Frequenzumrichter an Säulenbohrmaschine anbauen

[Advenoni]

Hallo zusammen,

da ich mit Frequenzumrichter täglich zu tun habe schreibe ich auch mal etwas dazu:
Je nach alter des Motors kann dieser mit einem Freuqenzumrichter betrieben werden. Da Problem bei älteren Motoren ist nicht die höhe der Spannung, sondern der Spannungsanstieg der von älteren Wicklungen die Isolation zerstört. Genau für dieses Problem gibt es sogenannten dU/dt-Filter, die den Spannungsanstieg verlangsamen und somit die Isolation schützen.
Grundsätzlich kann auch gesagt werden, je neuer ein Umrichter, des höher ist dieser Anstieg (und sein Wirkungsgrad besser).
Bei mir in der Werkstatt habe ich derzeit nur die Drehmaschine (eine alte Leinen L4Rs) mit Umrichter, aber auch neuen Motor ausgestattet um nicht mehr den Keilriemen und Lederriemen umlegen zu müssen. Hierbei verwende ich aber einen Servomotor mit Geber (Betrieb auch bei kleinen Drehzahlen kein Problem) der kurzfristig auch das 5-fache seines Nennmoments bringt. So in der Art wird das zumeist auch in der Industrie gemacht, da die hohen Momente oft nur kurzfristig benötigt werden.
Okay, das 5-fache schaffen nur Servo-Motoren, mit den meisten Asynchron-Motoren ca. das 1,5-2,5-fache, je nach Motor.
Bezüglich FI: Das Thema ist nicht so einfach. In der Industrie wird zumeist kein FI benötigt, da die Maschine fest angeschlossen ist.
Zumeist kann gesagt werden, dass pro 30mA FI Typ B nur 1! Motor mit Frequenzumrichter betrieben werden kann. Je nach Leistungsklasse des Umrichters geht es auch gar nicht und es müsste ein 300mA verwendet werden, wobei dieser nur noch als Brandschutz dient.
Weitere Möglichkeit bei manchen Umrichtern ist es den EMV-Filter abzuschalten. Hiermit hat man normal eine Probleme mehr mit dem FI (wird aber immer noch ein Typ B benötigt) aber man hält die EMV-Richtlinien nicht mehr ein, dass zur Störung anderer Geräte führen kann. Also im heimischen Bereich auch nicht ideal. Bei mir habe ich die Maschine mit einem 300mA Typ B angeschlossen, wobei die Maschine aber fest angeschlossen ist, bzw. eine andere einen speziellen Stecker hat, so dass kein anderer Verbrauchter an dieser angeschlossen werden kann.

Bezüglich deiner Bohrmaschine:
Zunächst wäre die Frage wie alt der Motor ist. wenn er nicht älter wie 30 Jahre ist würde ich einen Betrieb mit Umrichter riskieren.
Hierzu würde ich den Motor in Dreieck schalten (sofern es ein 230/400V Motor ist, ansonsten ist er eh schon im Dreieck) und dann mit der sogenannten 87Hz Kennlinie betreiben. Das heißt, dass du den Motor bis 87Hz (grob 2610 U/Min abzüglich Schlupf bei einer 4-poligen Maschine) betrieben kannst. Es sollten nach oben normal ca. 150 Hz möglich sein. Im unteren Drehzahlbereich kommt viel auf den Umrichter drauf an. Hat dieser nur das Regelverfahren U/f ist meist nicht so viel möglich. Besser geht es mit VVC+ (Danfoss) oder VFC (SEW), oder noch besser mit einem stromgeführten Verfahren wobei hier wieder sehr auf die Kühlung zu achten ist.
Hierbei wäre dann wichtig, dass entweder der Motor einen Thermokontakt hat, oder der Umrichter zumindest eine elektronische Motorüberwachung. Bitte nach einem Umrichter kein Motorschutzrelais oder Motorschutzschalter einsetzen, da dies durch den Umrichter bedingt zumeist zu Problemen führt und bei niedriger Drehzahl auch keinen zuverlässigen Schutz darstellt.
Und auch wichtig: Abschalten des Motor immer über Steuerkontakte am Umrichter, nicht über einen Schütz nach oder vor dem Umrichter. Vor dem Umrichter mögen es die Umrichter nicht besonders, nach dem Umrichter auch nicht und hier wird der Schütz auch nicht lange überleben, außer er ist extrem überdimensioniert.
Geräte die für solche Anwendungen kann gut sind wäre von Danfoss die VLT 2800 oder VLT 5000 Serie. FC302 dürfte zu teuer sein.
Oder von SEW dann die MoviTrac Geräte von Lenze evtl. die 8400'er
Falls noch was unklar ist einfach melden.

Gruß,
Martin

 

[Gelöschtes Mitglied 109767]

@Advenoni
Danke für diesen fundierten und erklärenden Beitrag.
Da wünscht man sich, dass es mehr solcher Beiträge von wirklichen "Profis" gibt

Viele Grüße
Alois

 

[fahe]

...na ja, Unterschiede zu meinen Aussagen sehe ich jetzt nicht...

Klar kann man mit heute üblichen Frequenzumrichtern eine niedrige Geschwindigkeit erreichen, ohne, dass man das mit drastischen Drehmomentverlusten "bezahlt". Ob das Nenndrehmoment eines in Tischbohrmaschinen oft und gerne verbauten Motörchens der 300-Watt-Klasse reicht, den 50er Forstner ordentlich zu bewegen...

Aber zu zweieinhalb Aussagen würde ich schon gern eine Anmerkung hinterlassen...

Das Problem auftretender glatter Gleichfehlerströme im Zusammenhang mit Frequenzumrichtern, das letztlich zur (keine Ahnung, aber mittlerweile wahrscheinlich sogar normativen) Forderung führt RCD/Fehlerstromschutzschalter vom Typ B/B+ einzusetzen, gilt für mehrphasig betriebene Frequenzumrichter (und ähnliche elektronische Betriebsmittel), vulgo: Drehstrom.

Die Gleichfehlerströme entstehen durch die eingangsseitige Gleichrichtung am Drehstromeingang des Umrichters. Zitat von Doepke: "Mehrphasig betriebene elektronische Betriebsmittel wie z. B. Frequenzumrichter (FU) oder Wechselrichter können im Fehlerfall einen glatten Gleichfehlerstrom erzeugen. Dieser durch die B6-Schaltung im Eingang des Frequenzumrichters hervorgerufene glatte Gleichfehlerstrom würde herkömmliche RCDs..."

Die mehr oder weniger im Beitrag von @Advenoni angedeutete Möglichkeit, eine frequenzumrichterbetriebene Maschine direkt, also ohne RCD anzuschließen, sollte von niemand in diesem Kreis hier als billiger Ausweg verstanden werden. Im gewerblichen Umfeld hat man andere Möglichkeiten. Bis hin zum IT-System mit Isolationsüberwachung...

Normativ richtig ist, dass laienbedienbare Anlagenteile (vulgo: alles mit Stecker...) über einen RCD mit max. 30mA Fehlerstrom anzuschließen sind. Damit kann der dem Personenschutz dienende vorgeschaltete RCD beim Festanschluß entfallen. Der gleiche Normengeber schreibt mittlerweile aber - durchaus sinnvollerweise - auch vor, dass auch reine Lichtstromkreise mittels RCD zu schützen sind (ja, ja, Glühlampe raus- und reindrehen ist "Laienkram").

Erstens gehe ich davon aus, dass (hoffentlich) alle Stromkreise Eurer Werkstätten über Fehlerstromschutzeinrichtungen Euer Leben im Fehlerfall schützen. Zweitens würde ein Festanschluß erfordern, die Unterverteilung zu ändern und eine zusätzliche Leitung zu ziehen. Für das Geld gibt's mittlerweile auch einen RCD, der in der Lage ist, glatte Gleichfehlerströme zu detektieren... ohne Kompromisse fürs Wohlergehen eingehen zu müssen.

In einem gewerblichen Umfeld ist auch der Hinweis sinnvoll, die Anzahl der hinter einem RCD/B angeschlossenen Frequenzumrichter zu betrachten. Dabei geht es vor allem um die betriebsbedingt eigentlich immer entstehenden Ableitströme, die zum größten Teil EMV-Maßnahmen von Filtern bis abgeschirmten Motorleitungen geschuldet sind.

Fehlerstromschutzschalter sind nicht in der Lage, zwischen Fehlerströmen und betriebsbedingt auftretenden Ableitströmen zu unterscheiden und können daher auslösen. Ableitströme entstehen übrigens auch bei einphasig betriebenen Frequenzumrichtern. Mehrere derartige Maschinen sollte man daher sinnvoll auf die Phasen L1-L3 aufteilen.

In einer Hobywerkstatt, in der Ihr allein arbeitet - und demzufolge wahrscheinlich kaum gleichzeitig mehrere Maschinen mit Frequenzumrichter zur gleichen Zeit betreibt, ist es imho auch eine Frage der Vernunft, eins und eins zusammenzählen zu können... und damit die Ableitströme unterhalb der Auslöseschwelle eines RCD zu halten. In meiner eigenen Werkstatt laufen alle Drehstromkreise über einen RCD/B 40/0,03 von Siemens.

Zu Ableitströmen finden sich hier viele praxisbezogene Aussagen.

Zu guter Letzt: Mir ist noch kein einziger Frequenzumrichter-Hersteller über den Weg gelaufen, der einen Hauptschalter vor dem Frequenzumrichter verbieten würde. Alle meine derartigen Maschinen haben einen Schalter vor der Anschlußdose sitzen. Und sei's auch nur, weil mich das Displayleuchten am Ende des Tages in der dunklen Werkstatt irritieren würde...

Eine Abschaltung zwischen FU und Motor mögen in der Tat die wenigsten Frequenzumrichter. Dafür gibt's imho aber auch keine Notwendigkeit. Den Motorschutz übernimmt der Frequenzumrichter. Und wer sich dessen Installation zutraut, sollte auch in der Lage sein, einen maschinenseitig vorhandenen Motorschutzschalter außer Betrieb zu nehmen.

PS: Auch zum Thema RCD und FU habe ich eine "Bibel". Die ist von Doepke, ich habe die allerdings nur als PDF in meinen Unterlagen, weiß nicht mehr, wo ich die wann gefunden habe... und kann die aus Urheberrechtsgründen nicht einfach hier ablegen. Wer sie haben will, dem schicke ich sie per Mail.

PPS: Warnen würde ich an der Stelle noch einmal vor dem oft gesehenen Versuch, mehrphasig betriebene Frequenzumrichter an einem "normalen" Typ-A-RCD zu betreiben. In aller Regel freuen ich die Hobbyisten dann in Foren "Aber bei mir funktioniert's..." Mag sein - was die schlichte Tatsache anbelangt, dass die ihre Maschine betreiben können, ohne, dass der RCD auslöst.

Wenn der Fehlerstromschutzschalter allerdings durch den FU-Betrieb vorgeschädigt, weil vormagnetisiert ist, löst der auch nicht mehr aus, wenn die Leute einmal an einem anderen Gerät einen Fehler haben. Ganz ehrlich: An einem oridinären Schutzklasse-I-Gerät stirbt es sich wahrscheinlich nicht deutlich unterhaltsamer...





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[Advenoni]

Bezüglich des Abschaltens vor dem Umrichter:
Gemeint war hier das normale An und Ausschalten des Motors. Klar darf der Umrichter Netzseitig, wie von @fahe gesagt, abgeschalten werden, aber dies sollte nicht für die normalen Schaltvorgänge hergenommen werden. Häufiges Ein- und Ausschalten der Versorgung mögen diese nämlich nicht. Ist bei den Herstellern normal auch angegeben wie oft pro Minute das Netz geschalten werden darf.

Zum FI bzw. RCD wurde soweit glaub so gut wie alles geschrieben. Auf gut deutsch: FI Typ B mit 30mA (auch wenn's teuer wird, wobei die durch die Wallboxen auch billiger geworden sind), und bei einer Maschine mit der im privaten Umfeld nötigen Leistung sollte es keine Probleme geben.

Gruß,
Martin

 

[DZaech]

Ich stelle mir in Bezug auf das FI Typ B folgende Frage. Heute ist in sehr vielen Maschinen ein FU zu finden. Ein FI Typ B allerdings habe ich „einfach so“ noch in keinem Verteilkasten gesehen. In nahezu jeder Werkstatt findet sich irgendwo ein Umrichter.

Seit (jetzt schon) Jahrzehnten sind FUs das Mittel der Wahl z.B. für Verstellmotoren (siehe z.B. @elmgi s Hofmann Dickte), an jeder Kantenanleimmaschine sind mehrere FUs zu finden, stufenloser Vorschub z.B. an Breitbandschleifmaschinen geschieht fast immer per FU, oder zu guter letzt auch fast jeder Drechselbank ist mit einem FU ausgerüstet. Mich hat bisher noch NIE ein Händler, Verkäufer oder auch Elektriker auf die FU - RCD Thematik hingewiesen. Ich betreibe selbst mehrere Maschinen mit FU, die KAM hat sogar mehrere Stück verbaut.

Keine dieser Maschinen hängt an einem FI Typ B, es hat auch noch nie ein FI wegen diesen Maschinen ausgelöst.

Andernorts hatten wir sogar die Altendorf F45 mit einem FU, in 11kW Ausführung. Auch die wurde ohne Bedenken vom Elektriker angeschlossen und hat stets an einem gewöhnlichen FI funktioniert.

Von da her frage ich mich ob diese ganze „Problematik“ wirklich eine ist?

 

[Sire Toby]

Ich bin leider kein Elektriker-Aber ist das nicht genau das Problem, dass diese FI‘s eben wegen der Gleichstromstromproblematik nicht auslösen?
Das wäre ein bisschen so wie bei den Hundebesitzern, die immer sagen der beisst nicht, bis sie dann sagen:“das hat er aber noch nie getan…“
Grüße von dem elektrisch eher übervorsichtigen Tobias

 

[Advenoni]

Hallo @DZaech ,
ich kenne die Problematik bei uns geschäftlich (Ziegeleianlagen bzw. früher auch Holzanlagen für Keilzinken, usw.). Hier sind eigentlich nie FI-Schutzschalter verbaut (außer für die Steckdosen im Schaltschrank und Beleuchtung), ab und an mal welche die einstellbar sind, wobei die dann oft im Bereich von mehren Ampere eingestellt werden müssen wegen den vielen Ableitströmen die der Umrichter im Normalbetrieb hat.
Üblich sind im Holzbereich für gewisse Sachen wie z.B. die Versorgung der Haltebremsen Brandschutzschalter.
Eine Kunde wollte mal alle Umrichter mit 30mA FI haben, aber dies war im dann zu teuer, da zum Teil dann nur 1 FU geht, bzw. bei großen Leistungen schon von einem FU die regulären Ableitströme über den 30mA sind.

Auf Baustellen ist soweit ich weiß bei den Baustromverteilern inzwischen der Typ B Vorschrift, da die meisten Kräne inzwischen mit Umrichtern betrieben werden.

Im normalen Haushalt findet man diese inzwischen öfters bei den Wallboxen, da je nach Hersteller hier auch ein Typ B vorgeschrieben ist (wenn diese selbst keine Gleichstromfehlerüberwachung besitzen).

Bei den Maschinen die sonst noch Umrichter drin haben (eigentlich ja auch jede CNC-Maschine) wäre eigentlich der Typ B Vorschrift. Es könnte wieder anders aussehen, wenn der besagte Stromkreis an gar keinem FI hängt (da dieser gestört werden kann) und auch keine dem Laien zugängliche Steckdose hat. Hat die Maschine selbst eine Steckdose, so müsste hierzu dann in der Maschine ein FI verbaut sein.
Ich weiß jetzt nicht wie es bei solchen Maschinen üblich ist: Sind diese fest angeschlossen, oder hat der Hersteller selbst evtl. sogar einen FI Typ B verbaut? Die Maschine dürfte dann aber dennoch an keinen Stromkreis mit einem FI Typ A angeschlossen sein...

Was noch zu sagen wäre ist, dass die meisten Markengeräte einen Erdschluss selbst erkennen, aber dieser dürfte mit Sicherheit nicht für einen Personenschutz ausreichend sein.

Gruß,
Martin

 

[DZaech]

Hallo Martin

Danke für deine Antwort.
Ich denke auch, dass viele Hersteller davon ausgehen, dass gar kein FI verwendet wird, da Festanschluss. Soweit wäre das ja auch kein Problem, ist doch zulässig und bei Grossmaschinen ja durchaus auch heute noch üblich. Hier wird argumentiert dass ein normaler FI einen etwaigen Fehlerstrom nicht erkennt. Soweit ok, aber bei einem Anschluss ohne FI wird das ganze doch keineswegs besser. Oder anders gesagt, ob ohne FI angeklemmt, oder über einen (nur eventuell) nicht funktionierenden FI angeschlossen macht nur wenig Unterschied. Mit dem Standard-FI ist wenigstens jeder andere Fehlerfall in der Maschine (neben dem FU) überwacht.

Ich für mich ziehe folgendes daraus:

Meine Maschine ist mit einem FI abgesichert, der aber evtl. nicht auslöst bei einem Fehlerfall im Umrichter.
Theoretisch müsste aber auch gar kein FI dran sein, wäre trotzdem ganz konform und betriebssicher.
-> Also der Typ A FI ist immer noch besser als gar keiner (was zulässig wäre), oder sehe ich das falsch?
Und ein paar Stromkreise in einer Firma mal eben auf Typ B umrüsten geht ziemlich schnell ins Geld. Ein FI Typ B als 63A kostet über 500.- pro Stück, da ist schon ein ordentlicher Preisunterschied zu einem normalen. Sowas in einer (gemieteten) Werkstatt einbauen lassen, wäre eine recht happige Sache. Zumal aus gesetzlicher / sicherheitstechnischer Sicht schonmal gar keiner notwendig wäre.

Oder wie ist das zu verstehen?

 

[Advenoni]

Hallo @DZaech ,

das Problem mit dem normalen FI ist, dass du diesen außer Funktion setzen kannst. Sofern also auf dem FI noch Steckdosen oder andere sonstige Verbrauchter draufhängen, kann es sein, dass der FI nicht mehr auslöst wenn hier ein Fehlerfall passiert.
Daher darf einem FI Typ A eigentlich kein FU angeschlossen werden.

Ein separater FI wäre eigentlich nicht nötig, es würde reichen den Typ A durch einen Typ B zu ersetzen.
Andere Möglichkeit wäre noch alle Maschinen mit FU ohne FI zu betrieben. Diese müssten dann aber fest angeschlossen werden, oder über nicht normale Stecker. Es gibt den CEE-Stecker auch als 1h Variante, d.h. es kann kein normaler Stecker (6h) eingesteckt werden. Diese Stecker sind aber auch nicht gerade günstig...

Inzwischen gibt es ja sehr günstige FI Typ B (um die 100€) aber irgendwie nur von Herstellern die ich nicht kenne...

Gruß,
Martin

 

[fahe]

...es gibt in dem Bereich kaum wirkliche Nach- und/oder Umrüstpflichten. Die zum Ersatz alter Kragenstecker fiele mir ein. Das war's dann aber auch schon, was mein Gedächtnis dazu hergibt.

Selbst die seit 1984(!) bestehende Pflicht, bei Neuerrichtung/wesentlichen Änderungen eine Fehlerstromschutzeinrichtung für Bäder - seit 2009 für alle Steckdosenkreise, seit 2019 auch für alle Steckdosenkreise bis 32A und Lichtstromkreise - zu verbauen, hat imho bis heute nicht dazu geführt, dass eine generelle Nachrüstpflicht eingeführt wurde.

Das sollte Deine Frage eigentlich beantworten... Du/man kannst/kann also selbst eine Anlage in klassischer Nullung weiterbetreiben, solange die keine wesentliche Änderung erfährt und den Anforderungen zum Zeitpunkt der Errichtung entspricht. Was Du/man/und evtl. ein Richter sagen, wenn das Kind tot daneben liegt, ist eine andere Frage.

Die Probleme von glatten Gleichfehlerströmen im Zusammenhang mit Frequenzumrichtern, Schaltnetzteilen etc. werden meiner Wahrnehmung nach seit fast zehn Jahren diskutiert. Dito die durch Vormagnetisierung der Auswerteeinheit "normaler" Typ-A-RCD, die - wie ja nun mehrmals nicht nur von mir geschrieben - dazu führen kann, dass der RCD bei einem anderen Fehler eines anderen Geräts nicht auslöst.

Eine normative Forderung existiert imho aber erst seit drei oder vier Jahren.1)

Momentan kommen extrem viele Verbraucher - bspw. Wallboxen - an die Strippe, so dass der Bedarf für allstromsensitive Fehlerstromschutzschalter etc. kräftig ansteigen dürfte. Ich denke, damit einhergehen wird auch eine entsprechende Preisentwicklung.

Ok, momentan eher schwierig zu beurteilen, denn auch in dem Bereich spielen die Preise gerade aus anderen Gründen verrückt.

Inzwischen gibt es ja sehr günstige FI Typ B (um die 100€) aber irgendwie nur von Herstellern die ich nicht kenne...

...so ein Ding türkischer Produktion lief mir mal in der Bucht über den Weg. Der Anbieter schrieb sinngemäß, er würde jeden vor Versand messtechnisch überprüfen... Uihhh... Wenn nicht einmal der Anbieter - dessen messtechnische Ausrüstung ebenso unbekannt wie sein Know how sind - dem Hersteller vertraut, würde ich mein Mißtrauen da auch anschließen und auf alle Fälle so etwas nicht kaufen...


1) Ja, bei manchen Normen kann man schon auf den Gedanken verfallen, dass da eine gewisse Lobbyarbeit... Das heißt ja aber nicht im Gegenzug, dass die in Normen vorgegebene Lösung Mist oder überflüssig ist. Zumal letztlich stets der ausführende Eli die Entscheidung trifft.

Wer schon einmal eine wegen eines Kurzschlusses lichterloh abbrennende Tischlerei gesehen hat, bei der sich die Feuerwehr darauf beschränken musste, die umgebende Bebauung zu schützen, sieht vielleicht sogar die Forderungen nach dem Einbau von Brandschutzschaltern in solchen Anlagen etwas anders, als nur von der Gier der Hersteller getrieben.

 

[McIlroy]

elbst die seit 1984(!) bestehende Pflicht, bei Neuerrichtung/wesentlichen Änderungen eine Fehlerstromschutzeinrichtung für Bäder - seit 2009 für alle Steckdosenkreise, seit 2019 auch für alle Steckdosenkreise bis 32A und Lichtstromkreise - zu verbauen, hat imho bis heute nicht dazu geführt, dass eine generelle Nachrüstpflicht eingeführt wurde.

Kann ich bestätigen. In unserem Haus ist kein einziger FI, nichtmal fürs Bad.