High-Speed-Frequenzumrichter für die Werkzeugmaschine

Die Schweizer Firma Meyrat, seit 1947 am Markt, entwickelt und produziert heute mit Hauptsitz im schweizerischen Biel Spindeln für kleine bis mittelgroße Werkzeugmaschinen. Diese Spindeln eignen sich für die unterschiedlichsten Anwendungen, zum Beispiel für das Abrichten, Abwälzfräsen, Bohren, Drehen, Erodieren, Fräsen, Gravieren, Langdrehen, Schleifen und Schneiden.
„Neben Standardprodukten bietet unsere Firma aber auch anwendungsspezifische Lösungen an, die wir individuell im Auftrag unserer Kunden entwickeln und produzieren“, erklärt Daniel Gigandet, Leiter der Entwicklung bei Meyrat. Über 100.000 Spindeln hat das Unternehmen bereits in Maschinen in aller Welt verbaut. Zu den Kunden zählen Maschinenhersteller, die Elektroindustrie, Fahrzeug- und Flugzeughersteller, Medizintechnikunternehmen, Uhrenproduzenten sowie Werkzeughersteller.

Umrichter gesucht

Im Standardsortiment hält Meyrat konventionelle Riemenspindeln sowie motorbetriebene Hochdrehmoment- und Hochfrequenz-Spindeln bereit. Letztere sind universell einsetzbar und überzeugen insbesondere mit ihrer hohen Rotationsgeschwindigkeit und dem genauen Rundlauf. Eine Luft- oder Wasserkühlung garantiert eine stabile Betriebstemperatur. Je nach Schmierungsart (Fett oder Öl-Luft-Gemisch) sind Drehzahlen bis zu 150.000 min-1 möglich.
„Ende 2008 haben wir eine neue Spindel für diese Reihe entwickelt, die MHF-30“, erklärt Daniel Gigandet. Für die kleineren Hochfrequenzspindeln mit 22 und 25 Millimetern Durchmesser verwendete das Unternehmen bis dato einen Frequenz­umrichter Schweizer Herkunft, der für die Spindeln mit größerem Durchmesser aber nicht über genug Leistung verfügte. „Zu diesem Zeitpunkt setzten wir auf einer unserer Prüfbänke für Hochfrequenzspindeln bereits seit einigen Jahren einen Frequenzumrichter von Sieb & Meyer ein und hatten damit sehr gute Erfahrungen gemacht“, erläutert Daniel Gigandet. „Deshalb haben wir das Unternehmen damals beauftragt, gemäß unserem Pflichtenheft einen maßgefertigten Frequenzumrichter zu entwickeln und bauen.“

Lösung maßgeschneidert

Die Anforderungen im Pflichtenheft waren vielfältig: Der neue Frequenzumrichter sollte im Vergleich zu bestehenden Lösungen nicht nur über eine höhere Ausgangsleistung verfügen, sondern auch eine verbesserte Bedienbarkeit ermöglichen. Das Bauvolumen durfte sich dabei aber nicht vergrößern. Weil der Spindelhersteller weltweit alle Märkte bedient, musste der Frequenzumrichter zudem für die unterschiedlichen Netzspannungen und -frequenzen sowie vielfältige Einsatzumgebungen, zum Beispiel in Haushaltsnetzen, ausgelegt sein.
Schließlich sollte der Frequenzumrichter die Niedervolt-Bearbeitungsspindeln mit Asynchron- und Synchronmotoren flexibel antreiben, die maximale Betriebsspannung beträgt bis dreimal 80 Volt (AC). Aufgrund der Baugröße der Spindeln ist zudem kein Drehzahlsensor integrierbar, daraus resultiert der sensorlose Betrieb der Spindeln.

Um den weltweiten Einsatz zu ermöglichen, realisierte Sieb & Meyer einen Weitbereichs-Spannungseingang zwischen 115 und 230 Volt (AC) mit aktiver Leistungsfaktorkorrektur (PFC). Ein DC/DC-Wandler mit Hochfrequenztaktung begrenzt die maximale Ausgangsspannung. Im Vergleich zur bis dato eingesetzten Antriebslösung konnte der Antriebslieferant die Ausgangsleistung von rund 160 VA auf 420 VA erhöhen – bei unverändertem Bauvolumen.
Was die Regelungstechnik (Hard- und Software) betrifft, greift das Unternehmen auf bewährte Technologie aus Standardumrichtern zurück. Ein bestehendes Aufsteckbedienteil wurde in das Gerät integriert und um die kundenseitigen Zusatzanforderungen erweitert.

Lösung mit Vorteilen

Die Anforderungen wurden also auf ganzer Linie erfüllt – für Meyrat ergeben sich darüber hinaus aber noch viele weitere Vorteile, angefangen bei der einfachen und schnellen Parametrierung: Dabei handelt es sich um eine Multiparameter-Ausführung, sodass sich sämtliche Parameter für alle aktuellen Spindeln automatisch abrufen lassen. Der Leistungsstecker verfügt über eine Spindelcodierung, mit deren Hilfe der Frequenzumrichter sämtliche Spindeln der Firma Meyrat automatisch den richtigen Parametern zuordnen kann.
Damit aber nicht genug: „In Relation zur Größe des Geräts ist die Ausgangsleistung mit 420 VA sehr hoch“, kommentiert ­Daniel Gigandet. „Zudem hat sich die sensorlose Regelung bei unseren synchronen Motoren als sehr leistungsfähig erwiesen.“ Lobend fallen die Worte des Anwenders auch für die integrierte Lastanzeige, die das Stromniveau anzeigt, aus – so kann der Maschinenanwender die Bearbeitungsprozesse optimieren. Nicht zuletzt ist der Frequenzumrichter kompatibel mit allen älteren Generationen der Firma Meyrat. Das Unternehmen kann also seinen Kunden bei Bedarf einen Austausch der Geräte anbieten.

„Mit unseren kundenspezifischen Lösungen können wir die Anforderungen der Kunden passgenau erfüllen“, erklärt Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer. „Wir bieten maßgefertigte Systeme im Bereich Hochgeschwindigkeits-Frequenzumrichter und -Einspeisesysteme sowie intelligente Antriebsverstärker.“ Die Bandbreite der Leistungen reicht dabei von einfachen Soft- und Hardwareanpassungen wie speziellen Gehäuseformen oder Schnittstellen bis hin zu komplett neu definierten Geräten und Funktionen. Von der gemeinsamen Planung bis hin zur Serienproduktion des spezifischen Antriebssystems erhält der Kunde alles aus einer Hand.
„Die Vorschläge von Sieb & Meyer sind technisch innovativ und haben uns bereits mehrere Male geholfen, geeignete Lösungen für die unterschiedlichsten Anwendungen und Anforderungen zu finden“, erläutert Daniel Gigandet. „Der direkte Kontakt mit einem kompetenten Ansprechpartner war und ist uns dabei sehr wichtig.“ Meyrat möchte die Zusammenarbeit mit Sieb und Meyer deshalb fortführen und vertiefen – derzeit besteht Interesse an einer kundenspezifischen Lösung für Spindeln mit einer Leistung bis 3 Kilowatt. (jbi)

Rolf Gerhardt ist Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer.