Frequenzumrichter-Generation SD4x, Bild: Sieb & Meyer

Optimierte Performance und höhere Drehzahlen: die neue Frequenzumrichter-Generation SD4x. Bild: Sieb & Meyer

| von Rolf Gerhardt, Sieb & Meyer

Hochgeschwindigkeitsmotoren benötigen naturgemäß hohe Drehfeldfrequenzen. Die Frequenzumrichter der SD2x-Produktfamilie von Sieb & Meyer sind spezialisiert auf Drehfeldfrequenzen von bis zu 8000 Hz und ermöglichen höherpolige Motorauslegungen, wodurch sich zum Beispiel das Bauvolumen um bis zu 30 Prozent reduzieren lässt. Ein weiterer Vorteil der Produktfamilie ist, dass die Regelungsverfahren zu einem geringen Anteil an harmonischen Frequenzen im Motorstrom führen. Die Verluste fallen im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten um bis zu 50 Prozent geringer aus. Die Erwärmung ist entsprechend reduziert. Zusätzlich erlaubt das Multiachs-Antriebssystem SD2 einen Energieaustausch der einzelnen Bewegungsachsen über einen gemeinsamen DC-Zwischenkreis und nutzt dieses Potenzial zur Energieeinsparung. In Abhängigkeit von Maschinenstruktur und Bewegungsprofil lassen sich so bis zu 30 Prozent Energie einsparen.

SD4x-Geräte Grafik, Bild: Sieb & Meyer
Die SD4x-Geräte werden neue Schnittstellen wie Profinet, EtherCAT oder Biss unterstützen. Bild: Sieb & Meyer

„Trotz all dieser Vorteile: Die Produktfamilie SD2x ist als Entwicklungsplattform bereits seit 2006 auf dem Markt und hat somit ein Alter erreicht, wo man sich als Hersteller Gedanken über die Zukunft machen muss“, erläutert Torsten Blankenburg, Vorstand Technik bei Sieb & Meyer. Das beginnt bei der Materialverfügbarkeit: Das Unternehmen möchte seinen Kunden lange Produktlebenszyklen von mindestens zehn Jahren garantieren. Einige in den SD2x-Geräten verbaute Komponenten werden jedoch mittelfristig nicht mehr verfügbar sein. Auch die eingesetzten Entwicklungstools sind nicht mehr auf dem neuesten Stand. „Darüber hinaus haben wir viele Ideen für die Weiterentwicklung unserer Produkte, die sich mit den bestehenden Prozessoren und Speichergrößen jedoch einfach nicht realisieren lassen“, so Blankenburg.

Neue Produktfamilie mit gesteigerter Leistung

Gute Gründe für die Einführung einer neuen Produktfamilie, die der Hersteller SD4x benannt hat. Die SD4x-Geräte werden neue Schnittstellen und Protokolle wie ProfiNet, TNC oder Biss unterstützen und somit für die Zukunft gewappnet sein – dafür sorgen auch zusätzliche Funktionen wie eine Echtzeituhr. Das zentrale Element ist aber die deutlich verbesserte Prozessorleistung: Der neue 32-Bit Prozessor ist bis zu fünfmal schneller und erlaubt somit eine höhere Auflösung und genauere Berechnungen. Zudem ist der Hersteller von einer Festkomma- auf eine Fließkomma-Arithmetik umgestiegen, was eine flexiblere Gestaltung erlaubt. Insgesamt lassen sich mit dem neuen Prozessor-System komplexere Aufgaben schneller abarbeiten. Eine um bis 1,8-fache schnellere Berechnung auf der Hardware-Seite ermöglicht ein neuer FGPA: Er ermöglicht es, komplexere Regelaufgaben abzuarbeiten. Auch speicherseitig hat der Hersteller deutlich aufgestockt – mit dem um das 500-fache größeren Speicher wird es auf absehbare Zeit keine Engpässe geben. Für den Kunden bedeutet das eine eklatante Steigerung der Performance: Höhere Schaltfrequenzen und eine verbesserte Regelgüte bei nochmals gesteigerten Drehzahlen bewirken Verbesserungen im Gesamtprozess.

„Unser Ziel ist es, hochdrehende Motoren dynamisch und mit möglichst wenig Verlustleistung anzutreiben.“

Torsten Blankenburg, Vorstand Technik bei Sieb & Meyer

Uhr Inneres, Bild: fotolia
Der SD2S ist eine gute Wahl für Maschinen für die Feinstbearbeitung, wie sie in der Uhrenindustrie benötigt werden. Bild: fotolia.com – NorGal

SD4x-Geräte können dank eines integrierten Lagereglers jetzt auch eigenständige hochgenaue Positionierungen durchführen; Drehzahl- und Stromregler bleiben gegenüber der SD2x-Reihe konstant. „Unser Ziel ist es, hochdrehende Motoren dynamisch und mit möglichst wenig Verlustleistung anzutreiben“, so Blankenburg. „Deshalb unterstützen wir nun auch PWM-Schaltfrequenzen von 24 und 32 kHz.“ Für eine noch feinere Modulierung des sinusförmigen Signals ist eine Kommutierungswinkel-Steuerung nun auch für 32, 48 und 64 kHz integriert. Dadurch ergibt sich ein nahezu optimaler Sinus, es treten so gut wie keine harmonischen Ströme mehr auf. Die durch die PWM verursachte Verlustleistung kann auf einen Bruchteil minimiert werden.

Einfachere Bedienbarkeit

Auch die Bedienbarkeit wird stark verbessert: So stellt das Unternehmen mit Drivemaster4 eine neue Version der bewährten Parametrier-Software zur Verfügung. Die Software ist intuitiv nutzbar und bietet dank einer neuen, viergeteilten Benutzeroberfläche ganz neue Möglichkeiten. „Bei den vorherigen Versionen mussten die Nutzer immer neue Fenster aufmachen“, erläutert Blankenburg. „Nun arbeiten wir mit Detailfenstern, die sich flexibel verändern, wenn man ein anderes Gerät anklickt.“ Eine Watchlist ermöglicht es, Parameter mehrerer Geräte gleichsam zu abonnieren – gerade bei Mehrachsanwendungen ist dies nützlich. Über einen Datenlogger können Nutzer außerdem Kennlinien über längere Zeitabschnitte betrachten und auswerten.

Der SD4S ist das erste Gerät der neuen Produktfamilie SD4x und schließt eine Lücke im Produktportfolio der Frequenzumrichter: Das Gerät ist für kleine Hochgeschwindigkeitsspindeln und -motoren im Leistungsbereich von wenigen hundert Watt konzipiert. Applikationsbeispiele sind Dentalfräsmaschinen oder Maschinen für die Feinstbearbeitung, wie sie in der Uhrenindustrie benötigt werden. Weil bei Kleinspindeln die nötige Isolationsfestigkeit in den Motoren oft nicht erbracht werden, ermöglicht der SD4S nun eine galvanische Trennung des Thermokontaktes. Ein absolutes Novum ist die Baugröße von nur 40 Millimetern Baubreite. Zum Vergleich: Das derzeit kleinste Gerät des Herstellers hat 70 Millimeter Breite. Gerade bei Anwendungen mit vielen Achsen und geringer Leistung werden besonders kompakte Antriebssysteme nachgefragt, weshalb die Lüneburger Experten das Bauvolumen noch einmal reduziert haben.

Die Parametrierung erfolgt über eine standardmäßige Ethernet-Schnittstelle, welche die im industriellen Umfeld störanfällige USB-Schnittstelle ersetzt. Weiterhin verfügt der SD4S über parametrierbare digitale Messsystem-Schnittstellen wie Biss-C, EnDat2.2 und TTL. Ein Webserver ermöglicht es Technikern, ohne zusätzliche Parametriersoftware Geräteinformationen abzurufen. Über die Echtzeituhr lässt sich ein Vorfall zeitlich abgleichen: So können die Anwender zum Beispiel herausfinden, ob ein Ausfall durch ein Gewitter verursacht wurde. „Der SD4S ist der Beginn einer neuen Antriebsgeneration und das erste Produkt unserer neuen Entwicklungsplattform SD4x“, betont Blankenburg. „Wir werden die Leistungsklassen des SD4S kontinuierlich erweitern.“ Auf lange Sicht wird der Hersteller auch alle anderen Geräte der SD2x-Produktfamilie ablösen. „Die optimierte Performance, höhere Drehzahlen sowie die geringe Motorerwärmung ohne Sinusfilter – das sind die wesentlichen Vorteile der SD4x-Produktfamilie“, fasst Blankenburg zusammen. „Die Verbesserungen werden es möglich machen, die Produktionsqualität bei bestehenden Anwendungen zu verbessern und darüber hinaus ganz neue Einsatzbereiche zu erschließen.“ aru

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