Mitsubishi HC-SFS152K (HCSFS152K) — 1,5kW AC-Servomotor, Keilwelle, keine Bremse, 2000 U/min, MELSERVO J2-Super Serie

Produktübersicht

Teilenummer: HC-SFS152K

Auch gesucht als: HCSFS152K, HC SFS 152K, HC-SFS-152K

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

Klassifizierung: AC-Bürstenloser Servomotor mit mittlerer Trägheit — 1,5 kW, 200V Klasse, 2000 U/min, Keilwelle, keine Bremse

Der Motor und sein definierendes Merkmal

Die Mitsubishi HC-SFS152K ist ein 1,5kW, 2000 U/min Servomotor aus der kompakten J2-Super HC-SFS Familie. Seine Leistungsdaten — 7,16 Nm Dauerdrehmoment, 21,6 Nm Spitzenmoment, 17-Bit Absolutwertgeber mit 131.072 ppr, 130 × 130 mm Flansch, IP65 — teilt er sich mit seinem Bruder mit gerader Welle, dem HC-SFS152. Was ihn unterscheidet, ist der einzelne Buchstabe am Ende: K.

Dieser Buchstabe bedeutet eine maschinell bearbeitete Keilnut in der Welle. Keine Reibungskupplung. Kein Passschrauben-Aufnahmesitz. Eine ordnungsgemäße maschinell bearbeitete Keilnut, die einen positiven, mechanisch verriegelten Drehmomentpfad zwischen Motorwelle und angetriebener Nabe bietet — einen, der das Drehmoment über die Scherquerschnittsfläche des Keils überträgt und nicht über die Kontaktkraft, und einen, der nicht davon abhängt, dass die Klemmgeometrie über Jahre des Produktionsbetriebs intakt bleibt.

Bei 1,5kW auf einem 130 × 130 mm Rahmen passt der HC-SFS152K in eine spezifische Kategorie von Maschinenachsen: kompakt in der Rahmenbaugröße, bedeutsam in der Drehmomentabgabe und verbunden mit einer angetriebenen Komponente über eine mechanische Schnittstelle, die wirklich von der Keilnut profitiert. Zahnriemenantriebe mit Keilriemenscheiben. Schneckengetriebeeingangswellen. Kettenradnaben. Zahnradnaben an kompakten Untersetzungsgetrieben. Dies sind die Anwendungen, für die der HC-SFS152K entwickelt wurde.

Technische Spezifikationen

7,16 Nm bei 2000 U/min: Die Drehmomentkapazität in der Praxis

Sieben Komma eins sechs Newtonmeter Dauerdrehmoment positionieren den HC-SFS152K an einem nützlichen Arbeitspunkt innerhalb der kompakten 130 × 130 mm Rahmenkategorie. Es ist das höchste verfügbare Dauerdrehmoment im HC-SFS 2000 U/min Bereich, bevor die Flanschgröße auf 176 × 176 mm beim HC-SFS202 ansteigt. Das macht ihn zum Spitzenmodell der kompakten Baureihe — die Wahl, wenn die Maschinenstruktur nur den 130 × 130 mm Fußabdruck zulässt, aber die Achsdrehmomentanforderung die des 1kW HC-SFS102 übersteigt.

Was bedeuten 7,16 Nm Dauerdrehmoment in mechanischen Begriffen? An einer Kugelumlaufspindel mit 5 mm Steigung und 90 % Wirkungsgrad hält dieses Drehmoment etwa 8,1 kN Axialkraft — eine bedeutsame Vorschubkraft für kompakte CNC-Maschinen, kleine Pressenzuführungen und mittelschwere Materialhandhabungsmechanismen. An einem Wickelantrieb im Drehmomentregelmodus decken 7,16 Nm den Arbeitsspannungsbereich einer leichten bis mittleren Wickelstation über einen praktischen Rollendurchmesserbereich ab. An einer Riemen gekoppelten Achse mit einer 2:1 Untersetzung verdoppelt sich das effektive Drehmoment an der Abtriebswelle auf etwa 14 Nm bei halber Abtriebswellen-Drehzahl.

Die 21,6 Nm Spitze — exakt das Dreifache der Nennleistung — bewältigt die Beschleunigungs- und Verzögerungstransienten jedes Positionierzyklus. Eine 1,5kW Achse, die schnelle Punkt-zu-Punkt-Bewegungen ausführt, greift auf das Spitzendrehmoment für die kurzen Geschwindigkeitsrampenphasen zurück und stabilisiert sich während der Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit auf Nenn- oder darunter liegendes Drehmoment. Der MR-J2S-200 Verstärker mit seinem elektronischen Wärmemodell verfolgt dieses Muster und löst einen Alarm aus, bevor die Wickeltemperatur unter irgendeinem Produktionszyklus einen schädlichen Wert erreicht.

Warum die Keilwelle bei 1,5kW

Die Wahl zwischen einer glatten Welle und einer Keilwelle bei 1,5kW verdient eine direkte Erklärung, da die Begründung praktisch und nicht theoretisch ist.

Eine Reibungskupplung auf einer glatten Welle überträgt Drehmoment über die Kontaktkraft zwischen Nabenbohrung und Wellenaußendurchmesser. Diese Kraft wird bei der Installation eingestellt und muss hoch genug bleiben, um das volle Spitzendrehmoment — in diesem Fall 21,6 Nm — während der gesamten Lebensdauer des Motors zu widerstehen. Unter idealen Bedingungen, mit regelmäßigen Inspektionsintervallen und einer sauberen, stabilen Umgebung, funktioniert dies zuverlässig. Unter Produktionsbedingungen — Vibrationen von benachbarten Maschinen, thermische Zyklen zwischen Maschinen-Ein- und Maschinen-Aus-Zuständen, periodisches Lösen von Befestigungselementen, das das Wartungsteam nicht bemerkt, weil der Schlupf subtil ist — kann die Sicherheitsmarge schwinden. Eine Kupplung, die am Tag der Installation 21,6 Nm standhielt, kann nach zwei Jahren Betrieb bei 15 Nm rutschen. Der Schlupf ist intermittierend. Der Folgefehler ist gering. Der Alarm wird möglicherweise nie ausgelöst. Aber die Wiederholgenauigkeit der Position verschlechtert sich, und die Ursache ist nicht offensichtlich.

Die Keilnut eliminiert diesen Degradationsmechanismus vollständig. Der Keil überträgt Drehmoment über seinen Scherquerschnitt — eine Geometrie, die sich mit den Betriebsstunden nicht ändert, sich bei Vibrationen nicht löst und nicht von einer Installationsvariable abhängt, die konstant bleibt. Zyklische Belastung, Umkehrdrehmoment, die 21,6 Nm Spitze bei jeder Beschleunigung, Stoßeinwirkungen durch Ketteneingriff oder Zahnradkontakt — die Keilverbindung bewältigt all dies ohne die kumulative Abnutzung, die eine Reibungsfläche erfährt.

Für die Anwendungen, die der HC-SFS152K typischerweise bedient — Ketten und Zahnräder, Schneckengetriebeeingänge, Keilriemenscheiben, Zahnradnaben an Präzisionsuntersetzungsgetrieben — hat die Nabe entweder als Katalogstandard oder als Designanforderung eine Keilnutbohrung, und der Motor mit Keilwelle ist einfach die natürliche und richtige Spezifikation. Es gibt keine Leistungseinbußen. Das Nenndrehmoment von 7,16 Nm und das Spitzendrehmoment von 21,6 Nm sind identisch mit dem HC-SFS152 mit glatter Welle.

Das höchste Drehmoment im Kompaktrahmenbereich bei 2000 U/min

Der 130 × 130 mm Flansch ist die kompakte Rahmenbaugröße in der HC-SFS 2000 U/min Familie. Drei Motoren teilen ihn sich:

Oberhalb des HC-SFS152K ist der nächste Schritt in der HC-SFS 2000 U/min Keilwellenfamilie der HC-SFS202K mit 2kW — der auf den größeren 176 × 176 mm Flansch wechselt und denselben MR-J2S-200 Verstärker verwendet. Dies ist ein signifikanter mechanischer Übergang: Die 130 × 130 mm Montage kann den HC-SFS202K nicht ohne Modifikation der Motorhalterung aufnehmen. Für Maschinenkonstruktionen, die auf den 130 × 130 mm Fußabdruck beschränkt sind, ist der HC-SFS152K die maximal verfügbare Drehmomentoption.

Umgekehrt verwendet der HC-SFS102K darunter eine andere Verstärkerklasse — MR-J2S-100 anstelle von MR-J2S-200. Ein Upgrade vom HC-SFS102K auf den HC-SFS152K behält den Flansch unverändert bei, erfordert aber einen Verstärkerwechsel. Die Montage bleibt identisch; nur Motor und Verstärker müssen geändert werden.

Keine Bremse: Die richtige Standardeinstellung für Keilwellenanwendungen

Der HC-SFS152K verfügt über keine elektromagnetische Bremse. Die Position im Ruhezustand wird durch die Servo-Lock-Funktion des MR-J2S-200 Verstärkers aufrechterhalten — die Positionsregelschleife ist aktiv, der 17-Bit-Geber überwacht den Wellenwinkel mit 131.072 Zählungen pro Umdrehung und liefert Korrekturstrom, um einen Folgefehler von Null zu halten.

Für die Arten von Anwendungen, die die Keilwelle bedient, ist dies die überwiegende Mehrheit der Zeit die geeignete und ausreichende Konfiguration. Kettenförderer auf horizontalen Ebenen. Zahnradgetriebene Rundschalttische auf horizontalen Achsen. Riemengetriebene Vorschubantriebe, bei denen die Last keine vertikale Komponente hat. Schneckengetriebeeingänge an horizontalen Mechanismen. Dies sind alles horizontale oder symmetrisch belastete Achsen — es wirkt keine Schwerkraft entlang der Drehrichtung der Welle, wenn der Servo inaktiv ist. Die Servo-Lock-Funktion hält die Position sauber, zuverlässig und ohne zusätzliche Hardware.

Die Bremsenkonfiguration spart Ressourcen im Schaltschrank — keine 24V-Bremsstromkreis, kein Relais, kein Überspannungsableiter, keine MBR-Verriegelung in der SPS —, die Kosten und Komplexität bei jeder Achse hinzufügen würden, die sie wirklich nicht benötigt.

Die Grenzbedingung ist es wert, bewusst angewendet zu werden. Wenn die Achse eine Last trägt, die sich unter Schwerkraft bewegen würde, wenn der Servostrom auf Null fällt — eine vertikale Keilwellenachse, ein geneigter Antrieb, ein schwerkraftbelasteter Mechanismus —, ist der richtige Motor der HC-SFS152BK (Keilwelle plus federbelastete Bremse). Bei einer Maschine mit mehreren Keilwellenachsen dieser Kapazität führt die Identifizierung der vertikalen und geneigten Achsen und die Spezifikation der BK-Variante nur für diese Achsen und des HC-SFS152K für den Rest zu einer sichereren Maschine und einem einfacheren Schaltschrankdesign.

17-Bit Absolutwertgeber: Die Präzision hinter der Keilnut

Die mechanische Schnittstelle des HC-SFS152K ist für eine positive, zuverlässige Drehmomentübertragung durch die Keilnut ausgelegt. Das Feedback hinter der Welle ist für Präzision ausgelegt: 131.072 Positionen pro Umdrehung, Mehrumdrehungs-Absolutwertzählung, die auch bei Stromausfall durch die A6BAT-Batterie im MR-J2S-200 Verstärker aufrechterhalten wird.

Bei Keilwellenanwendungen im Besonderen fügt der Absolutwertgeber einen praktischen Wert hinzu, der in der Entwurfsphase leicht übersehen werden kann. Ein Ketten- oder Zahnradantrieb parkt nicht einfach bei jedem Maschinenstopp im selben Wellenwinkel. Werkzeugwechsel, Not-Aus, Schichtwechsel und Wartungsstopps können die Achse in jeder Position ihres Verfahrbereichs hinterlassen. Mit einem Absolutwertgeber kennt die Steuerung die exakte Wellenposition sofort nach dem Neustart — keine Bewegung erforderlich. Die Keilverbindung hält die mechanische Beziehung zwischen Motor und angetriebener Komponente ohne Schlupf aufrecht, und der Absolutwertgeber meldet die exakte Winkelposition dieser Komponente relativ zum Koordinatensystem der Maschine.

Insbesondere für Indexierungsmechanismen — Rundtische, Index-Transferförderer, Mehrstationen-Montagevorrichtungen — bedeutet die Kombination aus einem positiven Keildrehmomentpfad und einem Absolutwertgeber, dass die Indexposition bei jedem Stromausfall exakt gehalten und beim Neustart genau gemeldet wird. Kein Referenzpunktfahren, keine Index-Verifizierungsbewegung, keine Produktionsverzögerung.

Batteriepflege. Die A6BAT in der MR-J2S-200 Verstärker hält den Mehrumdrehungszähler über alle Stromausfallperioden aufrecht. Ersetzen Sie sie beim ersten Niedrigbatteriealarm. Vollständige Entladung setzt den Zähler zurück und erfordert einen Referenzrücklaufzyklus beim nächsten Start.

Kompatible Verstärker

Der HC-SFS152K wird mit der MR-J2S-200 Verstärkerfamilie kombiniert — der 2kW J2-Super-Plattform. Drei Varianten:

MR-J2S-200A akzeptiert Impulszug-Positionsbefehle von CNC-Steuerungen und SPSen sowie analoge Geschwindigkeits- und Drehmomentreferenzen. Alle Steuerungsmodi — Position, Geschwindigkeit, Drehmoment und geschaltete Kombinationen P/S, S/T, T/P — sind verfügbar. RS-232C verbindet sich mit MR Configurator. Dies ist die Standardwahl für Hilfsachsen von Werkzeugmaschinen, Förderantriebe und allgemeine industrielle Positionieranwendungen.

MR-J2S-200B verbindet sich über den SSCNET-Glasfaser-Serienbus mit den Mitsubishi A-Serien- und Q-Serien-Bewegungssteuerungen. Alle Achsbefehle und Rückmeldungen laufen über das Glasfasernetz. Für Mehrachsenmaschinen, bei denen die Keilwellenachse in Echtzeit mit anderen Achsen koordiniert werden muss — ein Förderabschnitt synchronisiert mit einem Roboterarm, ein Indexiertisch koordiniert mit einer Bearbeitungsspindel — bietet der SSCNET-Bus die enge Achsenkopplung, die Impuls- und Analogschnittstellen nicht erreichen können.

MR-J2S-200CP bietet integrierte Einzelachsenpositionierung mit bis zu 31 gespeicherten Punkt-Tabellenpositionen, die über digitale I/O oder CC-Link-Befehle aktiviert werden. Für eigenständige Indexpositionierachsen — ein Rundtisch mit definierten Stationen, ein Indexförderabschnitt mit festem Abstand — eliminiert die CP die Notwendigkeit einer dedizierten Bewegungssteuerung.

Kompatibilitätshinweise. Der HC-SFS152K benötigt einen MR-J2S-200 Verstärker. Er ist nicht kompatibel mit der ersten Generation MR-J2-200, die das 17-Bit J2-Super-Geberprotokoll nicht lesen kann. Für Maschinen mit ursprünglicher MR-J2-200 Hardware ist der HC-SF152K (Keilwelle, 14-Bit-Geber, gleiche mechanische Abmessungen) der richtige Motor. Nicht kompatibel mit MR-J3 oder MR-J4 Verstärkern ohne ein Erneuerungsadapter-Kit.

Typische Anwendungen

Ketten- und Zahnradantriebssysteme. Servo-angetriebene Förderketten, Indexiermechanismen und Transportsysteme, bei denen das Motorzahnrad auf die Motorwelle gekeilt ist. Der Ketteneingriff erzeugt zyklische Drehmomenttransienten bei jedem Glied — die Keilverbindung bewältigt diese zuverlässig über Millionen von Zyklen, wo eine Reibungskupplung zunehmend belastet würde. Die 7,16 Nm Dauerdrehmoment und 21,6 Nm Spitzenmoment bieten praktische Kraftkapazität für mittelschwere Kettenantriebe auf dem kompakten 130 × 130 mm Rahmen.

Schneckengetriebeeingänge an kompakten Rundtischen. Rundschalttische, servoangetriebene Revolver und Winkelpositioniervorrichtungen mit Schnecken- oder Schrägverzahnungsuntersetzung zwischen Motor und Abtriebswelle. Der Schneckengetriebeeingang verwendet typischerweise eine Keilnutkupplung zur Motorwelle, und der Widerstand des Getriebes gegen Rückwärtsantrieb bedeutet, dass die Position während der Ruhephasen weitgehend durch die Getriebeuntersetzung und nicht durch die Servo-Lock-Funktion gehalten wird. Der HC-SFS152K bietet die Keilwellenverbindung auf der Motorseite und das Drehmomentbudget für diese Mechanismen in kompakter Baugröße.

Primärantriebsachsen mit Zahnriemen. Maschinenachsen mit Zahnriemen und Zahnraduntersetzung, bei denen die Motorriemenscheibe auf die Motorwelle gekeilt ist. Die Riemenspannung vorgespannt die Riemenscheibe radial und erzeugt eine kombinierte radiale und tangentiale Last auf die Wellenschnittstelle. Gekeilte Riemenscheiben bewältigen dieses Lastmuster zuverlässig, ohne das Risiko, dass sich die Riemenscheibe auf der Welle unter kombinierter Riemenspannung und Antriebsdrehmoment dreht — ein Risiko, dem eine Reibungskupplung sorgfältig widerstehen muss.

CNC-Hilfsachsenantriebe mit Zahnradgetriebenen Mechanismen. Drehtische für Palettenwechsler, Hauptantriebe für Drehtoolmagazine und Hauptantriebe für Späneförderer an CNC-Bearbeitungszentren, bei denen der Motor über ein Zahnrad- oder Kettengetriebe mit der angetriebenen Komponente verbunden ist. Diese Achsen zyklieren häufig unter definierten Lasten, und die Keilwelle stellt sicher, dass die Antriebsverbindung über die gesamte Lebensdauer des Mechanismus positiv bleibt.

Kompakte Press- und Umformmaschinen-Vorschubantriebe. Leichte Pressenzuführungen, Richtwalzen-Ausgänge und servoangetriebene Materialvorschubmechanismen an kompakten Stanz- und Umformmaschinen. Die zyklische Natur der Presszuführung — Beschleunigung, konstante Vorschubgeschwindigkeit, Verzögerung, Halten, Wiederholen — durchläuft bei jedem Hub den gesamten Bereich von Spitzendrehmoment bis Dauerdrehmoment. Die Keilverbindung hält diese Belastung unbegrenzt stand; die 21,6 Nm Spitze bewältigen den Beschleunigungstransienten zu Beginn jedes Vorschubhubs.

Häufig gestellte Fragen

F1: Was ist der praktische Unterschied zwischen dem HC-SFS152K (Keilwelle) und dem HC-SFS152 (glatte Welle)?

Die Leistungsdaten sind identisch — gleiches Nenndrehmoment von 7,16 Nm, gleiches Spitzendrehmoment von 21,6 Nm, gleicher 17-Bit-Geber, gleicher Verstärker, gleicher Flansch. Der einzige Unterschied ist die Drehmomentübertragung zwischen Welle und Nabe. Der HC-SFS152K überträgt Drehmoment über eine maschinell bearbeitete Keilnut — eine mechanisch positive Verbindung, die nicht von der Klemmkraft abhängt und sich mit der Betriebsstunden nicht verschlechtert. Der HC-SFS152 verlässt sich auf die Reibungsklemmung der Nabe. Für angetriebene Komponenten mit Keilnutbohrungen (Zahnradnaben, Zahnräder, Keilriemenscheiben) ist der HC-SFS152K die natürliche Wahl. Für glatte Präzisionskupplungen auf horizontalen Achsen mit sauberen, stabilen Lastbedingungen ist der HC-SFS152 einfacher. Die Wahl wird durch das Design der angetriebenen Komponentennabe bestimmt.

F2: Warum verwendet der HC-SFS152K den MR-J2S-200 Verstärker, obwohl er nur 1,5kW hat?

Die Verstärkerklasse wird durch den Strombedarf des Motors an seinem Betriebspunkt bestimmt, nicht nur durch die Nennleistung auf dem Typenschild. Bei 2.000 U/min und 1,5kW zieht der HC-SFS152K einen Strom, der die Nennleistung des MR-J2S-100 übersteigt. Mitsubishis Kompatibilitätstabellen bestätigen den MR-J2S-200 für den HC-SFS152 bei 2000 U/min. Dies hat eine nützliche praktische Konsequenz: Sowohl der HC-SFS152K als auch der HC-SFS202K (2kW, 2000 U/min, Keilwelle) verwenden den MR-J2S-200, sodass ein Upgrade von 1,5kW auf 2kW nur einen Motortausch erfordert — der Verstärker und das Schaltschrank bleiben unverändert.

F3: Kann der HC-SFS152K mit einem MR-J2-200 Verstärker der ersten Generation verwendet werden?

Nein. Der HC-SFS152K verwendet das 17-Bit J2-Super-Geber-Serienprotokoll, das der ursprüngliche MR-J2-200 Verstärker nicht dekodieren kann. Der Anschluss dieses Motors an einen MR-J2-200 der ersten Generation führt beim Start zu einem Kommunikationsfehler des Gebers. Für Maschinen, die mit der ursprünglichen MR-J2-200 Hardware laufen, ist der richtige Keilwellenmotor der HC-SF152K — mechanisch identische Abmessungen, 14-Bit-Geber, kompatibel mit MR-J2-200 und MR-J2S-200 Verstärkern.

F4: Wo befindet sich die Absolutwertgeber-Backup-Batterie und was passiert, wenn sie vollständig entladen ist?

Die Mitsubishi A6BAT Lithiumzelle befindet sich im MR-J2S-200 Servo-Verstärker, nicht im Motor. Sie hält den Mehrumdrehungs-Absolutwertzähler über alle Stromausfallperioden aufrecht. Ersetzen Sie sie beim ersten Niedrigbatteriealarm des Verstärkers. Eine vollständig entladene Batterie setzt den Mehrumdrehungszähler zurück — die Absolutpositionsdaten gehen verloren. Beim nächsten Start weiß die Steuerung nicht, wo sich die Achse befindet, und ein Referenzrücklaufzyklus muss abgeschlossen werden, bevor die Produktion fortgesetzt werden kann. Bei Ketten- oder Zahnradgetriebenen Achsen, bei denen das Referenzpunktfahren die Koordination des Mechanismus mit einer Referenzposition erfordert, kann dies ein nicht triviales Neustartverfahren sein. Die Behandlung des Niedrigbatteriealarms als sofortige Wartungsmaßnahme verhindert, dass er zu einer ungeplanten Produktionsunterbrechung wird.

F5: Der HC-SFS152K ist ausgelaufen. Ist er noch erhältlich und wie sieht der Upgrade-Pfad aus?

Der HC-SFS152K ist weiterhin über industrielle Automatisierungs-Gebrauchtwarenhändler und Mitsubishi Servo-Spezialisten als neue Altbestände und getestete generalüberholte Einheiten erhältlich — ein praktischer und etablierter Beschaffungsweg für Maschinen, die auf J2-Super-Hardware setzen. Für neue Maschinenkonstruktionen oder vollständige Plattform-Upgrades würde die aktuelle Generation aus der HF-SP oder HG-SR Serie mit 1,5kW 2000 U/min Kapazität und einem MR-J4 Verstärker stammen — aber beachten Sie, dass aktuelle 1,5kW Motoren in Mitsubishis Sortiment tendenziell kleinere Rahmen als der 130 × 130 mm Fußabdruck des HC-SFS152K haben, sodass bei der Umstellung auf aktuelle Hardware mechanische Anpassungen erforderlich sind. Sowohl Motor als auch Verstärker müssen zusammen ersetzt werden, da die Geberprotokolle generationsübergreifend inkompatibel sind.