Neuer Mitsubishi Servomotor HF-SP81J HFSP81J

Mitsubishi HF-SP81J | MELSERVO-J3 AC-Servomotor — 850W, 8,12 Nm, 1000 U/min Nenn / 1500 U/min Max, Öldichtung, 18-Bit Absolut, IP67

Teilenummer: HF-SP81J

Serie: MELSERVO-J3 — HF-SP Serie Mittlere Trägheit, Mittlere Leistung

Ausführung: Glatte Welle, Öldichtung, Integrierter 18-Bit Absolutwertgeber

Nennleistung: 850 W (0,85 kW)

Nenndrehmoment: 8,12 Nm

Spitzendrehmoment: 24,4 Nm

Nenndrehzahl: 1.000 U/min

Max. Drehzahl: 1.500 U/min

Nennstrom: 4,5 A

Versorgungsspannung: 200-VAC-Klasse

Trägheitsmoment: 0,00178 kg·m² (17,8 kg·cm²)

Flanschgröße: 130 × 130 mm

Schutzart: IP67

Abmessungen: H177,5 mm × B130 mm × T217,5 mm

Zustand: Neu

Übersicht

Der Mitsubishi HF-SP81J ist ein 850W AC-Servomotor mittlerer Trägheit aus der MELSERVO-J3 HF-SP Serie, optimiert für hohen Drehmoment bei niedriger Drehzahl — Nennleistung bei 1.000 U/min, mit einer Obergrenze von 1.500 U/min.

Bei 8,12 Nm Nenndrehmoment und 24,4 Nm Spitze liefert dieser Motor eine Drehmomentleistung, die weit über dem liegt, was ein 850W-Motor bei 3.000 U/min erzeugen würde.

Die niedrige Nenndrehzahl ist die technische Begründung: Drehmoment ist Leistung geteilt durch Winkelgeschwindigkeit, also erhöht die proportionale Erhöhung des verfügbaren Drehmoments bei gleichbleibender Ausgangsleistung und reduzierter Drehzahl. Der HF-SP81J liefert bei 1.000 U/min mehr als das Dreifache des Nenndrehmoments eines vergleichbaren 850W-Motors mit 3.000 U/min.

Der Suffix "J" kennzeichnet die Öldichtung — eine Lippendichtung am Wellenaustritt, die vor Schmierstoffnebel, Kühlschmierstoffspritzern und Partikeleintritt durch den Wellenspalt schützt. In Kombination mit der Gehäuseschutzart IP67 ist der HF-SP81J gegen zeitweiliges Eintauchen in definierter Tiefe abgedichtet und damit einer der robustesten Motoren der HF-SP Serie.

Diese Dichtungsstufe eignet sich für feuchtere, stärker kontaminierte Umgebungen, in denen Achsen mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment häufig eingesetzt werden: Wickelmaschinen, Spannrollen, Förderantriebe in der Nähe von Kühlflüssigkeiten und Werkzeugmaschinen-Revolver- oder Drehtischapplikationen, bei denen der Motor in einem kühlmittelreichen Gehäuse sitzt.

Der 18-Bit-Absolutwertgeber mit 262.144 Impulsen pro Umdrehung ermöglicht die Positionsbeibehaltung bei Stromausfällen ohne Referenzfahrt beim Start und versorgt die Hochauflösungs-Geschwindigkeits- und Positionsregelschleife eines MELSERVO-J3-Verstärkers.

Der 130 × 130 mm Flansch und die Gesamtgröße von 177,5 × 130 × 217,5 mm ordnen ihn physisch in die gleiche Klasse wie andere mittelgroße Servomotoren mit 130-mm-Flansch ein, während die erweiterte Tiefe (217,5 mm gegenüber 173,5 mm bei einem vergleichbaren 2.000 U/min-Modell) den längeren Stator widerspiegelt, der für die Erzeugung des hohen Drehmoments bei niedriger elektrischer Frequenz erforderlich ist.

Wichtige Spezifikationen

1.000 U/min Nenndrehzahl — Auslegung für hohes Drehmoment

Die Nenndrehzahl von 1.000 U/min des HF-SP81J platziert ihn in eine spezielle Kategorie innerhalb der HF-SP Serie.

Die meisten Servomotoren dieser Leistungsklasse laufen mit 2.000 oder 3.000 U/min Nenndrehzahl, was der typischen Anforderung von CNC-Vorschubachsen entspricht, bei denen die Kugelgewindegeschwindigkeit die erforderliche Motordrehzahl bestimmt. Die 1.000 U/min-Variante — die "1" Geschwindigkeitsbezeichnung im SP81 — existiert für Anwendungsszenarien, bei denen hohes Drehmoment bei niedriger Wellendrehzahl die primäre Anforderung ist, ohne die Trägheit und Komplexität eines Zwischenuntersetzungsgetriebes zwischen Motor und Last.

Direktantriebsanwendungen profitieren am meisten von diesem Design.

Ein Motor mit 1.000 U/min, der direkt an einen Mechanismus gekoppelt ist, kann kontinuierlich 8,12 Nm ohne Getriebe liefern — Eliminierung von Spiel, Reduzierung der mechanischen Nachgiebigkeit, Vereinfachung der Wartung und Entfernung des Getriebes als potenzielle Fehlerquelle. Für Anwendungen, bei denen der natürliche Drehzahlbereich des Mechanismus 0–1.000 U/min beträgt und die Drehmomentanforderung anhaltend ist, liefert der HF-SP81J dies über den Motor selbst und nicht über ein Getriebe, das von einem 3.000 U/min-Motor heruntergeschaltet wird.

Die 24,4 Nm Spitze — das Dreifache des Nenndrehmoments — liefert den Beschleunigungsimpuls, der benötigt wird, um hochträgheitsbehaftete Lasten schnell vom Stillstand in den Arbeitsbereich zu bewegen.

Mit einem Trägheitsmoment von 0,00178 kg·m² ist der Rotor selbst im Vergleich zu kleineren Motoren erheblich, was bedeutet, dass der Motor mäßig schwere Lasten koppeln kann, ohne dass das Servosystem durch große Trägheitsunterschiede destabilisiert wird.

24,4 Nm Spitzendrehmoment — Beschleunigung bei hochträgheitsbehafteten Lasten

Das Verhältnis von Spitze zu Nennmoment von 3:1 ist in der HF-SP Serie konstant, und bei 8,12 Nm Nennwert ergibt sich eine Spitze von 24,4 Nm, die eine erhebliche Beschleunigungsleistung für die Arten von Lasten bietet, für die der HF-SP81J ausgelegt ist.

Wickelspulen, Drehtische, Förderbandantriebe und ähnliche Mechanismen können erhebliche rotierende Massen tragen — und diese Masse vom Stillstand in den Betriebszustand innerhalb des Zykluszeitbudgets der Maschine zu bringen, hängt davon ab, dass ein Spitzendrehmoment über dem Betriebsanforderung liegt.

Die praktische Einschränkung ist der Arbeitszyklus. Spitzendrehmoment zieht Spitzenstrom — das 3,2-fache des Nennstroms bei einem Verhältnis von Spitze zu Nennwert von 3:1 — und der elektronische Überhitzungsschutz im MELSERVO-J3-Verstärker überwacht den RMS-Strombedarf über die Zeit.

Kurze Beschleunigungsimpulse bei Spitzendrehmoment sind innerhalb des thermischen Modells zulässig; ein anhaltender Betrieb bei Spitzendrehmoment ist es nicht.

Die Auslegung des Servosystems — Lastträgheit, Verfahrweg, Beschleunigungszeit, anhaltendes Betriebsdrehmoment — muss bestätigen, dass der im Arbeitszyklus gemittelte RMS-Drehmomentbedarf innerhalb des Nennwerts von 8,12 Nm bleibt, während das Spitzenbeschleunigungsdrehmoment 24,4 Nm nicht überschreitet.

Bei Wickel- und Spannungsregelungsanwendungen, bei denen die Lastträgheit kontinuierlich abnimmt, wenn Material auf der Spule angesammelt oder abgewickelt wird, liefert das Trägheitsmoment des Motors von 0,00178 kg·m² eine Referenzmasse in der Servoschleife.

Wenn sich die Trägheit der Spule ändert, verfolgt die automatische Verstärkungsregelung des Verstärkers die Änderung und passt die Servoverstärkungen entsprechend an.

18-Bit Absolutwertgeber — Keine Referenzfahrt, Positionskontinuität

Der im HF-SP81J integrierte 18-Bit-Absolutwertgeber liefert 262.144 Impulse pro Umdrehung für die Positionsrückmeldung mit absoluter Positionsbeibehaltung bei Stromausfall.

Wenn der MELSERVO-J3-Verstärker hochfährt, liest er die tatsächliche Wellenposition direkt vom Encoder ab — die Achse hat sofort korrekte Positionsdaten, ohne eine Referenzschalterfahrt.

Für eine Achse mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment ist dies wichtiger, als es scheint. Achsen mit niedriger Drehzahl sind oft mit Mechanismen gekoppelt, bei denen eine Stromunterbrechung mitten im Hub die Last in einer unbestimmten, potenziell unsicheren Position hinterlassen würde — ein spannungsgesteuertes Band, das zwischen angetriebenen Rollen hängt, eine Wickelspule auf halbem Weg durch eine Verfahrbewegung, ein rotierender Index-Tisch zwischen Stationen.

Mit einem Absolutwertgeber kehrt die Stromwiederherstellung das Positionssystem sofort in einen bekannten, verifizierten Zustand zurück.

Ein Inkrementalgeber würde erfordern, dass die Achse eine Referenzfahrt durchführt — möglicherweise unter Bewegung der Last durch eine unsichere Verfahrbewegung —, bevor ein gesteuerter Betrieb wieder aufgenommen werden kann.

Die 18-Bit-Auflösung liefert auch die Granularität der Geschwindigkeitsrückmeldung, die der HF-SP81J bei niedriger Drehzahl benötigt.

Bei 1.000 U/min dauert jede Umdrehung 60 ms; bei 262.144 ppr erhält der Verstärker bei Nenndrehzahl etwa 4.369 Rückmeldepulse pro Millisekunde. Diese Dichte der Rückmeldung ermöglicht eine präzise Geschwindigkeitsregelung bis hin zu sehr niedrigen Geschwindigkeiten — die Art von sanfter, kontrollierter Niederdrehzahl, die Wickel-, Spannungs- und Bahnhandhabungssysteme erfordern.

IP67 und Öldichtung — Vollständiger Schutz für nasse Umgebungen

IP67 steht für vollständigen Staubschutz und Schutz gegen zeitweiliges Eintauchen in definierter Tiefe — eine Stufe über dem IP65-Schutz gegen Wasserstrahlen, den die meisten Servomotoren dieser Klasse aufweisen.

Die IP67-Schutzart des HF-SP81J bedeutet, dass das Motorgehäuse kurzzeitige Flüssigkeitseintauchungen ohne Beschädigung der internen Komponenten übersteht und für intermittierende Kühlschmierstoffflutungen, Reinigungszyklen und Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit ausgelegt ist, die viele der Anwendungen kennzeichnen, für die dieser Motor bestimmt ist.

Die Öldichtung "J" am Wellenaustritt ergänzt die Dichtungsfunktion, die der IP67-Gehäuseschutz allein nicht abdeckt. Der Wellenspalt — der ringförmige Raum zwischen der rotierenden Welle und dem Motor-Endschild — ist ein Weg für Schmierstoffnebel und feine Partikel, selbst bei einem IP67-abgedichteten Motorgehäuse, da die Welle frei drehen muss und der Spalt durch das Strukturgehäuse nicht vollständig abgedichtet werden kann.

Die Lippendichtung am Wellenaustritt schließt diesen Weg mechanisch: Die Lippe läuft auf der Oberfläche der rotierenden Welle und lenkt Flüssigkeiten und Partikel nach außen ab.

Über die Lebensdauer des Motors ist die regelmäßige Inspektion der Wellendichtungslippe auf Verhärtung oder Rissbildung die wichtigste Wartungsmaßnahme — eine beschädigte Dichtung ermöglicht eine fortschreitende Kontamination über den einzigen Weg, den die IP67-Gehäuseschutzart nicht abdeckt.

Zusammen machen IP67 und die Öldichtung den HF-SP81J für Umgebungen geeignet, die einen Standard-IP65-Motor innerhalb einer angemessenen Lebensdauer beeinträchtigen würden: ständige Exposition gegenüber Kühlschmierstoffnebel, regelmäßige Hochdruckreinigung, Anwendungen, die während des Betriebs teilweise untergetaucht sind, und Installationen neben Schneidflüssigkeitszuführsystemen.

HF-SP81J in der HF-SP Serie — Wo die 1.000 U/min Variante passt

Die HF-SP Serie umfasst eine Reihe von Ausgangsleistungen von 0,5 kW bis 7,0 kW, die jeweils in Varianten mit 1.000 U/min (Geschwindigkeitskennung "1") und 2.000 U/min (Geschwindigkeitskennung "2") erhältlich sind. Der SP81J ist die 850W, 1.000 U/min, Öldichtungs-Variante:

Das 2.000 U/min-Äquivalent — HF-SP82J — liefert die gleiche 850W-Ausgangsleistung bei 2.000 U/min Nenndrehzahl mit entsprechend geringerem Nenndrehmoment (ca. 4,1 Nm gegenüber 8,12 Nm), einer kleineren Gesamtlänge und einem reduzierten Trägheitsmoment.

Die Wahl zwischen SP81J und SP82J hängt vom mechanischen System ab: Wenn die Last natürlich im Bereich von 0–1.000 U/min an der Motorwelle arbeitet (Direktantrieb oder Kupplung mit geringer Übersetzung), liefert der SP81J bei gleicher Leistung das doppelte Drehmoment.

Wenn die Last im Bereich von 0–2.000 U/min arbeitet, ist der SP82J die richtige Wahl mit einem kürzeren Motorgehäuse.

Der physische Tiefenunterschied — 217,5 mm für den SP81J gegenüber ca. 173,5 mm für ein 2.000 U/min-Äquivalent — spiegelt den längeren Stator wider, der für den Betrieb mit hohem Drehmoment bei niedrigerer elektrischer Frequenz bei 1.000 U/min erforderlich ist.

Diese Tiefe muss bei der Konstruktion des Motorbefestigungsraums der Maschine berücksichtigt werden, insbesondere bei Nachrüstungen, bei denen der ursprüngliche Motor ein 2.000 U/min-Typ war.

FAQ

F1: Warum hat der HF-SP81J eine niedrigere Maximaldrehzahl (1.500 U/min) als die meisten Servomotoren?

Die Nenndrehzahl von 1.000 U/min / Maximaldrehzahl von 1.500 U/min ist das definierende Merkmal der "1"-Geschwindigkeitsvariante in der HF-SP Serie.

Die niedrige Nenndrehzahl ist eine Designentscheidung, um das Drehmoment bei einer gegebenen Leistung zu maximieren — die gleichen 850W, die bei 1.000 U/min geliefert werden, erzeugen 8,12 Nm Nenndrehmoment, verglichen mit etwa 4,1 Nm, wenn die gleiche Leistung bei 2.000 U/min geliefert würde.

Anwendungen, die hohes Drehmoment bei niedriger Wellendrehzahl erfordern — Direktantriebe, Wickelachsen, Spannungsregelung, Getriebesysteme mit geringer Übersetzung — profitieren von diesem Design ohne das Spiel und die Komplexität eines Untersetzungsgetriebes.

F2: Was ist der Unterschied zwischen dem HF-SP81J und dem HF-SP82J?

Beide sind Motoren der HF-SP Serie mit 850W an einem 130 × 130 mm Flansch mit Öldichtung und IP67. Der HF-SP81J ist für 1.000 U/min / 8,12 Nm Nenndrehmoment / 24,4 Nm Spitzendrehmoment ausgelegt. Der HF-SP82J ist für 2.000 U/min mit etwa der halben Nenndrehmomentleistung bei gleicher Ausgangsleistung ausgelegt.

Der SP81J ist physisch länger (217,5 mm Tiefe gegenüber ca. 173,5 mm) aufgrund des längeren Stators, der für den Betrieb mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl erforderlich ist. Wählen Sie den SP81J für Direktantrieb und Anwendungen mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl; wählen Sie den SP82J für Achsen mit höherer Drehzahl, bei denen 2.000 U/min die natürliche Betriebsdrehzahl ist.

F3: Der Encoder ist ein 18-Bit-Absolutwertgeber — erfordert der HF-SP81J bei jedem Start eine Referenzfahrt?

Nein. Der 18-Bit-Absolutwertgeber behält die tatsächliche Wellenposition bei Stromausfall bei. Wenn der MELSERVO-J3-Verstärker hochfährt, liest er die Position direkt vom Encoder ab, ohne eine Referenzfahrt.

Dies ist besonders wichtig für die Anwendungstypen, die dieser Motor bedient — Wickeln, Spannungsregelung und Drehtische —, bei denen Stromunterbrechungen nicht erfordern, dass die Achse eine Referenzposition anfährt, bevor der gesteuerte Betrieb wieder aufgenommen werden kann. Der Absolutwertgeber eliminiert diese Anforderung vollständig.

F4: Was macht IP67 notwendig anstelle der Standard-IP65-Schutzart?

IP65 schützt gegen Wasserstrahlen aus beliebiger Richtung. IP67 schützt zusätzlich gegen zeitweiliges Eintauchen. Für die meisten Servomotoreninstallationen ist IP65 ausreichend.

IP67 ist für Umgebungen spezifiziert, in denen der Motor periodisch untergetaucht werden kann — teilweises Eintauchen während der Reinigung, Überflutung durch Maschinenkühlmittelbehälter oder Betrieb in Spülumgebungen, in denen gerichtete Wasserstrahlen für das Ausmaß der Flüssigkeitsbelastung nicht ausreichen. 

Wenn die Installation nur Nebel oder Strahlwasser ausgesetzt ist, ist IP65 ausreichend; wenn kurzes Eintauchen eine realistische Betriebsbedingung ist, bietet IP67 die zusätzliche Schutzstufe.

F5: Der HF-SP81J hat ein Trägheitsmoment von 0,00178 kg·m² — wie wirkt sich dies auf die Achsauslegung aus?

Das Rotor-Trägheitsmoment von 0,00178 kg·m² ist der Referenzwert für die Lastanpassung. Mitsubishi empfiehlt, die auf die Motorwelle reflektierte Lastträgheit innerhalb des 15-fachen des Rotor-Trägheitsmoments für einen stabilen Servo-Betrieb bei empfohlenen Verstärkungseinstellungen zu halten — in diesem Fall bis zu etwa 0,0267 kg·m² reflektierte Lastträgheit.

Für Lasten, die dieses Verhältnis überschreiten, wird die Verstärkungsregelung anspruchsvoller und die Servo-Bandbreite kann reduziert werden.

Das relativ hohe Rotor-Trägheitsmoment des Motors im Vergleich zu kleineren Motoren bedeutet, dass er inhärent schwerere Lasten toleriert, bevor er die Grenze der Trägheitsfehlanpassung erreicht — einer der praktischen Vorteile des HF-SP-Designs mit mittlerer Trägheit für Anwendungen mit schweren rotierenden Massen.