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An einer Holzdrehbank genügt eine einzige feste Drehzahl nicht: Ein großer Schalenrohling muss langsam, ein dünner Stift oder eine Spindel dagegen schnell drehen. Dieser weite Drehzahlbereich wurde früher mit Stufenscheiben erreicht, heute meist mit einem Frequenzumrichter. Ein Standard-Drehstrom-Asynchronmotor kann diese Aufgabe mit Umrichter übernehmen; vorher sollten Sie jedoch wissen, dass die Kühlung bei niedriger Drehzahl nachlässt, das Drehmoment über 50 Hz sinkt und bei Umrichterspeisung aus dem Einphasennetz die richtige Schaltung des Elektromotors zu wählen ist.
Warum ändert sich die Drehzahl an der Holzdrehbank in einem so weiten Bereich?
Beim Drechseln ist die Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks entscheidend; sie bestimmt, mit welcher Geschwindigkeit das Holz am Drehmeißel ankommt. Die Umfangsgeschwindigkeit steigt mit Werkstückdurchmesser und Drehzahl. Um dieselbe Umfangsgeschwindigkeit zu halten, muss die Drehzahl mit wachsendem Durchmesser sinken: Ein Werkstück mit zehnfachem Durchmesser dreht für dieselbe Umfangsgeschwindigkeit mit einem Zehntel der Drehzahl.
Zusätzlich begrenzen Sicherheit und Unwucht die Drehzahl. Ein unwuchtiger, berindeter oder rissiger Rohling wird beim Schruppen mit niedriger Drehzahl begonnen; je runder das Werkstück wird, desto höher die Drehzahl. Schleifen und Polieren verlangen meist höhere Drehzahlen. Im Ergebnis nutzt eine einzige Drehbank einen weiten Drehzahlbereich vom langsamen Schruppen bis zur schnellen Feinarbeit. Die genauen Werte dieses Bereichs sind Sache des Drehbankherstellers und des Werkstücks; hier erläutern wir das allgemeine Prinzip.
Von der Stufenscheibe zum Frequenzumrichter
Bei älteren Holzdrehbänken läuft der Elektromotor mit fester Drehzahl, die Drehzahl wird über Stufenscheiben gewechselt. Dabei arbeitet der Elektromotor auf jeder Stufe mit voller Drehzahl; auf der unteren Stufe erhöht das Scheibenverhältnis das Drehmoment. Der Nachteil: Zum Drehzahlwechsel muss die Maschine angehalten und der Riemen in eine andere Rille gelegt werden, und die Drehzahl ist auf wenige feste Werte beschränkt.
Mit dem Frequenzumrichter wird die Motordrehzahl über die Speisefrequenz stufenlos eingestellt. Der Umrichter ermöglicht außerdem Sanftanlauf, einstellbare Auslaufzeit und Drehrichtungsumkehr. Ein wichtiger Unterschied besteht jedoch: Bleibt das Scheibenverhältnis gleich, wird die niedrige Drehzahl durch Absenken der Motordrehzahl erreicht, und das Drehmoment an der Spindel steigt nicht wie bei der Stufenscheibe. Deshalb wird an vielen Drehbänken neben dem Umrichter eine zweistufige Riemenscheibe beibehalten: die untere Stufe für große Werkstücke, die obere für feine Arbeiten.
Die allgemeine Aussage von HEM Motor auf der Website lautet: Unsere Drehstrom-Baureihen eignen sich für die Drehzahlregelung am Frequenzumrichter; bei längerem Betrieb mit niedriger Drehzahl und vollem Drehmoment kann ein Fremdlüfter nötig sein, bei langer Leitung zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein dU/dt- oder Sinusfilter geprüft; diese Bedingungen werden bei der Bestellung angegeben. Einzelheiten finden Sie in der Frage zum Betrieb am Frequenzumrichter.
Niedrige Drehzahl, Betrieb über 50 Hz und Drehmoment
Ein Asynchronmotor am Umrichter verhält sich in zwei Bereichen unterschiedlich:
- Unter 50 Hz: Der Umrichter senkt die Spannung zusammen mit der Frequenz; der Elektromotor kann grundsätzlich sein Nenndrehmoment abgeben, seine Leistung sinkt proportional zur Drehzahl. So beträgt das Nenndrehmoment des 1,5-kW-Modells 90L-4 9,91 Nm; bleibt dieses Drehmoment bei halber Drehzahl erhalten, sinkt die an die Welle abgegebene Leistung etwa auf die Hälfte.
- Über 50 Hz: Die Spannung kann nicht über den Netzwert steigen; der Elektromotor arbeitet mit annähernd konstanter Leistung, und das Drehmoment fällt mit steigender Drehzahl. Außerdem haben Lager, Lüfter und Rotorwuchtung mechanische Grenzen. Ist Betrieb oberhalb der Nennfrequenz geplant, muss dies bei der Bestellung gesondert angegeben und bewertet werden.
Kühlung bei niedriger Drehzahl
Der Lüfter eines Standard-Elektromotors sitzt auf der Motorwelle; mit sinkender Drehzahl nimmt auch die geförderte Kühlluft ab. Einen großen Schalenrohling lange bei niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment zu bearbeiten, kann den Elektromotor deshalb stärker als üblich erwärmen. Kurzzeitig niedrige Drehzahl ist meist unproblematisch; bei langer schwerer Arbeit wird ein Fremdlüfter geprüft. Wer die Wicklungstemperatur überwachen möchte, kann einen Wicklungsfühler PTC oder PT100 als Option bei der Bestellung wählen.
Bei Drehbankanwendungen sollte keine präzise Drehmomentregelung oder ein servoartiges Verhalten erwartet werden; Standard-Asynchronmotor und Umrichter dienen dazu, die Drehzahl stufenlos einzustellen. Passende Modelle von HEM Motor und aktuelle Preise finden Sie auf der Seite Elektromotor kaufen.
Drehstrommotor mit Umrichter am Einphasennetz
In Werkstätten kommt es häufig vor, dass nur eine einphasige 230-V-Versorgung vorhanden ist. Dann wird ein Umrichter mit einphasigem 230-V-Eingang und dreiphasigem 230-V-Ausgang verwendet. Auf der Motorseite ist die Schaltung zu beachten:
- Ein Elektromotor mit 230/400 V (Δ/Y) auf dem Typenschild wird am Umrichter mit dreiphasigem 230-V-Ausgang in Dreieck (Δ) geschaltet. Bleibt er in Stern, erhält er zu wenig Spannung, und sein Drehmoment sinkt deutlich.
- Elektromotoren mit 400/690 V (Δ/Y) auf dem Typenschild arbeiten mit einem 230-V-Umrichter nicht korrekt; sie benötigen einen dreiphasigen 400-V-Ausgang. In der Baureihe von HEM Motor tragen die Modelle bis 3 kW die Angabe 230/400 V, ab 4 kW 400/690 V.
- Die Leistung des Umrichters darf nicht kleiner gewählt werden als die Motorleistung und die Grenzen des einphasigen Eingangsstroms; maßgeblich sind die Werte des Umrichterherstellers.
Auch ein direkter Einphasenmotor ist eine Option; die Einphasen-Baureihe von HEM Motor reicht von 0,18 bis 5,5 kW. Mit einem Einphasenmotor ist allerdings keine stufenlose Drehzahlverstellung möglich; die Drehzahl wird weiterhin über Riemenscheiben gewechselt.
