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Standardisierte Schnittstelle

Servo-Antriebstechnik: konstruktiver Ansatz zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades
Standardisierte Schnittstelle

Ein Hersteller der Antriebstechnik aus Kelheim stellte auf der Fachmesse SPS/IPC/Drives 2011 in Nürnberg erstmals die Antriebsreihe „Hei Motion Premium“ dem Fachpublikum vor. Damit wird das Servomotorenprogramm sowohl im Leistungsbereich als auch in der Anwendungsbreite ausgeweitet.

 

Exklusiv in kem Der Autor Helmut Pirthauer ist stellv. Geschäftsführer der Heidolph Elektro GmbH & Co. KG, Kelheim

Bei der Vorstellung der Antriebsreihe „Hei Motion Premium“ in Nürnberg muss der Anbieter etwas voraus schicken: Es handelt sich hierbei schon um den zweiten Entwicklungsschritt. Dies war die Antwort auf das vielfache Verlangen einzelner Kunden, die „Hei Motion Compact“-Baureihe zu europäisieren. Dabei ist nicht eine eigenständige Baureihe entstanden, sondern vielmehr ein erweiterter Baukasten, indem die notwendigen Komponenten für einen europäischen Standard verwendet werden können.
Das fachkundige Publikum zeigte sich insbesondere an den vielen Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Geber und an den Steckanschlüssen interessiert. Unser Stand war gut besucht, und unsere Hei Motion Premium-Motoren stießen bei den Besuchern auf große Resonanz.
Der erste Entwicklungsschritt Hei Motion Compact besteht bereits seit 2009 und wird derzeit sehr aktiv und ausschließlich auf dem asiatischen Markt mit einem Geschäftspartner vermarktet. Durch den Ausbau der Hei Motion-Baureihe ist es nun möglich, auch den europäischen Markt zu beliefern. Wichtig dabei war, so viele Komponenten wie möglich aus der asiatischen Baureihe zu verwenden, damit die Teilevielfalt und somit die Kosten von vornherein niedrig gehalten werden können.
In Europa übliche Steckverbinder
Was genau verbirgt sich hinter dem Begriff „Hei Motion Pre- mium“? Kurz gesagt, handelt es sich hierbei um den Ausbau des Servosystems Hei Motion. Es wurden Leistungsklassen im unteren, mittleren und oberen Bereich hinzugefügt. Somit verfügt die Premiumbaureihe nun über zwölf Leistungsabstufungen im Bereich von 50 bis 3750 W (M0: 0,18 bis 18,5 Nm). Realisiert werden diese fünf selbstentwickelten Motorschnitte in den Abmessungen 40, 60, 80, 100 und 130 mm.
In der Premiumvariante stehen die in Europa üblichen Steckverbinder M23, Y-Tec sowie Twintus zur Verfügung. Entgegen der Kompaktbaureihe werden in der Premiumbaureihe ausschließlich Motorkappen in Aluminium verwendet. Des Weiteren besteht die Möglichkeit auf Wunsch, einen Wellendichtring zu montieren und dadurch eine Schutzart IP65 am gesamten Motor zu erreichen.
Als Temperatursensor wurde im Standard ein KTY vorgesehen. Durch Verwendung des eigenen UL-Isolationssystems wird die komplette Premiumbaureihe cURus-approbiert werden.
Natürlich findet man im Inneren der Motoren die gewohnt hohe Qualität der Kompaktbaureihe: So verfügen alle Hei Motion-Motoren über eine kompakte Wicklung und weisen eine fünffache Überlastfähigkeit auf. Eine Entmagnetisierung erfolgt aufgrund der hochwertigen Magnetmaterialien (NdFeB-Seltenerdmagnete) erst bei 10-facher Überlast. Durch die Optimierung der Magnetgeometrie beziehungsweise der Schnitttechnik sowie einer optimalen Formgebung der Spulenköpfe erreichen die Servomotoren zudem eine hohe Leistungsdichte bei äußerst geringem Bauraum. Zusätzlich werden durch diese Maßnahmen bei den Rastmomenten sehr kleine Werte erzielt. Dies führt zu ausgezeichneter Regelbarkeit und einem enorm hohen Wirkungsgrad von bis zu 94 % auch bei niedrigen Drehzahlen.
Optional sind alle Motoren auch mit Bremse erhältlich. Eingesetzt werden hierbei Ruhestrom-Bremsen, die ebenfalls in Zusammenarbeit mit einem Lieferanten entstanden und speziell nur für die Hei Motion-Baureihe entwickelt wurden. Hierbei wurde beachtet, dass durch eine geeignete Montage auf die Einstellung der Bremse beziehungsweise des Bremsspaltes vollkommen verzichtet werden kann.
Feedbacksysteme: Einheitliche Geber-Schnittstelle
Neben der konsequenten Modularisierung des Antriebsaufbaus bestand eine der konstruktiven Maßnahmen darin, für alle Motortypen eine einheitliche mechanische Anbindung für Resolver und Motorfeedback-Systeme zu entwickeln. Maßgabe war hierbei die klare Vorgabe einer mechanischen Schnittstelle. Auch wenn das Produkt-Konzept zunächst zweipolige Resolver als Basisausrüstung vorsieht, will man sich bei der mechanischen Integration, das heißt der Gestaltung von mechanischen Aufnahmen am B-Lagerschild, an den Anforderungen der höher performanten Motorfeedbacksysteme orientieren. Durch eine Standardisierung der Wellen und Gehäuseaufnahmen ist es gelungen, sieben verschiedene Gebertypen auf ein und denselben Motor zu montieren.
Hinter der Vereinheitlichung dieser mechanischen Schnittstellen verbergen sich über die Erfassungs- und Regelgüte hinaus eine Reihe weiterer Vorteile. Zunächst trägt das Konzept entscheidend zu einer kostengünstigen Fertigung der Servoantriebe bei. Des Weiteren wurde die Anzahl der Wellenvarianten um über 75 % reduziert. Zudem sind keine Adapterplatten zur Geberadaption erforderlich. Beides macht es erforderlich, Rumpfmotoren beziehungsweise Baugruppen für jede Leistungsklasse in wirtschaftlichen Losgrößen zu produzieren. Somit besteht die Möglichkeit, schnell aus bestehenden Komponenten die Antriebe zu konfigurieren und je nach Bedarf zum Schluss mit dem gewünschten Geber- und Anschlusssystem zu bestücken.
Blick auf die Geber-Anbindung
Hierbei geht es um den Motor HMP04, der sowohl in der Performance als auch in der Funktionalität etwas Besonderes ist. Das kleine Kraftpaket in den Leistungsklassen 50 bis 200 W verfügt im Standard über einen qualitativ hochwertigen Resolver. Als Option sind hochauflösende Absolutwertgeber als Single- und Multiturn zu wählen. Hier ist es gelungen, in Zusammenarbeit mit einem renommierten Hersteller einen Geber zu entwickeln, der in Motorabmessungen von 40 mm zu integrieren war. Natürlich stehen auch bei diesem Motor die Ausbaustufen mit einer Bremse, Stecksystemen Y-Tec oder KTY, Wellendichtring und Passfeder zur Verfügung. Künftig ist beabsichigt, auch diesen Geber mit einer DSL-Schnittstelle zu versehen, damit eine Einkabellösung realisiert werden kann. Auf besonderen Wunsch wird derzeit ein Kabeldirektabgang realisiert, der zusätzlich zu einer kompakten Einheit beiträgt.
Überlegung zu den Zielmärkten
Wie bereits erwähnt, wird die Baureihe Hei Motion Compact auf dem asiatischen Markt und die Hei Motion Premium-Reihe auf dem europäischen Markt angeboten. Beabsichtigt war auch, dass diese Servomotoren zunächst nur über Wiederverkäufer beziehungsweise über Systemhäuser vermarktet werden. Da Heidolph im Stückzahlgeschäft tätig ist, waren die Kleinkunden nicht primär im Fokus.
Aufgrund der gleichzeitigen und konsequenten Einführung der Lean-Produktion ist es gelungen, auch Kleinmengen zu sehr attraktiven Preisen anbieten zu können. Durch ein ausgeklügeltes Kanbansystem mit einem Supermarktlager und der eigenen hohen Fertigungstiefe bis hin zu der Verpackung, kann auch die Stückzahl eins ohne hohen Aufwand gefertigt werden.
Hierbei hat natürlich auch die Standardisierung der Komponenten und Reduzierung der Schnittstellen deutlich dazu beigetragen. Somit können nun nicht nur Systemhäuser beziehungsweise Großabnehmer beliefert werden, sondern alle Kunden, die die Vorzüge der neuen Servobaureihen wünschen.
Für die Zukunft gerüstet: Einkabellösung
Bei der hier vorgestellten Baureihe ist es bereits möglich, die Variante „Einkabellösung“ zu wählen. Derzeit noch in einem eingeschränkten Maße, da die Gebervielfalt in den kommenden Monaten erst noch realisiert wird. Jedoch wurden sämtliche mechanischen Komponenten für die Einsteckerlösung konzipiert. Dabei entfallen die Gebersignalleitung sowie der motorseitig dazugehörige Stecker. Sämtliche Gebersignale werden über eine digitale Schnittstelle absolut zuverlässig über die Motorleitung übertragen. Der geringere Verdrahtungsaufwand sowie der Wegfall der Signalleitung und des Steckers führen zu deutlichen Kostenersparnissen und zu geringeren Fehlermöglichkeiten im Gesamtsystem. Mit der Erweiterung der Hei Motion-Baureihe durch die Premium-Komponenten bietet Heidolph seinen Kunden einen umfangreichen und flexiblen Servobaukasten für jeden Einsatzfall. Und sollte doch einmal eine Anpassung der Standard-Baureihe nötig sein, so realisiert der Anbieter auch Applikationen mit kundenspezifischer Spannung, Drehzahl und Leistung oder ändert die Wellen- und Anschlussgeometrie der Motoren entsprechend ab.
Heidolph; Telefon: 09441 707-139; E-Mail: monika. weichmann@heidolph.de
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