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antriebstechnik 8/2020

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antriebstechnik 8/2020

SPECIAL: ANTRIEBE FÜR

SPECIAL: ANTRIEBE FÜR WERKZEUGMASCHINEN MOTOREN MIT HOCHGESCHWINDIGKEIT NEUER UMRICHTER „RETTET“ PRÜFSTAND-PERFORMANCE Weil ein Frequenzumrichter nicht die erforderliche Drehfeldfrequenz bereitstellt, kann der Betreiber eines Prüfstandes nicht das versprochene Leistungsvermögen seiner Spindelmotoren abrufen. Eine angepasste Umrichtertechnik für Hochgeschwindigkeitsanwendungen musste her. 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“, so Dr. Bernd Möller, Leiter Engineering Spindeltechnik bei GMN. „Wir hatten 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 und Sieb & Meyer heran. Der Auftrag lautete, einen besser geeigneten Frequenzumrichter zu finden, um das volle Leistungsvermögen auszuschöpfen. Markus Finselberger ist Key Account Manager Antriebselektronik bei der Sieb & Meyer AG in Lüneburg GEMEINSAME LÖSUNGSSUCHE BEGINNT Zwischen Sieb & Meyer und GMN besteht schon lange eine gute und erfolgreiche Partnerschaft. Der gemeinsame Nenner der Unternehmen ist die Spezialisierung auf Hochgeschwindigkeitsanwendungen. GMN produziert neben Maschinenspindeln auch Hochpräzisionskugellager, 28 antriebstechnik 2020/08 www.antriebstechnik.de

SPECIAL: ANTRIEBE FÜR WERKZEUGMASCHINEN Freiläufe und berührungslose Dichtungen. Sieb & Meyer entwickelt und fertigt u. a. Frequenzumrichter. „Unsere Geräte werden schon seit vielen Jahren in Kombination mit GMN-Spindeln eingesetzt“, erläutert Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer. „Besonders sinnvoll ist das bei Spindeln für das Innenschleifen, denn hier müssen hohe Drehzahlen erreicht werden.“ Neben vielen Standardanwendungen haben die Unternehmen bereits eine Reihe von Sonderprojekten zusammen umgesetzt. Frässpindeln für die Hochleistungs-Alu miniumbearbeitung mit einer Dauerleistung von 120 kW bei 30 000 min -1 , die im Bereich Aerospace zum Einsatz kommen, waren dabei. Aber auch ein Wasserstoffpumpenantrieb mit 120 kW bei 21 000 min -1 sowie ein Prüfstandsmotor mit max. 40 000 min -1 bei einer Leistung von 63 kW S1 stehen auf der Liste der gemeinsam realisierten Lösungen. Im vorliegenden Fall liefert GMN seinem Kunden einen individuell konzipierten Prüfstandsantrieb. Der Hochgeschwindigkeitsmotor 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 und Leistung von 35 kW S1 mit 60 000 min -1 ; 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. Das gewünschte Resultat blieb aus: Die angegebenen Leistungsdaten der Schleifspindel konnten nicht ausgeschöpft werden. DIE WAHL DES RICHTIGEN FREQUENZUMRICHTERS „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 01 Die Hochgeschwindigkeitsspindel wurde speziell an den Prüfstand angepasst; als Allroundprodukt eignet es sich aber auch für Schleif-, Fräs- und Bohranwendungen 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 SD2M. Dieses Gerät basiert auf der Multi-Level-Technologie und adressiert vor allem Hochgeschwindigkeitsapplikationen mit hohen Leistungen. 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 Dr. Möller. „Abgesehen vielleicht von komplizierten Lösungen mit zusätzlichen LC-Filtern, die in diesem Leistungsbereich aber doppelt so teuer und sehr viel unhandlicher sind.“ Gemeinsame Tests bewiesen: Der SD2M rief bei der Prüfstands- Anwendung ein überzeugendes Leistungsniveau ab. „Wir haben die Performance des Motors in Kombination mit unserem Frequenzumrichter eingehend geprüft“, so Rolf Gerhardt. „Es konnten die vollen Leistungsdaten erreicht werden.“ Die innovative Drei-Level- Technologie des Frequenzumrichters SD2M sowie Schaltfrequenzen iC-PZ Series Hochauflösende optisch-reflexive Absolut-Encoder • Variable Scheibendurchmesser und Linearmaßstäbe durch FlexCode® • 22-Bit-Auflösung mit Ø 26-mm-Codescheiben • On-chip Kalibrierung bietet höchste Präzision • Großer Toleranzbereich vereinfacht die Montage Tel.: 06135 / 92 92-300 E-Mail: info@ichaus.de www.ichaus.com/pz electronica München, 10. – 13. 11. 2020 sps smart production solutions Nürnberg, 24. – 26. 11. 2020 automatica München, 08. – 11.12. 2020

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