Hier eine kurze Zusammenfassung!

Antriebe X-Achse

Eigentlich liegt der Umbau der X-Achse (von Zahnstangen auf Kugelumlaufspindeln mit angetriebenen Muttern) noch gar nicht so lange zurück. Beim schnellen Verfahren haben wir jedoch vermehrt Vibrationen an den 2.300 mm langen Spindeln festgestellt, weswegen wir den Antrieb zur Prüfung nochmal zerlegt haben.

Hier mit geöffnetem Frontdeckel.

Bei genauerer Prüfung ist uns dann aufgefallen, dass die Lagerböcke nicht parallel genug gefertigt wurden. Irgendwie hatten wir die Qualitätskontrolle – im Vorfreude auf die wieder laufende Maschine – etwas vernachlässigt. Entsprechend sitzen die Lager nicht ganz parallel, was zu den oben beschriebenen Vibrationen führte.

Hilft ja alles nichts… also nochmal von Anfang.

Und wenn wir schon mal dabei sind wierden wir die Hülsen der Antriebe auch nochmal neu fertigen. Damals gab es Probleme mit der Gewindeschneidfunktion an unserer Drehbank, weswegen die Teile nochmal Auftragsgeschweißt und überdreht wurden. Für die Genauigkeit nicht gerade förderlich.

80W CO2 Laser

Nach dem Bau des Tisches fallen nach für nach bereits nette kleine “Projektchen” vom Laser… Hier mal eine kleine Auswahl.

Die Vorlagen (bis auf die Baby-Namenstafel) stammen alle aus dem Netz und waren frei verfügbar. Bei dem StarWars Maya-Kalender wurden einige Teile aus der Vorlage entnommen, getrennt ausgeschnitten und später als 3D Teil aufgeklebt.

Großes ganz Klein

Wer sagt, dass man mit einer großen Maschine nicht auch sehr kleine Dinge fertigen kann? Dieses Teil für eine Maschine (Gegenstück für eine magnetische Aufnahme) entstand auf unserer 1,5 to. schweren Cazeneuve Drehbank. Zum Größenvergleich: Es handelt sich bei der Bohrung um ein M3x0,5 Regelgewinde.

Nach der Oberflächenbehandlung in unseren Brünierbädern sieht das Teil so aus.

Das Projekt “Bett”

… nähert sich dem Ende! Und damit wird es auch endlich wieder ein neues Video auf unserem YouTube Kanal geben. Die letzten Schweißarbeiten für die Mittelstrebe sind erledigt und die Pulverbeschichtung der Metallteile ist auch schon erfolgt.

Auch der letzte Feinschliff am Holz ist fertig. Nach ausgiebigen Schleifarbeiten (was da alles an Staub zusammen kommt…) wurden die Bretter mit reinem Leinöl behandelt.

Das muss Kesseln

Druckluft ist sehr universell einsatzbar und erfreut sich in der Werkstatt großer Beliebtheit. Damit der (Eigenbau-) Kompressor auch mit dem teils recht hohen Druckluftbedarf nach kommt haben wir damals 3x100l Kessel aus dem Fahrzeugbau gekauft. Bislang wurde jedoch nur einer genutzt.

Zwar besitzt der Kessel Füße bzw. eine Montagefläche, diese ist jedoch für die Montage an einem LKW Rahmen gedacht und entsprechend liegt der Wasserablass (wichtig!) seitlich. Um die zwei neuen Kessel zu montieren haben wir also einen simplen Rahmen aus Stahlrohr zusammen gebraten.

Ordnung muss sein

Unser Kleinteilesortiment an der Wand beinhaltet über 100 Posten (Zylinderkopfschrauben, Sicherungsscheiben, Muttern, etc.). Da wir immer nur kleinere Gebinde kaufen ist die Verwaltung bzw. das nachkaufen manchmal schwierig.

Die Lösung sind QR Codes und ordentliche Labels – Alles was bald leer geht wird mit einem kleinen Handscanner eingelesen und dann via Bluetooth in der Wegertseder App in den Warenkorb gelegt. Somit kann immer rechtzeitig für Nachschub gesorgt werden.

Etwas Overkill?! Vielleicht. Aber auch im Hobbybereich ist die Zeit knapp und es gibt nichts nervigeres als eine fehlende Schraube am Samstababend, wenn schon alle Läden zu haben. Da sind Geld (Scanner) und Zeit (Labels) gut investiert.

Wegertseder, unser Haus- und Hoflieferant, ist übrigens ein guter Tipp für Befestigungsmittel und Normteile aller Art. Der Shop ist übersichtlich und man bekommt Schrauben in einer Tabelle nach Größe und Länge angezeigt, was den Einkauf deutlich erleichtert. Das beste Feature sind jedoch die unterschiedlichen Gebindegrößen mit automatischer Optimierung im Warenkorb. So bekommt man immer das ideale Gleichgewicht zwischen Gewindegröße und Preis. Über die Jahre haben wir bei Wegertseder schon ettliche Kilo Schrauben bestellt und waren immer sehr zufrieden.

Werkstatt iPad

Aus einem ausgedienten Gerät (ipad Air 2, erhält leider keine aktuellen Sicherheitsupdates mehr, und ist damit nur noch bedingt einsetzbar) wurde ein kleiner Werkstatthelfer. Als Schutz haben wir ihm auf seine “alten Tage” noch eine Stoßschutzhülle aus Silikon sowie einen Schutz für’s Glas spendiert.

Neue Projekte

Und was es mit diesem Foto genaues auf sich hat, wird Fabian demnächst mal herzeigen.

Das bringt zwar in unserem Fall kein Plus an Leistung, macht uns das Leben beim automatischen Werkzeugwechsel bzw. einem zukünftigen Magazin jedoch deutlich einfacher.

Modellvergleich

Was sind denn nun die Unterschiede bei den beiden doch sehr ähnlich Spindeln?

Die 900er Baureihe besitzt ein identisches Montageraster (Zwei 10 mm T-Nuten auf der Rückseite) und kann bei uns problemlos ersetzt werden. Auch der Durchmesser des oberen Rings ist identisch.

Etwas Arbeit steht uns beim Stecker bevor – die Pinbegelgung hat sich geändert und er Lüfter arbeitet nun mit 24 anstatt 220V.

Pneumatisch gibt es auch einen kleinen Unterschied – Bei der E950 muss der Ausdrückkolben pneumatisch eingefahren und während der Bearbeitung in der oberen Position gehalten werden. Das ist jedoch nicht weiter tragisch, da wir eine 5/2 Wege Ventilinsel einsetzen und nur einen Blindstopfen entfernen müssen.

Fotos!

Und wer sich schon immer gefragt hat, was die Tasten auf der Front bedeuten: Bei den E-Modellen der 900er Baureihe könen einige Funktionen programmiert werden.

• Anlernen der Lagesensoren für den WZ Wechsel
• Vorhandensein Lüfter anlernen
• Vorhandensein Temperatursensor Lager anlernen
• Vorhandensein eines Encoders anlernen

Abgesehen davon zeigt die Spindel ihren Betriebszustand über die 4 LEDs an. Sieht gleich nochmal viel cooler aus

Einbau

Ruck Zuck ist die neue Spindel an ihrem Platz. Insgesamt baut das Gehäuse ein wenig höher, was jedoch mit den vorhandenen Platzverhätlnissen noch gut funktioniert.

Mit 25 Kg ist die Spindel kein Leichtgewicht und am besten mit einem Hilfsmittel einzusetzen.

Eine neue Spindelabdeckung in Form eines VA Blechs steht schon länger auf der Wunschliste und wird demnächst angegangen.

Verkabelung

Leider hat die neue Spindel auch einen neneun Stecker bekommen. Plug & Play ist also leider nicht. Eine der größten Änderungen ist wohl der Lüfter, welcher nun anstatt 240 mit nur noch 24 Volt läuft. Da sich allerdings auch das Layout des Steckers geändert hat (Codierung), kann weiter nichts passieren.

So heißt es also wieder: Stecker löten! Nachdem wir beim ersten Mal etwas Erfahrung sammeln konnten sollte die Verkabelung jetzt deutlich schneller von der Hand gehen.

Mehr Details in diesem separaten Artikel.

Bonus

Auf dem Weg haben wir dann auch gleich noch die Anschlussbox der Z-Achs-Antriebe überarbeitet. Diese war bisher doppelt so groß und nicht sonderlich schön verarbeitet.

Bandsäge verkauft

Unsere alte Bandsäge hat einen neuen Besitzer gefunden. Nachdem ich sie Samstagabend online gestellt habe bestand gleich reges Interesse – scheinbar ist die hydraulische Absenkung in der Größe recht selten.

Vor dem Verkauf hatten wir nochmal ein paar Dinge überarbeitet (neue Kugellager an der Blattführung, Ausdrehen der Riemenscheibe, Grundreinigung). Den Schraubstock bzw. die Trapezgewindespindel nebst Mutter hatte Fabian vor einiger Zeit bereits neu gemacht.

In ihrer neuen Heimat wird die Säge übrigens für ein Treppen-Eigenbauprojekt genutzt. Wir wünschen viel Erfolg und Spaß mit der Säge!

Spindeltausch

Durch einen glücklichen Zufall konnten wir unsere gebraucht gekaufte HSD Spindel günstig gegen eine neue aus dem aktuellen Programm tauschen. Die Einbaumaße sind identisch, jedoch muss ein neuer Stecker an die Spindel. Mehr dazu in Kürze!

Fühjahrsputz bei den Multifixen

Die 16 köpfoge Multifix Population hatte bedingt durch das Löschwasser (bzw. den daraus entstandenen Wasserdampf) etwas Patina angesetzt. Zwar hatten wir die Halter gleich am Tag darauf großzügig mit WD40 behandelt und im Ultraschallbad gebadet, etwas oberflächlicher Rost blieb aber trotzdem nicht aus.

Gerade unterhalb der Höhenverstellung hatte sich bei den meisten Haltern der Rost breit gemacht.

Nach knapp drei Stunden arbeit erstrahlen die Halter wieder im alten Glanz. Bearbeitet wurde mit WD40, 3M Schleifvlies, einer Messingbürste sowie Baumwoll-Lappen.

Neu: Alle Halter besitzen jetzt eine laufende Nummer – wenn wir demnächst das neue Glas-Messsystem bekommen können die Nullpunkte dort fest gespeichert werden.

Gummimatten für Drehbank

Damit Werkzeuge und Werkzeughalter sauber und materialschohnend abgelegt werden können hatten wir von Anfang an Gummimatten in Werkzeugschränken sowie auf der Drehmaschine. Letztere waren vom Rost der Multifix Halter unansehnlich geworden…

Zur einfacheren Reinigung sind wir von sogenannten Feinriefenmatten auf Pyramidenmatten umgestiegen.

Projekt Kompressor

Aktuell warten wir auf eine Lieferung von bestellten Reihenklemmen, einem Angebot für ein neus Riemenrad . Derweil wurde der Motorhalter schon mal lackiert.

Diesmal mit folgenden Themen:

X-Achse einmessen und Umkehrspiel-Korrektur

Nach dem kürzlich abgeschlossenen Umbau des X-Antriebssystems ging es nun ans Feintuning. Als Messgerät diente der Glasmaßstab von unserer Drehbank sowie der alte Heidenhain Zweikanal-Zähler.

Mangels ausreichend langer Maßstäbe konnten wir nur auf knapp 1/3 des X-Verfahrwegs messen und entsprechend kein vollständiges Spindel-Mapping erstellen. Tja, wird wohl doch mal Zeit für ein eigenes Laser-Interferometer…

Was wir jedoch kompensieren konnten war der generelle Fehler des Antriebssystems sowie das Umkehrspiel. Die Steps / mm wurden in Mach 3 von 1.000 auf ermittelte 1.000,71 angepasst.

Im rechten Foto das Ergebnis: 100,000 mm in der Steuerung werden zu 100,005 mm Bewegung. Aufgrund der Variable “Steigungsfehler”, ist das jedoch noch kein Garant für Maßhaltigkeit über den gesamten Arbeitsbereic.

Frässpindel ausrichten

Bei den ersten Testfräsungen in Alu hat sich zwischen zwei Fräsbahnen ein kleiner Steg ergeben, was klar für einen Fehler in der Spindelausrichtung spricht.

Mit einem geschliffenen Zylinderstift und einer Messuhr lässt sich die Position der Spindel gut einrichten. Je weiter man vom Drehpunkt der Spindel entfernt ist, desto stärker der Ausschlag.

Das Ergebnis: Auf ca. 60 mm haben wir eine Abweichung von < 0,005 mm. Der finale Praxistest steht aber noch aus.

Maschinenleuchte für 17 Euro

Während dem Verfassen dieses Artikels haben wir uns doch spontan für einen eigenen Beitrag zur Leuchte entschieden. Das Ergebnis findet sich hier.

PNOZ Sicherheits-Kleinsteuerung

Mittlerweile ist die PILZ PNOZ Configurator Software eingetroffen, mit welcher wir die Kleinsteuerung programmieren können.

Folgende Funktionen wollen wir zunächst überwachen:

• Druckluftversorgung
• Sicherer Halt der HF Spindel
• Störung Frequenzumrichter
• Störung Motorendstufen
• Not-Aus/Halt über manuelle Schlagtaster
• Not-Aus/Halt über die Steuerung

Mehr dazu in einem ausführlichen Artikel.

Platz!

Wir wieder etwas Platz schaffen können. Hier soll demnächst noch eine kleine Werkbank für den vorderen Werkstattbereich entstehen.

PS: Was es mit den zwei großen Wellen auf dem Foto auf sich hat erklären wir bei Gelegenheit nochmal im Detail.

So sah das Projekt Spindel vor dem Einbau aus.

• Frequenzumrichter Hitachi WJ200-055 HFE 7,5 kW Spitze
• Frässpindel HSD ES915A mit 6,6 kW Spitzenleistung
• LED Beleuchtungsring d = 90 mm
• Bremswiderstand Hitachi PWR-R600-100 1,1 kW
• Donaldson SF0020 Filter und Membrantrockner

Parametrisierung

Doch zunächst hatte der ebenfalls gebrauchte gekaufte (allerdings sehr neuwertig wirkende) Hitachi WJ200 Frequenzumrichter für einen kleinen Schockmoment gesorgt… Direkt nach dem Start zeigte das Display die Meldung “- 5 – -” an und verweigerte jegliche Eingaben am Bedienfeld. Auch die ansonsten sehr ausführliche Dokumentation hatte dazu keine passenden Angaben parat.

Fabian hatte sich mehrere Stunden mit dem Frequenzumrichter sowie der dazugehörigen Software ProDrive auseinander gesetzt, konnte das Problem schließlich beheben (u.a. Einstellung zum “Startbildschirm”) und die Spindel zum laufen bekommen.

Bei mehreren hundert (!) Parametern sind nötige und optionalen Einstellungen manchmal nicht auseinander zu halten. Hier galt es: Handbuch lesen und mit konservativen Parametern an das Optimum heran tasten.

Das Endergebnis:

Die Spindel läuft innerhalb von 4 Sekunden von 0 auf Maximaldrehzahl hoch. Dank 1,6 kW Bremswiderstand stoppt sie innerhalb von nur 2 Sekunden wieder. Mit der zugeschalteten Gleichstrombremse ab 4 Hz gibt es keinerlei Nachlaufen.

Sicherlich geht da noch mehr… das wollten wir aus Gründen der Materialschonung erstmal nicht fahren.

Pneumatischer Werkzeugwechsel

Nach dem Umbau von Schaltschrank I (Spannungsversorgung, Sicherungen, Netzteile) haben wir jetzt auch die pneumatisch lösbare Werkzeugspannung (a.k.a. Automatischer Werkzeugwechsel) in Betrieb genommen, hier ein Video:

Zum Schutz der Ausgangsschaltkreise der CSMIO/IP-S CNC Steuerung wurden die Magnetventile nochmal mit einem Solid State Koppelrelais getrennt. Induktive Lasten (trotz Freilaufdiode) findet die Steuerung, wie wir bereits einmal schmerzlich erfahren mussten, nämlich nicht so gut.

Es werde Licht

Auch Fabians Spindelbeleuchtung ist wieder aktiv. Zufällig passt die eigentlich für die Chinaspindel gedachte kreisförmige Platine perfekt um die Nase der neuen Spindel.

Das neue Anschlussgehäuse muss noch befestigt werden, doch das nehmen wir erst in Angriff wenn klar ist wie der 3D Werkstücktaster montiert wierd.

Wie geht es weiter?

Als nächstes müssen wir nochmal die Anbindung des Frequenzumrichters sowie der Spindelsensorik an die Steuerung angehen. Leider geht das aufgrund der Softwarekombination welche wir einsetzen nicht über ModBus. Da die Leitungen jedoch noch aus Zeiten der 2,2 kW Chinaspindel fertig verdrahtet liegen sollte das kein all zu großes Problem sein.

Etwas neues wird es jedoch noch geben: Mit Version 7 der Royal-CNC Software kann die Leistungsabgabe des Frequenzumrichters in der Software live angezeigt werden.

Nach wie vor gibt es weder im Deutsch- noch im Englischsprachigen Raum sinnvolle Infos über die Anbindung einer HSD Spindel. Neben dem Preis schreckt das noch zusätzlich ab. Wenn alles final eingerichtet ist wird es nochmal einen ausführlichen Artikel zu dem Thema geben, ähnlich dem Artikel zur Chinaspindel.

Vor dem Löten habe ich mich einige Zeit erfolgreich drücken können. Nachdem die Kabel jetzt schon seit Wochen unmotiviert in der Gegend rum hängen hat mich jetzt der Ehrgeiz gepakt.

Informationen wie der Stecker nun zu verarbeiten ist gibt es weder von HSD noch irgendwo im Netz. Scheinbar kauft die Mehrheit der Menschen den vorkonvektionierten Stecker ab Werk ( 250 Euro aufwärts) und erspart sich die Frickelei. Ein Grund mehr das Prozedere hier etwas genauer zu beschreiben. Vielleicht hilft es dem ein oder anderem ja…

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Der Stecker

Der Stecker ist in Wirklichkeit eine Kombination aus zwei Rundsteckverbindungen, welche in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut sind.

Der Stecker besteht aus zwei Bereichen, dem Lastteil (links, 9 Pins) und dem Signalteil (rechts, 22 Pins). Zeichnung: HSD

Aufbau

Von links nach rechts bzw. von oben nach unten:

• Mutter von Kabelverschraubung
• Kabelverschraubung
• Deckelplatte
• Unteres Steckergehäuse
• Gehäuse Rundsteckverbindungen
• Pins
• Dichtring
• Oberes Steckergehäuse

Die Kabelverschraubung ist nicht Teil des Lieferumfangs, es befinden sich jedoch bereits ein M23 und ein M32 Gewinde in der Deckelplatte. Verbaut habe ich hier wie immer LAPP Skintop MSR-M.

Spindelseitig

Auf Seite der Spindel sieht das ganze übrigens folgendermaßen aus. Durch Umbau der Anschlussbox ließe sich die Spindel sicherich auch direkt anschließen.

Unten zu erkennen: Leuchttaster für die manuelle Auslösung der Spannvorrichtung.

Kabel und Querschnitt

Vom Hersteller sind folgende Adernquerschnitte vorgegeben:

• Lastteil
  • Gerade Pin-Nummern: 6 mm2
  • Ungerade Pin-Nummern: 1 mm2
• Signalteil
  • Alle Pins 0,35 mm2

Wenn man nicht das fertige Kabel von HSD zur Hand hat stellt sich die Frage nach realistischen Werten. Zu beachten ist, dass HSD einen Kabelstandard für Spindeln von 3,6 bis etwa 12 kW benutzt und dementsprechend überdimensioniert wären in unserem Fall die 6 mm2.

Für mehradrige Leitungen kann man bei 6 mm2 von ca. 40 A Dauerbelastbarkeit ausgehen. Selbst bei 6 kW Spitzenleistung kommt die hier eingesetzte Spindel nicht über 25 A (Gesamtleistung! Bei 3 Phasen entsprechend verteilt.). Also sind 2,5 mm2 in unserem Fall ausreichend.

Glücklicherweise hatte ich für die 2,2 kW Chinaspindel bereits ein geschirmtes 4×2,5G Spindelkabel verbaut.

Bei größeren Leitungslängen vom Frequenzumrichter zur Spindel ist der Adernquerschnitt größer zu dimensionieren!

Löten

Das Verlöten der Pins benötigt einiges an Leistung, weswegen ich einen Gaslötkolben mit Blende verwende. Damit wird der Pin von allen Seiten erwärmt und erreicht die zum löten nötige Temperatur.

Hier meine Vorgehensweise:

1. Adern kürzen
   Damit nichts schief geht habe ich den Stecker inkl. Verschraubung zunächst zusammen gebaut um die Länge der Adern markieren zu können. Nicht vergessen: Vom Signalkabel müssen 4 Adern nach rechts geführt werden!
   
2. Adern abisolieren
   Die richtige Länge durch Messen (z.B. mit einem Nagel) ermitteln. Um Schäden am Aderisolation zu vermeiden, sollten 1-2mm Abstand zwischen Isolation und dem Pin liegen.
   
3. Pin einspannen
   (z.B. in eine Dritte Hand).  Da das Kabel bereits verbaut war und sich nur sehr unbequem aus den Schleppketten bzw. dem Galgen ausbauen lässt, habe ich mich für die Konvektionierung an der Maschine entschieden.
   
4. Mit dem Lötkolben Pins aufheizen
   Idealerweise mit einem Gaslötkolben/Heißluftlöter, geht aber auch mit einem normalen Lötkolben und breiter Spitze.
5. Lot in den Pin einführen bis sich das Flussmittel oben zeigt.
   Das Lot sollte unmittelbar nach dem Kontakt mit dem Pin schmelzen. Sollte das Aufheizen mit dem elektrischen Lötkolben zu lange dauern (gerade bei den großen Pins), kann man mit ein wenig temperaturbeständiger Wärmeleitpaste oder Lot auf der Lötkolbenspitze nachhelfen.
6. Sobald das Lot flüssig ist wird das abisolierte Aderende eingeführt
   Die kleinen Pins sind sehr eng, selbst für 0,75 mm2. Ich habe die feinen Litzen etwas mit der Hand verdrillt.
7. Zur Kühlung eignet sich Druckluft. In der Regel ist die Aderisolation nicht für hohen Temperaturen ausgelegt und wird bei zu langem Löten weich.
8. Kontrolle folgender Punkte:
   Ist die Ader tief genug im Pin, füllt das Lot den Pin gut aus, ist die Aderisolierung noch intakt, stehden Adern eventuell ab (Kurzschlussgefahr!)

Damit es im nächsten Schritt keine Komplikationen gibt sollte hier sauber gearbeitet werden. Ausgetretenes Lot macht den Zusammenbau teils unmöglich.

Zusammenbau

Nach dem Verlöten werden die einzelnen Pins in das jeweilige Steckergehäuse eingeschoben.Die kleinen Pins besitzen zum einrasten zwei kleine Flügel aus Blech, die großen Pins haben eine Rastnut.

Achtung! Die Nummerierung ist etwas schwierig zu lesen, dafür jedoch auf beiden Seiten des Gehäuses eingeprägt. Einmal eingebaut lassen sich vor allem die kleineren Pins so gut wie nicht mehr zerstörungsfrei entfernen.

Schrumpfschlauch sorgt für etwas Ordnung und Sicherheit. Die Leistungspins bekommen später noch einen Schrumpfschlauch, genau die eine Größe war leer…

Ergebnis

Zusammengebaut sieht das Ganze dann so aus…

Aufgrund der weit herausstehenden Pneumatikverschraubungen / Hohlschrauben sitzt das Signalkabel etwas geknickt. Das ist nicht nur “nicht schön”, sondern scheuert auch unnötigerweise am Mantel rum. Vermutlich wurmt mich das irgendwann noch so sehr, dass ich daran etwas ändere…

Auf der Rückseite des Schaltschranks wurde derweil die Beinheizung der Bremswiderstand installiert. Somit halten wir uns die (zugegeben kurzfristigen) bis zu 2 kW Abwärme aus dem Schaltschrank raus.

Die restlichen Arbeiten an der Verkabelung waren mit Eintreffen der fehlenden Teile schnell erledigt.

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Sitzt, passt und hat eben keine Luft mehr…

Bei den Einbaumaßen des Schaltschranks hatte ich die Abstandshalter vergessen, welche hinter der Montageplatte sitzt und für etwas Luft für herausstehende Schrauben sorgt. Aktuell lässt sich die Türe nur ganz knapp und unter leichter Gewaltanwendung schließen. Das Anschlussfeld der Netzdrossel sowie das Gehäuse des Netzfilters sind zu hoch… Also mussten die Abstandshalter raus und die Schrauben wurden mit dem Winkelschleifer plan geschliffen.

Erledigt!

Umbau Netzspannungsverteilung

Um den Stromhunger der neuen Spindel zu stillen muss die Netzspannungsverteilung umgebaut werden. Die bisherige Spindel war nur über eine einzelne Phase mit 16 A “C” abgesichert, zukünftig arbeiten wir mit 3 x 20 A “C”.

Auf dem Weg beseitigen wir außerdem einen kleinen Planungsfehler beim Aufbau des Schaltschranks. Für die Stromverteilung hatten wir anstatt der üblichen Phasenschiene mit Einzeladern gearbeitet. Das beschränkt jedoch etwas die Flexibilität beim aufteilen der Verbraucher.

Anbindung

Alle benötigten Kabel sind eingetroffen. Dank großzügiger Auslegung passt das neue 11,2 mm Kabel (Lapp ÖLFLEX® FD CLASSIC 810 12G 0.75mm²) ohne Bauchschmerzen in die Energieketten der X sowie Y/Z Achsen.

Etwas enger geht es im Galgen der Z Achse vor. Mit so viel Zuwachs hatten wir bei der Auslegung der Maschine nicht gerechnet

Beim Eintritt in den Schaltschrank wir das Anschlusskabel der Spindel über den Kabelschirm flächig geerdet. Grundsätzlich ist bei HF Anwendungen eine beidseitige Erdung angebracht, aufgrund des Kunftstoffsteckverbinders der HSD Spindel ist dies jedoch nicht so einfach möglich. Wir werden das Störfeld bei Gelegenheit mal überprüfen lassen.

Einbindung Modbus

Um die Einbindung des Frequenzumrichters über Modbus hatten wir uns länger gedrückt. Beim zunächst vorhandenen “China FU” der Firma Hyria war die Dokumentation der Register nicht sonderlich akkurat und so war die Anbindung über die I/Os bzw. den Analogausgang der CSMIO Steuerung im endeffekt einfacher.

Mit dem Hitachi WJ200 sowie der deutlich komplexeren Spindel wollen wir uns nochmal an das Thema heran wagen.

Das soll in Mach3 eingebunden werden:

Eingänge

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Ausgänge

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Schaltschrankbelüftung

Damit dem Frequenzumrichter und seinen “Mitbewohnern” im Schaltschrank nicht zu warm besitzt der Schaltschrank einen temperaturgesteuerten Filterlüfter mit 24 m³/h Förderleistung und erträglichen 30 dBA Lautstärke.

Mit der größeren Spindel ist auch mit deutlich mehr Abwärme zu rechnen, weswegen der Lüfter sowie der Luftaustritt gedoppelt werden sollen. Ob das wirklich nötig ist muss sich erst noch zeigen. Die Teile liegen jedenfalls schon mal hier und können schnell eingebaut werden.

Bedientafel

Für etwas mehr Bedienkomfort werden am Schaltschrank noch 3 Befehls- und Meldegeräte angebracht.

1. Drehschalter “sicherer halt” um bei manuellen Werkzeugwechseln oder Kontrollarbeiten ein unkontrolliertes Anlaufen der Spindel zu verhindern
2. Leuchtmelder für Betriebsbereitschaft
3. Leuchtdrucktaster für Fehler bzw. Reset

Die 22,5 mm Löcher kommen wie gewohnt mit dem Stufenbohrer in den Schaltschrank.

Aufräumen

Unter der Maschine sieht es im Moment noch ein wenig wild aus. Die Kabel und Leitungen müssen bei nächster Gelegenheit wieder neu gebündelt werden. So recht fehlt mir dazu aber die Motivation… unter der Maschine ist es sehr unbequem.

Zwischenfazit: Im eingebauten Zustand sieht man ihr die 21 Kg gar nicht mehr an. Wir freuen uns bereits darauf die neue Spindel das erste Mal zu verwenden.

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Umbau Z Platte

Glück gehabt. Die Z Achse muss für die neue Spindel, welche deutlich größer als ihr Vorgänger ist, nur geringfügig angepasst werden. Mechanisch bleibt aber alles weitestgehend unverändert.

• Aufweiten der Öffnung auf 120mm (Durchmesser der Spindel ist 110mm)
• Demontage des Absaugrohrs
• Neupositionierung des unteren Endschalters
• Umbau der Motoranschlussbox

Der Antrieb kann dagegen bleiben wie er ist, im Gehäuse der Z Achse war noch ausreichend Platz. Hier auf dem Foto nicht zu sehen: Der LED Beleuchtungskranz passt perfekt auf die Nase der Spindel (110 mm).

Passprobe

Und schon war die neue Spindel drin. Durch die großzügige Dimensionierung der Z Achse konnte die Spindel problemlos von hinten verschraubt werden ohne eine Adapterplatte anfertigen zu müssen. Somit konnten wir uns wieder 25mm Platz und damit unnötigen Hebel sparen.

Das da unten im Bild sind übrigens SK40 DIN2080 aufnahmen für unsere konventionelle Fräse. SK30 Aufnahmen haben wir bisher noch keine, was sich aber bald ändern wird. Zum Start werden wir erst Mal mit 10 Aufnahmen in der Größe ER20 und ER32 starten.

Unterstützung Z Achse

Die gute Nachricht vorweg: Auch ohne Unterstützung bleibt die Z Achse bei unbestromtem Motor auf Position. Trotzdem werden wir die Achse noch mit einem Pneumatikzylinder unterstützen damit der Motor weniger zu arbeiten hat. Mehr dazu in Kürze.

Neues Abdeckblech

Durch die neue Spindel müssen wir auch das Abdeckblech der Achse nochmal überarbeiten.  Hier noch das aktuelle Blech in einem frühen Foto während der Bauphase.

Die neue Spindel bringt in der Spitze 6,6 kW (knapp 8,9 PS) und selbst bei 60% Einschaltdauer (S6) noch 4,6 kW. Somit liegen wir bei mehr als der Zweifachen Leistung unserer Chinaspindel.

In diesem Artikel beschreiben wir einige Grundlagen unc Gedanken sowie unser Vorgehen beim Einbau der neuen Spindel. Vielleicht helfen die Informationen dem ein oder anderen bei der Wahl einer Frässpindel. Wieso? Weil über die Spindel bisher recht wenig im Netz zu finden ist und wir uns selbst solch eine Quelle gewünscht hätten. Die Infos in diesem Artikel basieren auf der Originalanleitung sowie unserem eigenen Wissen zu Elektronik und Maschinenbau.

Fabians eigenes Spindelprojekt wird damit jedoch nicht auf Eis gelegt! Für die nächste Maschine werden wir sehr Wahrscheinlich auf einen Eigenbau zurück greifen, dann jedoch angetrieben durch eine starken Servomotor und mit niedrigerer Maximaldrehzahl. Dann sind auch Stahl und Gewindeschneiden drin.

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Bevor wir mit der neuen Spindel arbeiten können, müssen einige Änderungen an Maschine und den Schaltschränken vorgenommen werden. Hier unser Plan:

1. Demontage Flüssigkeitskühlkreislauf und bestehender Frequenzumrichter
2. Montage des neuen Frequenzumrichters
3. Dreiphasige Zuleitung und Absicherung (3×16 A)
4. Montage der Druckluftaufbereitung
5. Einrichtung der pneumatischen Ventilinsel
6. Verlegung des unteren Z Limit Sensors
7. Bohrungen an der Z Achse anbringen sowie Montage der Spindel
8. Ausrichtung der Spindel zu den Achsen
9. Austausch des Kabelstrangs
10. Verlegung der Absaugung nach außen
11. Anschluss des Spindelsteckers
12. Parametrisierung des Frequenzumrichters
13. Testlauf

Technische Daten

Spindel

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Frequenzumrichter

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Der Frequenzumrichter ist ebenfalls als Gebrauchtgerät zu uns gekommen, sieht jedoch fast neuwertig aus.

Teileliste

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Anschlüsse

In diesem Abschnitt geht es um alle Medienanschlüsse der Spindel.

Schema Elektro

In Kürze lässt sich der schematische Aufbau vom Netz bis zur Spindel wie folgt beschreiben:

Netz > Absicherung > RCD  > Trennschalter/Hauptschalter > Netzdrossel > EMV Filter / Netzfilter > Frequenzumrichter > Motorleitung, >Frässpindel

Netz / Unterverteilung

Durch geschickte Wahl der Komponenten versuchen wir um die Absicherung mit 3x 32A herum zu kommen. Ob uns das gelingen wird, zeigt wohl nur der erste Praxistest.

Um den erhöhten Ableitstrom verarbeiten zu können muss ein zweiter RCD exklusiv für die Spindel eingebaut werden. Diesen klemmen dir direkt an die Unterverteilung der Werkstatt vor den RCD für die Steckdosen. In Kette geschaltet würde ansonsten trotzdem immer der RCD mit der geringsten Kennlinie auslösen.

Absicherung

Abgesichert wird mit einem 3 poligen Leitungsschutzschalter 16 A Typ “C”.  Dieser ist besonders bei stark induktiven oder kapazitiven Lasten geeignet (Motoren, Kondensatoren, Schaltnetzteile), da er Einschaltströme des 5 bis 10 fachen seines Nennwerts erlaubt. Wenn das noch nicht ausreichen sollte bietet Typ K sogar das 8 bis 14 fache an Überlastfähigkeit.

Allstromsensitiver Fehlerstromschutzschalter (RCD)

In der Hausinstallation kommen in der Regel nur Fehlerschutzschalter (auch als FI bekannt) der Klasse A zum Einsatz. Diese arbeiten im Wechselstromumfeld und innerhalb eines gewissen Frequenzbereich.

Frequenzumrichter nutzen jedoch meistens einen Zwischenkreis mit Gleichspannung und modulieren die Ausgangsspannung bis in den Kiloherzbereich. Unser neuer Frequenzumrichter arbeitet z:b. bis 1.000 Hz, also 1 Khz. Um im Notfall, also einem Erdschluss, eine sichere Auslösung zu gewährleisten sind Fehlerstromschutzschalter der Klasse B oder besser notwendig.

Netzdrossel

Frequenzumrichter entnehmen den Strom aus dem Versorgungsnetz meistens nicht sinusförmig sondern je nach Lastanforderung in Stößen. Für das Netz bedeutet dies eine höhere Belastung durch einen erhöhten Effektivstrom. Abhilfe schaffen sogenannte Netzdrosseln (Englisch “Reactor”), welche vor den Frequenzumrichter geschaltet werden. Nebenbei reduziert sich durch die Drossel auch die Einwirkung hochfrequenter Schwingungen auf das Versorgungsnetz.

In unserem Fall kommen wir durch Einbau der Netzdrossel um eine Versorgung der Maschine mit 32 A herum. Der Bemessungsstrom kann durch die Glättende Wirkung der Drossel von 23,2 auf 15,2 A verringert werden.

EMV Netzfilter

Einfachere Netzfilter leiten die Störungen gegen PE ab, was jedoch in diesem Leistungsspektrum zwangsweise zu hohen Ableitströmen führt. Oft auch >30 mA, was wiederum zum auslösen des RCDs führt.

Um das zu umgehen gibt es zweistufige Netzfilter bei welchen neben den drei Phasen und PE auch der Neutralleiter angeschlossen wird. Der Ableitstrom wird dann über N abgeführt und die Zusatzbelastung auf PE fällt unter 30 mA. Entsprechend haben wir uns für den Dreiphasen-Netzfilter CNW 206/36 entschieden.

Gerade in Wohngebieten ist ein Netzfilter zwingend erforderlich.

Zwischenkreisdrossel

Sollte es trotz der o.g. Maßnahmen weiterhin zu Problemen bzw. Störungen des Netzes kommen kann zusätzlich eine Zwischenkreisdrossel verbaut werden. Diese sorgt für eine Glättung im Gleichspannungs-Zwischenkreis des Frequenzumrichters. Wir verzichten aber vorerst darauf.

Bremswiderstand

Der Bremswiderstand sorgt für ein schnelleres Anhalten der Spindel. Beim Bremsvorgang wird die in der Spindel vorhandene Rotationsenergie in Form von Wärme “verheizt”.

Zur Auswahl stehen typischerweise zwei Typen. Modelle mit hoher Dauerbelastbarkeit (ED 100%) oder Modelle mit hoher Spitzenbelastbarkeit. Unsere Wahl (Hitachi – PWR-R600-100) vertägt bei ED 15% 1,1 kW, jedoch auf Dauer (ED 100%) nur 0,3 kW.

Bei der Auswahl ist zwingend darauf zu achten, dass der minimale Widerstand (Siehe Anleitung Frequenzumrichter) nicht unterschritten wird, da sonst der interne Bremschopper beschädigt werden kann.

Motorleitung & Frässpindel

HSD verwendet von 3,8 bis ca. 12 kW den gleichen Anschlussstecker, über welchen der Leistungsteil sowie die Sensoren angeschlossen werden. Das spart Verkabelungsaufwand und lässt somit einen schnellen Austausch gegen eine Spindel mit anderen Leistungsdaten zu.

CNC Steuerung

Geschaltet werden müssen die folgenden Funktionen

1. Spindle “ENABLE” Signal
2. Spindeldrehzahl 0-10 V
3. Relais für den Lüftermotor
4. Pneumatikventil für den Werkzeugauswurf
5. Pneumatikventil für die Sperrluft

Auf der Eingangsseite sind 4 Signale wichtig

1. Signal für ALARM
2. Signal für Erreichung der vorgegebenen Drehzahl
3. Überwachung ob Werkzeug gespannt ist
4. Überwachung ob die Einzugstange voll ausgedrückt wurde

Schema Pneumatik

1. Kreis für die Ausdrückfunktion, 7 bar
2. Kreis für die Sperrluft sowie Kegelreinigung, 4 bar

Die Kegelinnenreinigung wird bei betätigter Ausdrückfunktion automatisch betätigt und speist sich aus Kreis 2. Im Betrieb wird durch Kreis 2 ein leichter Überdruck im Spindelgehäuse erzeugt, welcher das Eindringen von Staub und Flüssigkeit verhindert.

Vorbereitung

Druckluftaufbereitung

Die Druckluft für Sperrluft, Werkzeugauswurf und Kegelreinigung muss einigen Anforderungen genügen, um die Spindel auf Dauer nicht zu schädigen. Neben dem Wassergehalt (angegeben als Taupunkt) ist auch der maximale Ölgehalt vorgeschrieben. Bei zu hoher Feuchtigkeit entsteht Rost und bei zu hohem Ölanteil sammelt sich Öl im Keramiklager und kann dieses zerstören.

Durch die Kompression der Luft verdichtet sich auch die Konzentration von Schmutzpartikeln in der Luft. Bei den recht üblichen 8 bar (also absolut 9 bar) erhöht sich die Konzentration auf das Neunfache.

Anforderung an die Druckluft nach ISO 8573-1 (Angaben des Herstellers)

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Grundsätzlich gibt es folgende Optionen bei der Trocknung:

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Wir haben uns für die Membrantrockner Kombination SF0020 von Donaldson entschieden, da diese am besten auf unseren Anwendungsfall passt und die Anforderungen des Spindelherstellers voll erfüllt.

Die Kombination besteht aus

1. Zyklonabscheider mit Vorfilter
2. Koaleszensfilter, welcher durch Glasfasern die im Gas gebundene Flüssigkeit und Öl extrahiert. Klasse 1 ISO8573-1
3. Membranfilter zweistufig
4. Aktivkohlefilter
5. Druckregler

Montage

Auf der Rückseite der Spindel befinden sich zwei lange T-Nuten zur Montage. D.h. die Spindel muss rückseitig montiert werden. Alternativ kann eine Adapterplatte gebaut werden. In unserem Fall hat Fabian die Z Achse bereits passend konstruiert und eine Montage wird problemlos möglich sein. Aufgrund des hohen Spindeldurchlasses und der Konstruktion kann die neue Spindel von hinten montiert werden.

Zur Unterstützung der Z-Achse kommt ein Druckluftzylinder zum Einsatz.

Erster Start

Vorbereitung

HSD schreibt folgende Kaltstartsequenz vor. Damit sollen die Präzisionskugellager auf Temperatur gebracht und ein übermäßiger Verschleiß verhindert werden. Eine ähnliche Abfolge haben wir bereits bei unserer 2,2 kW Chinaspindel eingesetzt.

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Werkzeugaufnahmen

Einen super Artikel zur Theorie des Auswuchtens findet sich hier. Bei den Aufnahmen ist auf die korrekte Wuchtgüte und maximale Drehzahl zu achten. In kürze werden wir die ersten 10 Aufnahmen erwerben, Details zu Auswahl und Kaufentscheidung folgen.

Werkzeugwechsel

Hier setzen wir auf die ausgezeichnete Umsetzung von Siggi (www.royal-cnc.de). Alleine die Werkzeugwechselfunktion in seiner Royal-CNC Software kommt auf mehr als 600 Zeilen Programmcode und wird mit künftigen Erweiterungen (Kettenmagazin, Greifer, etc.) sicher noch viel umfangreicher.

Werkzeugmagazin

Die erste Zeit werden wir  uns mit einem simplen einreihigen Werkzeugmagazin zufrieden geben.

Alternative

Gerade bei Eigenbau und Hobbyprojekten die Frage der Fragen: Geht das nicht auch billiger?

Folgende Alternativen haben wir uns angesehen. Neben vollwertigen Spindel mit pneumatischer Werkzeugspannung gibt es noch sogenannte Vorsatzwechsler, welche als Verlängerung auf eine bestehende Rundspindel angesteckt werden können. Bauartbedingt fällt die Einzugskraft jedoch in der Regel äußerst gering aus, weswegen wir diese Variante von vorne herein ausgeschlossen haben.

3 kW BT30 Werkzeugwechselspindel vom Chinesischen Hersteller Rattm Motors

Diese findet sich bereits an der ein oder anderen Selbstbaumaschine in Deutschland (siehe Youtube).

Zu beziehen ist die Spindel aktuell nur über China, z.B. via Aliexpress. Mangels Prüfung und Zertifizierung dürfen die Spindeln hierzulande nicht ohne weiteres verkauft werden, was aber nicht grundsätzlich für ein fehlerhaftes oder gefährliches Produkt stehen muss! Inklusive Versandt und Einfuhrzoll bzw. Deutscher Steuer liegt die Spindel (mit Frequenzumrichter) bei ca. 2.100 Euro.

Fazit

Frässpindeln mit automatischem Werkzeugwechsel sind eine teure Angelegenheit. Gerade bei Sach- und Normgerechtem Anschluss bzw. Versorgung (Frequenzumrichter, Druckluft, Schutzbeschaltung, evtl. Kühlkreislauf, etc.) kommen zum Kaufpreis der Spindel noch eine Menge weiterer Kosten hinzu.

Royal-CNC

Siegfried König mit seiner Software Royal-CNC war kürzlich zu Besuch. Über die Software hatten wir bereits ausführlich in einem eigenen Artikel im Detail berichtet.

Neben der sehr schnellen Installation und dem Setup gab es eine ausführliche Einweisung sowie etliche Praxistipps. Wir sind jetzt schon total begeistert von der Software und freuen uns vor allem auf die Features zur Werkstückantastung und zum automatischen Werkzeugwechsel.

Interesse an dieser tollen Software bekommen? Weitere Informationen zu Royal-CNC sowie den Kontaktdaten von Siggi findet ihr online unter www.royal-cnc.de.

Bedienpult

Die kürzlich vorgenommene Verlängerung der Versorgungsleitung mussten wir nochmal überdenken. Ursprünglich sah die Konstruktion eine USB Strecke von 2+5+2 = 9 m vor. Um das ohne größere Leistungsverluste oder Verrenkungen (Aktive USB Verlängerung oder USB auf RJ45 Extender) zu schaffen ist das Lenovo ThinkCentre M73 Tiny von der Schaltschranktüre “raus” auf den Wagen gewandert.

(Älteres Foto mit fehlenden Kabeldurchführungen!)

An die neue Position passt der Rechner sich ebenfalls perfekt ein. Zum Schutz vor mechanischer Beschädigung sowie Spänen und Staub werden wir den gesamten Bereich noch mit Blech verkleiden.

Auch ein neuer Kabelschutzschlauch muss her. Das bisher verwendete Staubsaugerrohr war einfach zu kurz.

Etwas Zeit für die Kosmetik war auch noch übrig. Der Monitor befindet sich nun endlich in der Waage.

Cazeneuve HBX360: Zwischenstand

Auch bei unserem Drehbank Restaurationsprojekt hat sich wieder etwas getan. Der Schlosskasten und der Querschlitten sind wieder an Ort und Stelle und zusammen mit den lackierten Abdeckungen/Blechteilen kann man so langsam wieder von einer Drehbank sprechen.

Leider hatten wir keinen 2K Kleber mehr über, sonst wäre die Zug- und Leitspindel sicher schon wieder eingebaut.

Derweil geht es mit dem Schaltschrank nochmal in die 2. Runde. Dieser wurde in den über 40 Jahren Betriebszeit von der Firma Telemecanique, heute Schneider Electric, modernisiert. Leider liegt uns der Schaltplan nicht vor und so müssen wir bei Veränderungen sehr vorsichtig vorgehen. Die verschiedenen Netze mit 24, 240 und 400 Volt sind alle mit schwarzen Adern ausgeführt…

Für den ewig festsitzenden Spindelflansch gibt es nun einen zugegebenermaßen etwas grobschlächtigen Abdrücker

Eisenhamster

In einigen vorherigen Artikeln hatten wir bereits über dieses unliebsame Tier berichtet, heute haben wir seine Existenz auch beweisen können! Der Eisenhamster lebt in Werkzeugmaschinen und frisst oft jahrzehntelang und unbehelligt an Metallteilen rum.

Erst hatte ich Nagerbefall in der Werkstatt vermutet… Doch komischerweise waren die Überlassenschaften hochgradig magnetisch. Somit muss es sich eindeutig um den Eisenhamster handeln.

Auflösung: Es handelt sich bei den Kötteln um bis zur Unkenntlichkeit korrodierte Rollen eines Nadellagers. Schade! Die Geschichte mit dem Eisenhamster fand ich eigentlich besser.

Neue Hauptspindel

Das kleine Highlight kommt zum Schluss und beginnt erst Mal mit einer schlechten Nachricht.

Vor kurzem ist unsere 2,2 KW Chinaspindel ausgefallen. Zwar lief die Spindel noch, aber zum Start musste mit der Hand nachgeholfen werden… Anwerfen wie bei einem alten Doppeldecker, der rote Baron lässt grüßen. Vermutlich besteht das Problem bei einer der zwei Motorwicklungen.

Glück im Unglück! Über einen Freund konnten wir eine gebrauchte 3,8KW HSD Spindel mit automatischer Werkzeugwechselfunktion nebst passendem Frequenzumrichter kaufen. Die Spindel sieht noch ziemlich frisch aus und die Lager sowie Lüfter wurden getauscht. Für unsere Zwecke sollte das mehr als ausreichend sein und für viel Spaß sorgen.