Aufgrund der notwendigen hohen Drehfeldfrequenz und des geringen Rotorvolumens benötigen Hochgeschwindigkeitsmotoren den zum Betrieb geeigneten Frequenzumrichter. Wenn das nicht gewährleistet ist, treten unweigerlich Probleme auf. „Bei einem unserer asiatischen Kunden war das leider der Fall“, sagt Dr. Bernd Möller. Laut dem Leiter Engineering Spindeltechnik bei GMN hatten die Nürnberger seit 2011 bereits drei Prototypen von Hochgeschwindigkeitsmotoren geliefert, „bei denen die volle Performance der Spindel aber nicht erreicht werden konnte“. Der Kunde hatte sich zwischenzeitlich mit der verminderten Leistung begnügt, trat im Jahr 2019 aber doch an GMN heran mit der Bitte, einen besser geeigneten Frequenzumrichter zu finden, mit dem sich die Anforderungen erfüllen lassen. Fündig wurde GMN bei Sieb & Meyer. Beide Unternehmen arbeiten bereits seit längerem zusammen. Ihr gemeinsamer Nenner ist die Spezialisierung auf Hochgeschwindigkeitsanwendungen.
Der Hochgeschwindigkeitsmotor des für den Kunden individuell konzipierten Prüfstandsantriebs basiert zwar auf einer Katalog-Innenschleifspindel, wurde jedoch speziell an die Anforderungen angepasst. Bei der Spindel handelt es sich um den Typ HV-P 120 – ein Allroundprodukt für Schleif-, Fräs- und Bohranwendungen mit hohen Steifigkeits- und Leistungsanforderungen. In dieser Sonderausführung ermöglicht ein integrierter Synchronmotor die erforderliche hohe Drehzahl von 60.000 min-1 bei einer Leistung von 35 kW S1; aufgrund des vierpoligen Motors ergibt sich eine maximale Drehfeldfrequenz von 2 kHz. Jedoch gibt es auf dem Markt keinen Standard-Frequenzumrichter, der diese Kennzahlen unterstützen kann. Der Kunde entschied sich dennoch es zu versuchen – mit dem Resultat, dass die angegebenen Leistungsdaten der Schleifspindel nicht ausgeschöpft werden konnten.
Zu viele Verluste, zu wenig Leistung
„Der verwendete Frequenzumrichter konnte die hohen Frequenzen nicht erzielen und erzeugte zu viele Verluste“, so Dr. Möller. „Das ist so, als würde man einen Dieselmotor in ein Formel-1-Auto einbauen – es kann einfach nicht gut gehen.“ Sieb & Meyer prüfte im ersten Schritt, welcher Frequenzumrichter aus dem breit aufgestellten SD2x-Sortiment am besten für diese spezielle Anwendung geeignet ist. Die Wahl fiel schließlich auf den Typ SD2M. Dieses Gerät basiert auf der Multi-Level-Technologie und ist gerade im Bereich von Hochgeschwindigkeitsapplikationen mit hohen Leistungen ein Alleskönner. Besonders in Anwendungen wie Werkzeugmaschinen oder Prüfständen kann die Lösung ihre Vorteile ausspielen: „Unserer Auffassung nach ist der SD2M das einzige Gerät auf dem Markt, das für solche Motoren die erforderliche Leistungsfähigkeit bietet“, betont der leitende GMN-Ingenieur. „Abgesehen vielleicht von komplizierten Lösungen mit zusätzlichen LC-Filtern, die in diesem Leistungsbereich aber doppelt so teuer und sehr viel unhandlicher sind.“
In gemeinsamen Tests stellte der Frequenzumrichter seine Tauglichkeit für die Prüfstands-Anwendung unter Beweis. „Wir haben die Performance des Motors in Kombination mit unserem Frequenzumrichter eingehend geprüft“, so Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer. „Es konnten die vollen Leistungsdaten erreicht werden.“ Die innovative Drei-Level-Technologie des Frequenzumrichters SD2M sowie Schaltfrequenzen bis 16 kHz gewährleisten eine sehr gute Stromqualität, sodass im Motor möglichst geringe Verluste entstehen und der Gesamtwirkungsgrad steigt. So lässt sich eine übermäßige Rotor-Erwärmung verhindern und die Lagerbelastung sowie die Isolationsbeanspruchung reduzieren. Teure LC-Filter können dank des Frequenzumrichters entfallen. Nicht zuletzt verfügt das Gerät über eine sehr kompakte Baugröße, benötigt somit wenig Platz und senkt insgesamt die Systemkosten erheblich. „Unser Kunde ist sehr zufrieden mit der Lösung“, so Dr. Möller. „Somit können wir ein weiteres erfolgreiches gemeinsames Projekt verbuchen.“
Hochgeschwindigkeit für Werkzeugmaschinen
Frequenzumrichter für Werkzeugmaschinen sind eine Spezialität von Sieb & Meyer. „Wir haben es in diesem Bereich mit ganz besonderen Anforderungen zu tun“, so Rolf Gerhardt. „So muss beim Innenrundschleifen zum Beispiel ein sensorloser Betrieb von Asynchron- und Synchronspindeln bis 250.000 Umdrehungen pro Minute ermöglicht werden. Dabei darf sich der Motor jedoch nur geringfügig erwärmen, um die sensiblen Materialien nicht zu gefährden und eine hohe Qualität der Bearbeitung zu gewährleisten.“
Eine weitere wichtige Rolle spielt die Flexibilität der Maschine: Ein einfacher und schneller Wechsel zwischen unterschiedlichen Schleifspindeln muss möglich sein – entsprechend sollten sich verschiedene Motorparametersätze speichern lassen. Oftmals werden zudem Funktionen wie eine hochdynamische Wirklasterkennung gefordert.
Betrieb von Schleifmaschinen lässt sich besonders komfortabel gestalten
Kundenspezifische Frequenzumrichter in diesem Bereich entstehen bei Sieb & Meyer auch auf Basis des Frequenzumrichters SD2S, mit dem sich der Betrieb von Schleifmaschinen besonders komfortabel gestaltet: Das System kann bis zu 64 Motorparametersätze speichern. Die Anwahl der Parametersätze kann dabei über die digitalen Eingänge codiert werden oder alternativ über verschiedene Feldbussysteme wie unter anderem Profinet oder EtherCAT erfolgen. Darüber hinaus erlauben die integrierten Technologiefunktionen für die Anfunkerkennung (Werkzeug berührt Werkstück) einen effizienten Maschinenbetrieb.
Mehrachs-System SD2 für Multiachsanwendungen
Möglich sind auch Lösungen auf Basis des Mehrachs-Systems SD2 für Multiachsanwendungen. Hier können die Anwender zudem auf die sensorlosen Sicherheitsfunktionen SFM (Safe Frequency Monitor – sicherer Stillstandsmonitor) und SLOF (Safe Limited Output Frequency – sicher begrenztes Drehfeld) zurückgreifen. Universelle Motorgeber-Auswertungen und vielfältige Anbindungsmöglichkeiten zur übergeordneten Steuerung erlauben die einfache Adaptierung an wechselnde Systemanforderungen. So bleiben Anwender ganz flexibel – und die nötige Leistung ist immer garantiert.
Kontakt:
Sieb & Meyer
Auf dem Schmaarkamp 21
21339 Lüneburg
Tel. +49 4131 203 0
info@sieb-meyer.de
www.sieb-meyer.de
GMN Paul Müller Industrie GmbH & Co. KG
Äußere Bayreuther Straße 230
90411 Nürnberg
Tel. +49 911.5691–0
info@gmn.de
Frequenzumrichter für Werkzeugspindeln
Hochgeschwindigkeitsspindeln sind die Schlüsselkomponenten in einer Werkzeugmaschine. Nur wenn diese optimal betrieben werden, können auch die erhoffte Bearbeitungsgenauigkeit, Produktivität und Standzeit der gesamten Maschine gewährleistet werden. Aufgrund der notwendigen hohen Drehfeldfrequenz und des geringen Rotorvolumens benötigen die zum Einsatz kommenden Hochgeschwindigkeitsmotoren den zum Betrieb geeigneten Frequenzumrichter. Frequenzumrichter von Sieb & Meyer leisten ihren Beitrag dazu, da sie die notwendigen Drehfeldfrequenzen bereitstellen sowie durch spezielle Regelungs- und Ansteuertechnologien eine geringe Erwärmung der Motoren gewährleisten. Der letzte Punkt beeinflusst dabei signifikant die Bearbeitungsgenauigkeit und die Standzeit der Hochgeschwindigkeitsspindeln – im Besonderen die Lebensdauer der Lager.
Motorspindeln von GMN
Motorspindeln mit hoher Leistung, Steifigkeit und Zuverlässigkeit sind in vielen Anwendungsbereichen die wesentliche Voraussetzung für eine wirtschaftliche Fertigung. Je nach Bearbeitungsaufgabe ist es wichtig, ein weites Spektrum verschiedener Werkzeuge entsprechend ihrer Leistungsfähigkeit einsetzen zu können: Große Werkzeuge erfordern hohe Leistungen bei relativ niedrigen Drehzahlen. Kleine Werkzeuge kommen oft mit relativ geringem Leistungsbedarf aus. Mit GMN-Hochgeschwindigkeitsspindeln können diese Anforderungen weitestgehend mit einer Spindelausführung abgedeckt werden. Bezogen auf ihre Baugröße stellen sie ein hohes Drehmoment zur Verfügung und ermöglichen damit eine hohe Bearbeitungsleistung bereits im unteren Drehzahlbereich. Möglich wird dies durch speziell für diesen Anwendungsbereich ausgelegte Asynchron- und Synchronmotoren sowie eine effiziente Flüssigkeitskühlung der Spindeln. Die Motoren haben eine hohe Leistungsdichte und einen guten Wirkungsgrad.
