Integrierte Lastindikatoren machen Mess-Sensorik überflüssig

Frequenzumrichter Integrierte Lastindikatoren machen Mess-Sensorik überflüssig

25.04.2018Autor / Redakteur: Torsten Blankenburg / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Sieb & Meyer hat in allen Frequenzumrichtern und Servoverstärkern der Serie SD2x die Funktion Lastindikator integriert. Was das bringt, erklärt der Antriebsspezialist hier.

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In den Frequenzumrichtern und Servoverstärkern der Serie SD2x von Sieb und Meyer ist standardmäßig die Funktion Lastindikator integriert.
(Bild: Sieb & Meyer)

Lastindikatoren ermöglichen es, Belastungsveränderungen des angeschlossenen Motors sicher zu erkennen. Dafür wird ausschließlich der drehmomentbildende Anteil im Motorstrom gemessen, was eine hochdynamische und extrem genaue Funktionsweise sicherstellt. Sobald eine vorab eingestellte Motorauslastung überschritten wurde, generiert der Lastindikator eine Meldung. Somit können Anwender zum Beispiel erkennen, ob ein Werkzeugbruch oder -verschleiß vorliegt. Zusätzliche Mess-Sensorik kann somit gegebenenfalls entfallen. Die Sieb & Meyer AG hat ihre Frequenzumrichter und Servoverstärker der Serie SD2x mit solchen Lastindikatoren ausgestattet.

„Die Besonderheit liegt nicht nur darin, dass der Lastindikator serienmäßig in unseren Geräten integriert ist“, erläutert Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer. „Ein zusätzlicher Mehrwert für den Anwender ergibt sich aus der Tatsache, dass die Funktion auf einer hochgenauen und dynamischen Strommessung basiert. Das ist auf dem Markt eher eine Seltenheit.“

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Der Lastindikator ermöglicht es, Belastungsveränderungen des angeschlossenen Motors sicher zu erkennen.

Der Lastindikator erkennt auch einen Bohrhub, der mit einem Durchmesser von 0,2 mm durchgeführt wurde – der Motorstrom (gelb) zeigt im Oszillogramm hingegen keine Änderung.

Das Signal des Lastindikators wird zur Visualisierung auf einer übergeordneten CNC-Steuerung genutzt.

Hochpräzise, schnell und dynamisch

Der Hintergrund: Standard-Frequenzumrichter sind nicht für High-Speed-Aufgaben optimiert, dementsprechend setzen Hersteller zumeist einfache Techniken für die Strommessung ein. Darunter leiden jedoch die Dynamik und Schnelligkeit von Funktionen wie dem Lastindikator, die auf den abgeleiteten Signalen basieren. Zudem wird in Standardumrichtern häufig nur der Motorstrom in Summe gemessen und bewertet. Das ist deshalb irreführend, weil der Motorstrom sowohl aus induktiven als auch drehmomentbildenden Bestandteilen besteht. Um Lasten zu erkennen, interessiert jedoch nur der drehmomentbildende Anteil. Gerade im Kleinlast- oder Teillastbereich können hohe induktive Stromanteile auftreten, sodass kleine Lastsprünge nicht mehr im Gesamtsignal erkennbar sind.

Beim Lastindikator der Frequenzumrichter und Servoverstärker der Serie SD2x ist das anders. Diese Funktion wertet ausschließlich den drehmomentbildenden Anteil des Motorstroms aus und kann damit kleinste Änderungen sicher erkennen. Zudem lassen sich über spezielle Software-Funktionen langsame Änderungen im Strom ausfiltern. Dazu zählen z.B. thermische Abweichungen, die Lager- und Statorverluste beeinflussen. „Unser Spezialgebiet sind Hochgeschwindigkeitsanwendungen, bei denen eine schnelle und genaue Messung unabdingbar ist. Deshalb haben wir unseren Lastindikator so konzipiert, dass er außergewöhnlich dynamisch und vor allem hochpräzise arbeitet“, erklärt Gerhardt. „Die hohe Sensibilität der Funktion ist anhand von Oszillogrammen eindrucksvoll nachvollziehbar.“ So erkennt der Lastindikator sogar einen Bohrhub, der mit einem Bohrer der Stärke 0,2 mm durchgeführt wurde – im vorliegenden Szenario entspricht das einer Laständerung von 1 % des Nennmoments der antreibenden Bohrspindel. Der Motorstrom zeigt im Oszillogramm hingegen keine Änderung und ist somit auch keine Basis für eine qualitativ ausreichende Bewertung.

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Werkzeugbruch und -verschleiß erkennen

Doch welche Schlüsse lassen sich nun aus den Laständerungen des Motors ziehen, die der Lastindikator mit großer Genauigkeit festgestellt hat?

Beispielsweise können Anwender damit den Zustand der jeweiligen Maschine bewerten: Tritt eine beim Bearbeitungsvorgang zu erwartende Stromveränderung nicht ein, ist ein Werkzeugbruch wahrscheinlich. Der Anwender kann dann die Maschine sofort stoppen und somit weitere Schäden verhindern. Aufgrund des Lastindikators lässt sich aber auch ein Verschleiß der Werkzeuge erkennen, denn im abgenutzten Zustand nehmen sie mehr Leistung auf. Ist eine vorab eingelesene Belastungsschwelle erreicht, erfolgt eine Mitteilung und das betreffende Werkzeug kann kurzfristig ausgetauscht werden – so lässt sich eine kontinuierliche Bearbeitungsqualität sicherstellen.

Bei den Frequenzumrichtern und Servoverstärkern der Serie SD2x kann der Lastindikator aber auch das Berühren von Werkzeug mit Werkstück („Anfunken“) erkennen – ein Prozess, der zum Beispiel beim Schleifvorgang häufig vorkommt und ein sofortiges Reduzieren des Bearbeitungsvorschubs erforderlich macht. Meist wird dies durch teure Körperschallsensoren realisiert. Der Lastindikator kann in vielen Fällen diese Funktion übernehmen.

Nicht zuletzt lassen sich mithilfe des Ausgangssignals des Lastindikators Bearbeitungsvorschübe flexibel anpassen. Das ist immer dann hilfreich, wenn Werkstücke mit unterschiedlichen Materialdichten – beispielsweise Holz – bearbeitet werden sollen. (sh)