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In diesem Artikel beleuchten wir die führenden Trends bei Antriebslösungen und erläutern, wie Mitsubishi Electric mit der Einführung seiner neuesten Servoreihe MR-J5 auf diese Veränderungen reagiert. Wir erklären, wie neue Technologien die Leistungs- und Sicherheitsstandards in der Industrie neu definieren und welche Vorteile sie Maschinenherstellern sowie Anwendern bieten. Abschließend erfahren Sie, warum Servoantriebe eine zentrale Rolle in der Zukunft der Industrie spielen und weshalb es sich lohnt, die angebotenen Lösungen genauer zu betrachten, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Jeder Branchentrend wird in einem eigenen Kapitel beschrieben:

• Höhere Präzision und kürzere Reaktionszeiten
• Verbesserte Maschinen- und Anlagensicherheit
• Flexibilität durch offene Netzwerkanbindungen (Servo Open Network)
• Kompakte Bauweise für platzsparende Konstruktionen
  

Wenn wir das Hauptziel eines jeden Konstrukteurs von Industriemaschinen umreißen sollten, könnten wir schreiben: "Maximierung der Produktivität bei möglichst geringen Kosten". Natürlich ist der Ansatz logisch - eine schneller laufende Maschine bedeutet mehr Produktion und damit mehr Gewinn für das betreffende Unternehmen. Die zunehmende Konkurrenz durch Unternehmen, die sich auf die Herstellung von Maschinen spezialisiert haben, führt zu einer erhöhten Nachfrage nach deren Effizienz. Dieses Phänomen spiegelt sich in der Nachfrage nach Servoantriebssystemen wider. Laut einer Studie von Interact Analysis wächst die Branche weltweit um 21,6 % im Jahr 2021 und um 9,1 % im Jahr 2022. In den Folgejahren wird ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 5,5 % erwartet.

Bei Mitsubishi Electric ist man sich dieses Trends bewusst. Deshalb bietet die Melservo J5-Serie einige der wettbewerbsfähigsten Lösungen, wenn es um die Effizienz von Antrieben geht. Wenn man jedoch von Effizienz spricht, stellt sich als erstes die Frage, wie diese Effizienz gemessen werden kann. Einer der wichtigsten Faktoren, die ihn beeinflussen, ist die Reaktionszeit des Antriebs.

Die Frequenzantwort ist ein Maß für die Zeit, die der Servoantrieb benötigt, um Eingangssignale zu verarbeiten.

Kürzere Reaktionszeiten ermöglichen eine bessere Präzision und Leistung der Antriebseinheit, wobei die MR-J5-Serie mit 3,5kHz die schnellste Frequenzantwort auf dem Markt aufweist - jede Änderung kann 3.500 Mal pro Sekunde erfolgen. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Reaktionszeit allein innerhalb des Antriebs nicht bedeutet, dass wir in der Lage sind, den Bewegungsbefehl innerhalb desselben Bereichs zu ändern, da wir durch das Netzwerk, über das der Datenaustausch erfolgt, eingeschränkt sind. Mit CC-Link IE TSN können wir alle 32,5 Mikrosekunden zyklisch Informationen zwischen dem Antrieb und der SPS austauschen, so dass die Netzwerkschnittstelle keine Einschränkung für den Antrieb darstellt, denn wir wissen bereits, dass die Leistung der Maschine von der Latenzzeit des Netzwerks und des Antriebs selbst beeinflusst wird. Eine weitere wichtige Überlegung ist der Motor selbst als Antrieb. Schließlich ist er derjenige, der die eigentliche Arbeit übernehmen muss. Die MR-J5-Serie verwendet eine Motorlösung in Form eines Synchronservomotor.

Die Leistungsrate definiert die Fähigkeit des Antriebs, sowohl dynamisch zu beschleunigen als auch zu bremsen. Sie ist daher das Wesen der Servomotoren, deren wichtigste Eigenschaft gerade die dynamische Leistung ist. Sie ist also das Verhältnis des Quadrats des Nenndrehmoments des Motors zu seinem Trägheitsmoment.

Ein dynamisches industrielles Umfeld, in dem Effizienz und Flexibilität zu den wichtigsten Herausforderungen gehören, führt zunehmend zu der Notwendigkeit, verschiedene Kommunikationsprotokolle und Netzwerke in einer einzigen Maschine zu verwenden. Da immer mehr Hersteller mit leistungsfähigen Lösungen auf den Markt kommen, ist es in vielen Anwendungen kaum noch möglich, sich auf nur eine Netzwerkschnittstelle zu beschränken.

Der Servo Open Network Ansatz eröffnet neue Möglichkeiten und bietet mehr Freiheit bei der Konstruktion und Integration von Industriemaschinen und -anlagen.

Volle Unterstützung für EtherCAT-Steuerungen: Der MR-J5 lässt sich nahtlos an EtherCAT-fähige Motion-Controller anschließen. Dies ermöglicht z. B. die vollständige Synchronisierung von Antrieben innerhalb des Netzwerks mit einem Zyklus von 125 µs. Die Kompatibilität mit dem CiA402-Drive-Profile-Standard ermöglicht die Kompatibilität mit dem Rest des Netzwerks und erleichtert die Programmierung durch die PLCopen-Kompatibilität.

Kompatibilität mit den Kommunikationsfunktionen CoE, FoE, EoE, d. h. CANopen over EtherCAT, File over EtherCAT und Ethernet over EtherCAT. Jedes der Protokolle ermöglicht die Nutzung unterschiedlicher Netzwerkfunktionalitäten wie z. B. Dateitransfer oder Datenübertragung, z. B. für Diagnosezwecke. Die MR-J5-Serie findet auch zusätzliche Anwendungen für diese Protokolle, die von Antriebsherstellern mit EtherCAT oft nicht unterstützt werden, wie z. B. die Fähigkeit, Autotuning von Servoantrieben über das Netzwerk aufzurufen (ermöglicht durch EoE-Kompatibilität).

Kompatibilität mit Fail Safety over EtherCAT (FSoE): Wie im vorherigen Kapitel erwähnt, ist die Sicherheit von Maschinen und Anlagen eine der Prioritäten in der Industrie. Das MR-J5 bietet Unterstützung für die FSoE-Funktionalität, wodurch die funktionale Sicherheit direkt über EtherCAT genutzt werden kann. Dies öffnet die Tür zu fortschrittlichen Überwachungs- und Not-Aus-Funktionen, die in unsere Antriebsserie integriert sind, ohne dass eine physikalische Signalverbindung erforderlich ist.

Ein kleinerer Schaltschrank ist zweifelsohne ein großer Vorteil, aber oft ist der Platz im Arbeitsbereich der Anwendung knapp bemessen. Wie lässt sich dieses Problem lösen? Einfach kleinere Antriebe einbauen! Die Motoren der MR-J5-Serie sind bis zu 40 Prozent kürzer als vergleichbare Lösungen auf dem Markt. Die verwendete Spulen- und Gebertechnologie hat zu einigen der kompaktesten Lösungen auf dem Markt geführt.

Im zweiten Teil unserer Blogserie werfen wir einen Blick auf weitere zentrale Herausforderungen, denen sich moderne Servoantriebe stellen müssen. Die MR-J5-Serie von Mitsubishi Electric zeigt, wie aktuelle Industrietrends wie

• begrenzte Garantie- und Supportzeiten durch Hersteller,
• steigende Energiepreise und gesetzliche Anforderungen sowie
• ungeplante Wartungsausfälle und hohe Wartungskosten

gezielt adressiert werden – mit Abwärtskompatibilität, energieeffizienten Funktionen und KI-gestützter Wartung (Predictive Maintenance).