1. Einleitung: Standardmäßige Rundschleifmaschinen verwenden in der Zerspanung üblicherweise konventionelle Anlaufschaltungen für ihre Schleifscheibenmotoren. Nach dem Anlauf läuft der Motor mit seiner Nenndrehzahl. Schwankungen der Netzspannung und Änderungen der Reibungskraft zwischen Schleifscheibe und Werkstück beeinflussen jedoch die Drehzahlabweichung des Motors. Standardmäßige Anlaufschaltungen für Schleifscheibenmotoren bieten in der Regel nur eine Bearbeitungsgeschwindigkeit. Dies erschwert die Anpassung an die variierenden, für unterschiedliche Werkstückgrößen erforderlichen Vorschubgeschwindigkeiten und beeinträchtigt somit die Bearbeitungsgenauigkeit. Daher kann der Einsatz von Frequenzumrichtertechnologie für Rundschleifmaschinen zufriedenstellende Ergebnisse liefern, um die Bearbeitungsqualität und -effizienz zu verbessern sowie Energie zu sparen. Die Zerspanungsindustrie bearbeitet mit Rundschleifmaschinen eine Vielzahl von Produkten mit Werkstücken unterschiedlicher Größe und geforderter Bearbeitungsgenauigkeit. Die erforderliche Schleifscheibendrehzahl unterscheidet sich von der Spindeldrehzahl. Eine einfache Anpassung der Spindeldrehzahl an die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks reicht nicht aus, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Darüber hinaus variiert das Vorschubdrehmoment der Schleifscheibe aufgrund der beim Bearbeiten von Wellen entstehenden Biegespannungen während des Schleifvorgangs, was zu Schwankungen der Ausgangsdrehzahl bzw. des Ausgangsdrehmoments der Schleifscheibe führt. Dies führt zu Problemen wie Vibrations- und Brandspuren, wodurch die Schleifgenauigkeit beeinträchtigt wird und somit die Produktionseffizienz und der Ertrag sinken. Mit der Weiterentwicklung der Leistungselektronik und der zunehmenden Verbreitung von Frequenzumrichtern hat deren Einsatz in der Zerspanungsindustrie hervorragende Ergebnisse erzielt. Die stufenlose Drehzahlregelung, der Sanftanlauf und das konstante Drehmoment von Frequenzumrichtern erfüllen die Anforderungen von Zerspanungsmaschinen an konstante Drehzahl und konstantes Drehmoment optimal. 2. Lastcharakteristik beim Rundschleifen: Abhängig vom Wellendurchmesser entspricht die Drehzahl des Hauptmotors der Schleifscheibe der Drehzahl der Schleifscheibe. Die Schleifkraft hängt vom Drehmoment des Schleifscheibenmotors ab. Im Hochdrehzahlbereich des Hauptspindelmotors, der die Werkstückrotation antreibt, bleibt die Drehzahl der Schleifscheibe konstant, was zu kleinen Werkstückdurchmessern und geringem Schleifvorschub führt. Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit großem Durchmesser und langer Welle arbeitet der Werkstückmotor mit niedriger Drehzahl, der Schleifscheibenvorschub ist groß und die Schleifkraft steigt, wodurch der Motor nur schwer mit konstantem Drehmoment und konstanter Drehzahl arbeiten kann. Drehzahländerungen führen zu Abweichungen wie Vibrationsspuren, Brandspuren und Veränderungen der Bearbeitungsgenauigkeit. Die stufenlose Drehzahlregelung und das konstante Drehmoment eines Frequenzumrichters (FU) können diese Mängel effektiv kompensieren. 3. FU-Auswahl: Basierend auf den Betriebseigenschaften des Systems, den Anforderungen der Rundschleifmaschine und den Investitionskosten wird ein Vektor-FU mit automatischer Drehmomentverstärkung ausgewählt. Am Beispiel der SANCH-S2000-Serie werden 18,5-kW- und 15-kW-FUs entsprechend der Leistung des Schleifscheibenmotors ausgewählt. Das 15-kW-Modell hat eine Nennspannung von 380 V (Drehstrom), einen Ausgangsstrom von 32 A, einen Frequenzbereich von 0,5–400 Hz, eine Drehzahlregelung von 0,1 % und eine Überlastfähigkeit von 150 % für 60 s. Es zeichnet sich durch automatische Drehmomentverstärkung, flexible PWM-Steuerung für geräuscharmen Betrieb und mehr als 10 Drehzahlstufen aus. 4. Systemstart und Drehzahlregelung: Der Anlaufkreis des Hauptschleifscheibenmotors in Rundschleifmaschinen verwendet üblicherweise eine Stern-Dreieck-Anlaufschaltung. Dieser wird durch einen Frequenzumrichter ersetzt, dessen Betrieb über die normalerweise offenen Kontakte des ursprünglichen Schützes gesteuert wird. Aufgrund der Anlaufträgheit der Schleifscheibe beträgt die Sanftanlaufzeit des Frequenzumrichters 10 Sekunden und die Bremszeit 15 Sekunden. Das Anlaufdrehmoment kann je nach Schleifscheibentyp zwischen 50 % und 80 % eingestellt werden. Die Systemdrehzahl wird über ein externes Potentiometer durch Anpassung der Frequenz an unterschiedliche Werkstückdurchmesser geregelt. Aufgrund von Einschränkungen hinsichtlich mechanischer Festigkeit, Geräuschentwicklung und Vibrationen bei hohen Drehzahlen ist die maximale Motorfrequenz auf 60 Hz begrenzt. Aufgrund der unzureichenden Wärmeableitung des Motors bei niedrigen Drehzahlen, unter Berücksichtigung der Drehzahländerung der Werkstückrotation und der tatsächlichen maximalen Werkstückgröße, beträgt die minimale Frequenz 35 Hz und die Referenzfrequenz 50 Hz. Wie aus der vorherigen Lastcharakteristikanalyse hervorgeht, arbeitet der Motor im Hochdrehzahlbereich mit konstanter Leistung und im Niedrigdrehzahlbereich mit konstantem Drehmoment. Bei niedrigen Drehzahlen erfordert die Last ein hohes Drehmoment und eine hohe Überlastfähigkeit. Um eine Überlastung des Motors oberhalb der Referenzfrequenz zu vermeiden, wird eine Drehzahlregelung mit konstanter Spannung und Frequenzumwandlung eingesetzt. Gemäß der Motortheorie nimmt der magnetische Fluss pro Pol bei konstanter Spannung und steigender Frequenz ab. Bei Nennstrom sinkt das maximal zulässige Drehmoment, während die zulässige Ausgangsleistung konstant bleibt. Diese Drehzahlregelung mit konstanter Leistung eignet sich für Lasten mit konstanter Leistung. Unterhalb der Grundfrequenz wird zur Sicherstellung eines konstanten magnetischen Flusses pro Pol eine Drehzahlregelung mit variabler Spannung und einem konstanten Verhältnis von Spannung zu Frequenz (V/F = konstant) verwendet. Bei Nennstrom bleibt das zulässige Drehmoment konstant. Diese Drehzahlregelung mit konstantem Drehmoment eignet sich für Lasten mit konstantem Drehmoment. Bei niedrigeren Drehzahlen ist der Innenwiderstand des Motors nicht zu vernachlässigen. Wird das Verhältnis von Spannung zu Funktion (V/f) konstant gehalten, sinkt das Motordrehmoment, wodurch die Anforderungen an hohes Drehmoment und starke Überlastfähigkeit bei niedrigen Drehzahlen nicht erfüllt werden. Daher wird die automatische Drehmomentkompensationsfunktion des Frequenzumrichters genutzt und die kompensierte V/f-Kennlinie zur Korrektur ausgewählt. 5. Überlegungen zur Systemauslegung: Die Auswuchtgenauigkeit der Schleifscheibe muss verbessert werden: Um Vibrationen bei hohen Drehzahlen zu reduzieren, muss bei Nenndrehzahl des Motors die dynamische Auswuchtung von Motorrotor und Schleifscheibe verbessert und korrigiert werden. Wärmeabfuhr bei niedrigen Drehzahlen: Da der Motor über einen Lüfter zur Kühlung verfügt, verschlechtert sich die Wärmeabfuhr bei niedrigen Drehzahlen. Mit steigendem Lastdrehmoment erhöht sich die Motortemperatur. Daher wird die Mindestdrehzahl so eingestellt, dass die Oberflächentemperaturdifferenz des Motors den zulässigen Wert nicht überschreitet. Bei der Drehzahlregelung mit variabler Frequenz enthält das Ausgangssignal des Umrichters Oberschwingungen, die elektromagnetische Störungen im Motor verursachen. Daher muss am Ausgang ein Nullphasen-Rauschfilter installiert werden, um Störungen und induziertes Rauschen zu reduzieren. Wichtige Parametereinstellungen des Wechselrichters umfassen Sperrfunktionen wie Rückwärtslauf, Maximalfrequenz und Blockierschutz. Dieser Artikel analysiert detailliert den Einsatz von Wechselrichtern in Rundschleifmaschinen der Zerspanungsindustrie. Der Hauptmotor der Rundschleifmaschine, der die Schleifscheibe antreibt, nutzt eine Drehzahlregelung mit variabler Frequenz, um sich an die Anforderungen verschiedener Rundschleifprozesse anzupassen. Dies steigert die Effizienz, verbessert die Bearbeitungsqualität und spart Energie. In der Praxis zeigt sich, dass die Bedienung einfacher ist und eine höhere Oberflächengüte sowie eine deutlich gesteigerte Ausbeute erzielt werden.