Mitsubishi HC-SFS301B (HCSFS301B) — 3kW AC-Servomotor, Glatte Welle + Bremse, 1000 U/min, MELSERVO-J2S Serie

Produktidentifikation

Teilenummer: HC-SFS301B

Auch gesucht als: HCSFS301B, HC-SFS-301B

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

Motortyp: AC-Bürstenloser Servomotor — Glatte Welle mit Elektromagnetbremse, 1000 U/min

Zustand: Neu in OVP, werkseitig versiegelt

Die Drehmoment-Story: 3kW bei 1000 U/min

Die meisten Servomotoren sind auf Geschwindigkeit optimiert. Der HC-SFS301B basiert auf einer anderen Priorität: anhaltendes Drehmoment bei niedriger Wellendrehzahl. Drei Kilowatt Leistung, die durch eine 1.000 U/min-Wicklung geleitet werden, erzeugen 28,6 Nm Dauer-Nenndrehmoment — doppelt so viel, wie ein 3kW-Motor mit 2.000 U/min an seiner Welle liefern würde. Kein Getriebe erforderlich, um diesen Wert zu erreichen. Keine Zwischenuntersetzung, die Spiel, Wartungsintervalle oder mechanische Komplexität zum Antriebsstrang hinzufügt.

Das ist der Hauptgrund, warum Ingenieure diesen Motor spezifizieren. Wo die Anwendung ein erhebliches Drehmoment kontinuierlich bei langsamer Wellendrehzahl erfordert — direkt gekoppelte Plattentellerantriebe, langsame Palettenfördermechanismen, Wickelachsen unter konstanter Zuglast — löst das 1.000 U/min-Profil mit hohem Drehmoment das Problem ohne zusätzliche Kraftübertragungskomponenten zwischen Motor und Last.

Das 85,9 Nm Spitzenwert bieten den Beschleunigungsspielraum. Eine hochträgheitsbehaftete Last aus dem Stillstand auf Nenndrehzahl zu bringen und sauber abzubremsen, erfordert deutlich mehr Drehmoment als die Aufrechterhaltung einer konstanten Geschwindigkeit. Dieses Verhältnis von drei zu eins zwischen Spitzen- und Nennwert ermöglicht es dem HC-SFS301B, schwere Lasten bei schnellen Start-Stopp-Zyklen zu bewegen und dabei über den aktiven Teil jedes Zyklus innerhalb seiner thermischen Dauerleistungsgrenze zu bleiben.

Das "B" kennzeichnet die Variante mit Elektromagnetbremse. Der Motor wird mit einer federbelasteten Bremse und einer glatten Welle für Reibungskupplungsverbindungen geliefert. Dies ist die Konfiguration für Anwendungen, die eine ausfallsichere mechanische Halterung mit einem einfachen Wellenkupplungsdesign kombinieren.

Technische Spezifikationen

J2-Super-Plattform: Was der 17-Bit-Encoder verändert

Die HC-SFS-Familie ist der J2-Super-Nachfolger der ursprünglichen HC-SF-Reihe. Die physikalischen Abmessungen sind gleich; der Encoder nicht. Der HC-SFS301B verfügt über einen 17-Bit seriellen Absolutwertgeber — 131.072 Positionen pro Umdrehung — im Vergleich zum 14-Bit-Gerät (16.384 ppr) im HC-SF301B. Der Sprung dazwischen ist nicht geringfügig: 131.072 gegenüber 16.384 ist eine achtfache Auflösungssteigerung.

Bei 1.000 U/min zahlt sich die hohe Encoder-Auflösung auf eine bestimmte Weise aus. Langsame Servoachsen sind aus Sicht der Geschwindigkeitsregelung am schwierigsten gleichmäßig zu betreiben. Der Verstärker berechnet die Geschwindigkeit aus aufeinanderfolgenden Encoder-Positionsproben, die in festen Intervallen entnommen werden. Bei 16.384 Positionen pro Umdrehung deckt jede Probe bei niedriger Geschwindigkeit einen relativ groben Winkelbereich ab, und die Geschwindigkeitsmessung enthält mehr Granularitätsrauschen. Bei 131.072 verfügbaren Positionen löst dieselbe Berechnung feinere Winkelinkremente auf, was der Geschwindigkeitsregelung ein saubereres Geschwindigkeitssignal liefert. Das Ergebnis ist eine merklich sanftere Drehung bei niedrigen Vorschubgeschwindigkeiten — weniger Rauschen in der Geschwindigkeitswelle, gleichmäßigere Drehmomentverteilung an der Welle und verbesserte Oberflächengüte bei Anwendungen wie Schleifen oder langsamen Konturschnitten.

Die Absolutfunktion speichert die Mehrumdrehungsposition im Encoder und behält sie auch bei Stromausfall bei, unterstützt durch die A6BAT Lithiumbatterie, die im MR-J2S-Verstärker untergebracht ist. Aus Sicht der Maschine ist eine Stromunterbrechung für das Positioniersystem unsichtbar. Der Neustart nach jedem Stromereignis — geplante Abschaltung, Wiederherstellung nach Not-Aus, Alarmrücksetzung — erfolgt ohne Referenzrücklaufzyklus. Die Achse kommt einfach in der zuletzt bekannten absoluten Position hoch.

Ein wichtiger Unterschied zum HC-SF301B: Der 17-Bit-Encoder des HC-SFS301B erfordert die MR-J2S-Verstärkerplattform. Er ist nicht abwärtskompatibel mit Verstärkern der ersten Generation MR-J2. Wenn die Maschine derzeit MR-J2 (ohne S-Suffix) Hardware verwendet, ist der HC-SF301B der richtige Motor. Wenn die Verstärker MR-J2S sind, ist der HC-SFS301B die genaue Übereinstimmung — und der leistungsfähigere.

Die Elektromagnetbremse bei dieser Leistungsklasse

Federbelastete Bremsen werden mit steigendem Dauer-Drehmoment kritischer. Bei 28,6 Nm Nenndrehmoment übt eine Achse mit hoher Drehmomentlast — ein beladener Drehtisch, ein schweres Teil, das an einer Z-Achse hängt — dieses Drehmoment in jeder Richtung aus, die die Schwerkraft oder die Lastungleichgewichte diktieren, sobald der Servostrom auf Null fällt. An einer Maschine ohne Bremsverriegelung könnte ein erster Not-Aus oder ein Stromausfall eine erhebliche unkontrollierte Bewegung zulassen, bevor die dynamische Bremse im Verstärker die Welle zum Stillstand bringt.

Die federbelastete Bremse des HC-SFS301B beseitigt diese Unsicherheit. Wenn 24V DC anliegen, hält die Spule die Bremsscheibe frei und die Welle dreht sich frei. Entfernen Sie die 24V — per Softwarebefehl während einer normalen Abschaltung, durch Relaisabfall bei Not-Aus oder durch Verlust der Steuerleistung — und die Feder greift sofort in die Scheibe ein. Die Welle wird mechanisch gehalten, unabhängig vom Zustand des Verstärkers.

Drei Dinge, die bei der Installation richtig gemacht werden müssen:

Die Bremse muss erst greifen, nachdem die Achse gestoppt hat. Der MR-J2S-Verstärker liefert das MBR-Signal speziell zu diesem Zweck — es verzögert das Anlegen der Bremse, bis der Motor unter die Schwellendrehzahl abgebremst wurde. Das direkte Verdrahten der Bremsspule mit einem Not-Aus-Kontakt ohne die MBR-Verriegelung birgt die Gefahr, dass die Feder gegen eine rotierende Welle greift. Bei 85,9 Nm Spitzenmotor-Drehmoment ist die Kollision zwischen federbelasteter Scheibe und rotierendem Rotor abrupt und verkürzt die Lebensdauer der Bremse erheblich.

Überspannungsschutz ist zwingend erforderlich. Die Bremsspule ist eine induktive Last. Das Schalten von 24V DC auf eine ungeschützte Spule erzeugt beim Ausschalten eine große induktive Spannungsspitze. Der Überspannungsableiter — ein Snubber oder eine Freilaufdiode — muss direkt über die Klemmen der Bremsspule, so nah wie möglich an der Spule, installiert werden. Das Weglassen birgt die Gefahr von Schäden am Relais oder am Digitalausgang des Verstärkers, der den Bremskreis steuert.

Für vertikale Achsen gibt Mitsubishi eine empfohlene maximale statische Ausgleichsdrehmoment von höchstens 70% des Nenndrehmoments des Motors an — etwa 20 Nm an der Welle für den HC-SFS301B. Lasten, die ein höheres Ausgleichsdrehmoment erzeugen, sollten mit mechanischer Gegenbalance ergänzt werden, anstatt sich allein auf das Servo-System und die Bremse zu verlassen.

Glatte Welle: Kupplungsdesign und Installation

Die glatte Welle des HC-SFS301B erfordert Klemm- oder geteilte Klemmkupplungsnaben. Die Kupplung muss für den Spitzen-Drehmomentwert — 85,9 Nm — und nicht nur für die 28,6 Nm Dauerleistung ausgelegt und montiert werden. Eine Nabe, die für das Dauer-Drehmoment ausgelegt ist, aber am Spitzenwert grenzwertig ist, entwickelt mit der Zeit Mikroschlupf, was zu Positionsfehlern führt, die sich über mehrere Maschinenzyklen subtil ansammeln, bevor sie als Änderungen der Werkstückabmessungen sichtbar werden.

Die korrekte Montage der Nabe auf einer glatten Welle folgt einer spezifischen Prozedur im Mitsubishi-Servomotoren-Handbuch: Verwenden Sie das Gewindeloch am Wellenende, um die Nabe axial anzuziehen — mit einer Zugschraube, einer Unterlegscheibe und einer Mutter, die auf der Nabenfläche aufliegen —, anstatt die Nabe direkt zu pressen oder zu hämmern. Wellenstoßbelastungen durch Hämmern übertragen sich direkt vom Motor auf die Encoder-Scheibe. Selbst wenn kein sofortiger Fehler auftritt, können Stoßschäden am Encoder-Mechanismus zu intermittierenden Rückkopplungsfehlern oder einem frühen Encoder-Ausfall führen, der erst nach einiger Produktionszeit der Maschine sichtbar wird.

Für Anwendungen, bei denen eine positivere Wellen-Naben-Verbindung bevorzugt wird, ist der HC-SFS301BK die Version mit Keilwelle desselben Motors — in jeder Spezifikation identisch, mit einer maschinell gefertigten Keilnut. Beide Varianten passen auf denselben 176 × 176 mm Flansch und werden mit denselben MR-J2S-350 Verstärkern kombiniert.

Kompatible Verstärker — MR-J2S-350 Klasse

Der HC-SFS301B benötigt einen Verstärker der Klasse MR-J2S-350 Verstärker. Drei Standardvarianten sind verfügbar:

• MR-J2S-350A — Universelle Schnittstelle mit Analog-/Pulsbefehl. Unterstützt Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentregelungsmodi. Die Standardwahl für CNC- und SPS-gesteuerte Systeme, die Schritt/Richtung oder analoge Geschwindigkeitsbefehle verwenden.
• MR-J2S-350B — SSCNET-Glasfaserbus-Schnittstelle, entwickelt für koordinierte Mehrachsen-Systeme über Mitsubishi-Bewegungssteuerungen (A-Serie, Q-Serie). Positionsbefehle werden über das serielle Netzwerk und nicht über Pulszüge geliefert.
• MR-J2S-350CP — Integrierte Positionierungsfunktion. Punktetabellendaten werden im Verstärker selbst gespeichert, mit CC-Link- oder E/A-Schnittstelle. Geeignet für eigenständige Positionierung ohne dedizierte Bewegungssteuerung.

Alle drei Varianten unterstützen das 17-Bit-Encoder-Protokoll und sind für die kontinuierlichen Stromanforderungen des Motors bei 3kW ausgelegt. Der HC-SFS301B ist nicht kompatibel mit MR-J2-350 Verstärkern der ersten Generation, die das J2S 17-Bit-Encoder-Format nicht lesen können, noch mit MR-J3 oder MR-J4 Verstärkern, die eine völlig andere physische und Protokollschnittstelle verwenden.

Anwendungskontext

Langsame Drehtisch- und 4. Achsenantriebe. Große Paletten-Drehtische auf Bearbeitungszentren nehmen erhebliche Werkstück- und Vorrichtungsmasse auf. Bei 28,6 Nm Dauerleistung treibt der HC-SFS301B einen direkt gekoppelten Drehtisch bei anhaltenden Konturschnitten und schnellen Indexierzyklen an, ohne seine thermische Grenze zu erreichen. Der Absolutwertgeber bewältigt die anspruchsvolle Positionsgenauigkeit, die für die Winkelpositionierung bei der Mehrseitenbearbeitung erforderlich ist, und die Bremse hält den Tisch während der Spann- und Entspannungssequenzen.

HMC-Paletten-Shuttle- und Transferantriebe. Palettentransfersysteme auf horizontalen Bearbeitungszentren durchlaufen wiederholt Zyklen unter schwerer Last. Die Stopp- und Halteanforderung an jeder Station — oft während des Spannens und Entspannens — ist der Punkt, an dem sich die ausfallsichere Bremse auszahlt. Die Kombination aus hohem Dauer-Drehmoment und mechanischer Halterung macht den HC-SFS301B zu einer natürlichen Wahl für Antriebe in dieser Anwendungskategorie.

Wickelachsen mit Zugregelung. Materialwickler und -entwickler, die im Drehmomentregelungsmodus arbeiten, benötigen einen Motor, der das erforderliche Drehmoment bei niedrigen und variablen Wellendrehzahlen über einen großen Rollendurchmesserbereich aufrechterhalten kann. Ein 1.000 U/min-Motor in Drehmomentregelung an einer Wickelachse bleibt in einem sinnvollen Drehzahlbereich, ohne ungewöhnliche elektronische Übersetzungsverhältnisse zu erfordern, und der 17-Bit-Encoder liefert eine feingranulare Rückmeldung zur Drehmomentregelung bei jeder Drehzahl innerhalb des Betriebsbereichs.

Langsame Förderband- und Transfer-Indexierung. Antriebswellen für Kettenförderer und Bandtransfersysteme, die bei niedrigen Oberflächengeschwindigkeiten unter Last laufen, profitieren von der Drehmomentdichte des HC-SFS301B. Wo sonst ein Getriebemotor spezifiziert würde, vereinfacht ein Direktantriebsservo mit 1.000 U/min und ausreichend Dauer-Drehmoment den Antriebsstrang und fügt die programmierbaren Geschwindigkeits-, Drehmoment- und Positionssteuerungsfunktionen hinzu, die Servosysteme bieten.

Z-Achsen-Antriebe mit Schwerkraftbelastung an Schwerlastmaschinen. Vertikale Achsen, die schwere Spindelbaugruppen auf Großformatmaschinen tragen, benötigen die Kombination aus ausreichendem Drehmoment und zuverlässiger mechanischer Halterung. Das Dauer-Drehmoment von 28,6 Nm des HC-SFS301B — bei 1.000 U/min ohne Untersetzungsgetriebe — bietet Direktantriebsoptionen für einige vertikale Achsenkonfigurationen, bei denen ein Motor mit höherer Drehzahl eine erhebliche Getriebeuntersetzung erfordern würde, um ein äquivalentes Drehmoment an der Kugelgewindespindel-Eingangswelle zu erreichen.

HC-SFS 1000 U/min Bereich — Kapazitätsreferenz

Alle Modelle dieser Familie verwenden den 17-Bit seriellen Absolutwertgeber, IP65 Schutz, ölabgedichtete Welle, 200V AC Klasse Versorgung und MR-J2S-350 Verstärkerkompatibilität. Der HC-SFS301B steht an der Spitze des 1.000 U/min Bereichs mit dem höchsten Dauer-Drehmoment in dieser Unterfamilie.

Neu in OVP, werkseitig versiegelt

Werkseitig versiegelt bedeutet Original-Mitsubishi-Verpackung, Schutzkappe an der Wellenspitze, abgedeckte Anschlussports, ungestörte Innenverpackung und keine vorherige thermische oder mechanische Historie. Für eine Maschine, die auf diesen Teil wartet, um die Produktion wieder aufzunehmen, ist ein neuer Lagerbestand in OVP der zuverlässigste Weg zurück zum Betrieb — bekannter Zustand, einjährige Garantie, keine Variablen aus vorheriger Installation oder Reparatur.

Bei einem Gewicht, das mit dieser Motorrahmen-Größe und Bremsbaugruppe übereinstimmt, wird der HC-SFS301B sicher für den Transport verpackt geliefert. Unter geeigneten Bedingungen gelagert — kühl, trocken, vibrationsfrei — behält werkseitig versiegelter Lagerbestand mehrere Jahre lang die volle Spezifikation. Nach mehr als fünf Jahren Lagerung hilft ein kurzes Langsamlaufen der Welle vor der Inbetriebnahme, das Lagerfett neu zu verteilen.

Häufig gestellte Fragen

F1: Welche Verstärker sind mit dem HC-SFS301B kompatibel?

Der HC-SFS301B benötigt einen Verstärker der Klasse MR-J2S-350 von der MELSERVO-J2S (J2-Super) Plattform. Die drei Standardvarianten sind der MR-J2S-350A (universeller Analog-/Pulsbefehl), MR-J2S-350B (SSCNET-Glasfaserbus für Bewegungssteuerungen) und MR-J2S-350CP (integrierte Positionierung mit CC-Link-Schnittstelle). Alle unterstützen den 17-Bit-Serien-Encoder des Motors. Der HC-SFS301B ist nicht kompatibel mit originalen MR-J2-350 Verstärkern oder mit MR-J3 / MR-J4 Verstärkern.

F2: Was ist der Unterschied zwischen dem HC-SFS301B und dem HC-SF301B?

Sie sind mechanisch austauschbar — gleicher Flansch, gleiche Drehmomentleistung, gleicher Wellentyp, gleiche Bremskonfiguration, gleiche Nenndrehzahl. Der Unterschied liegt im Encoder und der Verstärkergeneration. Der HC-SF301B (J2-Serie verwendet einen 14-Bit-Encoder (16.384 ppr) und funktioniert mit MR-J2- und MR-J2S-Verstärkern. Der HC-SFS301B (J2S-Serie verwendet einen 17-Bit-Encoder (131.072 ppr) und benötigt MR-J2S-Verstärker. Wenn die Maschine MR-J2 (erste Generation) Verstärker verwendet, ist der HC-SF301B der richtige Motor.

F3: Der HC-SFS301B ist 3kW, hat aber 28,6 Nm Nenndrehmoment. Wie ist das möglich?

Drehmoment und Drehzahl sind bei gleicher Leistung umgekehrt proportional. Bei 1.000 U/min mit 3kW Leistung beträgt das Nenndauer-Drehmoment etwa 28,6 Nm. Wenn dieselben 3kW durch einen 2.000 U/min-Motor geleitet werden, sinkt das Dauer-Drehmoment auf etwa 14,3 Nm. Der HC-SFS301B ist speziell für Anwendungen mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment konzipiert, bei denen die Achslast ein anhaltendes Drehmoment erfordert, ohne dass eine Untersetzungsgetriebe zwischen Motor und angetriebenem Mechanismus benötigt wird.

F4: Benötigt der 17-Bit-Encoder eine Batterie, und wo befindet sich die Batterie?

Ja. Die Absolutfunktion des 17-Bit-Encoders benötigt eine Batterie-Unterstützung, um Mehrumdrehungspositionsdaten über Stromausfälle hinweg zu speichern. Die Batterie — eine Mitsubishi A6BAT Lithiumzelle — ist im MR-J2S-Servoverstärker installiert, nicht im Motorgehäuse. Wenn sie in Ordnung ist, wird die absolute Position bei jeder Stromunterbrechung beibehalten und die Achse benötigt beim Neustart keinen Referenzlauf. Ersetzen Sie die A6BAT umgehend, wenn der Verstärker eine Niedrigbatterie-Warnmeldung anzeigt, bevor eine vollständige Entladung zum Verlust der absoluten Position führt.

F5: Ist der HC-SFS301B für eine vertikale, schwerkraftbelastete Achse ohne zusätzliche Gegenbalance geeignet?

Das kann er sein — vorausgesetzt, das statische Ausgleichsdrehmoment an der Motorwelle überschreitet nicht etwa 70% des Nenndrehmoments, was bei diesem Motor etwa 20 Nm beträgt. Diese Angabe stammt aus den veröffentlichten Richtlinien von Mitsubishi für vertikale Servo-Anwendungen. Lasten, die ein Ausgleichsdrehmoment über diesem Schwellenwert erzeugen, sollten mit mechanischer Gegenbalance (Pneumatikzylinder, Gegengewicht) ergänzt werden, anstatt sich ausschließlich auf das Servodrehmoment und die Bremse zu verlassen, um die Achse zu halten. Für Lasten innerhalb des 20 Nm-Limits bietet der HC-SFS301B mit seiner federbelasteten Bremse einen zuverlässigen Halt im Servo-Aus-Zustand.