Mitsubishi HC-SFS103 (HCSFS103) — 1kW AC-Servomotor, gerade Welle, keine Bremse, 3000 U/min, MELSERVO J2-Super Serie

Produktübersicht

Teilenummer: HC-SFS103

Auch gesucht als: HCSFS103, HC SFS 103, HC-SFS-103

Serie: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (J2-Super Generation)

Klassifizierung: AC-Bürstenloser Servomotor mit mittlerer Trägheit — 1 kW, 200V Klasse, 3000 U/min, gerade Welle, keine Bremse

Der Motor in einem Absatz

Der Mitsubishi HC-SFS103 ist ein 1kW, 3.000 U/min Servomotor mit mittlerer Trägheit — kompakt genug für den 130 × 130 mm Flansch, schnell genug, um Kugelgewindetriebe und Riemenantriebe ohne Untersetzung zu betreiben, und präzise genug, um eine Sub-Mikron-Positionsregelung über seinen 17-Bit seriellen Absolutwertgeber zu schließen. Es ist ein sauberer, unkomplizierter Motor: gerade Welle, keine Bremse, gepaart mit dem MR-J2S-100 Verstärker. Für die Maschinenachsen, die er bedient — Positionierantriebe für leichte bis mittlere Lasten, schnell schaltende Achsen von Montagemaschinen, Hilfszuführungen an Werkzeugmaschinen — trifft diese Kombination genau die richtige Balance aus Geschwindigkeit, Drehmoment und physischer Größe.

Technische Spezifikationen

3000 U/min vs. 2000 U/min: Warum der Drehzahlpunkt wichtig ist

Der HC-SFS103 ist ein 3.000 U/min Motor. Sein direktes Gegenstück in der 2.000 U/min HC-SFS Familie ist der HC-SFS102 — gleiche 1kW Leistung, gleicher 130 × 130 mm Flansch, gleiche J2-Super Geber- und Verstärkerklasse, aber mit zwei Dritteln der Wellendrehzahl und proportional höherem Dauer-Drehmoment (4,78 Nm vs. 3,18 Nm).

Die Wahl zwischen ihnen ist eine Anwendungsfrage, keine Qualitätsfrage.

Bei 3.000 U/min, deckt der Motor mehr Winkelweg pro Zeiteinheit ab. Eine Kugelgewindespindel, die mit 3.000 U/min und 10 mm Steigung angetrieben wird, erreicht eine lineare Geschwindigkeit von 30 m/min — wirklich schnell für eine Positionierachse. Für Hochdurchsatzanwendungen, bei denen die schnelle Bewegung zwischen Positionen der primäre Treiber für die Zykluszeit ist, liefert die 3.000 U/min Nennleistung diese Bewegungsgeschwindigkeit ohne Getriebe- oder Riemenstufe. Der Kompromiss ist ein geringeres Dauer-Drehmoment an der Motorwelle; 3,18 Nm Dauerleistung bedeutet, dass der Mechanismus entsprechend leicht sein muss oder eine geeignete Untersetzung zwischen Motor und Last platziert werden muss.

Bei 2.000 U/min, erzeugt die gleiche 1kW Leistung 4,78 Nm kontinuierlich. Die Achse bewegt sich pro Umdrehung langsamer, hält aber eine höhere Kraft an der Welle aufrecht. Besser für Achsen, die ihren Arbeitszyklus damit verbringen, Lastdrehmoment zu bekämpfen, anstatt schnell Distanz zurückzulegen.

Für Anwendungen mit geringer Last und hoher Zyklusrate — kleine Achsen von Montagemaschinen, ATC-Mechanismen, leichte XY-Tische, Hilfszuführungen an CNC-Geräten — ist der HC-SFS103 mit 3.000 U/min typischerweise die natürliche Wahl. Die Achse bewegt sich schnell, die Last ist bei 3,18 Nm Dauerleistung beherrschbar, und der kompakte 130 × 130 mm Rahmen verhindert, dass der Motor die Maschinenstruktur dominiert.

3,18 Nm Dauerleistung: Das Arbeitsbudget verstehen

Drei Komma eins acht Newtonmeter ist eine spezifische Zahl mit einer spezifischen Bedeutung. Es ist das Drehmoment, das der HC-SFS103 bei Nenndrehzahl unbegrenzt aufrechterhalten kann, ohne dass die Wicklungstemperatur über die Auslegungsgrenze steigt — vorausgesetzt, der Arbeitszyklus der Anwendung überschreitet die durchschnittliche thermische Last nicht, die das elektronische thermische Modell des MR-J2S-100 berücksichtigt.

Für eine gut dimensionierte Achse an diesem Motor sieht das Arbeitsbild etwa so aus: Beschleunigung mit Spitzendrehmoment (9,55 Nm) für einen Bruchteil der Bewegung, Fahrt mit Nenn- oder darunter liegendem Drehmoment, erneutes Abbremsen mit Spitze, Verharren in Position mit minimalem Servo-Lock-Strom. Die kurzen Spitzen-Drehmoment-Transienten werden in das thermische Modell ohne Probleme aufgenommen, da sie kurz und selten im Verhältnis zu den Einschwing- und Verweilphasen sind. Die Dauerleistung von 3,18 Nm ist die Einschränkung für das anhaltende Drehmoment — was die Achse unbegrenzt, nicht momentan, abrufen kann.

Wo dieser Motor an seine Grenzen stößt, ist eine Achse, die fast 3,18 Nm kontinuierlich aufrechterhalten muss — ein anhaltender Schnittvorschub gegen erheblichen Widerstand, ein Wickelantrieb, der über einen großen Durchmesserbereich eine konstante Spannung aufrechterhält, ein Förderbandabschnitt, der den ganzen Tag unter Last läuft. Diese Anwendungen nähern sich schnell der thermischen Decke. Eine Achse, die in ihrem durchschnittlichen Arbeitszyklus regelmäßig mehr als 3,18 Nm benötigt, wird überhitzen und auslösen. Die richtige Reaktion ist entweder die Reduzierung der Last (bessere mechanische Effizienz, leichtere Nutzlast, zusätzliche Untersetzung) oder der Umstieg auf einen Motor mit höherer Kapazität.

Das Spitzendrehmoment ist jedoch wirklich nützlich. Bei 9,55 Nm — dem Dreifachen der Dauerleistung — steht für die transienten Phasen jeder Positionierbewegung eine echte Beschleunigungskraft zur Verfügung. Für eine Achse mit geringer Last, die Dutzende von kurzen Bewegungen pro Minute abschließt, ist diese Spitzenkapazität das, was die Zykluszeiten kurz hält, ohne einen größeren Motor zu benötigen.

Gerade Welle bei 1kW: Kupplungswahl

Eine gerade, keilnutfreie Welle eignet sich für die überwiegende Mehrheit der 1kW Servo-Kupplungsanwendungen. Bei dieser Kapazität und diesem Drehmomentniveau übertragen Reibungskupplungen — geteilte Klauenkupplungen, Faltenbalgkupplungen, Scheibenkupplungen — das Drehmoment zuverlässig auf glatte Wellen, ohne das Risiko des Rutschens, das bei einem größeren Motor mit höherem Drehmoment auftreten könnte.

Das Spitzendrehmoment von 9,55 Nm bestimmt die Kupplungsauswahl, nicht der Nennwert von 3,18 Nm. Eine Kupplung, die nur für das Nenndrehmoment ausgelegt ist, wäre während jeder aggressiven Beschleunigungsphase grenzwertig. Die Auswahl auf das Spitzendrehmoment — 9,55 Nm — mit einem moderaten Servicefaktor ergibt eine Kupplung, die den gesamten Betriebsbereich komfortabel bewältigt.

Zahnriemenantriebe sind bei 3.000 U/min Achsen dieser Kapazitätsklasse besonders verbreitet. Die hohe Wellendrehzahl macht die direkte Kupplung an Kugelgewindetriebe in vielen Maschinenkonstruktionen unpraktisch, und eine Zahnriemenstufe mit einem moderaten Untersetzungsverhältnis (1,5:1 bis 3:1) senkt gleichzeitig die effektive Wellendrehzahl an der Spindel, vervielfacht das Motordrehmoment und ermöglicht die Positionierung des Motors abseits der Spindelachse — nützlich für platzbeschränkte Maschinenkonstruktionen. Die Riemenscheibe auf der Motorseite wird direkt mit der glatten geraden Welle über eine Taper-Lock- oder Schrumpfscheiben-Nabe verbunden.

Für Anwendungen, bei denen eine Keilnabenverbindung tatsächlich erforderlich ist — Getriebenaben, Kettenräder, bestimmte kundenspezifische Riemenscheiben — ist der HC-SFS103K (Welle mit Keilnut, keine Bremse) mechanisch in allen anderen Aspekten identisch und verwendet den gleichen MR-J2S-100 Verstärker. Die Wahl zwischen gerader und Keilnutwelle ist rein eine Entscheidung über die mechanische Schnittstelle; sie ändert nichts am elektrischen oder dynamischen Verhalten des Motors.

Keine Bremse bei einem 3000 U/min Motor

Bei 3.000 U/min an horizontalen und symmetrisch belasteten Achsen ist das Fehlen einer elektromagnetischen Bremse einfach die richtige Spezifikation. Der MR-J2S-100 Verstärker hält die Achsposition über einen geschlossenen Servo-Lock kontinuierlich, während der Servo aktiviert ist — Positionsregelung aktiv, 17-Bit-Geber überwacht den Wellenwinkel mit 131.072 Zählungen pro Umdrehung, Korrekturstrom wird geliefert, um einen Null-Folgefehler zu halten. An einer sauberen, gut abgestimmten Achse ist dies solide und zuverlässig.

Die praktischen Vorteile der No-Brake-Konfiguration bei dieser Motorgröße sind greifbar. Ein kleinerer Motorkörper — kein Bremsgehäuse auf der Rückseite. Kein 24V DC Bremskreis im Schaltschrank. Kein Relais, kein Überspannungsableiter, keine MBR-Verriegelung in der SPS-Logik. Keine Bremsbelagprüfung im Wartungsplan. Geringeres Gewicht an einer bewegten Maschinenachse oder einem Roboterarm, wo jedes Gramm tote Masse Kosten für Trägheit und Konstruktion verursacht.

Die Grenzbedingung ist einfach: Wenn die Achse eine Gravitationslastkomponente hat, die eine Bewegung verursacht, wenn der Servostrom auf Null fällt, ist eine Bremse erforderlich. Vertikalachsen, geneigte Zuführungen und jede Mechanik, bei der das unbelastete Lastdrehmoment die Welle im Servo-Aus-Zustand bewegen würde, sollten den HC-SFS103B (gerade Welle, federbelastete Bremse) anstelle des HC-SFS103 verwenden. Für horizontale Achsen und symmetrisch ausgewogene Mechanismen — bei weitem die Mehrheit der Anwendungen, die dieser Motor bedient — ist keine Bremse erforderlich und das Hinzufügen wäre eine Erhöhung von Kosten und Komplexität ohne funktionellen Nutzen.

17-Bit Absolutwertgeber: Präzision und Praktikabilität

Der im HC-SFS103 integrierte Geber ist die 17-Bit serielle Absolutwerteinheit, die in der gesamten J2-Super HC-SFS-Reihe üblich ist. Einhunderteinunddreißigtausend und zweihundertzweiundsiebzig diskrete Positionen pro Wellenumdrehung. Die Mehrumdrehungs-Absolutwertzählung wird über die Stromabschaltung durch die A6BAT-Batterie im MR-J2S-100 Verstärker aufrechterhalten.

Bei einem 3.000 U/min Motor, der kompakte Achsen mit hoher Zyklusrate bedient, zeigt sich der praktische Beitrag des Gebers an zwei Stellen, die im täglichen Produktionsbetrieb am wichtigsten sind.

Auflösung der Geschwindigkeitsregelung bei hoher Geschwindigkeit. Bei 3.000 U/min bewegt sich die Welle schnell — 50 Umdrehungen pro Sekunde. Selbst bei dieser Geschwindigkeit bietet die Auflösung von 131.072 Zählungen pro Umdrehung der Geschwindigkeitsregelung eine hochgradig granulare Sicht auf die momentane Wellengeschwindigkeit. Eine gleichmäßige Geschwindigkeitsreaktion während der Beschleunigungsrampen, eine stabile Konstantgeschwindigkeitsleistung an jedem Punkt des Drehzahlbereichs und eine schnelle dynamische Erholung von Laststörungen hängen alle davon ab, dass genügend Geberauflösung vorhanden ist, um ein genaues Geschwindigkeitssignal zu berechnen. Die 17-Bit-Zählung bei 3.000 U/min liefert diese Auflösung im Überfluss.

Absolute Position beim Neustart. Wenn die Maschine stoppt — für einen Schichtwechsel, ein Wartungsfenster oder einen ungeplanten Not-Aus — friert der Geber den absoluten Wellenwinkel im Speicher ein. Beim Neustart liest der MR-J2S-100 diesen Winkel sofort aus. Die Steuerung weiß genau, wo sich jede Achse befindet, bevor etwas bewegt wird. Bei Maschinen mit vielen solchen Achsen entfällt eine manchmal langwierige Referenzfahrt und die Produktion kann schneller aufgenommen werden.

Batteriestandort und -austausch. Die A6BAT, die den Mehrumdrehungszähler mit Strom versorgt, befindet sich im MR-J2S-100 Verstärker, nicht im Motor. Der Batteriewechsel ist eine Aufgabe auf Schaltschrankebene. Ersetzen Sie die Batterie beim ersten Niedrigbatterie-Alarm des Verstärkers — schieben Sie es nicht auf. Eine vollständig entladene Batterie setzt den Zähler zurück und erfordert einen Referenzrücklaufzyklus beim nächsten Start.

Kompatible Verstärker

Der HC-SFS103 passt zum MR-J2S-100 Verstärker der Klasse — der 1kW J2-Super-Plattform. Drei Schnittstellenvarianten:

MR-J2S-100A ist der universelle Analog- und Impulsschnittstellenverstärker. Er akzeptiert Impulspositionsbefehle von CNC-Steuerungen und SPS sowie analoge Geschwindigkeits- oder Drehmomentreferenzen. Alle Steuerungsmodi — Position, Geschwindigkeit, Drehmoment und geschaltete Kombinationen — sind verfügbar. RS-232C verbindet sich mit MR Configurator für Inbetriebnahme und Diagnose. Für eigenständige Achsen und Achsen an Werkzeugmaschinen und Automatisierungsgeräten, die nicht über SSCNET verfügen, ist dies die Standardwahl.

MR-J2S-100B verbindet sich über den SSCNET-Glasfaserbus mit den Mitsubishi A-Serie und Q-Serie Bewegungssteuerungen. Alle Achsenbefehle und Geberrückmeldungen werden über das Glasfasernetz übertragen. Bei koordinierten Mehrachsenmaschinen — insbesondere dort, wo mehrere kompakte Achsen synchronisierte Muster ausführen müssen — bietet der SSCNET-Bus eine enge Achsenkopplung, die Analog- oder Impulsschnittstellen nicht erreichen können.

MR-J2S-100CP bietet eine integrierte Einzelachsenpositionierung mit bis zu 31 Punkt-Tabellenpositionen, die über digitale E/A oder CC-Link-Netzwerkbefehle aktiviert werden. Für eigenständige Index- oder Punkt-zu-Punkt-Positionierachsen, die keine Koordination durch eine Bewegungssteuerung erfordern — ATC-Stationsantriebe, einfache Transferachsen, Index-Stationen von Montagemaschinen — eliminiert der CP die Kosten und Komplexität einer dedizierten Bewegungssteuerung.

Kompatibilitätshinweise. Der HC-SFS103 benötigt einen MR-J2S-100 Verstärker. Er ist nicht kompatibel mit Verstärkern der ersten Generation MR-J2-100, die das 17-Bit J2-Super-Geberprotokoll nicht dekodieren können. Für Maschinen, die mit der ursprünglichen MR-J2-100 Hardware laufen, ist der HC-SF103 (gleiche mechanische Spezifikation, 14-Bit-Geber) der richtige Motor. Nicht kompatibel mit MR-J3 oder MR-J4 Verstärkern ohne ein Erneuerungsadapter-Kit.

HC-SFS 3000 U/min Familie — Kapazitätskontext

Der HC-SFS103 ist der zweite Schritt in der HC-SFS 3000 U/min Reihe, oberhalb des HC-SFS53 (500W) angesiedelt und teilt sich den 130 × 130 mm Flansch mit dem HC-SFS153 und HC-SFS203. Alle vier Kompaktrahmenmodelle dieser Reihe verwenden die gleiche physische Montagefläche — eine Maschine, die für den 130 × 130 mm Flansch ausgelegt ist, kann jeden von ihnen ohne mechanische Modifikation aufnehmen. Die Verstärkerklasse ändert sich zwischen dem 103 (MR-J2S-100) und dem 153/203 (MR-J2S-200), daher erfordern Kapazitätsupgrades innerhalb dieser Familie neben dem Motortausch auch einen Verstärkertausch.

Jedes Modell der HC-SFS 3000 U/min Reihe ist in der Standard-Wellen- und Bremsenmatrix erhältlich: gerade Welle ohne Bremse (HC-SFS103), gerade Welle mit Bremse (HC-SFS103B), Welle mit Keilnut ohne Bremse (HC-SFS103K) und Welle mit Keilnut mit Bremse (HC-SFS103BK). Alle vier Konfigurationen verwenden den MR-J2S-100 Verstärker bei dieser Kapazität.

Typische Anwendungen

Antriebe von Montagemaschinenachsen. Pick-and-Place-Achsen, Komponenten-Zuführmechanismen und Transferrutschen für elektronische Montage- und allgemeine Automatisierungsgeräte. Die Nenndrehzahl von 3.000 U/min ermöglicht eine schnelle Bewegung zwischen Positionen; der kompakte 130 × 130 mm Rahmen passt in Mehrachsen-Montagemaschinenstrukturen, ohne die Motormasse zu dominieren. Hohe Zyklusraten — Dutzende bis Hunderte von Bewegungen pro Minute — liegen im Arbeitsbudget von Achsen mit geringer Last und horizontaler Ausrichtung.

Hilfsachsen von CNC-Werkzeugmaschinen. Hilfs- und Sekundärzuführachsen an CNC-Bearbeitungszentren, Schleifmaschinen und Drehmaschinen — Werkzeugwechselarme, Reitstockantriebe, Späneförderer, Positionierachsen für Kühlmitteldüsen —, bei denen die primären Zuführachsen größere Motoren verwenden können, die Hilfsfunktionen jedoch einen kompakten, leistungsfähigen Servo im 1kW-Bereich benötigen.

Positionierung von Laserschneid- und Markierungsmaschinen. Positionierachsen für leichte Schneidköpfe in kleinen Laserschneidsystemen und Lasermarkierungsmaschinen, bei denen die Achsenmasse konstruktionsbedingt minimiert ist und die primäre Leistungsanforderung die Bewegungsgeschwindigkeit und nicht die anhaltende Schnittkraft ist.

Verpackungsmaschinen-Zuführantriebe. Folienantriebe, Registerregelungsachsen und Produktabstandsmechanismen in Verpackungslinien, bei denen die Servoachse eine Geschwindigkeitsreferenz präzise verfolgen, schnell auf Bedarfsänderungen reagieren und die Registergenauigkeit während des gesamten Produktionslaufs aufrechterhalten muss.

Textil- und Druckmaschinen-Sekundärachsen. Spannrollen, Tanzarmaktuatoren und Hilfszuführantriebe an Druckmaschinen und Textilmaschinen, bei denen ein kompakter, reaktionsschneller Servo im 1kW-Bereich die Bahnspannung oder sekundäre Zuführfunktionen neben größeren Hauptantrieben steuert.

Häufig gestellte Fragen

F1: Was ist der Unterschied zwischen dem HC-SFS103 und dem HC-SFS102?

Beide sind 1kW J2-Super Motoren auf einem 130 × 130 mm Flansch mit 17-Bit-Gebern und identischen mechanischen Abmessungen. Der Unterschied liegt im Nennbetriebspunkt. Der HC-SFS102 ist ein 2.000 U/min Motor mit 4,78 Nm Dauerleistung — höheres Drehmoment, niedrigere Geschwindigkeit. Der HC-SFS103 ist ein 3.000 U/min Motor mit 3,18 Nm Dauerleistung — geringeres Drehmoment, höhere Wellendrehzahl. Beide verwenden den MR-J2S-100 Verstärker. Die Entscheidung zwischen ihnen wird ausschließlich davon bestimmt, ob die Achse drehmomentbegrenzt (wählen Sie den 102) oder geschwindigkeitsbegrenzt (wählen Sie den 103) ist.

F2: Kann der HC-SFS103 mit einem MR-J2-100 Verstärker der ersten Generation verwendet werden?

Nein. Der HC-SFS103 verwendet das 17-Bit J2-Super-Geber-Serienprotokoll, das der ursprüngliche MR-J2-100 Verstärker nicht lesen kann. Der Anschluss des HC-SFS103 an einen MR-J2-100 der ersten Generation führt zu einem Geberkommunikationsfehler. Für Maschinen, die mit der MR-J2-100 Hardware laufen, ist der richtige Motor der HC-SF103 — mechanisch identisch, 14-Bit-Geber, kompatibel mit MR-J2-100 und MR-J2S-100 Verstärkern.

F3: Was ist die maximale Geschwindigkeit und wann kann sie verwendet werden?

Der HC-SFS103 hat eine Nenndrehzahl von 3.000 U/min und eine Maximaldrehzahl von 4.500 U/min. Der Betrieb über die Nenndrehzahl hinaus ist im Konstantleistungsbereich der Drehmoment-Drehzahl-Kurve zulässig, wo das verfügbare Drehmoment mit zunehmender Drehzahl über 3.000 U/min abnimmt. Nicht alle Anwendungen können den erweiterten Drehzahlbereich nutzen — die Lastdrehmomentanforderung an diesem Betriebspunkt muss gegen das verfügbare Drehmoment bei der Betriebsdrehzahl geprüft werden. Konsultieren Sie die Drehmomentkennlinie des Motors im Mitsubishi HC-SFS Serie Datenblatt, bevor Sie über die Nenndrehzahl hinaus betreiben.

F4: Der HC-SFS103 ist ausgelaufen. Ist er noch für die Maschinenwartung erhältlich?

Ja. Obwohl von Mitsubishi ausgelaufen, ist der HC-SFS103 weiterhin über industrielle Automatisierungs-Gebrauchtteilehändler und Mitsubishi Servo-Spezialisten als neue Altbestände und getestete generalüberholte Einheiten erhältlich. Für Maschinen, die auf J2-Super-Hardware bleiben müssen, ist dieser Beschaffungsweg gut etabliert und praktikabel. Für neue Maschinendesigns oder größere Plattform-Upgrades ist das aktuelle Äquivalent der HG-KR103 oder HF-KP103 (MR-J4 oder MR-JE Serie), der einen Verstärker der aktuellen Generation benötigt, um zu passen.

F5: Wo befindet sich die Absolutwertgeber-Batterie und wie lange hält sie typischerweise?

Die Backup-Batterie — Mitsubishi A6BAT Lithiumzelle — befindet sich im MR-J2S-100 Servo-Verstärker, nicht im Motor. Sie erhält den Mehrumdrehungs-Absolutwertzähler während aller Stromabschaltphasen. Die Batterielebensdauer hängt davon ab, wie lange der Verstärker kumulativ ausgeschaltet ist; die Dokumentation von Mitsubishi gibt mehrere Jahre typischen Service unter normalen Betriebsmustern an. Der Verstärker zeigt einen Niedrigbatterie-Alarm an, wenn die Zelle das Ende ihrer Lebensdauer erreicht. Ersetzen Sie die A6BAT bei diesem ersten Alarm — warten Sie nicht auf die vollständige Entladung, die den Absolutwertzähler zurücksetzt und einen Referenzrücklaufzyklus erzwingt, bevor die Achse die Produktion wieder aufnehmen kann.