Bild 1: Frequenzumrichter (Werkfoto: Fa. Lust)Als mir vor vielen Jahren die schmerzliche Aufgabe zuteil wurde, den ehemaligen Handwerksbetrieb meines Vaters aufzulösen, hatte ich den Wunsch, einige kleinere Maschinen (Drechselbank, Kreissäge, Bankschleifmaschine) künftig für Hobbyzwecke weiter zu nutzen.
Das Hauptproblem dabei war, dass alle drei Maschinen mit Drehstrom-Asynchronmotoren zwischen 0,4kW – 0,75kW ausgerüstet waren und ich in meinem Hobbyraum nicht über einen Drehstromanschluss verfügte.
Da ich beruflich bereits häufig mit Frequenzumrichtern gearbeitet hatte, und die zusätzlichen Vorteile, wie Drehzahlregelung, Sanftanlauf, einfacher Drehrichtungswechsel durch einfachen Niederspannungskontakt u. v. m. kannte, entschloss ich mich, ein solches Gerät anzuschaffen, obwohl diese damals noch recht teuer waren.

Für den Betrieb dieser Frequenzumrichter reicht ein normaler Wechselspannungsanschluss aus. Den Drehstrom mit variabler Frequenz erzeugt der Umrichter intern durch ein Pulsweiten-Modulationsverfahren. Durch die sinnvolle Kombination der Mikrocomputertechnologie mit Bauelementen der Leistungselektronik kann ein moderner Frequenzumrichter aber noch weit mehr, und ist vor allem für beliebige Aufgaben und Anwendungsgebiete außerordentlich flexibel konfigurierbar:
Durch die Funktion des sog. Geregelten Zwischenkreises kann die Phasenspannung so an die Motorkennlinie angepasst werden, dass das Drehmoment bis zur Nenndrehzahl des Motors konstant bleibt.
Durch die Möglichkeit, die Frequenz von 0…120 Hz zu variieren, kann der Motor mit bis zu doppelter Nenndrehzahl betrieben werden. (In diesem Bereich wird allerdings die Antriebsleistung und nicht das Drehmoment konstant gehalten).
Die Hochlauf- bzw. Rücklaufzeit kann in einem großen Zeitbereich konfiguriert werden. (Besonders nützlich: Sanftanlauf!)
Netzpotentialfreie Steuereingänge für die Funktionen wie: Start- Stopp und Rechts/Linkslauf ermöglichen die Motorsteuerung über Niederspannungskontakte. Die an beliebiger, ergonomisch günstiger Stelle an der Maschine montiert werden können. Ein Motorwendeschalter wird nicht benötigt.
Ein integriertes umfangreiches Diagnosesystem verhindert zuverlässig Schäden an Umrichter oder Motor z.B. durch Unterspannung, Überstrom, Erdschluss u. a.
Schließlich können Zusatzfunktionen wie Bremsen und Erzeugung eines Haltemoments bei Stillstand leicht realisiert werden.
Der von mir damals ausgewählte FU 203 der Baureihe LUMIDRIVE 200 ist für eine Motornennleistung von 0,75 kW ausgelegt.
Die mitgelieferte Anwenderdokumentation enthält einen Anschlussvorschlag, nach der ich zunächst einen Probebetrieb mit der Drechselbank durchführte. (Auf die thermische Überwachung des Motors habe ich allerdings verzichtet, da meine Maschinen weder aufsichtsfrei, noch im Dauerbetrieb laufen, und eine gelegentliche „Fingerprobe“ ohne weiteres möglich ist.)
Alles funktionierte auf Anhieb. Die Einstellung der gewünschten Arbeitsparameter nach der übersichtlichen Betriebsanleitung bereitete mir keine Schwierigkeiten.

Bild : FU mit Zusatzverdrahtung Nicht ganz so einfach lässt sich der wahlweise Betrieb mehrerer Maschinen an einem Frequenzumrichter durchführen. Schließlich müssen dabei unerlaubte Betriebsweisen des Frequenzumrichters, Überlastung durch mögliche Fehlbedienung sicher vermieden werden.Ich habe deshalb eine Zusatzschaltung entwickelt, die es ermöglicht, drei Motoren an den Umrichter anzuschließen. Dabei sind jedem Motor eigene Bedienungselemente (EIN/AUS-Schalter und nach Erfordernis der jeweiligen Maschine Sollwertgeber und/oder Umschalter für Rechts-Linkslauf) zugeordnet. Eine geeignete Verriegelungsschaltung verhindert sicher das Einschalten weiterer Motoren, sobald ein Motor über einen Schütz angeschaltet und der Umrichter gestartet wurde.

Sicherheitshinweise:

Haftungsausschluss: Die Installation und Inbetriebnahmen eines Frequenzumrichters ist grundsätzlich Sache einer Elektrofachkraft. Dies trifft natürlich erst recht für den Entwurf und die Ausführung von entsprechenden Schaltungserweiterungen zu. Der Autor haftet in keiner Weise für Schäden jeglicher Art die bei Nachbauversuchen entstehen!

Drehrichtungswechsel

Ein weiteres Gefahrenpotenzial stellt der sorglose Umgang mit der bequemen Möglichkeit dar, am Frequenzumrichter die Drehrichtung des angeschlossenen Motors zu wechseln:
1. Es müssen wirksame Maßnahmen gegen das versehentliche Verwechseln der benötigten Drehrichtung getroffen werden.
2. Durch geeignete konstruktive Maßnehmen muss sichergestellt werden, dass sich beim Rückwärtslauf keine Schraubverbindungen lösen und drehende Teile (z.B. Lüfterräder im Motor selbst oder Spannfutter vom der Drehbankspindelgewinde) einfach "ablaufen".
Bild 3 zeigt ein Beispiel, wie eine solche Ablaufsicherung für den Futterflansch einer Drechselbank konstruktiv gelöst werden kann.

Bild 3: Ablaufsicherung am Futterflansch einer kleinen Drechselbank

Schlussbemerkungen:

Durch das vorgestellte Konzept der Mehrfachnutzung einer für kommerzielle Zwecke konzipierten „intelligenten“ Baugruppe im Hobbybereich konnte ich mein eingangs geschildertes Problem auf eine ungewöhnliche wie interessante Weise lösen, die im Vergleich zu den möglichen Alternativen
Kauf von zwei Einphasen-Wechselstrommotoren und einer Bankschleifmaschine bzw.
Errichtung eines Drehstromanschlusses
durchaus als kostengünstig angesehen werden darf. Nicht zu unterschätzen ist der umfangreiche Zusatznutzen, der sich in Gebrauchswerterhöhungen bei allen meinen Maschinen zeigt:
Drechselbank:
durch Drehzahlverstellung konstante Schnittgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Werkstückdurchmessern möglich
„Überdrehzahl“ möglich; nützlich bei Schleif- und Polierarbeiten auf der Drechselbank
durch potentialfreie Steuerkontakte interessante Zusatzfunktionen wie Bedienung über Fußschalter, Verriegelung bei arretierter Spindel einfach zu realisieren
Digitale Drehzahlanzeige durch und damit genaue Reproduzierbarkeit der Drehzahl möglich
Schleifmaschine:
Wechsel der Drehrichtung (mechanische Sicherung erforderlich!):
Zum Abtragschleifen – Gegenlauf (Werkstück wird auf die Auflage gedrückt!)
Zum Scharfschleifen – Gleichlauf (Gratbildung an der Schneide wird verbessert!)
Kreissäge:
Drehzahlreduzierung für gelegentliche Bearbeitung von Plast- Hartpapier- oder Leichtmetall-Werkstoffen möglich.
Nutzung des FU zum schnellen Abbremsen.
Sowohl der Frequenzumrichter, wie auch die von mir konzipierte Zusatzsteuerung funktionieren bei mir nun seit mehr als zehn Jahren störungsfrei.

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