Hochspannungs-Motion-Systeme für unterschiedliche Maschinenachsen

Industrielle Anlagen werden häufig über Drehstromnetze mit 400–480 V versorgt, während einzelne Maschinenachsen sehr unterschiedliche Leistungs- und Performance-Anforderungen haben können. Die Erweiterung des Essentials-Systems trägt diesem Unterschied Rechnung, indem Maschinenbauer eine Hochspannungs-Servotechnik für Achsen mit geringerer Leistung einsetzen können, ohne automatisch auf ein komplexeres Motion-System ausweichen zu müssen.

Servosysteme an die industrielle Energieversorgung anpassen
Große Fertigungsanlagen, Automobilproduktionslinien, Logistikzentren und Hochleistungsverpackungsanlagen arbeiten häufig mit einer Infrastruktur für 400–480 V. Der Einsatz von Motion-Komponenten, die für denselben Spannungsbereich ausgelegt sind, kann den Bedarf an zusätzlicher Spannungstechnik reduzieren.

Der Unterschied ist relevant, weil die Leistungsanforderungen innerhalb einer Maschine selten einheitlich sind. Eine Maschine kann beispielsweise Achsen für Schneid-, Umform- oder Hochlast-Transferprozesse mit Achsen kombinieren, die hauptsächlich für Positionierung, Führung oder Materialhandling eingesetzt werden. Diese Funktionen können unterschiedliche Anforderungen an Drehmoment, Drehzahl und Dauerleistung stellen.

Eine bedarfsgerechte Auslegung des Motion-Systems bedeutet daher, Motor und Antrieb entsprechend den tatsächlichen Anforderungen der jeweiligen Achse auszuwählen, anstatt für die gesamte Maschine die jeweils höchste Leistungsklasse einzusetzen.

Hochspannungs-Servoantriebe für unterschiedliche Maschinenfunktionen
Das erweiterte Essentials-Portfolio umfasst Servoantriebe für einen dreiphasigen Eingang von 240–480 V AC. Die Hochspannungsvarianten sind mit Dauerströmen von 3, 6 und 12 Aeff sowie Spitzenströmen von 9, 18 und 30 Aeff erhältlich. Die Antriebsfamilie unterstützt abhängig von Ausführung und Betriebsbedingungen Anwendungen mit einer typischen Wellenleistung von bis zu 5 kW.

Die entsprechenden Essentials-Servomotoren sind für 400/480 V AC ausgelegt und decken einen Leistungsbereich von 400 W bis 4 kW ab. Die Motoren für 400/480 V AC erreichen eine Nenndrehzahl von 3.000 U/min, während bei mehreren Modellen mechanische Maximaldrehzahlen von bis zu 6.000 U/min möglich sind. Das Dauerdrehmoment im Stillstand reicht von 1,37 Nm beim 400-W-Modell bis zu 17,4 Nm beim 4-kW-Modell.

Diese Kombination ermöglicht es, Achsen mit geringerer Leistung innerhalb einer größeren Maschine an die dreiphasige Hochspannungsversorgung der Anlage anzuschließen, ohne die betreffende Achse auf ein deutlich größer dimensioniertes Servosystem auslegen zu müssen.

Vereinfachte Konfiguration und Inbetriebnahme von Servosystemen
Das Essentials-System kombiniert Servomotoren, Servoantriebe und Kabel mit der Konfiguration über die WorkBench-Software von Kollmorgen. Das System bietet einen geführten Einrichtungsprozess und ermöglicht gleichzeitig den Zugriff auf weiterführende Konfigurations- und Tuning-Funktionen.

Die Antriebsfamilie unterstützt industrielle Ethernet-Schnittstellen für EtherCAT, EtherNet/IP und PROFINET. Synchronisationsfunktionen sind über EtherCAT, CIP Sync und PROFINET IRT verfügbar. Die integrierte Funktion Safe Torque Off ist nach SIL2 sowie Kategorie 3 und Performance Level d spezifiziert.

Für Maschinenbauer können diese Funktionen die Anzahl unterschiedlicher Motion-Architekturen innerhalb einer Maschinenplattform reduzieren. Eine gemeinsame Antriebsfamilie kann unterschiedliche Achsanforderungen abdecken und dabei eine einheitliche Konfigurationsumgebung beibehalten.

Skalierung der Bewegungsleistung nach Achse
Die technische Bedeutung der Erweiterung auf Hochspannung liegt weniger in einer Erhöhung der maximalen Maschinenleistung als in der Erweiterung des Bereichs von Achsen, die eine gemeinsame Motion-Architektur nutzen können.

Eine Verpackungsmaschine kann beispielsweise hochbelastete Achsen mit kleineren Positionierachsen kombinieren. Eine Fördertransfer-, Indexier- oder Führungsachse kann ein wesentlich geringeres Dauerdrehmoment benötigen als die Hauptprozessachse. Die Auswahl eines Servosystems, das näher an diesen tatsächlichen Anforderungen liegt, kann eine unnötige Überdimensionierung vermeiden, ohne die 400–480-V-Elektroarchitektur der Maschine zu verändern.

Dasselbe Prinzip gilt für die Automobilproduktion, Materialverarbeitung, Logistiktechnik und den Maschinenbau, wo mehrere Achsen innerhalb einer Maschine deutlich unterschiedliche mechanische Belastungen aufweisen können.

Kollmorgen kündigte die Hochspannungsfähigkeit im Mai 2026 gemeinsam mit der PCMM2G-Essentials-Steuerung an. Das erweiterte System unterstützt einen dreiphasigen Eingang von 240–480 V AC und erhöht die Systemleistung nach Angaben des Unternehmens von 3 kW auf 4 kW.

Elektrische Integration in 400–480-V-Systeme
Der Wechsel von einer Niederspannungs- zu einer Hochspannungs-Servotechnik verändert die elektrische Schnittstelle zwischen der Energieverteilung der Maschine und den Motion-Komponenten. Die Dokumentation von Kollmorgen spezifiziert die Hochspannungsvarianten der Essentials-Antriebe für einen dreiphasigen Betrieb mit 240/400/480 V AC. Die Motoren sind für den Betrieb mit 400/480 V AC ausgelegt.

Dies unterscheidet sich von früheren Konfigurationen mit 100–240 V AC, für die Kollmorgen bei der Verbindung des Servoantriebs mit einem 400–480-V-Netz den Einsatz eines Trenntransformators vorsieht. Die Hochspannungsvarianten der Antriebe machen diese Spannungskonvertierung innerhalb ihres spezifizierten Eingangsbereichs von 240–480 V AC Drehstrom überflüssig.

Eine solche Architektur kann insbesondere bei Maschinen mit zahlreichen unabhängig betriebenen Bewegungsachsen relevant sein. Der Verzicht auf unnötige Spannungskonversionsstufen kann die elektrische Auslegung vereinfachen. Schutzmaßnahmen, Verdrahtung, Erdung und weitere Anforderungen müssen jedoch weiterhin entsprechend den jeweils geltenden Installationsnormen ausgelegt werden.

Technische Bedeutung für Maschinenbauer
Die Erweiterung verdeutlicht ein grundlegendes Prinzip der industriellen Motion-Technik: Energieversorgung, mechanische Belastung und erforderliche Bewegungsleistung sollten gemeinsam betrachtet werden.

Eine Anlagenversorgung mit 400–480 V bedeutet nicht, dass jede Servoachse einen Hochleistungsantrieb benötigt. Umgekehrt kann der Einsatz einer Niederspannungs-Motion-Architektur innerhalb einer Hochspannungsanlage zusätzliche elektrische Komponenten erforderlich machen. Eine skalierbare Servofamilie kann hier einen Zwischenweg bieten, bei dem die Versorgungsspannung standardisiert bleibt, während Motor- und Antriebsleistung entsprechend den Anforderungen der einzelnen Achse ausgewählt werden.

Für Anwendungen wie Materialhandling, Verpackung, Positionierung und unterstützende Maschinenfunktionen kann dies zu einer einheitlicheren Motion-Architektur beitragen, ohne dass jede Achse derselben Leistungsklasse entsprechen muss.

Zusätzlicher technischer Kontext:
Dieser Abschnitt enthält technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleiche, die in der ursprünglichen Produktankündigung nicht enthalten waren.

Vergleichbare Hochspannungs-Servoplattformen sind in der industriellen Automatisierung bereits etabliert. Ein sinnvoller Vergleich sollte daher nicht nur berücksichtigen, ob ein Antrieb eine Versorgung mit 400–480 V unterstützt. Bestehende Servosysteme decken unterschiedliche Leistungs- und Strombereiche ab.

Die 400-V-Servofamilie Sigma-7 von Yaskawa umfasst beispielsweise Modelle von 0,5 kW bis 15 kW mit Dauer-Ausgangsströmen von 1,9 bis 37,2 Aeff. Die spezifizierte Versorgung des Hauptstromkreises liegt bei dreiphasig 380–480 V AC.

Auch die Kinetix-5700-Plattform von Rockwell Automation unterstützt dreiphasige Systeme mit 480 V AC. Einzelne Antriebskonfigurationen reichen dabei in deutlich höhere Leistungsbereiche als die Essentials-Familie. Eine Einachs-Konfiguration des Kinetix 5700 ist beispielsweise mit einem Dauer-Ausgangsstrom von 43 Aeff und einer Dauerleistung von 29,7 kW bei 324–528 V AC Drehstrom spezifiziert.

Im Vergleich zu diesen etablierten Plattformen liegt die technische Positionierung von Essentials in einem engeren Leistungsbereich bei gleichzeitigem dreiphasigem Eingang von 240–480 V AC. Die Hochspannungs-Servomotoren decken 400 W bis 4 kW ab, während die Antriebsfamilie Dauerstromklassen von 3, 6 und 12 Aeff verwendet. Damit eignet sich das System insbesondere für Achsen mit geringerer Leistung als hochkapazitive Servoplattformen, die für wesentlich höhere Lasten ausgelegt sind.

Der Vergleich zeigt zugleich, warum die Nennleistung allein kein ausreichendes Auswahlkriterium ist. Maschinenbauer müssen Dauer- und Spitzendrehmoment, Drehzahl, Strom, Rückführung, Sicherheitsfunktionen, Kommunikationsanforderungen und mechanische Montage an den tatsächlichen Arbeitszyklus der jeweiligen Achse anpassen.

Bearbeitet von Sucithra Mani, Redakteurin bei Induportals – angepasst durch KI.

www.kollmorgen.com