stahldraht dafür, dass die Elektrode bis zum mechanischen Anschlag abgesenkt wird, wenn kein Strom durch die Motorwindungen fließt.
Durch die Befestigung der Elektrode an einem rotierenden Hebel bewegt sich diese beim Anheben und Absenken zwangsläufig auch in horizontaler Richtung über die Werkstückoberfläche.

Betrieben wird der Motor in einem Modus für den dieser nie konzipiert war:
Der Motor ist ständig am Anlaufen, rotiert aber immer nur für den Bruchteil eines Grades und wird dann wieder von der Feder zurückgestellt. Der Rotor rotiert niemals wirklich. Durch die Windungen fließt ein zu hoher Strom und die Kühlung durch einen rotierenden Rotor entfällt komplett. Nach der 5-Minütigen Gravur ist das Motorgehäuse aber nicht übermäßig warm und es steigt kein Rauch aus dem Motorinneren auf.

Gleichstrommotor als Wagnerscher Hammer, Version 2

Abbildung 3:
Der nächste verwendete Elektromotor zieht einen Blockierstrom von 700mA an 3.3V, 1.2A an 5V und 2.8A an 12V.
Um die Seitwärtsbewegung beim Absenken zu verhindern, verwende ich ein Messingröhrchen zur Führung des Drahtes. Dieses ist am unteren Ende zusammengequetscht, so dass der 0.2mm Draht gerade so ohne große Reibung eingefädelt werden kann. Wie zuvor sorgt ein Stück Federdraht dafür, dass der Hammer nach unten zum Anschlag gedrückt wird, wenn kein Strom durch den Motor fließt.
Bei diesem Motor habe ich gemerkt, wie wichtig die gewählte Federspannung ist und dass sich das System mit möglichst geringer Reibung und wenig Spiel bewegen muss. Bei ersten Versuchen ist der Motor in starke Schwingungen geraten und war somit nicht zum Gravieren zu gebrauchen. Der Anpressdruck variiert mit der Höhe der Z-Achse der CNC, was sicht- und hörbar ist. Ist alles korrekt eingestellt, so funktioniert auch dieser Motor an 12V Gleichspannung als Wagnerscher Hammer.

Gleichstrommotor als Wagnerscher Hammer, Version 3

Abbildung 3:
Der dritte Motor der Testreihe ist zugleich der leistungsstärkste. Dieser zieht einen Strom von 2.7A an 3.3V, 7.2A an 5V und beängstigende 15A an 12V.
Mit 5V Habe ich die bislang besten Gravuren erzielt. An 3.3V fällt die Gravur eher schwach aus, an 12V fließt eine zu hohe Leistung durch das System, was zu weniger guten Resultaten führt. Mit einem Netzteil, dass an 12V einen Strom von 20A liefern kann und mit einer dickeren Elektrode als dem 0.2mm Wolframdraht, kann dieser Motor Verwendung finden, wenn tiefe, aber nicht so feine Gravuren erforderlich sind.
Dieser Motor entstammt nicht wie die beiden vorherigen einem ausgeschlachteten Drucker. Ich habe diesen von RS Components erhalten.

HomoFaciens Coin

Abbildung 5:
Die hier zu sehende Gravur wurde mit dem leistungsstärksten Motor der Testreihe an 5V Gleichspannung ausgeführt. Die "Münze" besitzt einen Durchmesser von 20mm, die Grafik ist 15x16mm klein Auf der Rückseite ist der Zeitstempel der Herstellung graviert mit einer Ziffernhöhe von 2.2mm. Graviert wurde mit 0.2mm Wolframdraht als Elektrode.
Wenn ihr eine derartige "HomoFaciens Coin" erwerben möchtet, um euch einen genauen Eindruck davon zu verschaffen, wie gut die Gravur ist:
Ihr könnt mich in meinen Experimenten finanziell unterstützen und erhaltet für Spenden ab 15,-€ (wenn gewünscht, Postadresse per Mail an mich nicht vergessen) als Dankeschön eine derartige "Münze".

3D Dateien

Die 3D Dateien habe ich mit OpenSCAD erstellt. Die Originaldatei und alle Teile im STL Format gibt's als Download-Paket. Als Material für den 3D Druck habe ich PET-G verwendet.

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