Servomotor als Antrieb für Fräs-/Bohrmaschine?

[Matthias W. (matthias2016)]

Hallo Forum

bisher habe ich hier nur mitgelesen und viele gute Infos erhalten. Nun 
habe ich eine kleine (oder große) Frage an die Spezialisten unter euch.

Ich komme eigentlich aus der Holzbearbeitung und habe von 
Elektronik/Elektrik nicht viel Ahnung.

Ich habe noch ein paar Servomotoren aus einer stillgelegten 
Industriemaschine herumliegen, mit denen ich bislang nichts anfangen 
konnte. Da ich nun eine Fräs- und Bohrmaschine für die Metallbearbeitung 
benötige, habe ich mir die Frage gestellt, ob man diese Motoren dafür 
verwenden kann. Von den Leistungsdaten sollte das eigentlich gehen.

Die Daten:

Bautz AC-Servomotor
Mit Resolver, Geber (und Bremse?) und einem Getriebe, dessen Übersetzung 
ich nicht kenne. Der Motor hat allerdings eine schwere und hochpräzise 
Maschine sehr schnell bewegt, so dass ich davon ausgehe, dass da noch 
einige Nm drinstecken.

Nenndrehmoment: 5.3 Nm
Nennstrom: 8.8 A
Nenndrehzahl: 4000 rdm
Nennleistung: 2220 W

Der Hersteller bezeichnet den Motor als "Motor für 330 V DC 
(Zwischenkreisspannung)". Wenn ich das richtig verstehe, ist es also ein 
220 V AC Motor, der mittels eines Einphasen-Frequenzumrichters (also 220 
V AC) mit Spannung versorgt wird (die  "Zwischenkreisspannung" entsteht 
wohl durch den FU, der einen Gleichstrom von 220 V*1,4142 - Wurzel aus 
zwei - erzeugt).

Ich benötige einen über einen möglichst großen Drehzahlbereich 
ansteuerbaren Motor mit möglichst gleichbleibendem Drehmoment (ideal 
wären 200 – 3000 rpm). Das Getriebe ist erst mal zweitrangig (kann ggf. 
durch ein anderes ersetzt werden). Der soll dann als 
Bohrmaschinenantrieb verwendet werden (oder sogar als Fräsmotor).

- Kann der Servomotor dafür zweckentfremdet werden?
- Reicht ein FU oder benötige ich noch weitere Steuertechnik?
- Wenn eine Steuertechnik benötigt wird (was wegen Geber/Resolver 
vermute), gibt es dafür Standardlösungen oder muss das programmiert 
werden?

Über sinnvolle Antworten würde ich mich sehr freuen!

Wie gesagt, ich bin auf diesem Gebiet Laie, weshalb ich auch nur eine 
Laiensprache verstehe :)

Anbei Fotos vom Motor und den Anschlüssen (außerdem gibt es noch ein 
drittes Kabel, vermutlich für die Bremse).

Viele Grüße

[Old P. (Gast)]

Matthias W. schrieb:
> ....
> Die Daten:
>
> Bautz AC-Servomotor
> Mit Resolver, Geber (und Bremse?) und einem Getriebe, dessen Übersetzung
> ich nicht kenne. Der Motor hat allerdings eine schwere und hochpräzise
> Maschine sehr schnell bewegt, so dass ich davon ausgehe, dass da noch
> einige Nm drinstecken.
>
> Nenndrehmoment: 5.3 Nm
> Nennstrom: 8.8 A
> Nenndrehzahl: 4000 rdm
> Nennleistung: 2220 W
>
> Der Hersteller bezeichnet den Motor als "Motor für 330 V DC
> (Zwischenkreisspannung)". Wenn ich das richtig verstehe, ist es also ein
> 220 V AC Motor, der mittels eines Einphasen-Frequenzumrichters (also 220
> V AC) mit Spannung versorgt wird (die  "Zwischenkreisspannung" entsteht
> wohl durch den FU, der einen Gleichstrom von 220 V*1,4142 - Wurzel aus
> zwei - erzeugt).

Kann so stimmen.

> Ich benötige einen über einen möglichst großen Drehzahlbereich
> ansteuerbaren Motor mit möglichst gleichbleibendem Drehmoment (ideal
> wären 200 – 3000 rpm). Das Getriebe ist erst mal zweitrangig (kann ggf.
> durch ein anderes ersetzt werden). Der soll dann als
> Bohrmaschinenantrieb verwendet werden (oder sogar als Fräsmotor).
>
> - Kann der Servomotor dafür zweckentfremdet werden?

Sollte für Holzbearbeutung völlig ausreichen.

> - Reicht ein FU oder benötige ich noch weitere Steuertechnik?

Wenn es ein 3-Phasenmotor ist (vermute ich mal), dann reicht ein 
(einphasiger, also 230V) FU aus.

> - Wenn eine Steuertechnik benötigt wird (was wegen Geber/Resolver
> vermute), gibt es dafür Standardlösungen oder muss das programmiert
> werden?

Geber usw, brauchst Du nur, wenn Du ihn als Servo betreibst. Einfach 
unbeschaltet lassen.

Old-Papa
PS: Da fehlen Fotos.... ;-)

[Thomas (Gast)]

Soweit ich weiß, kann man einen Servomotor (3~ bürstenloser 
Permanentmagnet Motor) nicht mit eine stink normalen FU ohne 
Resolvereingang betreiben, da die Steuerelektronik die Lage des Rotors 
exakt kennen muss, um die richtige Spule im Stator anzusteuern. Moderne 
Servoregler haben meistens eine Eingang nur für 
Absolutwertgeber/Inkrementalgeber und nicht mehr für einen Resolver. Ich 
kann dir leider keinen Servoregler direkt empfehlen, aber mir bekannte 
Hersteller dafür sind Indramat und Baumüller. Sind preislich 
wahrscheinlich uninteressant, aber vielleicht hilft es dir bei der suche 
nach einer günstigen alternative.

[Nemesis (Gast)]

Matthias W. schrieb:
> Da ich nun eine Fräs- und Bohrmaschine für die Metallbearbeitung
> benötige,

Hier wäre ein Foto sinnvoll. Kreuztisch vorhanden oder Portalsystem?
Nicht jede Maschine lässt sich so einfach motorisch nachrüsten,
ohne das man Kompromisse eingehen muss. Beispielsweise haben
solche Maschinen kugelgelagerte Linearführungen und
Kugelumlaufspindeln. Bei solchen Projekten braucht man dann
schon einen Maschinenpark (oder eine andere Möglichkeit), womit
man sich dann für so eine Umrüstung die benötigten Teile
anfertigen kann.

Matthias W. schrieb:
> ob man diese Motoren dafür verwenden kann.

Kommt drauf an, was die Motore antreiben sollen.
Eine Bohr- und Frässpindel hat sicher andere Anforderungen als ein
Bahnantrieb für einen Kreuztisch. Hier wäre ein Bild von dem Projekt 
aussagekräftiger.

Matthias W. schrieb:
> Anbei Fotos vom Motor und den Anschlüssen

Ich sehe nur die paar Drahtenden eines Kabels. Kein Motor.

> - Reicht ein FU oder benötige ich noch weitere Steuertechnik?

Ein FU eignet sich dafür, um einen Motor mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten laufen zu lassen. Als Bahnantrieb eher weniger
geeignet, zumal ja auch die Drehrichtung sich ändern kann und
man eine Beschleunigungs-Bremsrampe gefahren werden muss.

> - Wenn eine Steuertechnik benötigt wird (was wegen Geber/Resolver
> vermute), gibt es dafür Standardlösungen oder muss das programmiert
> werden?

Eine Steuerung wird nicht reichen. Da wird wohl eine Regelung nötig
sein und das ist noch ein bisschen heftiger von der Komplexität.
Da muss man schon die Bildung, besser noch Erfahrung, für haben.

[Matthias W. (matthias2016)]

Hallo und vielen Dank für die Antworten!

Die fehlenden Bilder sollten jetzt dabei sein (die mit den Kabeln 
betreffen wohl einmal den dreiphasigen Stromanschluss und einmal den 
Resolver/Geber. Ein drittes Kabel für die Bremse habe ich nicht 
fotografiert.

Was das Bohrmaschinenprokjekt angeht, gibt es noch keine Pläne. Den 
Motor anzubringen und den Antrieb zu bauen, ist kein Problem für mich. 
Rechts- und Linkslauf wären vorteilhaft, müssten aber nicht einmal sein.

Mir geht es nur darum, ob ich diese - sicher sehr hochwertigen und 
belastbaren - Motoren ohne großen technischen Aufwand (programmierte 
Regelung oder dergl.) als "einfache"  Motoren einsetzen kann.

Viele Grüße

Matthias

[Walter T. (nicolas)]

Wahrscheinlich sind die Chancen, den Servo wieder in Betrieb nehmen zu 
können, sehr gering. Für DC-Servos gibt es Nachrüst-Universalendstufen 
(z.B. "UHU", für AC-Servos habe ich noch von nichts derartigem gehört.

Was ich an der Frage noch nicht verstanden habe: Soll der Servo weiter 
als Servo genutzt werden (also positionsgesteuert) oder einfach als 
Motor (d.h. mit einer ungefähren Drehzahl)?

P.S.: OK, da gab es Überschneidungen mit dem Vorposter

[Michael B. (laberkopp)]

Matthias W. schrieb:
> Da ich nun eine Fräs- und Bohrmaschine für die Metallbearbeitung
> benötige,
> Nenndrehzahl: 4000 rdm

Nun ja, die Drehzahl ist für Metallbearbeitung eher etwas hoch (aber für 
Holz wäre sie viel zu gering, Metall ist also sicher die bessere 
Anwendung).

Sagen wir 1000upm, dann entspricht der Motor noch einem 550W Motor, 
damit kann man schon 10mm Fräser antreiben.

http://www.kennametal.com/de/resources/calculators/end-milling/force-torque-and-power.html

"Das Aufbauprinzip eines AC-Servomotors entspricht dem eines 
permanentmagneterregten Synchronmotors"

Also Betrieb nicht einfach an 230V~, sondern nur an einem 
resolvergeführten Umrichter möglich.

"Zur elektronischen Kommutierung steht ein bürstenloser 
Hohlwellenresolver
zur Verfügung"

Du brauchst also eine Schaltung wie für eine BLDC, aber mit 330V.

So einer sollte es tun
http://hundtech.en.alibaba.com/product/60258733555-800963742/90V_320V_Brushless_DC_Motor_Driver.html
wenn die Sensoren anschliessbar sind (ich vermute, daß es Hallsensoren 
sind, konnte aber noch keine Bestätigung lesen).

Ein Betrieb ohne so eine (vergleichbare) Elektronik ist nicht möglich.

[Matthias W. (matthias2016)]

Auch vielen Dank für die neuen Antworten!

Ich bin heute morgen auf die Idee gekommen, den Hersteller direkt zu 
fragen (hätte mir auch schon früher einfallen können...) und habe - 
keine Stunde später - folgende Antwort erhalten:

"um den Motor zu betreiben benötigen Sie einen beliebigen 
Servoverstärker wie zB. Aus unserem Hause den Servostar oder das AKD.

Je nach Wahl ist außerdem eine Bediensoftware (Servostar=Drivegui oder 
AKD=Workbench) notwendig. Je nach genutztem Gerät kann eventuell auch 
mit einem einfachem Terminalprogramm verfahren werden."

Ein Blick in die technischen Daten des Servoverstärkers "Servostar" sagt 
mir, dass eine Nenneingangsspannung von 3x 230V (50Hz) benötigt wird 
(siehe Foto im Anhang).

Jetzt schwirrt mir der Kopf, denn im 230 Volt-AC Bereich gibt es doch 
nur eine Phase. Liege ich richtig, dass VOR den Servoverstärker ein FU 
geschaltet wird, der 3x 230V AC erzeugt und der Servoverstärker damit 
dann den benötigten DC-Strom erzeugt...?????

Michael Bertrandt: Du/Sie hast geschrieben, dass ich einen 
resolvergeführten Umrichter, also eine Schaltung wie für eine BLDC 
brauche. Entspricht das dem genannten Servoverstärker?

[DocMartin (Gast)]

Hallo,

Matthias W. schrieb:
> Ein Blick in die technischen Daten des Servoverstärkers "Servostar" sagt
> mir, dass eine Nenneingangsspannung von 3x 230V (50Hz) benötigt wird
> (siehe Foto im Anhang).
>
> Jetzt schwirrt mir der Kopf, denn im 230 Volt-AC Bereich gibt es doch
> nur eine Phase. Liege ich richtig, dass VOR den Servoverstärker ein FU
> geschaltet wird, der 3x 230V AC erzeugt und der Servoverstärker damit
> dann den benötigten DC-Strom erzeugt...?????

Nein, im Datenblatt steht doch: 3x 208..480V. Also ein ganz normaler 
dreiphasiger Eingang. Passend für verschiedene landesspezifische Netze.

Je nach Ausnutzung müsstest du für deinen Motor den Typ 603 
(entsprechend der Abgabeleistung) oder 606 (entsprechend den 
Motorströmen) nehmen.

Ahoi, MArtin

[Matthias W. (matthias2016)]

Vielleicht stehe ich auf dem Schlauch, aber einen dreiphasigen Eingang 
gibt es in Deutschland doch nicht mit 220V. "L1, L2 und L3" habe ich bei 
220V AC nicht...

Mit dreiphasigem Drehstrom (400V) kann der Motor aber nicht betrieben 
werden.

[DocMartin (Gast)]

Doch nicht der Motor, der Verstärker! Der macht intern daraus eine 
Zwischenkreisspannung (Gleichspannung, max 675V), die über die Endstufen 
zum Betrieb des Motors genutzt wird. Die Motorspannung wird durch die 
Ansteuerung der Endstufe bestimmt...

Ahoi, Martin

[Michael B. (laberkopp)]

Matthias W. schrieb:
> Entspricht das dem genannten Servoverstärker?

Ja, aber billiger und statt mit Drehstromanschluss mit einfachem 
gleichgerichtetem Wechselspannungsanschluss.

[Matthias W. (matthias2016)]

Ok, wenn ich das nun richtig verstanden habe, reicht es erstmal aus, 
wenn ich die BLDC-Schaltung (wie von Michael beschrieben) habe. An diese 
Schaltung schließe ich den Motor an - dann sollte er laufen.

Brauche ich dann noch einen FU und wenn ja, an welcher Stelle befindet 
er sich (vor oder nach der BLDC-Schaltung)?

Sorry, ich bin halt ein Laie...

[Michael B. (laberkopp)]

Matthias W. schrieb:
> Brauche ich dann noch einen FU

Nein, die BLDC ist ein (sensorgeführter) FU.

Nur halt kein Positionsregler (aka Servoverstärker) sondern ermöglicht 
bloss eine Drehzahleinstellung.

Das verlinkte Modell akzeptiert zwar 230V~ reicht aber nur bis 3A.

Der Servoverstärker vom Originalhersteller braucht auch keinen FU, aber 
Drehstromanschluss.

[Ichbin (Gast)]

Hallo
So ein Motor an der Bohrmaschine ist natürlich das Gelbe vom Ei wenn man 
ihn den zum Laufen bekommt!
Der motor benötigt wie schon angesprochen einen "FU". Dieser muss 
passend zur Lage des Rotors die richtigen Phasenstränge zeitlich korrekt 
bestromen. Dafür nutzt dieser den Resolverausgang oder den 
Geberanschluss des Motors(am vielpoligen Stecker)
Ich selber habe auch einen Servomotor mit ähnlicher Leistung(3 x 127V @ 
15A) (noch mit Hallgebern )an meiner Tischbohrmaschine angebaut. Die 
dazu passende Steuerung ist in einem Schaltschrank untergebracht.
Der Motor lässt sich sauber, und vor Allem tachogeregelt, per Poti 
zwischen ca -2000 und +2500U/min einstellen.
Es sind also auch problemlos Drehzahlen von unter 100U/min einstellbar. 
Ruckelfrei und bei vollem Drehmoment!

Ichbin

[Matthias W. (matthias2016)]

Ichbin schrieb:
> Hallo
> So ein Motor an der Bohrmaschine ist natürlich das Gelbe vom Ei wenn man
> ihn den zum Laufen bekommt!
>


Ja, das habe ich mir auch gedacht. Das Problem ist halt, das Ding zum 
Laufen zu bekommen...

[Armin X. (werweiswas)]

Matthias W. schrieb:
> Auch vielen Dank für die neuen Antworten!
>
> Ich bin heute morgen auf die Idee gekommen, den Hersteller direkt zu
> fragen (hätte mir auch schon früher einfallen können...) und habe -
> keine Stunde später - folgende Antwort erhalten:
>
> "um den Motor zu betreiben benötigen Sie einen beliebigen
> Servoverstärker wie zB. Aus unserem Hause den Servostar oder das AKD.
>
> Je nach Wahl ist außerdem eine Bediensoftware (Servostar=Drivegui oder
> AKD=Workbench) notwendig. Je nach genutztem Gerät kann eventuell auch
> mit einem einfachem Terminalprogramm verfahren werden."
>
> Ein Blick in die technischen Daten des Servoverstärkers "Servostar" sagt
> mir, dass eine Nenneingangsspannung von 3x 230V (50Hz) benötigt wird
> (siehe Foto im Anhang).
>
> Jetzt schwirrt mir der Kopf, denn im 230 Volt-AC Bereich gibt es doch
> nur eine Phase. Liege ich richtig, dass VOR den Servoverstärker ein FU
> geschaltet wird, der 3x 230V AC erzeugt und der Servoverstärker damit
> dann den benötigten DC-Strom erzeugt...?????
>
> Michael Bertrandt: Du/Sie hast geschrieben, dass ich einen
> resolvergeführten Umrichter, also eine Schaltung wie für eine BLDC
> brauche. Entspricht das dem genannten Servoverstärker?

Ich würde mal beim Hersteller des Verstärkers noch anfragen, ob dieser 
nicht auch mit einer einphasigen Versorgung klar kommt. Ggf muss man mit 
dem Gerät leistungsmäßig eine Stufe hoch weil der Eingangsgleichrichter 
und der DC Zwischenkreiselko stärker belastet werden.
Beim Motor müsstest Du noch eruieren an welchen Pins der Resolver 
angeschlossen ist. Dieser ersetzt den Rotorlagegeber und den Tacho.
Ich hatte bei meinem System das Glück eine zu verschrottende Maschine 
auf dem Schrottplatz demontieren zu können und auch noch die Unterlagen 
im angebauten Schaltschrank vorzufinden.

Ichbin