Mitsubishi HC-SFS202 (HCSFS202) — 2kW AC-Servomotor, Glatte Welle, Ohne Bremse, 2000 U/min, MELSERVO J2-Super Serie

Produktübersicht

Teilenummer: HC-SFS202

Auch gesucht als: HCSFS202, HC SFS 202, HC-SFS-202

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

Klassifizierung: Mittlere Trägheit AC-Bürstenloser Servomotor — 2 kW, 200V Klasse, 2000 U/min, Glatte Welle, Ohne Bremse

Der Motor im Überblick

Der Mitsubishi HC-SFS202 ist der Einstieg in die größere HC-SFS 2000 U/min Familie — das erste Modell im 2000 U/min Bereich, das von einem 130 × 130 mm Flansch auf eine 176 × 176 mm Montagefläche wechselt. Dieser Übergang ist bedeutsam: Er markiert die Grenze zwischen kompakten Servomotoren und mittelgroßen Einheiten, die für Achsen mit höheren Lasten, höheren Drehmomentanforderungen und anspruchsvolleren Betriebszyklen bestimmt sind.

Mit 2 kW bei 9,55 Nm Dauerdrehmoment und 28,6 Nm Spitzenmoment gehört der HC-SFS202 zur am häufigsten besetzten Leistungsklasse in der allgemeinen Industrieautomatisierung. Werkzeugmaschinen-Vorschubachsen, mittelschwere Förderantriebe, Rundschalttische, Wickelspannungsregelungen — dieser Drehmomentbereich deckt einen sehr breiten Bereich von Anwendungen ab, denen Maschinenkonstrukteure täglich begegnen. Es ist kein Nischenmotor. Er ist in vielerlei Hinsicht das Arbeitspferd der HC-SFS-Reihe.

Was ihn zuverlässig macht, ist die J2-Super-Plattform darunter: ein 17-Bit serieller Absolutwertgeber mit 131.072 ppr, mehrgängige absolute Positionierung, unterstützt durch eine A6BAT-Batterie im MR-J2S-200 Verstärker, Echtzeit-Autotuning, adaptive Vibrationsunterdrückung und eine vollständige Palette von Schutzfunktionen. Die glatte Welle und die Konfiguration ohne Bremse stellen die einfachste mechanische und elektrische Integration dar — keine Keilnutbearbeitung am Flansch, keine Verkabelung des Bremsrelais, keine MBR-Verriegelung in der SPS-Logik.

Technische Spezifikationen

Warum 2kW bei 2000 U/min ein so gängiger Designpunkt ist

Neun Komma fünf fünf Newtonmeter bei 2.000 U/min. Dieser Betriebspunkt findet sich bei einer enormen Bandbreite realer Industriemaschinen, und dafür gibt es einen einfachen Grund.

Bei 2.000 U/min ist die Motorgeschwindigkeit niedrig genug, um Kugelgewindetriebe und Getriebe mit moderatem Steigung zu direkt anzutreiben — ohne eine Zwischenuntersetzung, die Trägheit, Spiel und mechanische Komplexität hinzufügt. Dennoch ist sie schnell genug, um auf denselben Kugelgewindetrieben praktische Linear Geschwindigkeiten zu erreichen, ohne den Motor über seinen thermischen Betriebsbereich hinaus zu betreiben. Ein Kugelgewindetrieb mit 10 mm Steigung, der mit 2.000 U/min angetrieben wird, erzeugt eine lineare Vorschubgeschwindigkeit von 20 m/min. An einer CNC-Werkzeugmaschinen-Vorschubachse sind 20 m/min eine komfortable Eilganggeschwindigkeit. An einem Servo-gesteuerten Transfer-Shuttle ist dies schnell und produktiv. An einem Wickelantrieb bietet 2.000 U/min einen sinnvollen Geschwindigkeitsbereich für Änderungen des Rollendurchmessers.

Die 9,55 Nm Dauerdrehmoment sind ähnlich gut platziert. Sie reichen aus, um einen Kugelgewindetrieb mit 10 mm Steigung gegen eine mehrere hundert Kilogramm schwere Tischlast bei moderater Beschleunigung anzutreiben. Sie decken mittelschwere Förderabschnitte unter voller Produktionslast ab. Sie halten eine konstante Spannungsregelung an einem Wickelantrieb über den gesamten Arbeitsdurchmesserbereich aufrecht. Sie treiben einen Rundschalttisch durch Mehrstationenzyklen an.

Die 28,6 Nm Spitze — genau das Dreifache des Dauerwerts — bewältigen die Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen jedes Positionierzyklus. Dies sind kurze Übergänge im Vergleich zur Konstantgeschwindigkeitsphase bei Nenndrehmoment; das thermische Budget des Motors nimmt sie klaglos auf, und das elektronische Wärmemodell des MR-J2S-200 verfolgt die kumulative Belastung, um sicherzustellen, dass der Schutzalarm auslöst, bevor die Wicklungen eine schädliche Temperatur erreichen.

Das Ergebnis ist ein Motor, der die Drehmoment- und Geschwindigkeitsanforderungen einer sehr breiten Palette von allgemeinen Industrieachsen erfüllt, ohne dass eine Überdimensionierung oder eine kreative mechanische Konstruktion erforderlich ist, um ihn zum Laufen zu bringen.

Glatte Welle: Kupplungsoptionen und Auswahl

Die glatte Welle des HC-SFS202 — keine Keilnut, keine Abflachung, Standard-Zylinder-Außendurchmesser — ist der universelle Ausgangspunkt für das Design von Servomotor-Kupplungen. Jeder Hauptkupplungstyp für Servoanwendungen funktioniert mit einer glatten Welle: Klauenkupplungen, Balgkupplungen, Oldham-Kupplungen, Scheibenkupplungen und Taper-Lock-Zahnriemennaben klemmen alle an den Wellen-Außendurchmesser, indem sie eine geteilte Nabe oder eine Schrumpfpassung verwenden.

Bei 9,55 Nm Dauer- und 28,6 Nm Spitzenmoment muss die Kupplungsauswahl den Spitzenwert und nicht nur das Nenndrehmoment berücksichtigen. Eine Klauenkupplung, die für 9,55 Nm Nenndrehmoment ausgelegt ist, wäre bei aggressiven Beschleunigungszyklen mit 28,6 Nm Spitze grenzwertig. Standardpraxis ist die Auswahl der Kupplung bei 1,5–2-fachem Spitzendrehmoment, wenn die Last Stoßeinwirkungen beinhaltet, und beim Spitzendrehmomentwert, wenn die Last rein träge ist. In jedem Fall sind 28,6 Nm die Zahl, die die Kupplungsdimensionierung bestimmt, nicht der Nenndrehmomentwert von 9,55 Nm.

Für Anwendungen, bei denen eine Keilnutnabe entweder erforderlich oder bevorzugt ist — Kettenräder, bestimmte Zahnriemenscheiben, Getriebeeingangsnaben — ist der HC-SFS202K (verzahnte Welle, ohne Bremse) mechanisch in jeder anderen Hinsicht identisch und verwendet denselben MR-J2S-200 Verstärker. Die Leistungsspezifikationen bleiben unverändert. Der einzige Unterschied ist die gefräste Keilnut in der Welle.

Nabenmontage: Die Zugbolzenmethode bei 176 × 176 mm Rahmen. Die Mitsubishi-Bedienungsanleitungen sind bei diesem Punkt für großformatige Motoren einheitlich: Verwenden Sie immer das Gewindeloch am Wellenende und einen Zugbolzen, um eine Kupplung oder Nabe axial auf die Welle zu ziehen. Niemals drücken oder hämmern. Der Motor mit 176 × 176 mm Rahmen hat eine längere Welle als die 130 × 130 mm Einheiten, und Stoßbelastungen während der Nabenmontage übertragen sich über die Welle auf die Geberscheibe und das hintere Lager. Die daraus resultierenden Schäden — typischerweise geringe Geberlagerbeschädigungen oder Fehlausrichtung der Geberscheibe — erzeugen normalerweise keinen sofortigen Alarm. Sie treten Wochen oder Monate später als intermittierende Geberrauschfehler unter Vibration auf, deren Ursache durch erhebliche Diagnoseaufwand auf ein Installationsereignis zurückgeführt werden kann. Dreißig zusätzliche Sekunden mit einem Zugbolzen eliminieren dieses Risiko vollständig.

Keine Bremse: Wenn Servo-Lock die richtige Antwort ist

Der HC-SFS202 verfügt über keine elektromagnetische Bremse. Die Position in Ruhe wird durch das geschlossene Servo-Lock des MR-J2S-200 Verstärkers aufrechterhalten — die Positionsregelschleife bleibt aktiv, der 17-Bit-Geber überwacht den Wellenwinkel mit hoher Auflösung, und der Verstärker liefert den benötigten Strom, um die befohlene Position zu halten. An einer gut eingestellten Achse mit richtiger Verstärkungsregelung hält dies die Position innerhalb von ein oder zwei Geberzählungen — praktisch keine sichtbare Bewegung.

Für horizontale Achsen und symmetrisch belastete Mechanismen, bei denen keine Gravitations- oder Federkraft in Richtung der Wellendrehung wirkt, ist Servo-Lock absolut zuverlässig und ausreichend. Es gibt keinen mechanischen Grund, eine Bremse hinzuzufügen, und die Vorteile der Bremsenkonfiguration sind greifbar: einfachere Schaltschrankverdrahtung, kein Relais, kein 24V-Bremskreis, keine Überspannungsschutzkomponenten, keine MBR-Verriegelungssequenz in der SPS, keine regelmäßige Inspektion der Bremsscheibe und ein leichterer Motor als die entsprechende gebremste Variante.

Die technische Frage, die für jede Achse einer Maschine zu stellen ist, ist einfach: Bewegt sich die Achse unter verbleibender Kraft, wenn der Servostrom unerwartet auf Null fällt? Wenn die Antwort nein lautet — horizontaler Tisch, symmetrisch ausgewogener Rundschalttisch, flacher Förderabschnitt — ist der HC-SFS202 ohne Bremse die richtige und vollständige Spezifikation. Wenn die Antwort ja lautet — vertikale Z-Achse, geneigte Vorschubachse, schwerkraftbelasteter Mechanismus — ist der HC-SFS202B (glatte Welle mit federbelasteter elektromagnetischer Bremse) erforderlich. Beide verwenden denselben MR-J2S-200 Verstärker.

Bei einer Maschine mit mehreren Servoachsen dieser Kapazität führt die systematische Anwendung dieses Tests und die entsprechende Auswahl — anstatt standardmäßig Bremsen an allen Achsen zu verwenden — zu einem einfacheren Maschinendesign mit einer geringeren Anzahl von Komponenten.

Der 17-Bit-Geber in der täglichen Produktion

Der im HC-SFS202 integrierte Geber ist ein Mitsubishi 17-Bit serieller Absolutwertgeber, der 131.072 diskrete Winkelpositionen pro Wellenumdrehung liefert, zusammen mit einer mehrgängigen absoluten Zählung, die über den Stromausfall hinaus durch die A6BAT-Batterie im Verstärker aufrechterhalten wird.

In der Praxis bedeutet dies für eine Produktionsmaschine Folgendes:

Start ohne Referenzfahrt. Wenn die Maschine nach einem Wochenendstillstand, nach einem Wartungsstopp oder nach einem Not-Aus eingeschaltet wird, liest der MR-J2S-200 sofort den absoluten Wellenwinkel aus. Die Steuerung kennt die exakte Achsposition ohne jegliche Wellenbewegung. Die Produktion kann direkt wieder aufgenommen werden. Für Maschinen, bei denen eine Referenzfahrt durch eine Gefahrenzone erforderlich wäre, oder bei denen die Achsposition beim Abschalten kritisch war und für die Wiederanlaufsequenz genau bekannt sein muss, ist dies kein Komfortmerkmal — es ist eine funktionale Anforderung.

Hochauflösende Geschwindigkeitsrückführung. Bei 131.072 Zählungen pro Umdrehung verfügt die Geschwindigkeitsregelschleife über extrem feine Positionsdaten, selbst bei niedrigen Wellendrehzahlen. Dies ist einer der Gründe, warum J2-Super-Achsen bei niedrigen Vorschubgeschwindigkeiten ohne Geschwindigkeitswelligkeit ruhig laufen — die Rückführungsauflösung ist hoch genug, dass der Regelalgorithmus unabhängig davon, wie langsam sich die Welle dreht, immer genaue Geschwindigkeitsinformationen hat. Für Anwendungen wie Langsamlauf-Wickelantriebe, Kriechgeschwindigkeitsachsen an Werkzeugmaschinen oder Drehmomentregelungsantriebe, bei denen die Laufruhe bei niedrigen Geschwindigkeiten wichtig ist, macht die 17-Bit-Auflösung im Vergleich zu 14-Bit-Vorgängern einen messbaren Unterschied.

Batteriewartung. Die A6BAT im MR-J2S-200 Verstärker hält den mehrgängigen Zähler über den Stromausfall hinaus aufrecht. Ersetzen Sie sie, wenn der Verstärker einen Batteriewarnhinweis anzeigt. Eine vollständig entladene Batterie setzt den Absolutwertzähler zurück, was einen Referenzrücklaufzyklus erfordert, bevor die Achse die Produktion wieder aufnehmen kann. Auf Hochverfügbarkeits-Produktionslinien eliminiert der proaktive Austausch der Batterie beim ersten Batteriewarnhinweis — anstatt auf vollständige Entladung zu warten — ungeplante Ausfallzeiten aus vermeidbaren Gründen.

Kompatible Verstärker

Der HC-SFS202 wird mit der MR-J2S-200 Verstärkerfamilie kombiniert — der J2-Super-Plattform mit 2kW Kapazität. Drei Schnittstellenvarianten decken die wichtigsten Steuerungsarchitekturen ab:

MR-J2S-200A ist der Allzweck-Schnittstellenverstärker. Er akzeptiert Pulszug-Positionsbefehle von CNC-Steuerungen und SPS sowie analoge Geschwindigkeits- und Drehmomentreferenzen. Alle Steuerungsmodi sind verfügbar: Position, Geschwindigkeit, Drehmoment und die Umschaltmodus-Kombinationen P/S, S/T, T/P. RS-232C verbindet sich mit MR Configurator für Parametereinstellung und Diagnose. Dies ist die Standardwahl für Werkzeugmaschinen-Vorschubachsen und allgemeine industrielle Positionieranwendungen.

MR-J2S-200B verbindet sich über den SSCNET-Glasfaserbus mit Mitsubishi A-Serien und Q-Serien Motion Controllern. Positionsbefehle, Geberrückmeldungen, Alarmdaten und Überwachungssignale werden über die Glasfaserleitung übertragen. Für koordinierte Mehrachsenmaschinen — Bearbeitungszentren, die simultane Mehrachsen-Konturierung durchführen, Transportsysteme mit synchronisierten Achsen, elektronische Getriebeanwendungen — bietet der SSCNET-Bus die Echtzeitsynchronisation, die analoge oder Puls-Schnittstellen nicht erreichen können.

MR-J2S-200CP bietet integrierte Einzelachsenpositionierung. Bis zu 31 Zielpositionen werden in den internen Punktetabellen des Verstärkers gespeichert und durch digitale E/A- oder CC-Link-Netzwerksignale aktiviert. Für eigenständige Indexpositionierachsen, die keine Koordination mit anderen Achsen erfordern, eliminiert der CP die Kosten und Komplexität einer dedizierten Motion-Steuerung.

Kompatibilitätshinweise. Der HC-SFS202 benötigt einen J2-Super (MR-J2S) Verstärker. Er ist nicht kompatibel mit den ursprünglichen MR-J2-200 (erste Generation) Verstärkern, die das serielle 17-Bit-Geberprotokoll nicht lesen können. Für Maschinen, die Hardware der ersten Generation MR-J2 verwenden, ist der HC-SF202 (gleiche mechanische Spezifikation, 14-Bit-Geber) der richtige Motor. Der HC-SFS202 ist auch nicht mit MR-J3 oder MR-J4 Verstärkern ohne ein Erneuerungsadapter-Kit kompatibel.

HC-SFS 2000 U/min Familie — Kapazitätskontext

Der HC-SFS202 ist das erste Modell im 2000 U/min Bereich auf dem 176 × 176 mm Flansch und die Option mit der geringsten Kapazität im größeren Rahmen. Der Schritt vom HC-SFS202 zum HC-SFS152 bedeutet den Wechsel zum kleineren 130 × 130 mm Rahmen. Für Maschinenkonstruktionen, die den größeren Flansch benötigen — sei es für die Motorgewichtsverteilung, Wellendurchmesseranforderungen oder zukünftige Kapazitätsreserven — ist der HC-SFS202 der Ausgangspunkt.

Alle Kapazitätsvarianten der 2000 U/min Familie sind in vier Wellen- und Bremskonfigurationen erhältlich: glatte Welle (HC-SFS202), glatte Welle mit Bremse (HC-SFS202B), verzahnte Welle (HC-SFS202K) und verzahnte Welle mit Bremse (HC-SFS202BK). Alle vier verwenden die MR-J2S-200 Verstärkerklasse.

Typische Anwendungen

Werkzeugmaschinen-Vorschubachsen. Kugelgewindetrieb-gesteuerte X-, Y- und sekundäre Z-Achsen an vertikalen und horizontalen Bearbeitungszentren. Das Dauerdrehmoment von 9,55 Nm und die maximale Drehzahl von 3.000 U/min eignen sich für moderate Tischmassen bei praktischen Eilganggeschwindigkeiten ohne Untersetzung zwischen Motor und Spindel.

Mittelschwere Förder- und Transferantriebe. Servo-gesteuerte Förderabschnitte, Shuttle-Mechanismen und Teiletransfersysteme an Montage- und Prüflinien. Die 2kW-Kapazität deckt moderate Linienlasten ab; der Absolutwertgeber eliminiert die Referenzfahrt beim Neustart, was für Hochverfügbarkeits-Produktionssysteme, die häufig Strom schalten, wichtig ist.

Rundschalttische. Mehrstationen-Rundschalttische, bei denen der Motor über eine Schneckengetriebe- oder Nullspiel-Stirnraduntersetzung mit dem Tisch verbunden ist. Der 17-Bit-Geber liefert die Winkelauflösung, die für präzise Stationspositionierung erforderlich ist; die 28,6 Nm Spitze bewältigen das Beschleunigungsdrehmoment für schnelle Indexbewegungen zwischen den Stationen.

Wickel- und Abwickelspannungsantriebe. Materialwickelantriebe, die im Drehmomentregelungsmodus arbeiten, um eine konstante Bahnspannung über einen sich ändernden Rollendurchmesser aufrechtzuerhalten. Das Dauerdrehmoment von 9,55 Nm bei 2.000 U/min deckt einen nützlichen Bereich von Wickelstationgrößen und Bahnspannungssollwerten ab. Das Echtzeit-Autotuning im MR-J2S-200 hilft, eine konsistente Spannungsreaktion aufrechtzuerhalten, wenn sich die Rollenträgheit mit dem Durchmesser ändert.

Hilfsachsen von Spritzgießmaschinen. Servo-gesteuerte Auswerfer-, Kernzieh- und Schneckenrotationsachsen an Spritzgießmaschinen, bei denen der Motor während des Formzyklus präzise Positionen unter Last halten muss. Die glatte Welle kuppelt sauber an Zahnstangen-Auswerfermechanismen; die Bremsenkonfiguration ist für horizontale Auswerferachsen geeignet, bei denen Servo-Lock ausreichend ist.

Häufig gestellte Fragen

F1: Was ist der Unterschied zwischen dem HC-SFS202 und dem HC-SF202?

Beide sind 2kW, 2000 U/min, glattwellige Motoren auf einem 176 × 176 mm Flansch und beide sind mechanisch identisch in Abmessungen und Kupplungsschnittstelle. Der entscheidende Unterschied ist die Gebergeneration. Der HC-SF202 verfügt über einen 14-Bit (16.384 ppr) Geber und ist mit MR-J2- und MR-J2S-Verstärkern kompatibel. Der HC-SFS202 verfügt über einen 17-Bit (131.072 ppr) Geber und benötigt einen MR-J2S-200 Verstärker — er funktioniert nicht mit einem MR-J2 der ersten Generation. Für eine Maschine, die bereits MR-J2S-200 Verstärker verwendet, ist der HC-SFS202 der richtige Motor. Für Maschinen mit ursprünglicher MR-J2-200 Hardware ist der HC-SF202 anzugeben.

F2: Kann der HC-SFS202 an einer vertikalen Achse ohne Bremse verwendet werden?

Nur mit sorgfältiger Analyse. Servo-Lock über den MR-J2S-200 hält horizontale Achsen im Ruhezustand zuverlässig, aber an einer vertikalen Achse führt die Gravitationslast, die auf die Achse wirkt, wenn der Servostrom auf Null fällt, zu einer Abwärtsbewegung. Für jede Achse, bei der eine Bewegung bei ausgeschaltetem Servo gefährlich oder mechanisch schädlich ist — einschließlich der meisten vertikalen Achsen — ist der HC-SFS202B (glatte Welle, federbelastete elektromagnetische Bremse) die richtige Spezifikation. Die Bremse greift standardmäßig und hält die Achse mechanisch, unabhängig vom Servostatus.

F3: Der HC-SFS202 ist auf dem 176 × 176 mm Flansch. Bedeutet das, dass er eine größere Montage als der 1,5kW HC-SFS152 benötigt?

Ja. Der HC-SFS152 und seine 130 × 130 mm Flanschvarianten sind physisch kleinere Motoren. Der HC-SFS202 wechselt zum 176 × 176 mm Flansch, was eine andere Motorbefestigungsschnittstelle erfordert — größerer Lochkreis, anderer Zentrierdurchmesser. Wenn eine Maschine um den 130 × 130 mm Flansch herum konstruiert wurde und Sie den HC-SFS202 als Upgrade in Betracht ziehen, muss die Motorbefestigungsplatte modifiziert werden. Wenn der Maschinenrahmen bereits die 176 × 176 mm Montage verwendet, passt der HC-SFS202 neben den HC-SFS352, HC-SFS502 und HC-SFS702 Varianten ohne mechanische Änderung.

F4: Welcher Verstärker wird benötigt und wo befindet sich die Absolutwertgeber-Batterie?

Der HC-SFS202 benötigt einen MR-J2S-200 Verstärker — entweder die A (analog/Puls), B (SSCNET) oder CP (integrierte Positionierung) Variante. Die Pufferbatterie für den mehrgängigen Absolutwertzähler ist die Mitsubishi A6BAT Lithium-Einheit, die sich im Verstärker befindet, nicht im Motor. Ersetzen Sie sie beim ersten Batteriewarnhinweis des Verstärkers. Eine vollständig entladene Batterie setzt den absoluten Positionsspeicher zurück und erfordert einen Referenzrücklaufzyklus, bevor die Achse die Produktion wieder aufnehmen kann.

F5: Ist der HC-SFS202 trotz der Einstellung noch erhältlich?

Ja. Obwohl Mitsubishi die HC-SFS-Serie zusammen mit der breiteren MR-J2S-Plattform offiziell eingestellt hat, ist der HC-SFS202 über industrielle Automatisierungs-Surplus-Händler und spezialisierte Mitsubishi-Servo-Komponentenlieferanten weiterhin weit verbreitet erhältlich, sowohl als neue Altbestände als auch als getestete generalüberholte Einheiten. Für Maschinen, die weiterhin auf J2-Super-Hardware laufen müssen, ist die Beschaffung von Surplus einfach. Für neue Maschinendesigns ist das aktuelle Äquivalent die HG-SR202 (MR-J4 Serie, 2kW, 2000 U/min, glatte Welle, 22-Bit-Geber, 176 × 176 mm Flansch, IP67), die einen MR-J4-200 Verstärker benötigt.