Synchronmotor

Was ist ein Synchronmotor?

Der Synchronmotor ist ein Drehstromantrieb, dessen Rotor exakt mit der Drehzahl des Statordrehfeldes läuft. Anders als beim Asynchronmotor gibt es keinen Schlupf. In der Motorspindel kommt fast immer die permanenterregte Synchronmaschine zum Einsatz: Der Rotor trägt Permanentmagnete, die ein konstantes Magnetfeld liefern. Das Statorfeld koppelt an dieses Magnetfeld und zieht den Rotor synchron mit.

Weil die Magnetisierung des Rotors nicht erst durch induzierte Ströme aufgebaut werden muss, entstehen im Rotor kaum Verluste. Das macht den Synchronmotor verlustärmer und thermisch günstiger als einen vergleichbaren Asynchronmotor, besonders im Rotorbereich.

Vorteile in der Motorspindel

Der Synchronantrieb wird dort eingesetzt, wo hohe Leistungsdichte gefragt ist. Auf gleichem Bauraum liefert er mehr Drehmoment als ein Asynchronmotor, weil das Rotorfeld bereits durch die Permanentmagnete bereitsteht.

Typische Vorteile:

• Hohe Leistungsdichte auf kompaktem Bauraum, wichtig bei kleinen Spindeln
• Geringe Rotorverluste, dadurch weniger Wärmeeintrag in die Spindelwelle
• Gute Drehzahlkonstanz, da die Drehzahl direkt an die Umrichterfrequenz gekoppelt ist

Diese Eigenschaften machen den Synchronmotor zur bevorzugten Wahl in vielen modernen Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeitsspindeln.

Lageerfassung ist Pflicht

Ein permanenterregter Synchronmotor läuft nicht von selbst an einer festen Frequenz an. Der Frequenzumrichter muss jederzeit wissen, wo der Rotor steht, um das Statorfeld korrekt auszurichten. Diese Rotorlage liefert ein Drehgeber oder ein Resolver, der fest mit der Spindelwelle verbunden ist.

Fällt das Lagesignal aus, kann der Antrieb nicht mehr kommutieren. Die Spindel läuft dann unrund an, blockiert oder löst eine Störung am Umrichter aus. Bei Synchronspindeln gehört das Gebersystem deshalb fest zur Diagnose dazu.

Schäden und Abgrenzung zur Mechanik

Am Synchronantrieb treten vor allem zwei elektrische Schadensbilder auf: ein Wicklungsschaden im Stator durch Überhitzung oder Isolationsversagen und die Entmagnetisierung der Rotormagnete bei zu hoher Temperatur. Letztere ist kritisch, weil sich entmagnetisierte Magnete nicht ohne Weiteres wiederherstellen lassen.

Wichtig ist die saubere Trennung der Komponenten: Die mechanische Spindelinstandsetzung an Lagern, Welle und Dichtungen ist etwas anderes als die Instandsetzung des Antriebs. Eine Spindel-Diagnose misst Statorwicklung, Isolationswiderstand und Gebersignal und ordnet den Schaden der richtigen Baugruppe zu. Erst danach legt die Spindelreparatur das passende Vorgehen fest.