Mitsubishi HC-SFS121K (HCSFS121K) — 1,2kW AC-Servomotor, mit Keilnut, ohne Bremse, 1000 U/min, MELSERVO-J2S-Serie

Produktidentifikation

Teilenummer: HC-SFS121K

Auch gesucht als: HCSFS121K, HC-SFS-121K

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

Motortyp: AC-Bürstenloser Servomotor — mit Keilnut, ohne Bremse, 1000 U/min, 200V AC

Wofür dieser Motor gebaut ist

Bei 1.000 U/min mit 11,5 Nm Dauer-Drehmoment nimmt der Mitsubishi HC-SFS121K eine spezifische und bewusste Position in der MELSERVO-J2S-Reihe ein — ein Servomotor mit mittlerer Trägheit, der ein hohes Drehmoment-zu-Leistungs-Verhältnis bei niedriger Wellendrehzahl liefert, mit einer gefrästen Keilnut für positive mechanische Kopplung und ohne elektromagnetische Bremse für Anwendungen, bei denen die Servo-Verriegelung allein ausreicht.

Die Nennleistung von 1000 U/min ist das bestimmende Merkmal. Würde die gleiche 1,2kW Leistung durch einen 2.000 U/min Motor geleitet, würde sich das Dauer-Drehmoment auf etwa 5,7 Nm halbieren. Die langsamere Nenndrehzahl des HC-SFS121K konzentriert die verfügbare Leistung in ein erheblich höheres Wellendrehmoment — 11,5 Nm kontinuierlich — ohne Getriebe zwischen Motor und Last. Für Achsen, bei denen das Drehmoment das limitierende Kriterium ist und nicht die Drehzahlgrenze, ist dies der Betriebspunkt, der das Designproblem direkt löst.

Die Welle mit Keilnut vervollständigt das Bild. Wo die angetriebene Komponente — ein Schneckengetriebeeingang, ein Zahnriemenrad, ein Kettenrad — einen positiven mechanischen Drehmomentpfad anstelle einer Reibungsklemmverbindung erfordert, bietet die gefräste Keilnut dies. Keine Bremse bedeutet einfachere Verkabelung, keine Relaissequenzierung und keinen MBR-Verriegelungsaufwand bei Achsen, bei denen die Schwerkraft keine Rolle spielt und die Servo-Verriegelung des Verstärkers im Ruhezustand ausreichend Position hält.

Gekoppelt mit dem 17-Bit seriellen Absolutwertgeber mit 131.072 ppr und dem MR-J2S-200 Verstärker liefert der HC-SFS121K die J2-Super-Plattform-Leistung — Hochbandbreiten-Regelung, feine Geberauflösung und Mehrumdrehungs-Absolutwert-Positions-Backup — bei dieser mittleren 1000 U/min Kapazität.

Technische Spezifikationen

11,5 Nm bei 1000 U/min: Das Drehmoment-Vorteil verstehen

Die Physik ist einfach. Leistung ist Drehmoment multipliziert mit Winkelgeschwindigkeit. Hält man die Leistung konstant und senkt die Drehzahl, muss das Drehmoment proportional steigen, um die gleiche Leistung zu erhalten. Bei 1,2kW und 1.000 U/min liefert der HC-SFS121K 11,5 Nm kontinuierlich. Ein vergleichbarer Motor bei 2.000 U/min mit 1,2kW würde etwa 5,7 Nm erzeugen. Gleiche elektrische Leistung, gleiche Verstärkerklasse — aber das an der Welle verfügbare Drehmoment für nachhaltige Arbeit ist doppelt so hoch.

Für Anwendungen, bei denen der kritische Konstruktionsparameter das Drehmoment ist, das der Motor unter Produktionslast kontinuierlich aufrechterhalten kann, und nicht, wie schnell sich die Welle dreht, ist dieser Unterschied praktisch bedeutsam. Schwere Langsamlauf-Förderantriebe. Schneckengetriebeeingangsachsen, bei denen das Motordrehmoment direkt in die Untersetzung ohne zusätzliche Stufe eingespeist wird. Materialwickelantriebe, die über einen breiten Rollendurchmesserbereich eine konstante Spannung aufrechterhalten müssen. Rundschalttische, die bei jeder Station unter Last verweilen. Jede dieser Anwendungen profitiert vom höheren Dauer-Drehmoment an der Welle, und der HC-SFS121K liefert es, ohne zusätzliche mechanische Untersetzung zu benötigen.

Die 34,4 Nm Spitzenwert — das Dreifache des Nenn-Dauerwerts — bewältigen die Beschleunigung. Wenn die Achse aus dem Stand auf Betriebsdrehzahl beschleunigen muss oder wenn ein schneller Zyklus von Verweildauer zu Verweildauer hohe Drehmomente für die Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen erfordert, steht die Spitzenkapazität für diese Transienten zur Verfügung. Der Motor kehrt während der Dauerphase jedes Zyklus zu kontinuierlichen Betriebsbedingungen zurück, und das thermische Budget bleibt erhalten.

Die Welle mit Keilnut bei dieser Kapazität

Elf und eine halbe Newtonmeter Dauer-Drehmoment, mit einem Spitzenwert von 34,4 Nm, stellen echte Anforderungen an die Wellen-Naben-Schnittstelle. Der Drehmomentpfad zwischen Motorwelle und angetriebener Komponente muss über den gesamten Betriebsbereich zuverlässig sein — Dauerlast, zyklische Umkehrung, Stoßbelastungen durch Ketteneingriff oder Zahnradverzahnung und die Hochdrehmoment-Transienten während der Beschleunigung und Verzögerung.

Eine Reibungskupplung hängt vollständig von der Kontaktkraft zwischen Nabenbohrung und Wellenaußendurchmesser ab. Diese Kraft wird bei der Installation eingestellt und muss ausreichen, um das Spitzendrehmoment unter den schlechtesten Betriebsbedingungen während der gesamten Lebensdauer des Motors zu widerstehen. Vibrationen, thermische Zyklen und Verschleiß können diese Kraft im Laufe der Zeit verringern, und eine marginale Klemmung, die das Dauer-Drehmoment bewältigt, kann bei einem Spitzen-Transient verrutschen — was zu Positionsfehlern führt, die sich unbemerkt ansammeln, bevor sie ein sichtbares Problem verursachen.

Die Keilnut ändert den Drehmomentübertragungsmechanismus. Der Keil sitzt in passenden Schlitzen in Welle und Nabe und überträgt das Drehmoment über die Scherungsquerschnittsfläche des Keils und nicht über Reibung. Dies ist mechanisch robust unter allen Bedingungen — Umkehrung, zyklische Belastung, Stoß —, die Reibungsverbindungen am schwierigsten finden. Es ist auch unempfindlich gegenüber dem Verlust der Klemmkraft im Laufe der Zeit, dem Reibungsverbindungen ausgesetzt sind.

Das Einsetzen der Nabe ist bei dieser Rahmengröße wichtig. Das Handbuch für Mitsubishi Servomotoren ist eindeutig: Verwenden Sie das Gewindeloch am Wellenende und einen Zugbolzen, um die Nabe axial auf die Welle zu ziehen, anstatt sie zu pressen oder zu hämmern. Stoßbelastungen bei der Montage der Nabe bei der Rahmengröße 130 × 130 mm übertragen sich über die Welle auf die Geberscheibe und die Lagerbaugruppe an der Rückseite des Motors. Der dadurch verursachte Schaden ist selten sofortig und führt selten zu einer klaren Fehlermeldung — er tritt später als intermittierende Geberfehler unter Vibration auf, die sehr schwer auf die ursprüngliche Installation zurückzuführen sind. Die Zugbolzenmethode verhindert dies vollständig und dauert nur Sekunden länger.

Keine Bremse: Die richtige Wahl für diese Achsen

Die Position im Ruhezustand des HC-SFS121K wird durch die Servo-Verriegelung des Verstärkers gehalten — die Positionsregelschleife bleibt aktiv, die Geberrückmeldung überwacht kontinuierlich den Wellenwinkel, und der Verstärker liefert den benötigten Strom, um einen Null-Folgefehler zu halten. Für horizontale Achsen und jeden Antrieb, bei dem keine Nettokraft in Richtung der Wellendrehung wirkt, wenn der Servo im Haltezustand ist, ist dies zuverlässig, genau und verbraucht keine zusätzlichen Panelressourcen über das hinaus, was das normale Servosystem bereits benötigt.

Die Achsen, die dieser Motor typischerweise bedient — Wickelantriebe, Langsamlauf-Förderer, Rundschalttische an horizontalen Geräten, getriebegetriebene Transfermechanismen — sind horizontal oder symmetrisch belastet. Die Servo-Verriegelung hält sie sauber. Eine Bremse an diesen Achsen würde ein Relais, einen Überspannungsableiter, 24V DC-Verkabelung, eine MBR-Verriegelungsschaltung und eine regelmäßige Inspektion der Bremsscheibe zur Installation hinzufügen, ohne funktionellen Mehrwert. Der HC-SFS121K ohne Bremse eliminiert all dies bei jeder Achse der Maschine, bei der er zum Einsatz kommt.

Die Wahl ändert sich bei vertikalen Achsen, geneigten Zuführungen oder Mechanismen, bei denen eine Lastungleichheit unkontrollierte Bewegungen verursacht, wenn der Servostrom abfällt. Diese Anwendungen gehören zum HC-SFS121BK (Welle mit Keilnut und federbelasteter elektromagnetischer Bremse). Bei Maschinen mit mehreren Servoachsen dieser Kapazität führt die korrekte Sortierung, welche davon Bremsen benötigen und welche nicht, zu einem insgesamt saubereren und einfacheren elektrischen Design.

Kompatible Verstärker

Der HC-SFS121K wird mit dem MR-J2S-200 Klasse Verstärker kombiniert — der 2kW J2-Super-Plattform. Drei Schnittstellentypen:

MR-J2S-200A verarbeitet analoge und Impulsfolgebefehle von CNC-Systemen und SPS. Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentregelungsmodi mit RS-232C-Anschluss für MR Configurator-Setup. Die Standardwahl für die meisten Werkzeugmaschinen- und allgemeinen Automatisierungsanwendungen.

MR-J2S-200B verbindet sich über den SSCNET-Glasfaser-Serienbus mit Mitsubishi A-Serien- oder Q-Serien-Bewegungssteuerungen. Alle Positionsbefehle kommen über das Netzwerk an; Geberdaten werden über denselben Glasfaserlink zurückgeführt. Die richtige Wahl für koordinierte Mehrachsensysteme unter einer Bewegungssteuerung.

MR-J2S-200CP integriert eine eingebaute Positionierung. Bis zu 31 Zielpositionen werden im Verstärker gespeichert und durch I/O- oder CC-Link-Befehle aktiviert. Für eigenständige Indexpositionierungsanwendungen, bei denen keine separate Bewegungssteuerung erforderlich ist.

Der HC-SFS121K ist nicht kompatibel mit den ursprünglichen MR-J2-200 (erste Generation) Verstärkern, die das 17-Bit J2S-Geberprotokoll nicht lesen können. Für Maschinen, die Hardware der ersten Generation MR-J2 verwenden, ist der HC-SF121K (J2-Generation, 14-Bit-Geber, gleiche mechanische Spezifikation) das richtige Ersatzteil. Nicht kompatibel mit MR-J3- oder MR-J4-Verstärkern.

HC-SFS 1000 U/min Familie — Position und Kontext

Der HC-SFS121K ist der zweite Schritt in der 1000 U/min Familie, über dem HC-SFS81 (800W) angesiedelt und teilt sich den 130 × 130 mm Flansch mit ihm. Der Sprung zum 201 bei 2kW bringt sowohl höheres Drehmoment als auch einen größeren 176 × 176 mm Flansch — somit ist der 121K der leistungsstärkste Motor im kompakten 130 × 130 mm Rahmen im 1000 U/min Bereich.

Jeder Leistungspunkt in dieser Familie ist in der vollständigen Wellen- und Bremsenmatrix erhältlich: gerade Welle ohne Bremse (kein Suffix), gerade Welle mit Bremse (B), Welle mit Keilnut ohne Bremse (K) und Welle mit Keilnut mit Bremse (BK). Wellentyp und Bremsenpräsenz beeinflussen die Verstärkerwahl nicht — alle Varianten bei 1,2kW 1000rpm verwenden MR-J2S-200.

Typische Anwendungen

Wickel- und Abwickel-Spannungsantriebe. Materialwickler und -abwickler in Konfektions-, Druck- und Schlitzanlagen verwenden 1000 U/min Servomotoren im Drehmomentregelungsmodus, um die Bahnspannung kontinuierlich über einen sich ändernden Rollendurchmesser zu regeln. Die 11,5 Nm Dauerleistung des HC-SFS121K hält den Spannungssollwert über das Wickelprofil; die Welle mit Keilnut bewältigt das Kupplungsdesign am Rollenwalzenantrieb.

Langsamlaufende Förderband- und Indexstation-Antriebe. Servo-gesteuerte Förderbandabschnitte und Rundschalttische an Montage- und Prüfstraßen laufen mit niedrigen Abtriebswellen-Drehzahlen mit anhaltendem Lastmoment. Die Nennleistung von 1000 U/min hält den Motor in einem sinnvollen Drehzahlbereich für diese Mechanismen, ohne dass eine Untersetzung erforderlich ist, und die Welle mit Keilnut passt zur typischen Kettenrad- oder Zahnradkopplung im industriellen Förderbanddesign.

CNC-Rundtische und getriebegetriebene 4.-Achsen-Antriebe. Kompakte Rundtische und 4.-Achsen-Getriebeantriebe an Bearbeitungszentren, bei denen der Motor über eine Schnecken- oder Stirnraduntersetzung mit dem Tisch verbunden ist, verwenden eine Nabe mit Keilnut auf der Motorseite. Das Dauer-Drehmoment von 11,5 Nm liefert die Eingangsleistung für den Getriebeantrieb, der 17-Bit-Geber liefert die Winkelauflösung, die für Mehrseiten-Bearbeitungsindexierungen erforderlich ist, und das Absolutwert-Positions-Backup stellt sicher, dass die Drehachse nach jedem Stopp in exakter bekannter Position neu startet.

Spritzguss- und Pressen-Hilfsachsen. Servo-gesteuerte Materialzuführungs-, Auswerfer- und Klemmunterstützungsachsen an Spritzgießmaschinen und Pressen verwenden 1000 U/min Servomotoren mit mittlerer Trägheit, bei denen die Lastanforderung hauptsächlich Drehmoment bei moderater Drehzahl ist. Der HC-SFS121K bewältigt mittlere Zuführungs- und Auswerfermechanismen innerhalb der Rahmengröße 130 × 130 mm.

Roboter-Gelenk- und Artikulationsantriebe. Sekundäre Roboter-Gelenkachsen — Ellbogengelenke, Handgelenksrotation —, die sich mit niedriger Winkelgeschwindigkeit unter erheblichem Lastmoment drehen, verwenden Servosysteme mit mittlerer Trägheit von 1000 U/min, bei denen Direktantrieb oder einstufige Untersetzung zur Geometrie des Mechanismus passen. Die Welle mit Keilnut und das hohe Dauer-Drehmoment im Verhältnis zur Motormasse machen den HC-SFS121K zu einem gut abgestimmten Antrieb für diese Klasse von Roboterachsen.

Häufig gestellte Fragen

F1: Welche Verstärker sind mit dem HC-SFS121K kompatibel?

Der HC-SFS121K benötigt einen MR-J2S-200 Klasse Verstärker. Die drei Varianten sind der MR-J2S-200A (analog/Impulsbefehl, Positions-/Geschwindigkeits-/Drehmomentmodi), MR-J2S-200B (SSCNET Glasfaserbus für Mitsubishi Bewegungssteuerungen) und MR-J2S-200CP (eingebaute Positionierung mit CC-Link). Alle unterstützen den 17-Bit seriellen Geber. Dieser Motor ist nicht kompatibel mit den ursprünglichen MR-J2-200 Verstärkern oder mit MR-J3 / MR-J4 Verstärkern.

F2: Was ist der Unterschied zwischen dem HC-SFS121K und dem HC-SFS81K?

Beide sind Motoren mit Keilnutwelle und ohne Bremse auf einem 130 × 130 mm Flansch mit 17-Bit-Gebern und 1000 U/min Nenndrehzahl. Der Unterschied liegt in Leistung und Drehmoment: Der HC-SFS81K ist 800W mit 7,64 Nm Dauer-Drehmoment und verwendet einen MR-J2S-100 Verstärker. Der HC-SFS121K ist 1,2kW mit 11,5 Nm Dauer-Drehmoment und verwendet einen MR-J2S-200 Verstärker. Wählen Sie basierend auf dem Drehmomentbudget der Achse — wenn 7,64 Nm eine komfortable Reserve für die schlimmste Dauerbelastung darstellen, ist der 81K ausreichend; wenn die Last konstant nahe daran oder darüber liegt, bietet der 121K den notwendigen Spielraum.

F3: Warum verwendet ein 1,2kW Motor den MR-J2S-200 (2kW) Verstärker anstelle des MR-J2S-100?

Der HC-SFS121K bei 1000 U/min zieht mehr Strom, als der MR-J2S-100 liefern kann — das Nenndrehmoment von 11,5 Nm bei 1000 U/min erfordert eine höhere Stromstärke, als der 1kW Verstärker liefern kann. Mitsubishis Dokumentation zur Motor-Verstärker-Kopplung bestätigt den HC-SFS121 mit der MR-J2S-200 Klasse. Dies ist üblich, wenn der Strombedarf eines Motors aufgrund seines Drehmomentprofils die Dauerleistung des nächstkleineren Verstärkers übersteigt.

F4: Behält der Absolutwertgeber die Position bei Stromausfall bei, und wo ist die Batterie?

Ja. Der 17-Bit serielle Absolutwertgeber speichert Mehrumdrehungs-Positionsdaten bei jedem Stromausfall mithilfe einer Mitsubishi A6BAT Lithiumbatterie, die sich im MR-J2S Servoverstärker befindet — nicht im Motor. Ersetzen Sie die A6BAT, wenn der Verstärker eine Niedrigbatterie-Warnung anzeigt, bevor eine vollständige Entladung dazu führt, dass der Absolutwertzähler zurückgesetzt wird. Eine entladene Batterie erfordert einen Referenzrücklaufzyklus, bevor die Produktion wieder aufgenommen werden kann.

F5: Kann der HC-SFS121K einen HC-SFS121BK ersetzen, wenn nur die Variante ohne Bremse verfügbar ist?

Nur wenn die Anwendung wirklich keine Bremse benötigt. Der HC-SFS121BK und der HC-SFS121K sind in allen elektrischen und mechanischen Spezifikationen bis auf die Bremse identisch. Wenn die Maschine mit der BK-Variante spezifiziert wurde — typischerweise weil es sich um eine vertikale Achse, einen schwerkraftbelasteten Mechanismus oder einen Antrieb handelt, bei dem ein Abschalten des Servos zu unsicheren Achsenbewegungen führt —, entfernt das Entfernen der Bremse eine konstruierte Sicherheitsfunktion. Ein solcher Austausch erfordert eine formelle Überprüfung der Sicherheitsanforderungen der Achse. Für Achsen, die nachweislich horizontal und ohne gravitative Lastkomponente sind, ist der HC-SFS121K ohne Bremse von Anfang an eine gültige und korrekte Spezifikation.