Strategie HF-Spindel und Fräswerkzeuge

Auswahl der HF-Spindel

Lange habe ich über die Nutzung einer geeignet Spindel nachgedacht. Angefangen hat mal alles mit dem allseits bekannten Kress-Motor. Das Teil ist für die Bearbeitung von Holz, Kunststoff und leichtestem Metall mit minimalstem Vorschub sicher noch brauchbar. Für alles andere muss man jedoch deutlich mehr Geld investieren. Bei Recherchen im Internet stößt man schnell auf sogenannten HF-Spindeln. Das sind Spindeln die mit einem hochfrequenten Spannungssignal versorgt werden. In der Regel sind das Frequenzen von 0 – 800Hz. Dafür sind spezielle Frequenzumrichter notwendig, denn unser normales Stormnetz liefert eine recht konstante Frequenz von 50Hz. Durch die hohen Frequenzen sind die Drehzahlen bei diesen Motoren auch deutlich höher als bei dem Kress-Motor. Je nach Aufbau und Polpaaren sind Drehzahlen bis zu 30.000 1/min möglich. Übrigens benötigt man solche Drehzahlen nicht nur geeignete Fräswerkzeuge sondern auch besonders gewuchtete Werkzeugaufnahmen.

HF-Spindel ist nicht gleich “HF-Spindel”

Auch bei den HF-Spindeln gibt es gravierende Unterschiede. Besonders aus Fernost gibt es immer mal wieder Nachbauten von bekannten Herstellern wie zum Beispiel von HSD. Spätestens bei der Betrachtung der technischen Daten wird dann aber schnell klar, wo sich die Spreu vom Weizen trennt. Die Angaben von Drehmomenten bzw. einer richtigen Drehzahl- Drehmoment-Kurve sollten man vor dem Kauf in jedem Fall betrachten und sich detailliert ansehen. Das Drehmoment gibt, im Gegensatz zur Leistungsaufnahme eine Auskunft darüber, wie Leistungsfähig die Spindel an der Welle wirklich ist.

Kurzes Beispiel: Eine Chinaspindel wird mit einer Aufnahmeleistung von 2,5kW angegeben. Dagegen wird eine professionelle Spindel mit 2,0kW angeboten. Den preislichen Faktor lassen wir hier erstmal außen vor. Kaum einer würde sich aus den Angaben für die Profi Spindel entscheiden, da sie weniger Leistung besitzt. Das ist aber nur die halbe Wahrheit. Die 2,5kW und 2,0kW geben aber nur Auskunft darüber, wie hoch die elektrische Leistungsaufnahme ist. Aus unserem Beispiel von oben wird sich für das Drehmoment evtl. ergeben, dass die 2,0kW-Spindel ein Drehmoment von 1,5Nm und das 2,5kW-Gerät nur ein Drehmoment von 0,82Nm. Das sagt uns ganz klar, dass bei der Chinaspindel deutlich Leistung/Energie im Gerät selbst verbraten wird. 

Diese Verluste können verschiedenste Ursachen haben. Zum Beispiel: Unsaubere Wicklungen, ungenauer Rundlauf, Unwucht, spielhaltige Lagerstellen usw. Mein Tipp: Immer alle techischen Daten der Spindel geben lassen und gerne etwas genauer hinschauen.

Ich habe hier eine Liste erstellt mit Herstellern von professionellen HF-Spindeln:

  • Elte srl
  • HSD
  • PDS

Meine Entscheidung

Nach vielen vielen Anfragen, Telefonaten und Email-Kontakt habe ich mich für eine HF-Spindel von der Firma PDS entschieden. Für mich war es wichtig, dass die Spindel einen automatischen Werkzeugwechsler und ein gutes Leistungs- und Drehmoment Verhalten besitzt. Für mich ist die XLHS90 interessant, von der ich das Datenblatt im nachfolgenden Bild gezeigt habe. Das Gerät arbeitet mit ISO30 Werkzeugaufnahmen und besitzt ein Spizendrehmoment von 3,6Nm bei bis zu 12.000 1/min.

Datenblatt PDS XLHS90

Betrieben wird die Spindel bei mir mit einem Lenze-Frequenzumrichter mit 4kW, der kurzfristig bis zu 5,6kW leisten kann. Der Umrichter ist jedoch auf eine maximale Frequenz von 650Hz begrenzt. Das ist für mich jedoch keine große Einbuße, da ich in diesem hohen Drehzahlbereich nicht arbeiten werde. Viel wichtiger ist für mich die sensorlose Vektorregelung, die der Lenze Umrichter unterstützt. Damit ist es möglich die Drehzahl bei wechselndem Lastfall annähernd konstant zu halten. Das erhöht die Oberflächengüte deutlich. Um diese Technik jetzt ausführlich erklären zu können, benötige ich wahrscheinlich schon einen eigenen Beitrag. Kurz gesagt ist das Prinzip aber hier, dass Strom und Spannung verschiedene Phasenverschiebungen zueinander haben, welche sich bei Lastanpassungen ebenfalls ändern.

Fräswerkzeuge

Neben den üblichen feinen und kleinen Schaftfräsern im Bereich von 2 – 8mm möchte ich zudem noch auf zwei Messerköpfe zurückgreifen. Ich werde sie nicht nutzen, um möglichst viel Material in kurzer Zeit abzunehmen, wie es bei High-Speed-Cutting der Fall ist, sondern um bei Platten und großen Flächen eine schöne Oberfläche zu erreichen, bei denen ich möglichst wenige Versätze hinein bringen möchte. Eigentlich sollte der Kauf der Fräswerkzeuge noch etwas auf sich warten, da ich aber ein fast unschlagbares Angebot für Musterrückläufer erhalten habe, musste ich diese einfach kaufen. 

Ich habe mich für einen Messerkopf vom Typ 215160 40/4 der Firma Garant entschieden. Dieser Fräskopf hat einen Durchmesser von 40mm bei vier Schneiden. Dazu kommt noch ein Messerkop vom gleichen Typ mit drei Schneiden. Preislich liegen beide Fräser normalerweise zusammen bei ca. 500,00€, was mir bei weitem zu teuer war. Dazu kommen nochmal ca. 80€ für die Wendeschneidplatten.

 

 

 

 

 

 

Aktuell sind dort vier Wendeschneidplatten für den universellen Einsatz drauf montiert. Einen weiteren Messerkopf, ebenfalls mit 40mm Durchmesser habe ich mit 3 Schneiden gekauft um damit Aluminiumplatten zu bearbeiten. Bei Aluminiumlegierungen nutzt man möglichst wenig Schneiden, damit lange Späne mehr Platz zum Brechen haben. Bis ich die Werkzeuge nutzen kann, wird sicherlich noch etwas Zeit vergehen. 

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