Mitsubishi HC-SFS202K (HCSFS202K) — 2kW AC-Servomotor, Keilwelle, keine Bremse, MELSERVO-J2S-Serie

Produktidentifikation

Teilenummer: HC-SFS202K

Auch gesucht als: HCSFS202K, HC-SFS-202K

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

Motortyp: AC-Bürstenloser Servomotor — Keilwelle, keine Bremse, 2000 U/min

Zustand: Neu in OVP, werkseitig versiegelt

Das Argument für eine Keilwelle ohne Bremse

Die meisten Entscheidungen bei der Auswahl von Servomotoren konzentrieren sich auf Leistung und Drehmoment. Die Wellenkonfiguration und das Vorhandensein einer Bremse sind zweitrangig — bis sie es nicht mehr sind. Der HC-SFS202K beantwortet eine spezifische Kombination von Anforderungen: eine Achse, die eine positive Wellen-zu-Kupplungs-Verbindung über eine gefräste Keilnut benötigt, und wo das Anwendungsdesign keine ausfallsichere mechanische Halterung im Servo-Aus-Zustand erfordert. Keine Bremse bedeutet einfachere Verkabelung, keinen MBR-Sequenzierungsaufwand und keine zusätzliche thermische Belastung im Schaltschrank durch einen Bremsspulen-Relaiskreis. Die Keilwelle bedeutet einen Drehmomentpfad, der nicht allein auf Reibung zwischen Nabe und Welle beruht.

Diese Kombination eignet sich für einen breiten mittleren Bereich in industriellen Servoanwendungen — horizontale Achsen, Riemen- und Kettenantriebe, getriebekoppelte Mechanismen und jede Antriebsart, bei der die Last seitlich gestützt wird, die Schwerkraft keine Rolle in der Bewegungsrichtung spielt und eine Kupplungsschnittstelle, die Drehmoment unter umkehrenden und zyklischen Lasten positiv überträgt, die bevorzugte Ingenieurlösung ist.

Auf der MELSERVO-J2S-Plattform aufgebaut, trägt der HC-SFS202K die volle J2-Super-Spezifikation: 17-Bit serieller Absolutwertgeber mit 131.072 Positionen pro Umdrehung, 9,55 Nm Dauer-Nenndrehmoment, 28,6 Nm Spitzenwert und all die Closed-Loop-Bandbreitenverbesserungen, die der schnellere Prozessor des MR-J2S-Verstärkers aus dem höher auflösenden Rückmeldesignal extrahiert. Dies ist keine abgespeckte Variante — das Entfernen der Bremse beeinträchtigt die Leistung des Motors in keiner Weise. Es entfernt ein mechanisches Subsystem, das für diese Anwendungsklasse von Anfang an nie benötigt wurde.

Technische Spezifikationen

Keilwelle: Warum sie bei 2kW wichtig ist

Eine glatte Welle und eine Keilwelle übertragen Drehmoment über grundlegend unterschiedliche Mechanismen. Bei einer glatten Welle klemmt die Nabenbohrung um den Wellendurchmesser, und Reibung zwischen den beiden Oberflächen überträgt das Drehmoment. Die Klemmkraft — erzeugt durch die geteilte Klemmung oder Presspassung der Nabe — muss ausreichen, um das Spitzendrehmoment unter den schlechtesten Betriebsbedingungen zu widerstehen. Wenn dies nicht der Fall ist, rutscht die Nabe, die Servoachse verliert ihre Position, und je nach Anwendung reichen die Folgen von einem verschrotteten Teil bis zu einem Maschinenfehler.

Die Keilnut am HC-SFS202K ändert die Mechanik vollständig. Ein Keil passt in eine passende Nut, die sowohl in die Welle als auch in die Nabenbohrung gefräst ist; unter Last greift der Keil in Scherung über seinen Querschnitt und überträgt das Drehmoment direkt zwischen Welle und Nabe. Reibung trägt immer noch bei — die Nabe sollte immer noch richtig passen — aber der primäre Drehmomentpfad ist der Keil, nicht die Klemmung. Bei umkehrenden Lasten, zyklischer Belastung und Stoßeinwirkungen bleibt eine Keilverbindung zuverlässig, wo eine reine Reibungsschnittstelle im Laufe der Zeit Mikroschlupf entwickeln könnte.

Bei 9,55 Nm Dauerleistung und 28,6 Nm Spitzenwert sind die Lasten auf der Welle des HC-SFS202K nicht zu vernachlässigen. Das Spitzendrehmoment ist entscheidend für die Kupplungsauswahl, und 28,6 Nm an der Welle eines 2000 U/min Motors, der wiederholt durch Beschleunigung, Schnittlast und Verzögerung zyklisch belastet wird, ist genau die Art von Beanspruchung, bei der Keilnuten schon immer die bevorzugte Ingenieurlösung waren.

Gängige Anwendungen, die Keilwellen dieser Kapazität erfordern:

Zahnriemenantriebe, bei denen die angetriebene Riemenscheibe durch hohen Riemenzug und zyklische Drehmomentumkehr absolut auf der Welle fixiert sein muss. Getriebeantriebe, bei denen die Ritzel- oder Zahnradnabe das Drehmoment ohne relative Drehung übertragen muss, die die Eingriffsphasen verschieben würde. Kettenradantriebe, bei denen das Kettenrad eine feste Winkelbeziehung zur Welle unter wiederholter Stoßbelastung durch Kettengelenke beibehalten muss. Kupplungsähnliche Mechanismen, bei denen eine positive Verbindung zwischen Welle und angetriebenem Bauteil Teil des Funktionsprinzips ist.

Installationshinweise aus dem Mitsubishi Servomotorenhandbuch:Verwenden Sie immer das Gewindeloch am Wellenende, um die Nabe axial auf die Welle zu ziehen — eine Zugschraube, eine Unterlegscheibe und eine Mutter gegen die Nabenfläche ziehen sie gerade in Position. Hämmern oder pressen Sie Naben nicht auf die Welle. Bei der Rahmengröße des HC-SFS202K überträgt der Wellenschlag während der Nabenmontage direkt auf die Encoder-Scheibe am Motorheck. Der Schaden ist nicht immer sofort offensichtlich, kann aber intermittierende Encoder-Alarme unter Vibrationen verursachen, die schwer zu verfolgen und teuer zu diagnostizieren sind.

Keine Bremse: Was stattdessen Servo-Lock bietet

Ohne elektromagnetische Bremse hält der HC-SFS202K die Achsposition durch Servo-Lock des Verstärkers — die Regelungsschleife bleibt aktiv, überwacht die Encoder-Rückmeldung und liefert Korrekturstrom, um einen Positionsfehler von Null aufrechtzuerhalten. Unter normalen Betriebsbedingungen ist Servo-Lock sehr effektiv; der 17-Bit-Encoder liefert die feinkörnigen Positionsdaten, die der MR-J2S-Verstärker benötigt, um die Positionsdrift bei jeder Haltebedingung zu minimieren.

Die relevante Frage für jede Anwendung ist, was passiert, wenn Servo-Lock verschwindet — bei einem Not-Aus, einem Alarm, einem Stromausfall oder einer geplanten Maschinenabschaltung. Für horizontale Achsen, die einen symmetrisch belasteten Mechanismus tragen, gleitet die Achse einfach unter der dynamischen Bremsfunktion des Verstärkers zum Stillstand und bleibt dort, angetrieben durch die geringen Reibungskräfte im Antriebsstrang. Keine mechanische Halterung ist notwendig, da keine unausgeglichene Kraft die Achse in irgendeine Richtung drückt.

Wo sich dieses Bild ändert — wo Schwerkraft, Vorspannfedern oder asymmetrische Reibung die Achse im Servo-Aus-Zustand bewegen könnten — ist der HC-SFS202K die falsche Spezifikation. Diese Achsen gehören zum HC-SFS202BK (Bremse und Keilwelle) oder HC-SFS202B (Bremse, glatte Welle). Der HC-SFS202K ohne Bremse ist der richtige Motor genau dann, wenn ein mechanisches Haltesystem Komplexität, Verkabelungsaufwand und Schaltschrankkomponenten hinzufügen würde, die die Anwendung einfach nicht benötigt.

Ein Bereich, in dem das Fehlen einer Bremse das System wirklich vereinfacht: Mehrachsige Maschinen mit vielen Servoachsen. Jede Bremse fügt ein Relais, ein Bremskabel, einen Überspannungsableiter und einen 24V DC Stromverbrauch hinzu. Bei einer Maschine mit zwölf oder sechzehn Servoachsen reduziert das Weglassen von Bremsen bei Achsen, die sie nicht benötigen, die Schaltschrankkomplexität messbar. Der HC-SFS202K trägt zu dieser Vereinfachung bei jeder horizontalen Achse im System bei.

17-Bit Encoder: J2-Super-Feedback bei 2000 U/min

Das definierende Encoder-Upgrade der MELSERVO-J2S-Plattform — vom 14-Bit (16.384 ppr) Gerät der HC-SF-Serie zum 17-Bit (131.072 ppr) Gerät der HC-SFS-Serie — gilt vollständig für den HC-SFS202K. Achtmal höhere Encoder-Auflösung verändert die Qualität jedes Signals, das der MR-J2S-Verstärker aus Positionsdaten berechnet.

Die Geschwindigkeitsabschätzung profitiert am direktesten. Der Verstärker leitet die Geschwindigkeit aus aufeinanderfolgenden Positionsabtastungen ab. Mit 131.072 Positionen pro Umdrehung pro Abtastung deckt jede Abtastung einen feinen Winkelinkrement bei 2.000 U/min ab, was der Geschwindigkeitsregelung eine rauscharme Geschwindigkeitsabschätzung liefert. Diese saubere Abschätzung ermöglicht höhere Proportionalverstärkungen in der Geschwindigkeitsregelung, ohne mechanische Resonanzen anzuregen, was zu einer engeren Geschwindigkeitsregelung und einer schnelleren Störungsunterdrückung bei Schnittlasten und Achsumkehrungen führt.

Die Leistung der Positionsregelung verbessert sich entsprechend. Die feine Auflösung ermöglicht es der Regelungsschleife, sehr kleine Positionsabweichungen zu erkennen und zu korrigieren — Werkzeugablenkungskompensation, thermische Ausdehnungskorrektur, Kugelgewindespielmanagement — mit einer Empfindlichkeit, die 14-Bit-Feedback nicht erreichen kann.

Die absolute Funktion wird durch die A6BAT Lithiumbatterie im MR-J2S-Verstärker aufrechterhalten. Die Batterie speichert den Mehrumdrehungs-Absolutwert-Positionszähler bei jeder Stromunterbrechung, geplant oder ungeplant. Nach einer nächtlichen Abschaltung, einem Not-Aus oder einer Alarmrücksetzung startet die Achse in ihrer zuletzt bekannten absoluten Position, ohne eine Referenzrückfahrtbewegung. Für enge Produktionspläne, bei denen die Wiederanlaufzeit wichtig ist, ist dies eine konkrete Zeitersparnis über jede Schicht hinweg.

Kompatible Verstärker

Der HC-SFS202K wird mit dem Verstärker der Klasse MR-J2S-200 kombiniert. Drei Varianten decken die wichtigsten Steuerarchitekturen ab, die auf der J2-Super-Plattform verwendet werden:

MR-J2S-200A empfängt analoge und Impulspaket-Befehle von CNC-Systemen und SPS. Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentregelungsmodi sind alle verfügbar. Einrichtung und Überwachung über MR Configurator (MRZJW3-SETUP) via RS-232C.

MR-J2S-200B arbeitet über den SSCNET Glasfaser-Serienbus unter einem Mitsubishi Motion Controller — A-Serie oder Q-Serie. Mehrachsige koordinierte Bewegungen mit Interpolation werden auf Controller-Ebene gehandhabt; der Verstärker führt Trajektoriebefehle aus, die über das Netzwerk empfangen werden, unter Verwendung des lokalen Encoder-Feedbacks.

MR-J2S-200CP verfügt über eine integrierte Positionierungsfunktion, die bis zu 31 Zielpositionen intern speichert. CC-Link oder E/A-Befehle wählen Ziele aus und lösen Bewegungen aus, was diese Variante für die eigenständige Positionierung ohne dedizierten Motion Controller geeignet macht.

Alle drei Varianten unterstützen vollständig den 17-Bit-Encoder des HC-SFS202K und den Nennstrom von 11A. Der HC-SFS202K ist nicht kompatibel mit den ursprünglichen MR-J2-200 (erste Generation, vor J2S) Verstärkern, die das 17-Bit-Encoder-Format nicht interpretieren können, noch mit MR-J3 oder MR-J4 Verstärkern. Wenn die installierten Verstärker MR-J2 der ersten Generation sind, ist der HC-SF202K (J2-Motor mit 14-Bit-Encoder) das richtige Ersatzteil.

Wo der HC-SFS202K in die HC-SFS 2000 U/min Familie passt

Der HC-SFS202K wechselt von der 130 × 130 mm Flanschgruppe zur 176 × 176 mm Flanschgruppe — dem gleichen Montagefußabdruck, der von jedem Modell von 2kW bis 7kW in dieser Familie geteilt wird. Eine Maschine, die um diese Flanschgröße herum konstruiert ist, kann Motorleistung-Upgrades innerhalb dieses Bereichs ohne Änderungen an der Montageplatte aufnehmen.

Der Suffix "K" bezeichnet durchgängig die Keilwelle in der gesamten HC-SFS-Familie. Jede Kapazität von 500W bis 7kW ist in Keilwellenform erhältlich, und innerhalb jeder Kapazität passt die Keilwellen-Variante ohne Bremse mechanisch zum gleichen Flansch und elektrisch zum gleichen Verstärker wie die glattwellige Variante. Die Wellenauswahl hat keinen Einfluss auf die Verstärkerauswahl.

Typische Anwendungen

Zahnriemenantriebsachsen an Werkzeugmaschinen. Werkzeugmagazin-Indexantriebe, Paletten-Shuttle-Bänder und Förderer-Transferachsen, die gezahnte Zahnriemenschnittstellen verwenden, erfordern Keilwellen-Riemenscheiben, um zu verhindern, dass Riemenzug und zyklische Zahn-Einwirkkräfte die Riemenscheibe relativ zur Welle drehen. Bei 9,55 Nm Dauerleistung bewältigt der HC-SFS202K Lasten von Werkzeugwechslern und Palettenmechanismen im mittleren Format gut innerhalb seiner thermischen Nennleistung.

Getriebene Hilfsachsen. CNC-Drehtisch-Hilfsantriebe mit Getriebekupplung zwischen der Servoachse und dem Tischantrieb sowie getriebene Vorschubmechanismen in Spezialwerkzeugmaschinen benötigen die Keilwelle für eine positive, spielfreie Getriebenabenverbindung. Die 28,6 Nm Spitzenwert liefern das Beschleunigungsdrehmoment für schnelles Indexieren, während die 9,55 Nm Dauerleistung die anhaltende Drehbewegung abdeckt.

Kugelgewindevorschubachsen mit Getriebekupplung. An Bearbeitungszentren, bei denen ein Getriebe zwischen dem Servomotor und dem Kugelgewindeantrieb sitzt, verwendet die Motorseite der Getriebekupplung typischerweise eine Keilschnittstelle. Die Keilwelle des HC-SFS202K bietet diese Verbindung, und die feine Auflösung des J2-Super-Encoders gibt über das Übersetzungsverhältnis zurück, um der Positionsregelung eine hohe effektive Auflösung am Tisch zu verleihen.

Horizontale Förder- und Transferantriebe. Servo-getriebene Förderer-Indexierung auf automatisierten Montagelinien, Teiletransfersystemen und Palettiermaschinen verwendet Servomotoren mittlerer Kapazität auf horizontalen Transferachsen. Dies sind genau die Achsen, bei denen eine Bremse unnötig ist — die Last ist horizontal gestützt, und der Förderer hält die Position durch mechanische Reibung, wenn der Servo-Lock gelöst ist — und bei denen eine Keilwelle zum Kettenrad- oder Kupplungsdesign passt.

Wickel- und Spannungsregelungsachsen. Materialhandhabungsachsen, die im Drehmomentregelungsmodus laufen, um die Bahnspannung oder das Wickeldrehmoment zu regeln, verwenden den Strombefehl des Servomotors als Drehmomentreferenz. Der 17-Bit-Encoder des HC-SFS202K liefert die gleichmäßige, rauscharme Geschwindigkeitsrückmeldung, die der Drehmomentregelungsmodus benötigt, um die Spannung ohne Oszillation über einen weiten Drehzahlbereich zu regeln.

Neu in OVP, werkseitig versiegelt

Werkseitig versiegelt bedeutet Original-Mitsubishi-Verpackung mit allen Schutzabdeckungen unberührt — die Wellenkeilnut und die Keilnut sind durch die Wellenendkappe geschützt, die Encoder- und Stromanschlüsse bleiben versiegelt, und der Wellendichtring an der Wellendurchführung ist im Herstellungszustand. Der Motor wurde nie installiert, nie mit Strom versorgt und hat keine mechanische oder thermische Historie.

Für Maschinen, die derzeit auf dieses Teil warten, eliminiert neu in OVP die Reparaturvorlaufzeit vollständig aus dem kritischen Pfad. Für geplante Wartungsbestände lagern werkseitig versiegelte Einheiten korrekt für mehrere Jahre unter stabilen Temperatur- und niedrigen Feuchtigkeitsbedingungen. Nach fünf Jahren Lagerung hilft eine langsame manuelle Wellendrehung als Teil einer Vorinstallationsprüfung, das Lagerfett neu zu verteilen, bevor der Motor in Betrieb genommen wird.

Häufig gestellte Fragen

F1: Welche Verstärker sind mit dem HC-SFS202K kompatibel?

Der HC-SFS202K benötigt einen Verstärker der Klasse MR-J2S-200. Die drei Standardvarianten sind der MR-J2S-200A (universeller Analog-/Impulspaket-Befehl, Positions-/Geschwindigkeits-/Drehmomentregelung), MR-J2S-200B (SSCNET Glasfaserbus für Mitsubishi Motion Controller) und MR-J2S-200CP (integrierte Punkt-Tabellen-Positionierung mit CC-Link). Alle unterstützen den 17-Bit seriellen Encoder. Der HC-SFS202K ist nicht kompatibel mit MR-J2-200 Verstärkern der ersten Generation oder mit MR-J3 / MR-J4 Verstärkern.

F2: Was ist der Unterschied zwischen dem HC-SFS202K und dem HC-SFS202BK?

Die beiden Motoren sind in allen elektrischen und mechanischen Spezifikationen identisch — 2kW, 9,55 Nm, 28,6 Nm Spitze, 17-Bit Encoder, Keilwelle, 176 × 176 mm Flansch, gleiche Verstärkeranforderung. Der einzige Unterschied ist, dass der HC-SFS202BK eine federbelastete elektromagnetische Bremse hat; der HC-SFS202K nicht. Wählen Sie den HC-SFS202K ohne Bremse für horizontale Achsen und jede Anwendung, bei der Servo-Lock unter allen Stillstandsbedingungen ausreichend ist. Wählen Sie den HC-SFS202BK, wenn die Achse eine Last durch Schwerkraft trägt oder eine ausfallsichere mechanische Halterung im Servo-Aus-Zustand benötigt.

F3: Was ist der Unterschied zwischen dem HC-SFS202K und dem HC-SFS202 (glatte Welle)?

Mechanisch und elektrisch identisch — gleiche Leistung, Drehmoment, Encoder, Flansch und Verstärkerklasse. Der einzige Unterschied ist die Wellenschnittstelle. Der HC-SFS202 hat eine glatte Welle für Reibungskupplungen. Der HC-SFS202K hat eine gefräste Keilnut für positive Drehmomentübertragung durch Keil und Nabe. Wählen Sie basierend auf dem Kupplungsdesign des angetriebenen Mechanismus. Es gibt keinen Leistungsunterschied zwischen den beiden Wellentypen unter korrekt installierten Kupplungsbedingungen.

F4: Kann der HC-SFS202K einen HC-SF202K aus der älteren J2-Generation ersetzen?

Beide Motoren teilen sich den gleichen 176 × 176 mm Flansch und sind mechanisch an der Montagefläche austauschbar. Die Encoder-Generationen unterscheiden sich jedoch: Der HC-SF202K verwendet einen 14-Bit-Encoder und ist mit MR-J2- und MR-J2S-Verstärkern kompatibel. Der HC-SFS202K verwendet einen 17-Bit-Encoder und benötigt MR-J2S-Verstärker. Wenn die Maschine MR-J2-200 Verstärker der ersten Generation verwendet, funktioniert der HC-SFS202K nicht — wählen Sie stattdessen den HC-SF202K. Wenn die Verstärker MR-J2S-200 sind, ist der HC-SFS202K ein direkter Drop-in-Ersatz mit höherer Rückmeldeauflösung.

F5: Wird ein Keil mit dem HC-SFS202K geliefert?

Die Standardpraxis von Mitsubishi für HC-SFS-Motoren mit Keilwelle ist die separate Lieferung des Keils von der Welle — die Keilnut ist in die Welle gefräst, aber der Keil selbst ist normalerweise nicht in der Motorverpackung enthalten. Überprüfen Sie die Keilabmessungen anhand der Spezifikationen der Wellen- und Nabenkeilnut vor der Montage und verwenden Sie einen richtig passenden Keil mit der richtigen Toleranz für die Drehmoment- und Stoßbelastungsbedingungen der Anwendung. Beziehen Sie sich auf das entsprechende Mitsubishi Servomotoren-Handbuch für Wellenabmessungen und empfohlene Keilspezifikationen für die HC-SFS202 Rahmengröße.