Kommutator-Schleifmaschine: Kommutatorreparaturen an der Maschine ernst nehmen
Die meisten Kommutatoren Sie versagen nicht, weil niemand sie jemals nachbearbeitet hat. Sie versagen, weil jemand sie zum falschen Zeitpunkt mit dem falschen Schleifmittel nachbearbeitet hat, um das falsche Problem zu beheben. Eine Kommutator-Nachbearbeitungsmaschine ist nur dann nützlich, wenn man sie als kontrolliertes Bearbeitungswerkzeug und nicht als glorifizierten Schleifstab behandelt.
Inhaltsverzeichnis
Was ein Kommutator-Schleifgerät wirklich ist (wenn man es nicht mehr wie einen Stein am Stiel behandelt)
Wenn Sie bereits mit Gleichstrommotoren und Schleifringmaschinen arbeiten, bedeutet “Kommutator-Schleifgerät” eine von zwei Werkzeugfamilien. Auf der einen Seite gibt es die kleinen Handwerkzeuge: nichtleitender Griff, austauschbare Pads an der Spitze, jeweils eine mittlere oder feine Körnung, normalerweise etwa 5/16″ x 7/8″ an Griffen im Bereich von 8 bis 10 Zoll. Hersteller wie Martindale und Ideal verkaufen sie als “Smoothie”-Werkzeuge mit einem Polierstein an einem Ende und einem Finish- oder Mittelstein am anderen Ende, die speziell für den Einsatz in Motorgehäusen dimensioniert sind und gleichzeitig Ihre Hände isolieren.
Auf der anderen Seite gibt es echte tragbare Oberflächenbearbeitungsgeräte: Geräte im NSN-Stil, die an der Bürstenhalterung oder einem speziellen Arm befestigt werden, einen oder mehrere Steine in einer geführten Halterung tragen und die gesamte Kommutatorfläche überqueren, während der Rotor in seinen eigenen Lagern läuft. In der Spezifikation werden sie wörtlich als “tragbares Gerät zum Ausrichten von Kommutatoren oder Schleifringen ohne Demontage” bezeichnet, mit austauschbaren Steinen, die über die Oberfläche laufen.
Beide sind Kommutator-Schleifgeräte. Das eine ist ein geführter Schleifkopf auf einem Schlitten, das andere ist ein geführtes Schleifgerät, das Sie in der Hand halten. In beiden Fällen bearbeiten Sie Kupfer unter Live-Betriebsgeometrie. Das ist die Denkweise, die “schnelles Abwischen” von einer zuverlässigen Reparatur unterscheidet.
Wo passt ein Resurfacer tatsächlich unter die sieben klassischen Methoden?
Ein weit verbreiteter Leitfaden zur Wartung von Kommutatoren von Morgan listet sieben anerkannte Aufbereitungsmethoden in der Reihenfolge ihrer Präferenz auf: Drehen mit einem Diamantwerkzeug, Drehen mit Hartmetall, Schleifen mit einer rotierenden Scheibe, Drehen mit Schnellarbeitsstahl, Schleifen mit einem festen Stein, Schleifen mit einem Handstein und schließlich Scheuern mit Schleifleinen.
Ein Kommutator-Oberflächenbearbeitungsgerät kommt bei den letzten drei zum Einsatz. Es handelt sich um eine kontrollierte Methode, um auf einer laufenden Maschine mit einem festen Schleifstein oder Handschleifstein zu schleifen und die abschließende “tuchähnliche” Oberflächenbearbeitung durchzuführen, ohne die Armatur auf eine Drehmaschine zu ziehen. Wenn Sie bereits eine erhebliche Exzentrizität, stark abgestufte Stangen oder einen Verlust der Hintertiefe haben, kommt die Oberflächenbearbeitungsmaschine zu spät; zuerst muss mit Diamant- oder Hartmetall gedreht werden. Wenn Ihr Problem jedoch Streifenbildung, leichte Rillenbildung, Glasur oder eine zu glatte Oberfläche ist, ist die Oberflächenbearbeitungsmaschine das richtige Werkzeug.
Morgan weist auch darauf hin, dass konzentrische Rillen um den Kommutator herum in der Regel harmlos sind, während axiale Stufen von nur 0,025 mm zwischen den Stäben die Bürsten so stark beeinträchtigen können, dass es zu Abplatzungen und Lichtbögen kommt. Genau diese Art von Defekt kann mit einer richtig geführten Oberflächenbearbeitungsmaschine behoben werden, ohne die übrige Geometrie zu beeinträchtigen.
Rauheitsziele: nicht spiegelglatt, niemals glasig
Die meisten Handbücher verschweigen eine unangenehme Tatsache: Der Kommutator sollte nicht glänzend wie eine polierte Welle sein. Die Wartungshinweise von Mersen empfehlen, dass die Betriebsrauheit über etwa 0,4 μm Ra bleiben sollte; darunter werden Probleme wahrscheinlicher. Sie geben auch Arbeitsbereiche an: etwa 0,9–1,8 μm Ra für industrielle Kommutatoren und 0,5–1,0 μm Ra für kleine Maschinen unter 1 kW.
Morgans älterer Leitfaden sagt im Wesentlichen dasselbe in verschiedenen Einheiten: Die “Oberfläche”, die die Bürsten bilden, sollte nicht glatter als etwa 25 Mikroinch (ca. 0,64 μm) sein, und es wird ausdrücklich vor einer hochglanzpolierten, fast brünierten Oberfläche durch Diamantdrehen als Arbeitsfläche gewarnt. Eine weitere technische Anmerkung von Trade Engineering unterstreicht, dass übermäßig glatte, glänzende Oberflächen im Vergleich zu leicht strukturierten Oberflächen oft eine höhere Reibung und ein instabileres Bürstenverhalten aufweisen.
Die eigentliche Aufgabe des Oberflächenbearbeiters besteht also nicht darin, den Kommutator schön zu machen. Seine Aufgabe ist es, die Oberfläche wieder in den schmalen Bereich zu bringen, in dem die Bürsten vorhersehbar sitzen, sich ein gleichmäßiger Film bildet und beim Startstrom nichts Dramatisches passiert.
Wie sich das maschinelle Nachschleifen im Vergleich zu anderen Optionen verhält
Die folgende Tabelle bietet einen kompakten Überblick darüber, wo der Einsatz einer Kommutator-Schleifmaschine sinnvoll ist, wobei die Rauheits- und Geometriewerte verwendet werden, die in Wartungsunterlagen immer wieder auftauchen.
| Situation an der Maschine | Primäre Methode, auf die zurückgegriffen werden soll | Typische Aufgabe eines Kommutator-Schleifers | Praktische Rauheit nach der Bearbeitung (Ra, μm) | Ausfallzeitprofil |
|---|---|---|---|---|
| Oberflächenfilm uneben, Farbe fleckig, helle Streifen, kein deutlicher Übergang zwischen den Stäben | Geführte oder manuelle Oberflächenbearbeitung mit feinem oder mittlerem Schleifstein, anschließend Siliziumkarbid-Tuch | Hauptwerkzeug; Textur wiederherstellen und leichte Defekte entfernen, ohne den Durchmesser zu verändern | Etwa 0,9–1,8 μm für Industriemaschinen; 0,5–1,0 μm für Kleinmotoren | Ein geplanter Stopp, Rotor bleibt im Rahmen |
| Bürsten funken an einigen Stäben, messbarer Abstand von 0,02–0,03 mm zwischen benachbarten Segmenten, TIR noch akzeptabel | Fest installierte oder tragbare Oberflächenbearbeitungsmaschine, die auf einer Bürstenvorrichtung montiert ist | Hauptwerkzeug für lokale Korrekturen entlang des gesamten Umfangs; Drehmaschine noch nicht erforderlich | Ähnlicher Bereich von 0,9–1,8 μm, wobei darauf zu achten ist, dass eine übermäßige Glättung vermieden wird. | Einzelne Ausfälle, häufig innerhalb des normalen Wartungsfensters |
| Schwere Abflachungen, starke Rillen, deutliche Unrundheit, Hinterschneidung fast verschwunden | Drehen mit Diamant oder Hartmetall, dann Ausfräsen, dann Gewebeveredelung | Nur zur Texturanpassung nach dem Drehen und zur kontrollierten Aufrauhung nach einer zu glatten Diamantbearbeitung | Nach dem Drehen mit Stein oder Tuch auf 0,9–1,8 μm einstellen. | Längerer Ausfall, Rotor entfernt oder Maschine weit geöffnet |
| Oberfläche glasartig, Film dick, aber Geometrie noch gut, geringe Probleme mit Bürstenstrom | Mittelfeiner Schleifstein auf rotierendem Kommutator | Resurfacer ersetzt lose Steine; Druck und Radius lassen sich leichter kontrollieren. | Rauheit wieder über etwa 0,4 μm bringen | Kurz, wird oft während der Routineinspektion durchgeführt |
| Verunreinigung, leichte Lochfraßbildung, aber IR und Stufenblech bleiben akzeptabel | Bürstenbasierte Reinigung oder nichtleitende Schleifmittel für Kommutatoren | Resurfacer sparsam verwenden, hauptsächlich bei lokalen Defekten | Innerhalb normaler Grenzen; aggressiven Materialabtrag vermeiden | Sehr kurzer Stopp; der Fokus liegt auf Sauberkeit, nicht auf Umgestaltung. |
Die hier angegebenen Werte sind keine engen Toleranzen, sondern spiegeln lediglich die Rauigkeitsbereiche und qualitativen Empfehlungen aus Branchenleitfäden und Rauigkeitstabellen wider. Der Punkt ist: Eine Oberflächenbearbeitungsmaschine gehört in dieselbe Entscheidungstabelle wie die Drehmaschine und die Schleifmaschine und nicht in die Schublade “Verschiedene Handwerkzeuge”.
Steingrad und Bindung: Was auf der Werkzeugspitze wirklich zählt
Kommerzielle Kommutator-Schleifmaschinen werden aus gutem Grund mit bestimmten Steinkombinationen geliefert. Der Katalog von Martindale beschreibt staubfreie, feinkörnige Schleifmittel in Polier- und Finish-Qualitäten mit einem nicht leitenden, gebogenen Griff. Die Geräte von Ideal sind in den Varianten Medium, Polieren und Finish erhältlich, wobei die Abmessungen auf die jeweiligen Maschinen abgestimmt sind.
Hinter dem Marketing kann man sich drei einfache Schritte vorstellen. Erstens einen mittelgroben Stein, um Grate zu entfernen, die Glasur aufzubrechen und die Oberfläche wieder in einen funktionalen Rauheitsbereich zu bringen, ohne jedes Mikrometer Abweichung zu verfolgen. Zweitens einen feineren Stein oder Pad, um die gröbsten Spitzen aus dem ersten Durchgang zu entfernen, wobei noch ein klares Muster zurückbleibt, das die Bürsten nachverfolgen können. Drittens: Siliziumkarbid-Tuch oder ein gleichwertiges feines Schleifmittel für die Endbearbeitung, wenn dies in der technischen Anleitung gefordert wird. Morgan empfiehlt ausdrücklich Siliziumkarbid mit einer Körnung von 150–200 als Standard für die Endbearbeitung nach dem Drehen und Aushöhlen, wobei Schmirgel nur für bestimmte Reinigungsarbeiten verwendet werden sollte, wenn überhaupt.
Mersens Hinweis zur Rauheit fasst dies zusammen, indem er warnt, dass Sie die Oberfläche, wenn sie im Betrieb unter etwa 0,4 μm Ra fällt, bewusst mit einem mittelgroben Schleifstein wieder aufrauen sollten, um genügend Spitzen pro Zentimeter wiederherzustellen, wobei Sie in der Praxis etwa 100 Spitzen pro Zentimeter anstreben sollten. Genau das leistet die “Finish”-Seite eines Oberflächenbearbeitungsgeräts, wenn es diszipliniert und nicht aus Gewohnheit eingesetzt wird.
Wahl des Schleifmittels: Schleifpapier und leitfähiges Schleifkorn
Mehrere Reparaturhinweise der EASA und anderer Stellen wiederholen dieselbe Warnung: Aluminiumoxid-Schleifleinen ist für Kommutatoren und Schleifringe ungeeignet, da leitfähige Fragmente in der Oberfläche haften bleiben und Lichtbogenbildung und Schäden begünstigen können. Dennoch findet sich Schleifleinen nach wie vor in vielen Werkzeugtaschen.
Wenn Sie eine Kommutator-Schleifmaschine mit austauschbaren Steinen verwenden, ist diese Warnung leichter zu befolgen. Sie wählen nichtleitende Schleifsteine, die für Kupfer- und Kohlenstoffsysteme ausgelegt sind, anstelle von generischen Schleifmitteln aus dem Fachhandel. Für lose Tücher werden in der Regel Produkte auf Siliziumkarbid- oder Granatbasis empfohlen, und die besseren Anleitungen empfehlen, mindestens 150 Grad des Kommutators zu umwickeln und Fingerdruck zu vermeiden, der die Segmentkanten abrundet.
In der Praxis bedeutet das, dass dein Resurfacer-Kit langweilig sein sollte: speziell angefertigte Steine, keine selbstgemachten Blöcke mit irgendwelchen Schleifmitteln, die gerade zur Verfügung standen, keine Messerschärfsteine mit unbekannter Zusammensetzung. Das wusstest du eigentlich schon, aber der Resurfacer macht es nur durchsetzbar.
Eine Behandlung zur Hauterneuerung, realistisch gesehen
Stellen Sie sich eine Maschine vor, die seit Jahren in Betrieb ist. Die Farbe des Films ist ungleichmäßig. Es gibt leichte axiale Streifen, aber keine eindeutigen Anzeichen für einen massiven Sprung zwischen den Stäben, und die Isolationsprüfungen sind in Ordnung. Sie möchten den Rotor nur herausziehen, wenn es unbedingt notwendig ist.
Die Vorgehensweise mit einem geeigneten Oberflächenbearbeitungsgerät sieht in etwa wie folgt aus. Zunächst überprüfen Sie, ob der Kommutator strukturell stabil ist: keine losen Stäbe, keine offensichtlichen mechanischen Beschädigungen, Unterschnitttiefe noch vorhanden. Morgans Leitfaden ist in diesem Punkt eindeutig: Überprüfen Sie die Glimmeraussparung, bevor Sie Drehen oder Schleifen vornehmen, wodurch sie entfernt werden könnte, und entscheiden Sie niemals allein aufgrund der Farbe, dass der Kommutator “bearbeitet werden muss”.
Als Nächstes montieren Sie die Schleifmaschine auf der Bürstenhalterung oder einer ähnlichen Halterung, sodass der Stein bei Betriebsgeschwindigkeit gerade über die Oberfläche läuft. Bei der Montage sparen viele Leute an der falschen Stelle. Der Stein sollte eine gleichmäßige Bahn beschreiben, mit einem kontrollierten Nachlaufwinkel, falls vom Hersteller angegeben. Einige Dokumente zur Rauheit empfehlen sogar, dass der Schleifstein mit einer Nachlauforientierung läuft, um den Schneidevorgang stabil zu halten.
Sie beginnen mit einem mittelgroben Schleifstein. Der Anpressdruck ist gering. Der Schleifstein sollte einen bedeutenden Bogen des Kommutators abdecken, nicht nur einige wenige Stäbe, daher sind die Bogenlänge und der Radius wichtiger, als man intuitiv vermuten würde. Einige wenige Durchgänge reichen aus, es handelt sich nicht um Grobschleifen. Zwischen den Durchgängen blasen Sie Kupferstaub und Kohlenstoffrückstände weg, anstatt sie einbetten zu lassen.
Anschließend wechseln Sie zu einem feineren Schleifstein oder Polierpad. Das Ziel besteht nicht darin, alle Spuren zu entfernen, sondern eine gleichmäßige, fein strukturierte Oberfläche zu erzielen. Wenn zuvor Diamantdrehen oder starkes Schleifen durchgeführt wurde und eine fast spiegelglatte Oberfläche entstanden ist, “verfälschen” Sie hier bewusst diese Perfektion, um die von Morgan und Mersen beschriebene Rauheit des Arbeitsbandes wiederherzustellen.
Anschließend überprüfen Sie die Glimmeraussparungen. Mit geeigneten Werkzeugen wird jegliches in die Schlitze eingedrungene Kupfer entfernt. Morgan empfiehlt sogar ein kurzes Sägeband in einem Griff und kleine Schaber, deren Tiefe unter der Schlitzbreite liegt und deren scharfe Kanten um etwa einen halben Millimeter in einem Winkel von 45 Grad abgeschrägt sind. Erst wenn die Schlitze sauber und die Kanten abgeschrägt sind, kann die Oberfläche als einsatzbereit betrachtet werden.
Schließlich reinigen Sie gründlich. Kupferstaub, Kohlenstaub, Schleifkörner: All das muss aus der Maschine entfernt werden. Die besseren Anleitungen empfehlen, den Anker und das Feldsystem nach jeder Oberflächenbearbeitung oder Dreharbeit zu bürsten und abzusaugen. Das Überspringen dieses Schritts ist einer jener stillen Fehler, die sich Monate später in Form von mysteriösen Spurfehlern oder Überschlägen bemerkbar machen.
Häufige Fallstricke bei der Verwendung von Kommutator-Schleifmaschinen
Einige Fehler wiederholen sich in verschiedenen Branchen und Dokumenten. Die EASA weist darauf hin, dass viele Techniker in Situationen, in denen das zugrunde liegende Problem die Belastung oder die Bürstenqualität ist, auf Scheuertücher oder Steine zurückgreifen, sodass die Oberfläche zwar gereinigt wird, sich die Kommutierung jedoch nicht wirklich verbessert. Der Oberflächenbearbeiter deckt dieselbe Falle auf: Wenn die Maschine unter einer schlechten magnetischen Balance, defekten Zwischenpolen oder ungeeignetem Bürstenmaterial leidet, kann keine noch so gründliche Oberflächenbearbeitung den Lichtbogen stabilisieren.
Morgan warnt davor, Handsteine routinemäßig zur Reparatur an einer normal laufenden Maschine zu verwenden, da dies die Lebensdauer der Bürsten beeinträchtigt. Ein geführter Oberflächenbearbeiter ist weniger aggressiv, aber das Prinzip bleibt dasselbe: Sie planen die Oberflächenbearbeitung und schwingen das Werkzeug nicht bei jedem Funken, den Sie sehen. Wenn Sie bei jedem Ausfall zum Oberflächenbearbeiter greifen, müssen Sie wahrscheinlich mehr auf Ihr Inspektionsintervall, die Auswahl der Bürsten oder Ihre Kühlstrategie achten als auf das Kupfer.
Eine weitere häufige Falle besteht darin, die Oberfläche nach einer größeren Drehbearbeitung zu glatt zu bearbeiten. Diamantwerkzeuge mit hoher Oberflächengeschwindigkeit erzielen zwar ein optisch perfektes Finish, doch sowohl Morgan als auch Trade Engineering betonen, dass dies keine geeignete Arbeitsfläche für Bürsten ist, sodass ein separater Schleifschritt erforderlich ist. Ein Oberflächenbearbeitungsgerät mit dem richtigen Stein ist die schonendste Methode, um diesen Schritt der “kontrollierten Beschädigung” an der Maschine durchzuführen.
Und dann gibt es noch das Lebenszyklusdenken. Aerospacemanufacturing weist darauf hin, dass Sie bei richtiger Pflege des Kommutators mit einer Lebensdauer von zehn bis mehr als zwanzig Jahren rechnen können. Wenn Sie diese Lebensdauer in der Hälfte der Zeit aufbrauchen, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass die Oberflächenbearbeitung zu oft, zu aggressiv oder ohne ausreichende Berücksichtigung der Rauheitsgrenzen erfolgt.
Einsatz eines Resurfacer als Teil einer Wartungsstrategie, nicht als Notfallmaßnahme
Die eigentliche Stärke einer Kommutator-Schleifmaschine liegt nicht in ihrer Geschwindigkeit. Vielmehr können Sie damit bestimmte Oberflächenfehler beheben, während der Rotor mit voller Drehzahl in seinen eigenen Lagern im Rahmen verbleibt. Das bedeutet, dass Sie unter denselben mechanischen Bedingungen schleifen, denen die Bürsten täglich ausgesetzt sind, anstatt auf einer Drehmaschine mit anderen Auflagen und anderen Verformungen.
Sie nehmen es also wie jeden anderen Bearbeitungsprozess in Ihren Wartungsplan auf. Regelmäßige Inspektion mit klaren geometrischen Grenzwerten: maximal zulässiger Abstand zwischen benachbarten Stäben, minimale Glimmeraussparung, Rauheitsgrenzen, zulässige Filmabweichung, maximale Anzahl von Nachbearbeitungsvorgängen, bevor eine vollständige Drehung vorgeschrieben ist. Der Nachbearbeitungswerkzeug wird dann zum Routinewerkzeug, um Oberflächen innerhalb dieses Rahmens zwischen zu glatt und zu rau zu halten. Die Dreharbeit bleibt für den Fall vorbehalten, dass sich die Geometrie tatsächlich verändert hat.
Fazit: Ein Kommutator-Schleifgerät ist ein kleines, spezialisiertes Bearbeitungssystem, das sich in der Grauzone zwischen “in Ruhe lassen” und “Rotor ausbauen” bewegt. Bei Verwendung unter Berücksichtigung realer Zahlen – Rauheitsbänder, Segmentstufengrenzen, Auswahl des Schleifmittels – verlängert es still und leise die Lebensdauer des Kommutators und reduziert Probleme mit den Bürsten. Bei Verwendung als zufälliger Schleifstift verteilt es lediglich Kupferstaub und verkürzt die Zeit bis zu einer vollständigen Neuwicklung.
