Metabo Mehr Kupfer im Motor, mehr Leistung beim Arbeiten

Winkelschleifer sollen Kraft und Ausdauer bieten, gut in der Hand liegen und lange halten. Um diese Anforderungen umzusetzen, wurde ein neuer Winkelschleifermotor entwickelt, der mehr Leistung und mehr Drehmoment bereitstellt und dennoch einen geringeren Griffumfang sowie eine höhere Überlastfähigkeit besitzt.

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Profis im Handwerk und in der Industrie wissen: Ein Winkelschleifer hat kein leichtes Dasein. Er muss harte Trenn- und Schrupparbeit leisten, wird überlastet und liegt unbeachtet in einer Ecke, wenn er nicht gebraucht wird. Zufrieden ist man dennoch selten mit ihm, weil er zu früh aussteigt, überhitzt oder sogar durchbrennt. Er braucht also viel Kraft und Ausdauer, muss schnell sein und soll dabei noch so ergonomisch wie möglich in der Hand liegen. Genau diese Anforderungen hatten die Ingenieure bei Metabo vor Augen, als sie die Motoren der neuen Winkelschleifer-Kompaktklasse komplett neu entwickelten. Ergebnis: 50 % mehr Drehmoment, eine deutlich längere Lebensdauer, eine 20 % höhere maximale Abgabeleistung und ein spürbar geringerer Griffumfang. Hinter dieser neuen Leistungsdimension stecken jahrzehntelanges Entwicklungs-Know-how und nicht zuletzt die Fähigkeit, aus Luft Leistung zu machen.

Eigentlich ist es ganz einfach, aus einem Winkelschleifer-Motor mehr herauszuholen: Mehr Kupfer verbauen für mehr Leistung, den Ankerdurchmesser vergrößern für mehr Drehmoment, mehr Luft dazwischen lassen für eine bessere Kühlung – fertig ist der neue Motor. Nur wäre dieser etwa doppelt so groß wie vorher. Entweder der Motor wird kleiner oder er wird leistungsstärker; beides geht nicht. Die Entwickler beim Nürtinger Elektrowerkzeug-Hersteller sagen: doch, das geht und und haben dazu gleich mehrere komplett neue Wege beschritten.

Verstärktes Magnetfeld steigert Motorleistung

Will man die Leistung eines Winkelschleifer-Motors steigern, muss man das Magnetfeld verstärken. Physikalisch gibt es dafür bei einem Elektromotor zwei Möglichkeiten: Mehr Strom oder mehr Kupferwicklungen. Eine höhere Stromstärke scheidet aufgrund der Wärmeentwicklung aus. Wie aber lässt sich mehr Kupfer in den Motor packen, ohne ihn dabei zu vergrößern? Indem man Luft in Leistung verwandelt, so Metabo.

Zwischen dem feststehenden äußeren Teil des Motors (dem Stator oder Feld) und dem sich drehenden inneren Teil (dem Rotor oder Anker) gibt es bei herkömmlichen Winkelschleifer-Motoren der Kompaktklasse zwei rund 100 mm² große Luftdurchlässe. Die Größe dieser Durchlässe ist fertigungstechnisch bedingt: Der in der Produktion verwendete Nadelwickler braucht zum Wickeln der Kupferspulen im Stator Platz, der hinterher ungenutzt bleibt. Um diesen Platz nicht zu verschwenden, haben die Nürtinger eine komplett neue Wickeltechnologie konzipiert und patentieren lassen. Statt den Stator wie üblich in einem Stück zu fertigen, werden nun auf einer eigens konzipierten Fertigungslinie im Stammwerk Nürtingen jeweils zwei speziell konstruierte Halbschalen mit Kupfer direkt bewickelt und anschließend miteinander verschweißt.

Die Technik dieses sogenannten „geteilten Feldes“ ist zwar nicht neu, aber mit der von Metabo patentierten automatisierten Fertigungsmethode können rund die Hälfte der Kupferwicklungen außerhalb der Nut platziert werden und füllen so etwa zwei Drittel des Luftdurchlasses aus. Das ist bei einer herkömmlichen Fertigung so nicht möglich. In Summe bringt Metabo damit in seinem neuen Marathonmotor 20 % mehr Kupfer unter als im Vorgängermodell. Für den Anwender bedeutet das: Die maximale Abgabeleistung steigt im Vergleich zum Vorgänger bis zu 20 % und er kommt bei der Arbeit viel schneller voran.

Erhöhtes Drehmoment liefert auch unter Last konstante Drehzahlen

Mehr Leistung ist das Eine, doch die Maschine braucht auch Kraft im harten Arbeitsalltag. Damit die neuen Winkelschleifer unter Last konstante Drehzahlen liefern, hat Metabo das Drehmoment der Motoren im Vergleich zu den Vorgängern um 50 % erhöht. Dazu haben die Nürtinger den Ankerdurchmesser von 35 auf 38 mm vergrößert. Damit wurde der Motor insgesamt nicht größer – im Gegenteil. Trotz des größeren Rotordurchmessers sind die neuen Motoren aufgrund der kompakten Bauweise der beiden Motorhalbschalen kleiner als die bisherigen. Das wirkt sich direkt auf die Ergonomie der Winkelschleifer selbst aus: Die neuen Modelle haben einen spürbar geringeren Griffumfang und liegen dank eines neuen, ergonomischen Designs gut in der Hand – eine Voraussetzung für ermüdungsarmes Arbeiten.

Während der neue 1700-W-Kompakt-Winkelschleifer mit größerem Rotordurchmesser eine in dieser Baugröße höchste Leistungsdichte bietet, hat Metabo das neue Halbschalenkonzept parallel dazu genutzt, auch seine 900- und 1000-W-Modelle noch kompakter zu machen. Bei den Winkelschleifern mit 900 und 1000 W Nennaufnahmeleistung bleibt der Ankerdurchmesser bei 35 mm. Die Maschinen haben damit in ihrer Watt-Klasse den geringsten Griffumfang am Markt.

Bei den besonders leistungs- und drehmomentstarken Modellen mit 1250 bis 1700 W Nennaufnahmeleistung und neuem 38-mm-Ankerdurchmesser wurde auch der Kommutator an die neuen Kräftedimensionen angepasst. Die Nürtinger Entwickler haben ihn technisch aufgerüstet und zudem den Durchmesser von 24,5 auf 30 mm erhöht. Die Kupfersegmente sind darin so verankert, dass ihnen die hohen Drehzahlen nichts anhaben können. Die neuen Kommutatoren, die Metabo als einziger Hersteller mit diesem Verfahren für alle Winkelschleifer in Serie fertigt, sind zugleich elektrisch stabiler. Damit sinkt die Kurzschlussgefahr durch Verunreinigungen mit Metallstaub.

Durch neue Kühlung höhere Überlastfähigkeit erreichen

Schon 50 % mehr Drehmoment und 20 % mehr Leistung bei verkleinertem Griffumfang bedeuteten eine hohe Ingenieursleistung. Doch Metabo wollte außerdem robuste, überlastfähige und langlebige Motoren vorstellen. Um ihn optimal zu kühlen, haben sie deshalb einen speziellen Turbolüfter entwickelt, der die durch den Motor geleitete Luft auf bis zu 400 km/h beschleunigt – das ist etwa dreimal so schnell wie beim Vorgängermodell. Obwohl der Luftdurchlass aufgrund der neuen Wickeltechnik kleiner ist, kann pro Sekunde so mehr Luft durch den Motor geleitet werden. Temperaturmessungen auf dem Prüfstand belegen, dass der Kühleffekt deutlich besser ist und die Maschine im Vergleich zum Vorgänger um 17 °C kühler bleibt.

Damit sich das auch in der Praxis bemerkbar macht, hat Metabo nicht nur die Luftführung im Motor neu konzipiert, sondern auch das Belüftungskonzept des gesamten Winkelschleifers. Schließlich nutzen dem Anwender in der Praxis die Zahlen aus dem Labor wenig, wenn er beim Arbeiten die üblicherweise seitlich angeordneten Lüftungsschlitze zuhält. Dieses Problem ist den Entwicklern und Produktmanagern von Metabo in Gesprächen mit Anwendern und bei Besuchen in Werkstätten, Industriebetrieben und auf Baustellen weltweit immer wieder begegnet. Deshalb sind die Lüftungsschlitze im Winkelschleifer-Gehäuse bei allen neuen Modellen nicht mehr seitlich, sondern nur noch hinten zu finden. Der Anwender kann sie beim Arbeiten nicht mehr versehentlich zuhalten und der Motor wird jederzeit optimal gekühlt. In der Praxis bedeutet das: Die neuen Winkelschleifer haben eine um 20 % höhere Überlastfähigkeit als bisher. Profis können sich auch bei extremen Anwendungen auf ihre Maschine verlassen und im Überlastbereich deutlich länger arbeiten, bevor der Winkelschleifer abschaltet.

Staubschutzfilter verhindert Eindringen von Metallstaub und Spänen

Aber die konsequente Anordnung der Lufteinlasskanäle hat noch einen weiteren entscheidenden Vorteil. Den Entwicklern ist es gelungen, erstmals einen wirklich wirksamen Staubschutzfilter zu konstruieren, der vor dem Lüftungsbereich platziert wird und damit das Eindringen von Metallstäuben und Spänen verhindert. Das gefährliche Zusetzen der Maschine im Inneren wird damit vermieden. Der Staubschutzfilter lässt sich einfach auf die Lüftungsschlitze aufstecken. Gereinigt wird er, indem man den sich darauf ansammelnden Metallstaub beispielsweise mit dem Handschuh abwischt. In Extremanwendungen erhöht der Staubschutzfilter die Lebensdauer der Maschine signifikant.

Das neue Belüftungskonzept kühlt den Motor nicht nur noch effizienter, sondern schützt ihn gleichzeitig besser vor abrasiven Stäuben. Der durch den Turbolüfter erzeugte starke Sog schleudert den Schleifstaub strömungsoptimiert und zuverlässig aus der Maschine. Zusätzlich schützt 30 % mehr Abrasionsschutzharz den Anker vor Stäuben und macht ihn langlebig.

Auch den Stator schützt Metabo mit einem speziell entwickelten Harz und einer zusätzlichen Pulverbeschichtung noch besser vor Stäuben. Die kleinen Zwischenräume zwischen den einzelnen Kupferdrähten werden komplett mit Harz gefüllt, das die Wärme wesentlich besser ableitet als Luft. Im Testlabor haben die robusten Motoren Betriebstemperaturen bis zu 260 °C schadlos überstanden. MM

* Michael Schmohl ist Leiter Entwicklung Motoren bei der Metabowerke GmbH in 72622 Nürtingen

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