Mitsubishi HC-SFS153K Servomotor HCSFS153K

Mitsubishi HC-SFS153K (HCSFS153K) — 1,5kW AC-Servomotor, Keilwelle, ohne Bremse, 3000 U/min, MELSERVO J2-Super Serie

Produktübersicht

Teilenummer: HC-SFS153K

Auch gesucht als: HCSFS153K, HC SFS 153K, HC-SFS-153K

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

Klassifizierung: AC-Bürstenloser Servomotor mit mittlerer Trägheit — 1,5 kW, 200V Klasse, 3000 U/min, Keilwelle, ohne Bremse

Einleitung: Ein Motor mit speziellem Zweck

Es gibt Servomotoren, die für Flexibilität ausgelegt sind, und Servomotoren, die mit einer bestimmten mechanischen Schnittstelle im Sinn entwickelt wurden.

Der Mitsubishi HC-SFS153K tendiert zu Letzterem. Der Suffix "K" ist die entscheidende Bezeichnung — eine gefräste Keilnut in der Welle, die die Drehmomentübertragung vom Motor auf die angetriebene Komponente grundlegend verändert.

Mit 1,5 kW und 3.000 U/min auf einem 130 x 130 mm Flansch passt der HC-SFS153K in das kompakte Ende des mittleren Servobereichs.

Sein kontinuierliches Drehmoment von 4,78 Nm und sein Spitzendrehmoment von 14,3 Nm liegen in einem praktischen Bereich für Hilfsachsen von Werkzeugmaschinen, mittelschnelle Förderantriebe und jeden Mechanismus, bei dem die Motor-Last-Kupplung sowohl präzise als auch mechanisch positiv sein muss.

Die Keilwelle ist das Merkmal, das ihn für Anwendungen geeignet macht, bei denen eine glatte gerade Welle, egal wie zuverlässig geklemmt, Zweifel an der Integrität des Drehmomentpfads über die Lebensdauer des Motors aufkommen lässt.

Hinter der Welle: derselbe 17-Bit serielle Absolutwertgeber mit 131.072 ppr, der in der gesamten J2-Super HC-SFS-Familie verbaut ist, gepaart mit der MR-J2S-200 Verstärkerklasse.

Technische Spezifikationen

Warum die Keilwelle Dinge verändert

Die meisten Servoanwendungen verwenden eine glatte gerade Welle und eine Reibungskupplung. Das funktioniert gut, der Kupplungsbereich ist breit und die Installation ist unkompliziert. Wann also ist eine Keilwelle die richtige Antwort?

Die Antwort liegt darin, was die Reibungskupplungsschnittstelle tatsächlich tut.

Eine geteilte Nabe oder eine Schrumpfsitzkupplung überträgt Drehmoment durch Reibung zwischen der Nabenbohrung und dem Wellendurchmesser. Diese Reibung wird durch die Klemmkraft bei der Installation eingestellt — typischerweise eine Stellschraube oder eine Durchgangsschraube an der geteilten Nabe — und muss groß genug sein, um das SpitzenDrehmoment ohne Schlupf zu widerstehen: in diesem Fall 14,3 Nm bei jedem Beschleunigungsübergang, Zyklus für Zyklus, über die gesamte Lebensdauer des Motors.

Unter idealen Bedingungen bewältigen Reibungskupplungen bei 1,5 kW dies zuverlässig. Unter weniger idealen Bedingungen — durch Vibrationen verursachte Lockerung der Nabe über Tausende von Stunden, thermische Zyklen, die die Klemmgeometrie leicht verändern, Stoßbelastungen durch Ketteneingriff oder Zahnradkontakt — kann die Sicherheitsmarge, die bei der Installation ausreichend schien, erodieren.

Wenn dies geschieht, ist der Schlupf normalerweise intermittierend und der Nachlaufregler ist klein genug, dass kein Alarm ausgelöst wird. Die Achse entwickelt ein Wiederholgenauigkeitsproblem, das wirklich schwer zu diagnostizieren ist, da es nur auftritt, wenn die Achse hart arbeitet.

Die Keilnut eliminiert diesen Ausfallmodus. Der Keil sitzt in passenden Schlitzen in Welle und Nabe und überträgt das Drehmoment über seine Scherfläche und nicht über Reibung.

Der Drehmomentpfad ist mechanisch positiv — er hängt nicht von der Klemmkraft ab, verschlechtert sich nicht durch Vibrationen und lockert sich nicht durch thermische Zyklen. 

Zyklische Belastung, Umkehrungen und Stoßbelastungen, die eine Reibungsschnittstelle herausfordern würden, beeinträchtigen eine Keilverbindung nicht.

Für einen 1,5 kW Motor bei 3.000 U/min, bei dem die angetriebene Komponente — ein Zahnrad, ein Schneckengetriebeeingang, ein Synchronriemenrad oder eine Zahnradnabe — eine Keilnutbohrung hat, entweder konstruktionsbedingt oder auf Kundenwunsch, ist der HC-SFS153K die richtige und natürliche Wahl.

Es gibt keine Leistungseinbußen. Das Nenndrehmoment von 4,78 Nm und das Spitzendrehmoment von 14,3 Nm sind identisch mit dem HC-SFS153 mit glatter Welle.

1,5 kW bei 3.000 U/min: Der Betriebspunkt

Vier Komma sieben acht Newtonmeter bei 3.000 U/min ist eine spezifische Kombination, die für eine klar definierte Reihe von Achsentypen geeignet ist.

Es ist mehr Drehmoment als der 1kW HC-SFS103 (3,18 Nm bei gleicher Drehzahl), was relevant wird, wenn die Achse im gesamten Betriebsbereich ein moderates Lastmoment aufrechterhält und nicht nur während der Beschleunigungsübergänge. Ein 1kW Motor, dessen Achse regelmäßig fast 3,18 Nm kontinuierlich benötigt, arbeitet mit wenig Spielraum nahe seiner thermischen Grenze.

Der HC-SFS153K mit 4,78 Nm kontinuierlich bietet derselben Achse etwa 50% mehr Dauerleistung — Spielraum, der sich in niedrigerer Betriebstemperatur, längerer Wicklungslebensdauer und reduzierter Häufigkeit von Überlastalarmen bei anspruchsvollen Produktionszyklen niederschlägt.

Die Nenndrehzahl von 3.000 U/min dient demselben Zweck wie im gesamten HC-SFS 3000 U/min Bereich: Ermöglichung der direkten Kopplung an Mechanismen, die Wellendrehzahl statt Wellendrehmoment benötigen. Eine Kugelumlaufspindel mit 5 mm Steigung, die mit 3.000 U/min angetrieben wird, erreicht eine lineare Geschwindigkeit von 15 m/min — schnell genug für viele CNC-Hilfsachsen ohne Untersetzungsstufe.

Ein Zahnriemenantrieb mit einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 wandelt dies in 1.500 U/min an der Abtriebswelle um und verdoppelt dabei das verfügbare Drehmoment, wodurch der Arbeitspunkt näher an den tatsächlichen Bedarf vieler getriebe- oder riemengetriebener Mechanismen heranrückt.

Die Maximaldrehzahl von 4.500 U/min erweitert den Betriebsbereich über den Nennpunkt hinaus im Konstantleistungsbereich, wo das verfügbare Drehmoment proportional abnimmt.

Dieser erweiterte Bereich ist nützlich für schnelle Verfahrphasen bei Positionierachsen, bei denen die Last gering ist und die Verfahrdrehmomentanforderung weit unter dem Nennwert liegt.

Zwischen dem 103 und dem 203

Der HC-SFS 3000 U/min Bereich auf dem 130 x 130 mm Flansch reicht von 500W (HC-SFS53) bis 2.000W (HC-SFS203) in vier Schritten. Der HC-SFS153K befindet sich auf der dritten Stufe — über dem 1kW HC-SFS103, unter dem 2kW HC-SFS203 und teilt sich denselben physischen Rahmen und dieselbe Montagefläche mit beiden.

Ein Detail, das erwähnenswert ist: Sowohl der HC-SFS153K als auch der HC-SFS203K verwenden denselben MR-J2S-200 Verstärker. Der Flansch ist identisch, die mechanische Montage ist dieselbe und die Verstärkerpaarung ist dieselbe.

Das bedeutet, dass ein Maschinenrahmen, der für den HC-SFS153K ausgelegt ist, den HC-SFS203K ohne mechanische oder elektrische Paneländerung aufnehmen kann — die einzige Parameteranpassung, die erforderlich ist, ist die Einstellung des Verstärkers, um den neuen Motor zu erkennen. Für Anwendungen, bei denen eine zukünftige Kapazitätserweiterung möglich ist, ist dies eine nützliche Designflexibilität.

Keine Bremse: Die richtige Standardeinstellung für horizontale Keilwellenachsen

Der HC-SFS153K verfügt über keine elektromagnetische Bremse. Dies ist die richtige Konfiguration für die überwiegende Mehrheit der horizontalen und symmetrisch belasteten Achsen, bei denen die Keilwelle sinnvoll ist.

Keilwellenanwendungen beinhalten typischerweise mechanische Kupplungen — Zahnräder, Getriebelager, Schneckenwellen, Riemenscheiben —, die alle am häufigsten bei horizontalen Mechanismen vorkommen: Förderantriebe, Materialzuführsysteme, Drehverteiler auf horizontalen Ebenen, Hilfsachsen an horizontal montierten Maschinenbaugruppen.

An diesen Achsen ist die Servo-Verriegelung über die geschlossene Positionsregelschleife des MR-J2S-200 völlig ausreichend, um die Position im Ruhezustand zu halten. 

Der 17-Bit-Encoder überwacht kontinuierlich den Wellenwinkel; der Verstärker liefert Korrekturstrom, um einen Nachlauffehler von Null zu halten. An einem horizontalen, ausgewogenen Mechanismus gibt es nichts, was eine Bremse hinzufügen könnte.

Die praktischen Vorteile der Konfiguration ohne Bremse bei dieser Motorgröße sind real. Kein 24V DC Breiskreis im Schaltschrank. Kein Relais, kein Überspannungsschutz.

Keine MBR-Verriegelung in der SPS. Keine regelmäßige Bremsenverschleißprüfung im Wartungsplan. Der Motor ist leichter und kürzer als sein gebremstes Äquivalent, was bei Achsen, bei denen die Motormasse zur Trägheit der beweglichen Struktur beiträgt, wichtig ist.

Der HC-SFS153K mit Keilwelle und ohne Bremse beschreibt eine einfache mechanische Schnittstelle: Die Nabe ist mit einer Keilnut versehen und verriegelt, der Motor ist mit dem MR-J2S-200 verbunden und die Achse arbeitet sauber ohne zusätzliche Haltehardware.

Wo die Achse tatsächlich vertikal oder schwerkraftbelastet ist, ist der HC-SFS153BK (Keilwelle plus federbelastete Bremse) die richtige Spezifikation.

An einer Maschine mit mehreren Achsen dieser Kapazität führt die bewusste Anwendung des Vertikalachsen-Tests auf jede einzelne und die entsprechende Spezifikation zu einem saubereren Design als die Standardisierung auf Bremsen überall.

Kompatible Verstärker

Der HC-SFS153K ist mit der MR-J2S-200 Verstärkerfamilie gepaart — der 2kW-fähigen J2-Super-Plattform. Obwohl der Motor 1,5 kW hat, erfordert der Strombedarf bei 3.000 U/min die 2kW-Verstärkerklasse anstelle des 1kW MR-J2S-100. Dies ist über den HC-SFS 3000 U/min Bereich hinweg konsistent: Sowohl der HC-SFS153 als auch der HC-SFS203 verwenden den MR-J2S-200.

Der MR-J2S-200A

verarbeitet analoge und Impulspaket-Befehle von CNC-Systemen, SPS und externen Bewegungssteuerungen. Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentregelungsmodi sind verfügbar, ebenso wie die Kombinationen P/S, S/T und T/P im Schaltmodus. RS-232C verbindet sich mit der MR Configurator Setup-Software. Dies ist die Standardwahl für Werkzeugmaschinen und allgemeine Automatisierungsanwendungen.Der 

MR-J2S-200B

verbindet sich über den SSCNET-Glasfaser-Serienbus mit Mitsubishi A-Serie und Q-Serie Bewegungssteuerungen.Alle Achsbefehle und Encoder-Rückmeldungen werden über das Glasfasernetz übertragen. Erforderlich für Mehrachsenmaschinen, bei denen die koordinierte Achsbewegung — elektronische Getriebe, Konturierung, synchronisierte Vorschübe — von einer Mitsubishi Bewegungssteuerung verwaltet wird.

Der 

MR-J2S-200CP integriert eine integrierte Einzelachsenpositionierung mit bis zu 31 Punkt-Tabellenpositionen, die über digitale E/A oder CC-Link-Netzwerksignale aktiviert werden.Für eigenständige Positionierachsen, die keine Koordination mit anderen Achsen erfordern, eliminiert der CP die Kosten einer dedizierten Bewegungssteuerung.Kompatibilitätshinweise.

Der HC-SFS153K benötigt einen MR-J2S-200 Verstärker. Er ist F3: Kann der HC-SFS153K einen HC-SF153K auf einer Maschine mit einem MR-J2-200 Verstärker der ersten Generation ersetzen?, die das 17-Bit J2-Super Encoder-Protokoll nicht dekodieren kann.

Für Maschinen, die mit der ursprünglichen MR-J2-200 Hardware laufen, ist der 

HC-SF153K (Keilwelle, 14-Bit-Encoder, gleiche mechanische Abmessungen) der richtige Motor. Nicht kompatibel mit MR-J3 oder MR-J4 Verstärkern ohne ein Erneuerungsadapter-Kit.

Typische Anwendungen

Primärachsen für Zahnriemen- und Synchronantriebe. Maschinenachsen, bei denen der Motor einen Zahnriemenuntersetzer antreibt — eine sehr übliche Anordnung bei 3.000 U/min Servomotoren — verwenden Keilriemenscheiben als Standardkonstruktionspraxis.

Die Riemenspannung vorgespannt die Riemenscheibennabe radial, und der Keil verhindert, dass sich die Riemenscheibe unter der kombinierten radialen und tangentialen Belastung des Riemenantriebs auf der Welle dreht. Die Keilwelle des HC-SFS153K ist genau das, was diese Antriebe benötigen.

Schneckengetriebe-Antriebe. Drehverteiltische, servoangetriebene Revolver und Winkelpositioniermechanismen mit Schneckengetriebeuntersetzern verbinden den Motor über eine Keilnabenkupplung mit der Schneckenwelle.

Der Widerstand des Schneckengetriebes gegen Rückwärtsfahren bedeutet, dass der Motor die Position oft über die Getriebeuntersetzung und nicht über die Servo-Verriegelung hält, und die Keilschnittstelle stellt sicher, dass die Motor-Schnecken-Kupplung während des Positionierzyklus und der Haltephase mechanisch positiv ist.

Kettenspannerantriebe an Förder- und Transportsystemen. Servoangetriebene Förderabschnitte und Transportsysteme mit Kettenantrieben montieren eine Kettenrad auf der Motorwelle mit einer Keilnutbohrung.

Kettenantriebe üben intermittierende Stoßbelastungen aus — jede Kettenglied-Einrastung erzeugt einen kurzen Drehmomentspitze — und die Keilschnittstelle bewältigt diese zyklischen Stoßbelastungen robust, wo Reibungsklemmen zunehmend herausgefordert würden.CNC-Werkzeugmaschinen-Hilfsachsenantriebe.

Palettenwechsler-Drehachsen, Werkzeugmagazinantriebe und Späneförderer an CNC-Bearbeitungszentren verwenden oft Keilkupplungen an der Motor-zu-Mechanismus-Schnittstelle, insbesondere dort, wo die Achse an einen bestehenden Getriebemechanismus angeschlossen ist, der um eine Keilwelleneingabe herum konstruiert wurde.

Textil- und Verarbeitungsmaschinen-Antriebswalzen.

Vorschubwalzen- und Spannwalzenantriebe an Schneidemaschinen, Laminierlinien und Textilverarbeitungsanlagen, bei denen die Walzennabe über den gesamten Produktbereich mit der Antriebswelle verkeilt ist. Der Austausch des Motors an solchen Maschinen, ohne die Walzennabe zu wechseln, ist unkompliziert, wenn der Motor die gleiche Keilnutspezifikation aufweist.

Häufig gestellte Fragen

F1: Warum verwendet der HC-SFS153K den MR-J2S-200 Verstärker anstelle des MR-J2S-100, obwohl er nur 1,5 kW hat?

Die Verstärkerklasse wird durch den Strombedarf des Motors bestimmt, nicht nur durch seine Nennleistung. Bei 3.000 U/min und 1,5 kW zieht der HC-SFS153K einen Strom, der die Nennleistung des MR-J2S-100 übersteigt. Die Motor-Verstärker-Kompatibilitätstabellen von Mitsubishi bestätigen den MR-J2S-200 für den HC-SFS153 und HC-SFS203 bei 3.000 U/min.

Dies stimmt mit dem HC-SFS152 (1,5 kW bei 2.000 U/min) überein, der ebenfalls den MR-J2S-200 verwendet — die Stromhülle bei dieser Leistungs- und Drehzahlkombination erfordert den größeren Verstärker, unabhängig von der Nennleistung des Motors.

F2: Was ist der praktische Unterschied zwischen dem HC-SFS153K (Keilwelle) und dem HC-SFS153 (glatte Welle)?

Die Leistungsspezifikationen sind identisch — gleiches Nenndrehmoment von 4,78 Nm, gleiches Spitzendrehmoment von 14,3 Nm, gleicher Encoder, gleicher Verstärker. Der Unterschied liegt ausschließlich im Drehmomentpfad Welle-zu-Nabe. Die gefräste Keilnut des HC-SFS153K überträgt das Drehmoment mechanisch über die Scherfläche des Keils; die glatte Welle des HC-SFS153 verlässt sich auf die Reibungsklemmung der Kupplungsnabe.

Die Keilwellenvariante ist geeignet, wenn die angetriebene Komponente eine Keilnutbohrung hat, wenn der Mechanismus zyklische Umkehrungen oder Stoßbelastungen beinhaltet oder wenn die langfristige Integrität des Drehmomentpfads unter Vibrationen eine Designpriorität darstellt. Für Präzisionskupplungen mit glatter Bohrung an sauberen horizontalen Achsen ist der HC-SFS153 mit glatter Welle einfacher und ebenso zuverlässig.F3: Kann der HC-SFS153K einen HC-SF153K auf einer Maschine mit einem MR-J2-200 Verstärker der ersten Generation ersetzen?Nein. Der 17-Bit-Encoder des HC-SFS153K ist inkompatibel mit dem MR-J2-200 Verstärker der ersten Generation.

Nur der 

HC-SF153K

(Keilwelle, 14-Bit-Encoder) ist mit der ursprünglichen MR-J2-200 Hardware kompatibel.Wenn die Maschine bereits auf einen MR-J2S-200 Verstärker aufgerüstet wurde, ist der HC-SFS153K mechanisch ein direkter Ersatz, und die höhere Encoder-Auflösung ist ein automatischer Vorteil.F4: Wo befindet sich die Absolutwertgeber-Backup-Batterie?Die Batterie — Mitsubishi A6BAT Lithiumzelle

— befindet sich im 

MR-J2S-200 Servo-Verstärker

, nicht im Motor. Sie erhält den Mehrumdrehungs-Absolutwertzähler während der Stromausfallzeiten. Ersetzen Sie sie beim ersten Niedrigbatterie-Alarm des Verstärkers.

Schieben Sie dies nicht auf: Eine vollständig entladene Batterie setzt den Mehrumdrehungszähler zurück, was beim nächsten Start einen Referenzrücklaufzyklus erfordert, bevor die Achse wieder in Produktion gehen kann. Bei hochverfügbaren Maschinen sollte der Niedrigbatterie-Alarm als sofortige Wartungsaufgabe behandelt werden.F5: Der HC-SFS153K ist ausgelaufen. Was sind die Beschaffungs- und Upgrade-Optionen?Der HC-SFS153K ist weiterhin als Überkapazitätslager und getestete generalüberholte Einheiten bei Mitsubishi Servo-Komponenten-Spezialisten erhältlich, was ihn zu einer praktischen Option für die Wartung bestehender Maschinen der J2-Super-Plattform macht.

Für neue Maschinendesigns oder vollständige Plattform-Upgrades stammt das aktuelle Äquivalent aus den