Wie wählt man den Haupt-Elektromotor einer Universal-Drehmaschine aus?

Der Hauptantrieb einer Universal-Drehmaschine wird nach Leistung und Drehzahl laut Maschinenschild gewählt, vorzugsweise mit gleicher Polzahl und gleicher Anbauart. Alle Spindeldrehzahlstufen der Drehmaschine sind im Spindelkasten auf die feste Drehzahl des Elektromotors abgestimmt; ändert sich die Motordrehzahl, wird die Drehzahltabelle der Maschine ungültig. Nach der Leistung verdienen vor allem häufige Anläufe beim Rechts-Links-Lauf, das Bremsverfahren und die Befestigung des Elektromotors am Maschinenbett besondere Aufmerksamkeit.

Welche Aufgabe hat der Hauptantrieb an der Drehmaschine?

Bei der Universal-Drehmaschine dreht der Hauptantrieb in der Regel mit konstanter Drehzahl. Die verschiedenen Drehzahlen der Arbeitsspindel werden über Zahnräder und Hebel im Spindelkasten gewählt. Die Leistung wird vom Elektromotor zum Spindelkasten meist per Keilriemen übertragen; die Maschine selbst sitzt in einem Fach im Fuß oder an der Rückseite der Drehmaschine auf einer Platte, mit der sich die Riemenspannung einstellen lässt.

Der Hauptantrieb dreht nicht nur die Arbeitsspindel. Bei vielen Maschinen werden auch Vorschub und Gewindeschneiden über Spindelkasten und Vorschubgetriebe vom selben Antrieb abgeleitet. Eilgang des Schlittens, Kühlmittelpumpe und bei manchen Maschinen die Schmierpumpe arbeiten dagegen mit separaten, kleinen Elektromotoren. Dieser Beitrag konzentriert sich auf den Hauptantrieb.

Was bestimmt die Leistung, und sollte der Hauptantrieb vergrößert werden?

Die Leistung des Hauptantriebs legt der Hersteller anhand des größten vorgesehenen Spanquerschnitts, des bearbeiteten Werkstoffs und des Werkstückdurchmessers fest. Die zuverlässigste Quelle ist daher das Typenschild oder die Betriebsanleitung der Maschine selbst. Allein nach der Größe der Drehmaschine lässt sich keine verbindliche Leistung nennen; zwei Maschinen derselben Klasse können mit unterschiedlich starken Antrieben ausgeliefert werden.

Ein stärkerer Elektromotor mag verlockend erscheinen, doch Riemen, Zahnräder des Spindelkastens, Kupplung und Lager der Maschine sind auf die Originalleistung ausgelegt. Ein größerer Antrieb setzt diese Teile höherem Drehmoment aus; bei schwerer Zerspanung rutscht der Riemen oder die Zahnräder werden überlastet. Außerdem passt ein größeres Gehäuse möglicherweise nicht in das Motorfach. Kurz gesagt: Eine Leistungserhöhung ist nur innerhalb der vom Maschinenhersteller zugelassenen Grenze sinnvoll.

Drehzahl und Polzahl: die Drehzahltabelle erhalten

Das Drehzahlschild am Spindelkasten ist beispielsweise auf die Nenndrehzahl eines vierpoligen Elektromotors von etwa 1450 U/min ausgelegt. Wird stattdessen eine zweipolige Maschine angebaut, verdoppeln sich alle Spindeldrehzahlen ungefähr; die Werte auf dem Schild gelten nicht mehr, und in den hohen Stufen dreht der Spindelkasten über seiner Auslegungsdrehzahl. Das ist sowohl aus Sicherheitsgründen als auch im Hinblick auf die Lebensdauer der Zahnräder nicht akzeptabel.

Die erste Regel lautet daher, die Polzahl der bisherigen Maschine beizubehalten. Auf dem Typenschild steht die Nenndrehzahl (z. B. 1440 U/min); dieser Wert entspricht der vierpoligen Klasse mit 1500 U/min Synchrondrehzahl. Abweichungen der Nenndrehzahl um wenige Umdrehungen verändern die Spindeldrehzahl nicht merklich.

Elektromotor mit zwei Drehzahlen auf dem Typenschild

Bei manchen Drehmaschinen ist der Antrieb polumschaltbar; mit einem Schalter am Spindelkasten werden die Drehzahlstufen verdoppelt. Auf dem Typenschild sehen Sie zwei Leistungen und zwei Drehzahlen (z. B. 4/2-polig). Wicklung und Schaltung dieser Maschinen sind anders, sie lassen sich nicht eins zu eins durch einen Standard-Elektromotor mit einer Drehzahl ersetzen. Für diese Aufgabe ist eine Sonderausführung erforderlich; sie kann außerhalb des Umfangs der Standardserie im Katalog 2026 von HEM Motor liegen – fragen Sie uns mit Typenschild- und Anwendungsangaben.

Rechts-Links-Lauf, häufige Anläufe und Bremsen

Die Drehmaschine gehört zu den Werkstattmaschinen, bei denen sich die Antriebslast am stärksten ändert. Beim Gewindeschneiden, Bohren oder Messen eines Werkstücks hält der Bediener die Spindel häufig an, startet sie neu und ändert die Drehrichtung. Je nach Konstruktion der Maschine geschieht das auf zwei Arten:

• Maschine mit mechanischer Kupplung: Der Elektromotor dreht ständig in derselben Richtung; Drehrichtung und Stillsetzen der Spindel steuern Kupplung und Bremse im Spindelkasten. Für den Antrieb ist das die schonendste Anordnung; die Anlaufzahl ist gering.
• Maschine mit elektrischer Drehrichtungsumkehr: Die Drehrichtung wird über Rechts- und Linksschütz umgeschaltet. Jeder Richtungswechsel ist ein eigener Anlauf und erzeugt Wärme in der Wicklung. Das Thermorelais ist auf den Typenschildstrom einzustellen, und die Schutzeinstellung ist unter Berücksichtigung der Anlaufhäufigkeit zu wählen.

Auch das Bremsen ist wichtig. Bei manchen Drehmaschinen wird die Spindel durch Gegenstrombremsung (kurzes Umschalten auf die Gegenrichtung) oder durch Gleichstrombremsung stillgesetzt; dies wird auf Umrichter- oder Steuerungsseite gelöst und belastet die Maschine mit zusätzlicher Wärme. Bei Drehmaschinen mit mechanischer Bremse am Motorende ist dagegen ein Bremsmotor erforderlich; auch dieser gehört nicht zur Standardserie und wird zusammen mit dem Typenschild gesondert bewertet.

Einzelheiten zur Auswahl der Motorschutzorgane finden Sie in unserem Beitrag zur Auswahl von Thermorelais und Sicherung.

Befestigung des Elektromotors an der Drehmaschine

Am häufigsten ist bei Drehmaschinen die Anordnung B3, bei der die Maschine mit ihren Füßen auf einer schwenkbaren oder verschiebbaren Platte sitzt, mit der die Riemenspannung eingestellt wird. Bei manchen Maschinen kann der Antrieb auch per Flansch am Spindelkasten befestigt sein. Achten Sie beim Austausch auf Folgendes:

• Baugröße: Haben alte und neue Maschine dieselbe IEC-Baugröße, passen Achshöhe und Fußbohrungen in der Regel; die Montage ist ohne Änderung der Platte möglich.
• Riemenscheibe: Soll die alte Riemenscheibe auf die neue Maschine, müssen Wellendurchmesser und Passfedermaß übereinstimmen. Ziehen Sie die Riemenscheibe nicht mit Gewalt auf eine neue Welle.
• Riemenflucht: Motorseitige Riemenscheibe und Spindelriemenscheibe müssen in einer Ebene liegen; andernfalls verschleißt der Riemen seitlich und die Schwingungen nehmen zu.
• Kabeleinführung und Lage des Klemmenkastens: In einem engen Motorfach erleichtert oder erschwert die Seite, auf der der Klemmenkasten liegt, den Anschluss.

Die Bauformen werden je nach Baugröße angeboten; das Flanschmaß wird bei der Bestellung bestätigt. Für einen Maßvergleich können Sie die technischen 2D-Zeichnungen nach Baugröße heranziehen.

Betrieb der Drehmaschine am Umrichter

Eine häufige Umrüstung älterer Drehmaschinen besteht darin, den Hauptantrieb mit einem Frequenzumrichter zu betreiben, um eine Drehzahleinstellung zwischen den Stufen zu erreichen. Unsere Drehstrom-Serien eignen sich für die Drehzahlregelung mit Frequenzumrichter; bei längerem Betrieb mit vollem Drehmoment bei niedriger Drehzahl kann ein Fremdlüfter erforderlich sein, bei langer Leitung zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein dU/dt- oder Sinusfilter geprüft; diese Bedingungen sind bei der Bestellung anzugeben.

Speziell bei der Drehmaschine gilt: Schwere Zerspanung an großen Werkstücken bei niedriger Drehzahl bedeutet, den Antrieb lange bei niedriger Drehzahl mit hohem Drehmoment zu betreiben. Dann kann der Lüfter auf der eigenen Welle die Maschine möglicherweise nicht ausreichend kühlen. Bremswiderstand und Auslauframpe des Umrichters müssen zudem für ein sicheres Stillsetzen der Maschine gesondert eingestellt werden. Die Frage zum Betrieb am Umrichter gibt den allgemeinen Rahmen vor.

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Beispielmodelle für typische Leistungen von Universal-Drehmaschinen

Bei Universal-Drehmaschinen für die Werkstatt hängt die Leistung des Hauptantriebs von der Maschinengröße ab; der genaue Wert wird dem Maschinenschild entnommen. Die folgenden vierpoligen Modelle mit Aluminiumgehäuse sind Beispiele. Alle haben Schutzart IP55 und Isolationsklasse F:

• 100L2-4: 3 kW, 4-polig, Nenndrehzahl 1450 U/min, IEC 100L, 230/400 V (Δ/Y), 6,02 A (400 V).
• 112M-4: 4 kW, 4-polig, Nenndrehzahl 1450 U/min, IEC 112M, 400/690 V (Δ/Y), 7,95 A (400 V).
• 132S-4: 5,5 kW, 4-polig, Nenndrehzahl 1460 U/min, IEC 132S, 400/690 V (Δ/Y), 10,7 A (400 V).
• 132M-4: 7,5 kW, 4-polig, Nenndrehzahl 1460 U/min, IEC 132M, 400/690 V (Δ/Y), 14,3 A (400 V).

Beachten Sie, dass das 3-kW-Modell die Typenschildangabe 230/400 V hat, die Modelle ab 4 kW dagegen 400/690 V. Am 400-V-Netz wird ein 230/400-V-Elektromotor in Stern, ein 400/690-V-Elektromotor in Dreieck geschaltet. Wird an der alten Maschine ein Stern-Dreieck-Anlauf verwendet, muss die neue Maschine die Angabe 400/690 V tragen. Den aktuellen Preis finden Sie auf den Produktseiten.

Fazit: Was Sie uns für den Drehmaschinenantrieb mitteilen sollten

Die richtige Wahl beim Hauptantrieb einer Drehmaschine bedeutet gleiche Leistung, gleiche Polzahl, eine in das Motorfach passende gleiche Baugröße und eine Schaltung, die zur Steuerungsart der Maschine passt. Statt den Elektromotor zu vergrößern, um die Maschine leistungsfähiger zu machen, ist es sicherer, den Bedarf anhand der Herstellerdaten zu bewerten. Bereiten Sie für ein Angebot Folgendes vor:

• Foto des Typenschilds der bisherigen Maschine sowie Marke und Modell der Drehmaschine
• Anbauart des Antriebs (Fußplatte, Flansch) und Angaben zur Riemenscheibe
• Steuerungsart: Rechts-Links-Lauf über Schütze oder Kupplung, Bremse vorhanden
• Netzspannung und Anlassverfahren

Passende Modelle und aktuelle Preise finden Sie in unserem Online-Shop. Senden Sie Typenschildfoto, Drehzahl und Montageangaben Ihrer vorhandenen Maschine über die Seite Typenschild senden und fordern Sie ein Angebot für das passende Modell an. Für allgemeine Industriemaschinen lohnt sich auch ein Blick auf die Seite Industrie-Elektromotoren für allgemeine Anwendungen.

Häufig gestellte Fragen

Kann ich den Drehmaschinenantrieb durch einen zweipoligen Elektromotor ersetzen?

Davon wird abgeraten. Ist die Drehzahltabelle der Maschine auf einen vierpoligen Antrieb ausgelegt, verdoppelt ein zweipoliger Elektromotor alle Spindeldrehzahlen ungefähr und bringt den Spindelkasten über seine Auslegungsdrehzahl.

Kann ich mit einem stärkeren Elektromotor an der Drehmaschine schwerer zerspanen?

Nur begrenzt. Da Riemen, Kupplung und Zahnräder auf die Originalleistung ausgelegt sind, ist die eigentliche Grenze meist die Maschine selbst; bewerten Sie eine Leistungserhöhung anhand der Daten des Maschinenherstellers.

Warum erwärmt sich der Antrieb bei einer Drehmaschine mit häufigem Rechts-Links-Lauf?

Jeder Richtungswechsel ist ein neuer Anlauf, und der Anlaufstrom erzeugt Wärme in der Wicklung. Bei hoher Anlaufhäufigkeit sind Einstellung des thermischen Schutzes und Betriebsweise gemeinsam zu bewerten.

Lässt sich an einer Drehmaschine mit Bremse am Motorende ein Standard-Elektromotor anbauen?

Ist die Bremse Teil des Antriebs, kann ein Standard-Elektromotor diese Funktion nicht übernehmen; erforderlich ist ein Bremsmotor als Sonderausführung. Sprechen Sie uns mit Typenschild- und Steuerungsangaben an.