Vorher

Hier der bisherige Aufbau mit dem 2,2 kW Hitachi WJ200 Frequenzumrichter. Dieser hat uns treue Dienste geleistet und wird deshalb künftig durch seinen großen Bruder mit mehr als der doppelten Nennleistung ersetzt. Insgesamt war auch noch ziemlich viel Platz im Schaltschrank.

Die Wasserkühlung wird ebenfalls nicht mehr benötigt, die neue Spindel arbeitet mit einem Ventilator mit eigenem Motor. Benötigt wird jedoch dringend der Platz im Schaltschrank!

Fabian hat schon mal alles für den Umbau vorbereitet und den Schrank leer gemacht.

Planung

Aus den bisherigen Bauprojekten haben wir gelernt. Zwar ist auch dieser Schaltschrank nicht im CAD entstanden, aber immerhin gibt es eine maßstabsgetreue Zeichnung.

Bis die restlichen Teile (Reihenklemmen, Adernleitung, etc.) da sind, bleibt Zeit für eine erste Stellprobe.

UPDATE: Mittlerweile hat sich das Layout nochmal geändert, zu sehen auf den folgenden Fotos. Der Platzbedarf des überdimensioniertem Netzfilters ist gigantisch.

Komponenten

Was alles in den Schaltschrank rein muss…

Netzfilter und Drossel wurden großzügig ausgelegt. Damit haben wir aber für eine eventuelle künftige Aufrüstung der Spindel genügend Luft nach oben.

Blecharbeiten

Der neue Aufbau im Schaltschrank wird sich grundlegend unterscheiden, weswegen 24 neue Löcher gebohrt werden müssen. Alle Gewinde sind M5.

Und es kommt mal wieder wie es kommen musste. Loch 23, der Maschinengewindebohrer bricht ab. Natürlich war es der letzte in M5.

Zusätzlich zum Schaltschrankinneren wird sich auch an der Türe etwas ändern. Neben zwei LEDs für den Betriebszustand kommt ein Reset Taster nach außen. Um die neue Spindel zu schonen werden wir die Schutzeinrichtungen zunächst einmal sehr konservativ einstellen – was zu mehr Abschaltungen führen könnte.

FOTO TÜRE

Verkabelung

Hier die Anfänge der Verkabelung. Um für eine spätere, eventuell noch leistungsstärkere, Spindel gerüstet zu sein wurden alle leistungsrelevanten Leitungen in 6 mm² ausgeführt. Für unsere max. 6 kW (Spitzenleistung) ist das aktuell nicht nötig, ich wollte nur ungern in ferner Zukunft wieder bei Null anfangen.

Gleiches gilt für die Auswahl von Netzfilter und Netzdrossel. Beide sind dauerhaft Spannungsfest bis 36A, Spitze verkraften beide Komponenten nochmal deutlich mehr.

6 mm² sollte die Zange laut Hersteller schaffen. 6 mm² schafft sie auch, es Bedarf jedoch ein wenig Überredung.

Bei der letzten Teilebestellung sind mir zwei kleine Fehler unterlaufen. Die gekauften Reihenklemmen sind zwar bis 6 mm² angegeben, das gilt jedoch nur für starre Adern. Bei Maschinen, welche Vibrationen ausgesetzt sind, dürfen jedoch nur flexible Adern verwendet werden und so muss ich nochmal einige Klemmen austauschen.
Der zweite Fehler ist weniger tragisch – der M12 Verbindungsstecker des Drucksensors sitzt um 45° verdreht oben auf dem Gehäuse. Aus Gewohnheit hatte ich einen gewinkelten Stecker bestellt, welcher nun blöd im Raum herum steht. Werde ich wohl erst mal so lassen.

Umbau Spannungsversorgung

Bisher kamen wir mit einer Phase (Absicherung 16 A Typ „C“) aus. Für den etwas größeren Hunger der neuen Spindel werden wir auf 3 x 16 A aufstocken. Die Absicherung erfolgt direkt im Schaltkasten für die Spindel.

Im nächsten Artikel werden wir uns mit dem Umbau der Z Achse sowie der Pneumatik beschäftigen.

Verkabelung & Maschinenfüße

Auch an der Fräse hat sich nochmal ein bisschen was getan.

Die Verkabelung der Motoren mit den neuen Chainflex Leitungen von Igus wurde fertiggestellt. Der labberige 4 Pol Motorstecker wurde gegen eine Hirschmann Industrie-Rundsteckverbindung (Serie CA, IP67) getauscht. Den Encoderstecker am Motor lassen wir erstmal unverändert, dafür kommen aber auch hier geschirmte Chainflex Leitungen zum Einsatz.

Testweise steht die Fräse jetzt auf Gummiplatten. Trotz eines hohen Grundgewichts der Maschine sorgt das wuchtige und recht hohe Portal beim Verfahren für viel Bewegung.

Im nächsten Schritt werden dann noch  Frequenzumrichters und Spindelkühlung eingebaut…

Hier noch ein paar Details zur Verkabelung.

1. Die 5×1,5q Chainflex Leitungen sind ziemlich starr, ihre endgültige Position muss noch durch Kabelbinder und Klebesockel gefügt werden.
2. Für reichlich Platz sorgen die Alu Anschlussdosen. Im Nachhinein hätte es jedoch auch eine Nummer kleiner getan.
3. So sieht es aktuell unter der Maschine aus. Auch hier muss noch kräftig aufgeräumt werden. Die Leitungen zu den Schaltschränken werden in einer Schleife gelegt, damit sie der Auszugsbewegung der Schaltschränke besser folgen können.
4. Lötfaul! Für knapp 4 Euro pro Stück haben wir uns für die Encoderleitung einen Terminalblock zum Schrauben gegönnt. Eine gute Entscheidung! Ich hatte nämlich beim Verkabeln die Pins falsch abgezählt und 2 Positionen falsch gewählt.

Im Schaltschrank fehlen noch immer die Kabeldurchführungen, bevor die Maschine jedoch „produktiv geht“ wird das aber noch erledigt.

Endschalter

Da wir letztes Wochenende im Testbetrieb schon Bekanntschaft mit dem Ende der Führungen gemacht hatten war für uns klar, dass vor weiteren Einstellarbeiten und Testen der Antriebe zunächst die Endschalter montiert werden müssen.

Auf der X-Achse (Portal) kommen insgesamt drei induktive Sensoren zum Einsatz, wovon zwei als Endschalter und einer als Referenzschalter dient. Den Referenzschalter haben wir eingeplant, damit wir nach einer Referenzfahrt über die Wegbeschränkung via Softlimits erst gar nicht die Endschalter aktivieren, da diese immer manuell einzeln freigefahren werden müssen. Das funktioniert an der Achse auch wunderbar. Beeindruckend ist beim absichtlichen hineinfahren in einen Endschalter der Bremsweg. Gefühlt bleibt die Achse sofort stehen.

Auf Y gestaltete sich die Befestigung der Sensoren etwas komplizierter. Hierfür haben wir uns Halter gedruckt, welche an einer Seite an das Portal angeschraubt werden und als Auslösefläche für die Induktiven Sensoren die Mechanischen Endanschläge der Achse nutzen.

Für die Endschalter in Z haben wir noch ein Feingewinde eingeschnitten und nutzen den Hiwin-Führungswagen als Auslösefläche. Hier haben wir noch ein paar Probleme mit Mach3, da wir gerne den unteren Sensor als Endschalter sowie als Referenzschalter nutzen würden. Hier wird sich aber bestimmt noch eine Lösung finden.

Signalsäule

Auch unsere Signalsäule hat nun ihren Platz am Portal bekommen. Der Halter hierfür wurde auch einfach gedruckt, da die kaufbaren Halter zu teuer und nicht chic sind.

Hier noch ein kurzer Zeitraffer des Druckes:

Bedienpult

Da wir provisorisch zum Testbetrieb ein Bedienpult benötigten habe wir und schnell eins zusammengeschraubt. Ein leerstehender Werkzeugwagen dient als Unterkonstruktion, darauf wurden Bildschirm und Bedienelemente verschraubt. Der Schlauch eines ausrangierten Staubsaugers dient als Kabelschutz.  Zu beachten ist auch die von André liebevoll gefertigte Colaflaschenhalterung, damit er seiner Arbeit an der Steuerung stets voll konzentriert und wach nachgehen kann.

Abdeckungen:

Des weiteren haben wir uns allen Abdeckungen angenommen, die es zu montieren galt. Die Führungen der Y-Achse sind nun endlich vor Staub und dreck einigermaßen geschützt, die Seitlichen Spänewannen sind fixiert und die Z-Achse wirkt mit der Edelstahlverkleidung direkt ganz anders. Diese wird jedoch noch von innen gedämmt werden, da sie zu viel mitschwingt.

Auswahlfaktoren

• Spänedicht, also allseitig geschlossen
• Ausreichend dimensioniert für Erweiterungen
• Unterteilung der Kette in 2 Ebenen für mehr Packungsdichte
• Ruhiger Lauf

Entsprechend landet man relativ schnell beim deutschen Hersteller Igus und in dem Segment (Niedrige Geschwindigkeiten, mittlere Qualität) bei der Serie R 157.

Folgende Leitungs- und Kabeltypen müssen untergebracht werden:

Energierohr Y-Achse

Quasi die Nabelschnur, hier müssen bis auf die induktiven Sensoren für die Y Achse alle Leitungen, Kabel und Rohre durch. Entsprechend haben wir uns für 40x88mm Innendurchmesser entschieden. Für spätere Erweiterungen ist so noch mehr als genug Platz um auch dann noch die empfohlenen 10% Luft in der Kette einzuhalten.

Energierohr X und Z-Achse

Um die Konstruktion, Kabelführung und Kostenseite zu optimieren nutzen wir hier nur ein einziges Energierohr, welches parallel zu X verläuft. An einem Galgen geführt wird so auch Z erreicht.

Da hier alle Leitungen bis auf den Y Antrieb durchgeführt werden, ist auch dieses Rohr mit 40x75mm großzügig ausgelegt.

Die Galgenhöhe ergibt sich aus dem minimalen Biegeradius der Schleppkette und den darin enthaltenen Leitungen.

Die Ketten werden freitragend und beidseitig pendelnd gelagert geordert. Bei Lieferung gibt’s noch ein paar Fotos.

Im Igus Onlinerechner lassen sich Ketten übrigens sehr komfortabel nach Maß zusammenstellen und gleich mit der entsprechenden Einteilung bestellen. Alternativ lassen sich die Ketten auch bei diversen Anbietern fertig bestellen.

Schaltschränke

Aus Platzgründen haben mittlerweile 2 Rittal AE1050 den Weg in die Werkstatt gefunden und auch die sind mittlerweile schon zu eng… Der FU, sowie die Pneumatiksteuerung müssen noch woanders untergebracht werden.

Durch die Herausnehmbaren Montageplatten lassen sich die Schaltschränke ohne Fummelei aufbauen. Einzig die im Gehäuse verbauten Melde und Befehlsgeräte werden nachträglich über Reihenklemmen verbunden.

Schaltplan

Mangels Software ist das grobe Schaltbild der Steuerung in PowerPoint entstanden. Zusätzlich gibt es noch einen Klemmplan mit Nummerierung, näheres später.

Reihenklemmen zum Aufrasten oder Aufschrauben auf die Tragschiene gibt es in verschiedenen Bauformen.

• Durchgangsklemme
  Beidseitiger Abgang, Ein- oder mehrpolig, Nicht brückbar
• Durchgangsklemmen für  PE
  Werden mit der Tragschiene verschraubt und stellen eine sichere leitfähige Verbindung mit dieser her
• Etagen-/Mehrstock Durchgangsklemmen
  Verringerter Platbedarf und klare Strukturierung
• Initiatoren-/Aktorenklemmen
  Gebrückte Leiter für die Spannungsversorgung und Leiter für Schalt- oder Steuersignal
• Durchgangsklemmen mit Sicherungshaltern
  Durchgangsklemme mit KFZ- oder Glassicherungshalter
• Endwinkel
  Arretierung von Reihenklemmen und anderen Tragschienenträgern

Leiter werden mittels Klemm-, Schraub oder Zugfeder verbunden. Gebräuchlich sind die Produkte von Phoenix Contact, Wago und Weidmüller.

Vor allem für den Anschluss von dreiadrigen Sensoren, ist eine Initiatoren-/Aktorenklemme sehr hilfreich. Über Verbindungsschienen oder Steckbrücken kann die Stromversorgung zentral erfolgen und nur der Schaltausgang wird durchgeleitet. Hier im Bild ist 2 +24V, 6 GND und 15-25 der Schaltausgang.

Bei den Aderendhülsen gibt es eine DIN-Norm, folgende Farben sind dort genannt:

• 0.5 mm² weiß
• 0.75 mm² grau
• 1 mm² rot
• 1.5 mm² schwarz
• 2.5 mm² blau

Bei den Adern selbst nutzen wir folgende Farben:

• Hauptstromkreis / Zuleitung H07V-K 2,5mm²
  • L1 Braun
  • L2 Schwarz
  • L3 Grau
  • N  Blau
  • PE Grün/Gelb
  • Bis zum Hauptschalter (ungeschaltet), bis auf PE, jeweils gelb ummantelt
• Steuerstrom hinter den Netzteilen (48V) H07V-K 2,5mm²
  • Lila
• Laststromkreise H07V-K 1,5mm²
  • Schwarz
• Befehls und Meldegeräte 24V H07V-K 1,5mm²
  • Rot / Weiß
• Fremdspannungen
  • Haben wir nicht. Wenn, dann Orange
• Sensorleitungen 3×0,25mm²
  • Weiß / Blau / Schwarz / Braun

Insgesamt etwa 180m Einzeladerleitung werden in den beiden Schaltschränken Platz nehmen.

Eine gute Quelle für Kabel in kleinen Ringen (10m) ist die Firma Industriebedarf Neckar (Link eBay Shop). Die Preise sind deutlich besser als beim großen C und die Auswahl an Lapp Kabeln ist für unsere Zwecke mehr als ausreichend.