Mitsubishi Electric HC-KFE43B AC-Servomotor mit Elektromagnetbremse

400W | 1,3 Nm Nennleistung | 3000 U/min | Nicht erregte Elektromagnetbremse | 24VDC | Nutwelle | 60x60mm Flansch | MR-E-40A kompatibel | IP55 Gehäuse | Ausgelaufen

Wenn die Halteposition bei Stromausfall keine Option ist

Jede Servoachse stoppt. Die Frage, die einen Allzweck-Servomotor von einem mit Bremse ausgestatteten unterscheidet, ist, was in diesem Moment passiert: Hält die Achse ihre Position unter Last, oder läuft sie aus, driftet oder fällt sie? Für vertikale Achsen, die Werkzeuge tragen, Klemmvorrichtungen, die bei Stromunterbrechung greifen müssen, oder jeden angetriebenen Mechanismus, bei dem eine unkontrollierte de-erregte Position eine Gefahr darstellt, bestimmt die Antwort, welcher Motor spezifiziert wird.

Der Mitsubishi Electric HC-KFE43B ist die Variante mit Elektromagnetbremse des HC-KFE43 – ein 400W, 3000 U/min Motor aus der MELSERVO MR-E-Serie-Plattform mit einer federbelasteten, nicht erregten Elektromagnetbremse, die direkt in das hintere Gehäuse des Motors integriert ist. Motor und Bremse sind eine einzige integrierte Einheit. Es gibt keine separate extern montierte Bremse, keine zusätzlichen Befestigungsteile, die beschafft werden müssen, und keine Ausrichtung zwischen Motor und Bremse, die über die Lebensdauer der Maschine aufrechterhalten werden muss.

Der Suffix "B" in der Mitsubishi-Bezeichnung ist bei den Motorreihen HC und HF einheitlich: Er kennzeichnet immer einen Motor mit Elektromagnetbremse, der auf einen ansonsten identischen Basismotor angewendet wird. Mechanisch und elektrisch ist der HC-KFE43B der HC-KFE43 mit einem zusätzlichen Subsystem, dessen Bedeutung – in der richtigen Anwendung – beträchtlich ist.

Technische Spezifikationen

Die nicht erregte Bremse: Ausfallsicher durch Design

Der Ausdruck "nicht erregte Aktivierung" erscheint in jeder Mitsubishi-Bremse-Motor-Spezifikation und bedeutet etwas Spezifisches: Die Bremse greift durch Federkraft, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, und löst, wenn 24VDC angelegt werden. Dies ist das Gegenteil einer erregten Bremse, die nur im eingeschalteten Zustand hält.

Die praktische Konsequenz ist in sicherheitskritischen Anwendungen von enormer Bedeutung. Wenn die Maschinenstromversorgung unterbrochen wird – sei es durch eine gesteuerte Abschaltsequenz, einen Not-Aus oder einen ungeplanten Stromausfall – greift die Bremse des HC-KFE43B automatisch. Kein Signal, keine Steuerung und keine Notstromversorgung sind erforderlich, damit die Bremse die Motorwelle festhält. Der Standardzustand der Bremse ist verriegelt.

Diese ausfallsichere Eigenschaft ist der Grund, warum federbelastete, nicht erregte Bremsen die Standardauswahl für vertikale Achsen, Klemmmechanismen und jede Achse sind, bei der eine unkontrollierte Bewegung bei Stromausfall eine Gefahr darstellt. Die Bremse des HC-KFE43B hält die Welle gegen Schwerkraft und gegen jedes externe Drehmoment bis zum statischen Reibdrehmoment der Bremse – ausgelegt, um dem Nenndrehmoment des Motors von 1,3 Nm in dieser Motorklasse zu entsprechen, wie es bei Mitsubishis abgestimmten Motor-Bremse-Konstruktionen üblich ist.

Bremsstromversorgung: Ein dedizierter 24VDC-Kreis ist erforderlich

Die Dokumentation der MR-E-Serie ist hier eindeutig: Die 24VDC-Versorgung für die Elektromagnetbremse darf nicht mit der 24VDC-Schnittstellenstromversorgung für die digitalen E/A-Signale des Verstärkers geteilt werden. Die beiden Kreise müssen getrennt bleiben. Das Teilen der Versorgung birgt das Risiko eines Spannungsabfalls im Bremskreis, wenn E/A-Signale geschaltet werden, was zu unvollständiger Bremslösung oder unbeabsichtigtem Bremsengriff während des Motorbetriebs führen kann – beides ist in einer funktionierenden Servoachse nicht akzeptabel.

In der Praxis bedeutet dies, dass das Steuerpultdesign für eine Maschine, die den HC-KFE43B verwendet, eine dedizierte 24VDC-Schiene für die Bremsstromversorgung enthalten muss, die für den Stromverbrauch der Bremsspule entsprechend dimensioniert ist. Der Stromversorgungsstecker des Motors nimmt sowohl die dreiphasigen Motorleitungen als auch die Bremsversorgungsleitungen in einer einzigen 6-poligen Steckerbaugruppe auf, verglichen mit dem 4-poligen Stecker, der beim Standard-HC-KFE43 ohne Bremse verwendet wird. Dieser Steckunterschied ist ein sofortiger visueller Identifikator beim Vergleich der beiden Motorvarianten im Teilekontext.

Bremszeitgebung und das MBR-Signal

Das Elektromagnetbremse-Verriegelungssignal (MBR) des MR-E-Verstärkers koordiniert die Bremslösungszeit mit dem Betriebszustand des Servo-Verstärkers. Bevor der Servomotor laufen kann, löst das MBR-Signal die Bremse, indem es den 24VDC-Kreis bestromt. Wenn der Motor gestoppt wird und das Servo-On-Signal ausgeschaltet wird, steuert die MBR-Ausgabe die Zeitverzögerung zwischen Servo-Aus und Bremseneingriff – und verhindert, dass die Bremse auf eine noch drehende Welle schnappt, was den Verschleiß der Bremsbeläge beschleunigen und mechanische Stoßbelastungen erzeugen würde.

Das MR-E-Handbuch von Mitsubishi behandelt die erforderlichen Parametereinstellungen für die Bremsverriegelungsfunktion. Insbesondere muss Parameter Nr. 1 gesetzt werden, um die MBR-Signal-Ausgabe zu aktivieren, und Parameter Nr. 33 (Elektromagnetbremse-Sequenzausgabe) stellt die Zeitverzögerung (Tb) nach Servo-Aus ein, bevor die Bremse greift. Diese Einstellungen werden für das Stoppverhalten und die Lastcharakteristik der spezifischen Anwendung konfiguriert und nicht bei einer Produktionsmaschine auf Werkseinstellungen belassen.

Für Anwendungen mit vertikalen Achsen fordert die MR-E-Dokumentation ausdrücklich die Verwendung des Elektromagnetbremse-Verriegelungssignals (MBR), wenn der Motor eine vertikale Welle steuert – die Zeitkoordination zwischen Servo-Aus und Bremseneingriff ist entscheidend, um ein Herunterfallen der Last während der Achsstoppsequenz zu verhindern.

Nutwelle: Standard bei 400W

Die Welle des HC-KFE43B verfügt standardmäßig über eine Nut. In Mitsubishis HC-KFE-Reihe sind Nuten bei den Motorgrößen 200W und 400W Standard – die Kupplungsdrehmomentkapazität einer einfachen Reibpassung an einer kleinen Welle ist bei diesen Leistungsstufen im industriellen Zyklus für eine zuverlässige Drehmomentübertragung nicht ausreichend. Die Keilverbindung sorgt für eine positive Drehmomentübertragung zwischen Motorwelle und der angetriebenen Kupplung oder Riemenscheibe und eliminiert die alleinige Abhängigkeit von der Klemmkraft.

Der Motor wird mit dem Keil geliefert. Die Kupplungsauswahl sollte die Standard-NEMA-34-Montageadapteroption für nordamerikanische Maschineninstallationen berücksichtigen, obwohl die Wellenabmessungen und die Nut nach JIS-Standard sind – die Überprüfung der Wellenabmessungen gegen die Bohrung der Anwendungs-Kupplung ist immer der richtige erste Schritt vor der Installation.

Unterschied in der Gehäuselänge zum HC-KFE43

Das Hinzufügen des Elektromagnetbremse-Teils am hinteren Ende des Motorgehäuses erhöht die Gesamtlänge im Vergleich zum HC-KFE43. Das Bremsgehäuse, die Federpackung und die Reibscheibenbaugruppe verlängern die axiale Abmessung des Motors. Bei Nachrüstungen, bei denen ein HC-KFE43 durch einen HC-KFE43B ersetzt wird oder eine Bremse an einer bestehenden Maschinenachse nachgerüstet wird, müssen die Einbautiefe und die Kabelverlegungsfreiheit hinter dem Motor vor der mechanischen Installation gegen die erhöhte Länge überprüft werden.

Die Flanschabmessungen, das Schraubenlochmuster und die Wellenüberlappung auf der Ausgangsseite sind zwischen der Standard- und der Bremsvariante identisch – der Längenunterschied liegt vollständig am hinteren Ende des Motors. Wenn die Maschine eine hintere Freigabeabmessung hat, die für den Standardmotor bemessen wurde, muss diese möglicherweise angepasst werden, um das Bremse-Modell aufzunehmen.

Anwendungskontext

Der HC-KFE43B wird am häufigsten in Maschinendesigns eingesetzt, bei denen eine oder mehrere Achsen eine Bremsfunktion benötigen, während das Budget des Gesamttriebsystems die MR-E Allzweck-Verstärkerplattform gegenüber den höher spezifizierten MR-J2S- oder MR-J3-Serien bevorzugt. Typische Anwendungen sind:

• Vertikale Vorschubachsen an kleinen Bearbeitungszentren oder Bohrmaschinen – wo das Werkzeug oder der Spindelkopf die Position unter Schwerkraft halten muss, wenn der Servo de-erregt ist
• Klemm- und Spannvorrichtungen – wo eine angetriebene Klemmposition durch eine Stromunterbrechung aufrechterhalten werden muss, ohne das Werkstück freizugeben
• Drehverteiltische – wo zwischen Indexbewegungen eine verriegelte Position erforderlich ist, wobei die Bremse verwendet wird, um das Drehmoment an der indexierten Position zu widerstehen, anstatt kontinuierlich Servo-Drehmoment aufrechtzuerhalten
• Materialhandhabungs-Z-Achsen – wo eine Last während Zykluspausen, Not-Aus oder Wartungsarbeiten sicher aufgehängt werden muss

Häufig gestellte Fragen

F1: Bietet die Elektromagnetbremse des HC-KFE43B ein Nennhalte-Drehmoment, das dem Nenn-Ausgangsdrehmoment des Motors entspricht?

Nach Mitsubishis Konstruktionspraxis für die HC-KFE-Serie ist das statische Reibdrehmoment der Bremse auf das Nenndrehmoment des Motors abgestimmt – 1,3 Nm für die 400W-Klasse. Das bedeutet, dass die Bremse so konzipiert ist, dass sie eine Last auf Wellenebene hält, die dem Nenn-Ausgang des Motors unter normalen Betriebsbedingungen entspricht. Es ist wichtig zu beachten, dass die Bremse für das Halten von stationären Lasten ausgelegt ist, nicht zum Abbremsen einer rotierenden Welle. Die Verwendung als dynamische Bremsvorrichtung – die Bremse wird zum Eingriff befohlen, während der Motor noch mit voller Geschwindigkeit dreht – führt zu schnellem Verschleiß der Bremsbeläge und verkürzt deren Lebensdauer erheblich. Die richtige Sequenz ist, den Motor zuerst über das Servo-Regelsystem zu stoppen und dann die Bremse zum Halten der gestoppten Position einzulegen.

F2: Kann die 24VDC-Stromversorgung für die Bremse von derselben 24VDC-Schiene bezogen werden, die die Schnittstellen-E/A des MR-E-Verstärkers versorgt?

Nein. Die Dokumentation der MR-E-Serie von Mitsubishi verbietet ausdrücklich die gemeinsame Nutzung der 24VDC-Schnittstellenstromversorgung zwischen den E/A-Schnittstellenkreisen und der Elektromagnetbremse. Die Bremse muss eine dedizierte 24VDC-Stromversorgung haben. Der Grund ist einfach: E/A-Schaltvorgänge verursachen Stromtransienten auf der 24VDC-Schiene, die kurzzeitige Spannungsabfälle verursachen können, die die Bremse während des Motorbetriebs teilweise oder vollständig aktivieren, was zu mechanischen Stößen und vorzeitigem Bremsverschleiß führt. Eine dedizierte Bremsversorgung isoliert diese Kreise und stellt sicher, dass die Bremse unter allen E/A-Schaltbedingungen zuverlässig arbeitet.

F3: Was passiert mit dem Bremsbetrieb, wenn der Verstärker einen Fehler entwickelt und die Stromversorgung unterbricht?

Dies ist das Szenario, für das das Design der nicht erregten Bremse speziell entwickelt wurde. Wenn der MR-E-Verstärker abgeschaltet wird – sei es aufgrund eines Alarms, eines Not-Aus-Signals oder eines Stromausfalls – wird auch die 24VDC zur Bremsspule unterbrochen (entweder durch den Alarm-Ausgangskreis oder durch den Stromausfall selbst). Die federbelastete Bremse greift sofort und verriegelt die Motorwelle, ohne dass ein Signal vom Controller erforderlich ist. Dieses automatische Eingreifen ist unabhängig vom Betriebszustand des Verstärkers. Für vertikale Achsen oder Klemmvorrichtungen ist dies das grundlegende Sicherheitsverhalten, das die nicht erregte Bremse zur branchenüblichen Wahl für Anwendungen zur Gefahrenverhütung macht.

F4: Was ist der Unterschied in der Motorgehäuselänge zwischen dem HC-KFE43 und dem HC-KFE43B, und bleibt die Flanschmontage gleich?

Die Flanschmontageabmessungen – der 60x60mm quadratische Flansch, das Schraubenlochmuster und die Wellenüberlappungslänge am Ausgangsende – sind zwischen dem HC-KFE43 und dem HC-KFE43B identisch. Die einzige Maßänderung ist die erhöhte Gesamtlänge aufgrund des Bremsmoduls, das am hinteren Ende des Motors angebracht ist. Die Dokumentation der Mitsubishi-Umrisszeichnungen (Abschnitt 14.8.1 des MR-E-Handbuchs) zeigt die spezifischen Gehäuselängen für jede Variante, und diese sollten bei der Konstruktion oder Überprüfung der hinteren Freiräume hinter dem Motor in der Maschinenstruktur konsultiert werden. Bei einem Austausch eines bestehenden Standardmotors durch ein Bremse-Modell bei einer Nachrüstung, überprüfen Sie die hinteren Freiräume vor der Bestellung.

F5: Ist der HC-KFE43B ein geeigneter direkter Ersatz für den HC-KFS43B (den MR-J2S Bremse-Motor) in einer bestehenden Maschine?

Mechanisch ist der 60x60mm Flanschfußabdruck zwischen dem HC-KFE43B und dem HC-KFS43B identisch, was die Montageplatte kompatibel macht. Die Encoder- und Verstärkerschnittstellen sind jedoch völlig unterschiedlich. Der HC-KFE43B verwendet einen inkrementellen Encoder, der mit dem MR-E-Verstärker gekoppelt ist, während der HC-KFS43B einen 17-Bit-Absolutwert-Encoder (131.072 ppr) verwendet, der mit dem MR-J2S-Verstärker gekoppelt ist. Die Encoder-Steckertypen, Signalprotokolle und Kabelbaugruppen sind nicht austauschbar. Ein Wechsel vom HC-KFS43B zum HC-KFE43B würde den Austausch des Verstärkers gegen einen MR-E und die Neukonfiguration der gesamten Antriebsachse für den inkrementellen Encoderbetrieb mit Homing-Zyklen erfordern – eine erhebliche Systemänderung. Die umgekehrte Richtung (Upgrade vom HC-KFE43B zum HC-KFS43B oder einem Motor der aktuellen HG-Serie mit Bremse) ist der üblichere Migrationspfad, wenn ein Maschinensystem aufgerüstet wird.