Motorspindelreparatur ist preiswert, erhöht aber die Stillstandszeit

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Dipl.-Ing. Peter Manner Ingenieurbüro

Frequenzumrichter dienen zur Drehzahländerung

Der Antrieb der Motorspindel erfolgt alternativ über einen Asynchron- oder über einen Synchronmotor. Um die Drehzahl der Motoren zu verändern, wird ihre Statorwicklung über einen Frequenzumrichter gespeist.

Der Asynchronmotor ist robust, preisgünstig und für hohe Drehzahlen geeignet. Er benötigt keine Überspannungs-Schutzeinrichtung. Der Rotor des Asynchronmotors besteht aus einem Blechpaket, in das der Kurzschlusskäfig eingebaut ist. Er ist direkt mit der Spindelwelle verbunden (Bild 3).

Der Synchronmotor erreicht sehr hohe Drehmoment- und Beschleunigungs-Werte. Auf dem Rotor sind Permanent-Magnete mit hoher Ener-giedichte befestigt. Bei den Leistungsteilen im Schaltschrank und beim Überspannungsschutz ist ein höherer Aufwand als beim Asynchronmotor erforderlich.

Der Frequenzumrichter, der den Elektromotor mit einer variablen Frequenz speist und damit die Drehzahl der Hauptspindel ändert, besteht aus Netzstromrichter, Zwischenkreis, Maschinenstromrichter und Steuerelektronik (Bild 6). Der Netzstromrichter wandelt die sinusförmige Netzspannung über Halbleiterventile in eine Gleichspannung in einem Zwischenkreis um. Im Zwischenkreis wird beim Spannungs-Umrichter die Energie in einem Kondensator gespeichert. (Beim Strom-Umrichter erfolgt die Energiespeicherung in einer Drossel.)

Durch zeitversetztes Schalten von sechs Wechselrichter-Ventilen entsteht aus der Gleichspannung im Zwischenkreis (UZ) ein phasenversetztes Wechselspannungssystem, mit dem der Elektromotor gespeist wird. Der Maschinenstromrichter erzeugt ein Impulsmuster, bei dem eine sinusförmige Ausgangsspannung (U1) erzeugt wird. Die Steuerungselektronik regelt den Maschinenstromrichter hinsichtlich Frequenz und Spannung und überwacht neben den elektrischen Größen den thermischen Zustand des Antriebs.

Etwa 85% der Spindelschäden sind Lagerschäden (Bild 7). Die häufigsten Ursachen für Spindelschäden sind Verschleiß, weil die Nutzungsdauer erreicht oder überschritten ist, und Kollision oder Crash wegen eines Bedienungsfehlers.

Der Lagerschaden endet immer mit dem Ausfall der Spindel. Folgende Auffälligkeiten weisen auf ei-nen Lagerschaden hin: auffällige Geräusche, erhöhte Spindeltemperatur, Verzerrung des Bearbeitungsbildes und Verschlechterung der Bearbeitungsqualität sowie Unwucht und Vibration.

Die Lagerschäden werden verursacht durch Verschleiß. Die durchschnittliche wirtschaftliche Nutzung beträgt bei Motorspindeln mit kleinen Durchmessern 10 000 bis 12 000 Spindelstunden, bei größeren 7000 bis 9000 Spindelstunden.

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