SINAMICS S120. ECS-Motorspindel 2SP1. Projektierungshandbuch 02/2011

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1 SINAMICS S120 Projektierungshandbuch 02/2011 s

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3 Vorwort Sicherheitshinweise 1 SINAMICS S120 Projektierungshandbuch FAQ 2 Funktion der Spindel 3 Mechanische Angaben 4 Elektrische Angaben 5 Versorgung mit Medien 6 Sensoren 7 Steuerung 8 Bestellbezeichnung 9 Technische Daten und Kennlinien 10 A Anhang (PMSS), 02/2011 6SN1197-0AC04-0AP0

4 Rechtliche Hinweise Rechtliche Hinweise Warnhinweiskonzept Dieses Handbuch enthält Hinweise, die Sie zu Ihrer persönlichen Sicherheit sowie zur Vermeidung von Sachschäden beachten müssen. Die Hinweise zu Ihrer persönlichen Sicherheit sind durch ein Warndreieck hervorgehoben, Hinweise zu alleinigen Sachschäden stehen ohne Warndreieck. Je nach Gefährdungsstufe werden die Warnhinweise in abnehmender Reihenfolge wie folgt dargestellt. GEFAHR bedeutet, dass Tod oder schwere Körperverletzung eintreten wird, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. WARNUNG bedeutet, dass Tod oder schwere Körperverletzung eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. VORSICHT mit Warndreieck bedeutet, dass eine leichte Körperverletzung eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. VORSICHT ohne Warndreieck bedeutet, dass Sachschaden eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. ACHTUNG bedeutet, dass ein unerwünschtes Ergebnis oder Zustand eintreten kann, wenn der entsprechende Hinweis nicht beachtet wird. Beim Auftreten mehrerer Gefährdungsstufen wird immer der Warnhinweis zur jeweils höchsten Stufe verwendet. Wenn in einem Warnhinweis mit dem Warndreieck vor Personenschäden gewarnt wird, dann kann im selben Warnhinweis zusätzlich eine Warnung vor Sachschäden angefügt sein. Qualifiziertes Personal Das zu dieser Dokumentation zugehörige Produkt/System darf nur von für die jeweilige Aufgabenstellung qualifiziertem Personal gehandhabt werden unter Beachtung der für die jeweilige Aufgabenstellung zugehörigen Dokumentation, insbesondere der darin enthaltenen Sicherheits- und Warnhinweise. Qualifiziertes Personal ist auf Grund seiner Ausbildung und Erfahrung befähigt, im Umgang mit diesen Produkten/Systemen Risiken zu erkennen und mögliche Gefährdungen zu vermeiden. Bestimmungsgemäßer Gebrauch von Siemens-Produkten Beachten Sie Folgendes: WARNUNG Siemens-Produkte dürfen nur für die im Katalog und in der zugehörigen technischen Dokumentation vorgesehenen Einsatzfälle verwendet werden. Falls Fremdprodukte und -komponenten zum Einsatz kommen, müssen diese von Siemens empfohlen bzw. zugelassen sein. Der einwandfreie und sichere Betrieb der Produkte setzt sachgemäßen Transport, sachgemäße Lagerung, Aufstellung, Montage, Installation, Inbetriebnahme, Bedienung und Instandhaltung voraus. Die zulässigen Umgebungsbedingungen müssen eingehalten werden. Hinweise in den zugehörigen Dokumentationen müssen beachtet werden. Marken Alle mit dem Schutzrechtsvermerk gekennzeichneten Bezeichnungen sind eingetragene Marken der Siemens AG. Die übrigen Bezeichnungen in dieser Schrift können Marken sein, deren Benutzung durch Dritte für deren Zwecke die Rechte der Inhaber verletzen kann. Haftungsausschluss Wir haben den Inhalt der Druckschrift auf Übereinstimmung mit der beschriebenen Hard- und Software geprüft. Dennoch können Abweichungen nicht ausgeschlossen werden, so dass wir für die vollständige Übereinstimmung keine Gewähr übernehmen. Die Angaben in dieser Druckschrift werden regelmäßig überprüft, notwendige Korrekturen sind in den nachfolgenden Auflagen enthalten. Siemens AG Industry Sector Postfach NÜRNBERG DEUTSCHLAND Dokumentbestellnummer: 6SN1197-0AC04-0AP0 P 02/2011 Copyright Siemens AG Änderungen vorbehalten

5 Vorwort Motoren-Dokumentation Die Motoren-Dokumentation ist in folgende Kategorien gegliedert: Allgemeine Dokumentation z. B. Kataloge Hesteller-/Service-Dokumentation z. B. Betriebsanleitungen und Projektierungshandbücher Weiterführende Informationen Unter dem nachstehenden Link gibt es Informationen zu folgenden Themen: Dokumentation bestellen / Druckschriftenübersicht Weiterführende Links für den Download von Dokumenten Dokumentation online nutzen (Handbücher / Informationen finden und durchsuchen) Bei Fragen zur technischen Dokumentation (z. B. Anregungen, Korrekturen) senden Sie bitte eine an folgende Adresse: docu.motioncontrol@siemens.com My Documentation Manager Unter folgendem Link gibt es Informationen, wie Sie Dokumentation auf Basis der Siemens Inhalte individuell zusammenstellen und für die eigene Maschinendokumentation anpassen: Training Unter folgendem Link gibt es Informationen zu SITRAIN - dem Training von Siemens für Produkte, Systeme und Lösungen der Automatisierungstechnik: FAQs Frequently Asked Questions finden Sie in den Service&Support-Seiten unter Produkt Support: Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 3

6 Vorwort Technical Support Landesspezifische Telefonnummern für technische Beratung finden Sie im Internet: Internetadressen zur Antriebstechnik Internetadresse für Motoren: Internetadresse für Produkte: Internetadresse für SINAMICS: Zielgruppe Die vorliegende Dokumentation wendet sich an Maschinenhersteller, Inbetriebnehmer und Servicepersonal. Nutzen Das Projektierungshandbuch unterstützt Sie bei der Auswahl der Motoren, der Berechnung der Antriebskomponenten, die Zusammenstellung des erforderlichen Zubehörs sowie bei der Auswahl der netz- und motorseitigen Leistungsoptionen. Standardumfang Der Umfang der in der vorliegenden Dokumentation beschriebenen Funktionalitäten kann vom Umfang der Funktionalitäten des gelieferten Antriebs abweichen. Im Antrieb können weitere, in dieser Dokumentation nicht erläuterte Funktionen ablauffähig sein. Es besteht jedoch kein Anspruch auf diese Funktionen bei der Neulieferung bzw. im Servicefall. Es können in der Dokumentation Funktionen beschrieben sein, die in einer Produktausprägung des Antriebs nicht verfügbar sind. Die Funktionalitäten des gelieferten Antriebs sind ausschließlich den Bestellunterlagen zu entnehmen. Ergänzungen oder Änderungen, die durch den Maschinenhersteller vorgenommen werden, werden vom Maschinenhersteller dokumentiert. Ebenso enthält diese Dokumentation aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht sämtliche Detailinformationen zu allen Typen des Produkts. Diese Dokumentation kann auch nicht jeden denkbaren Fall der Aufstellung, des Betriebes und der Instandhaltung berücksichtigen. EG-Konformitätserklärungen Die EG-Konformitätserklärung zur EMV-Richtlinie finden Sie im Internet unter Geben Sie dort als Suchbegriff die Nummer ein oder kontaktieren Sie die Siemens-Geschäftsstelle in Ihrer Region. 4 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

7 Vorwort Gefahren- und Warnhinweise GEFAHR Die Inbetriebnahme ist solange untersagt, bis festgestellt wurde, dass die Maschine, in welche die hier beschriebenen Komponenten eingebaut werden sollen, den Bestimmungen der Richtlinie 98/37/EG entspricht. Nur entsprechend qualifiziertes Personal darf an den SINAMICS-Geräten und den Motorspindeln die Inbetriebsetzung durchführen. Dieses Personal muss die zum Produkt gehörende Technische Kundendokumentation berücksichtigen und die vorgegebenen Gefahren- und Warnhinweise kennen und beachten. Beim Betrieb elektrischer Geräte und Motorspindeln stehen zwangsläufig die elektrischen Stromkreise unter gefährlicher Spannung. Bei Betrieb der Anlage sind gefährliche Achsbewegungen möglich. Alle Arbeiten in der elektrischen Anlage müssen im spannungslosen Zustand durchgeführt werden. SINAMICS-Geräte sind zum Betrieb an niederohmig geerdeten Energie- Versorgungsnetzen (TN-Netzen) vorgesehen. Der Anschluss von SINAMICS-Geräten mit Motorspindeln an das Versorgungsnetz über Fehlerstrom (FI)-Schutzeinrichtungen (RCD) darf nur erfolgen, wenn entsprechend EN die Verträglichkeit des SINAMICS-Gerätes mit der FI-Schutzeinrichtung nachgewiesen ist. WARNUNG Der einwandfreie und sichere Betrieb dieser Geräte und Motorspindeln setzt sachgemäßen Transport, fachgerechte Lagerung, Aufstellung und Montage sowie sorgfältige Bedienung und Instandhaltung voraus. Für die Ausführung von Sondervarianten der Geräte und Motorspindeln gelten zusätzlich die Angaben in den Katalogen und Angeboten. Zusätzlich zu den Gefahren- und Warnhinweisen in der gelieferten Technischen Kundendokumentation sind die jeweils geltenden nationalen, örtlichen und anlagenspezifischen Bestimmungen und Erfordernisse zu berücksichtigen. VORSICHT An der Motorspindel dürfen keine temperaturempfindlichen Teile, z. B. Leitungen oder elektronische Bauelemente anliegen oder befestigt werden. Es ist darauf zu achten, dass bei der Montage die Anschlussleitungen nicht beschädigt werden nicht unter Zug stehen und nicht von rotierenden Teilen erfasst werden können. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 5

8 Vorwort VORSICHT SINAMICS-Geräte mit Motorspindeln werden im Rahmen der Stückprüfung einer Spannungsprüfung entsprechend EN unterzogen. Während der Spannungsprüfung der elektrischen Ausrüstung von Industriemaschinen nach EN , Abschnitt 19.4, müssen alle Anschlüsse der SINAMICS-Geräte abgeklemmt/abgezogen werden, um eine Beschädigung der SINAMICS-Geräte zu vermeiden. Ein direkter Anschluss der Motorspindel an das Drehstromnetz ist nicht zulässig und führt zur Zerstörung der Motorspindel. Hinweis SINAMICS-Geräte mit Motorspindeln erfüllen im betriebsmäßigen Zustand und in trockenen Betriebsräumen die Niederspannungs-Richtlinie. SINAMICS-Geräte mit Motorspindeln erfüllen in den Konfigurationen, die in der zugehörenden EG-Konformitätserklärung angegeben sind, die EMV-Richtlinie. 6 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

9 Vorwort EGB Hinweise und elektromagnetische Felder VORSICHT Elektrostatisch gefährdete Bauelemente (EGB) sind Einzelbauteile, integrierte Schaltungen oder Baugruppen, die durch elektrostatische Felder oder elektrostatische Entladungen beschädigt werden können. Handhabungs Vorschriften für EGB: Beim Umgang mit elektronischen Bauelementen ist auf gute Erdung von Mensch, Arbeitsplatz und Verpackung zu achten! Elektronische Bauelemente dürfen von Personen nur in EGB-Bereichen mit leitfähigem Fußboden berührt werden, wenn diese Personen über EGB Armband geerdet sind und diese Personen EGB Schuhe oder EGB Schuh-Erdungsstreifen tragen. Elektronische Baugruppen sollten nur dann berührt werden, wenn dies unvermeidbar ist. Elektronische Baugruppen dürfen nicht mit Kunststoffen und Bekleidungsteilen mit Kunststoffanteilen in Berührung gebracht werden. Elektronische Baugruppen dürfen nur auf leitfähigen Unterlagen abgelegt werden (Tisch mit EGB Auflage, leitfähiger EGB Schaumstoff, EGB-Verpackungsbeutel, EGB Transportbehälter). Elektronische Baugruppen dürfen nicht in die Nähe von Datensichtgeräten, Monitoren oder Fernsehgeräten gebracht werden. Abstand zum Bildschirm > 10 cm). An elektronischen Baugruppen darf nur gemessen werden, wenn das Messgerät geerdet ist (z. B. über Schutzleiter), oder vor dem Messen bei potentialfreiem Messgerät der Messkopf kurzzeitig entladen wird (z. B. metallblankes Steuerungsgehäuse berühren). GEFAHR Durch betriebsmäßig auftretende elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder (EMF) kann für Personen, die sich in unmittelbarer Nähe des Produktes aufhalten - insbesondere für Personen mit Herzschrittmachern, Implantaten o. ä. - eine Gefährdung auftreten. Vom Maschinen-/Anlagenbetreiber und von Personen, die sich in der Nähe des Produkts aufhalten, sind die einschlägigen Richtlinien und Normen zu beachten! Dies sind beispielsweise im Europäischen Wirtschaftsraum (EWR) die EMF-Richtlinie 2004/40/EG, die Normen EN bis sowie in der Bundesrepublik Deutschland die Berufsgenossenschaftliche Unfallverhütungsvorschrift BGV 11 mit zugehöriger Regel BGR 11 "Elektromagnetische Felder". Danach ist eine Gefährdungsanalyse jedes Arbeitsplatzes durchzuführen, Maßnahmen zur Reduzierung der Gefahren und Belastungen für Personen abzuleiten und anzuwenden sowie Expositions- und Gefahrenbereiche festzulegen und zu beachten. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 7

10 Vorwort Hinweis zu Fremderzeugnissen ACHTUNG Diese Druckschrift enthält Empfehlungen von Fremderzeugnissen. Hier handelt es sich um Fremderzeugnisse, deren grundsätzliche Eignung wir kennen. Selbstverständlich können auch gleichwertige Erzeugnisse anderer Hersteller verwendet werden. Unsere Empfehlungen sind als Hilfestellung, jedoch nicht als Vorschrift zu verstehen. Eine Gewährleistung für die Beschaffenheit von Fremderzeugnissen übernehmen wir grundsätzlich nicht. Umweltverträglichkeit Umweltaspekte bei der Entwicklung Bei der Auswahl der Zulieferteile war die Umweltverträglichkeit ein wesentliches Kriterium. Insbesondere wurde auf die Reduzierung des Volumens, der Masse und der Typenvielfalt von Metall- und Kunststoffteilen Wert gelegt. Lackbenetzungsstörende Wirkung kann ausgeschlossen werden (LABS-Test) Umweltaspekte bei der Fertigung Der Transport der Zulieferteile und der Produkte geschieht vorwiegend in Umlaufverpackungen. Gefahrstofftransporte sind nicht erforderlich. Das Verpackungsmaterial selbst besteht hauptsächlich aus Kartonagen, die die Vorgaben der Verpackungsrichtlinie 94/62/EG erfüllen. Der Energieverbrauch bei der Produktion wurde optimiert. Die Produktion ist emissionsarm. Umweltaspekte bei der Entsorgung Die Entsorgung der Motoren muss unter Einhaltung der nationalen und örtlichen Vorschriften im normalen Wertstoffprozess oder durch Rückgabe an den Hersteller erfolgen. Bei der Entsorgung ist zu beachten: Öl gemäß Altölverordnung (z. B. Getriebeöl bei Getriebeanbau) Keine Vermischung mit Lösemittel, Kaltreiniger oder Lackrückständen Bauteile zur Verwertung trennen nach: Elektronikschrott (z. B. Geberelektronik, Sensormodule) Eisenschrott Aluminium Buntmetall (Schneckenräder, Motorwicklungen) 8 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

11 Vorwort Restrisiken von Power Drive Systems Der Maschinenhersteller muss bei der gemäß EG-Maschinenrichtlinie durchzuführenden Beurteilung des Risikos seiner Maschine folgende von den Komponenten für Steuerung und Antrieb eines Power Drive Systems (PDS) ausgehende Restrisiken berücksichtigen. 1. Ungewollte Bewegungen angetriebener Maschinenteile bei Inbetriebnahme, Betrieb, Instandhaltung und Reparatur z. B. durch HW- und/oder SW-Fehler in Sensorik, Steuerung, Aktorik und Verbindungstechnik Reaktionszeiten der Steuerung und des Antriebs Betrieb und/oder Umgebungsbedingungen außerhalb der Spezifikation Fehler bei der Parametrierung, Programmierung, Verdrahtung und Montage Benutzung von Funkgeräten/Mobiltelefonen in unmittelbarer Nähe der Steuerung Fremdeinwirkungen/Beschädigungen. 2. Außergewöhnliche Temperaturen sowie Emissionen von Licht, Geräuschen, Partikeln und Gasen z. B. durch Bauelementeversagen Software-Fehler Betrieb und/oder Umgebungsbedingungen außerhalb der Spezifikation Fremdeinwirkungen/Beschädigungen. 3. Gefährliche Berührspannungen z. B. durch Bauelementeversagen Influenz bei elektrostatischen Aufladungen Induktion von Spannungen bei bewegten Motoren Betrieb und/oder Umgebungsbedingungen außerhalb der Spezifikation Betauung/leitfähige Verschmutzung Fremdeinwirkungen/Beschädigungen 4. Betriebsmäßige elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder, die z. B. für Träger von Herzschrittmachern, Implantaten oder metallischen Gegenständen bei unzureichendem Abstand gefährlich sein können. 5. Freisetzung umweltbelastender Stoffe und Emissionen bei unsachgemäßem Betrieb und/oder bei unsachgemäßer Entsorgung von Komponenten. Weitergehende Informationen zu den Restrisiken, die von den Komponenten des PDS ausgehen, finden Sie in den zutreffenden Kapiteln der technischen Anwenderdokumentation. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 9

12 Vorwort 10 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

13 Inhaltsverzeichnis Vorwort Sicherheitshinweise Schutz vor gefahrbringender Bewegung Drehzahlgrenzen Informationspflicht gegenüber dem Maschinenbetreiber FAQ Was muss nach der Anlieferung beachtet werden? Wie wird die Lieferung überprüft? Wie wird die Spindel ausgepackt? Wie wird die Spindel senkrecht abgesetzt? Wie wird die Spindel eingebaut und montiert? Welche Medien müssen nach der Montage angeschlossen werden? Welche elektrischen Anschlüsse müssen nach der Montage vorgenommen werden? Was muss vor der Inbetriebnahme der Spindel überprüft werden? Was muss beim Arbeitsbeginn mit der Spindel beachtet werden? Funktion der Spindel Funktionalität im Überblick Antriebsmotor Kühlkonzept Versorgung Mechanische Angaben Beachtung der Abschaltdrehzahl Einbaubedingungen Mechanische Anforderungen an den Spindelträger Abstützung auf NDE Spindellager Eigenschaften und Betriebsbedingungen Warmlaufen der Motorspindel Belastbarkeit der Spindellager Lebensdauer der Spindellager Maximale Winkelbeschleunigung beim Spindelhochlauf Steifigkeit Axiales Wellenwachstum Werkzeuge und Werkzeugaufnahmen...52 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 11

14 Inhaltsverzeichnis Werkzeuge Werkzeugaufnahmen Spannsystem und Werkzeugwechsel Spannsystem Werkzeugwechsel Werkzeugwechsel bei Standard-Spannsystem Werkzeugwechsel bei Haltendem Spannsystem HSK A63 Typ C Betriebsarten Elektrische Angaben Definitionen Motor Vorteile des Direktantriebs Synchrone und asynchrone Motorvarianten Generelle Motoreigenschaften Geeignete Umrichter/Systemumgebung Überspannungsschutz (nur bei Synchronmotoren) Stern-Dreieck-Betriebsart (nur bei Asynchronmotoren) Systemübersicht und Projektierungshinweise Anschlussleitungen/Steckerbelegungen Leistungsanschluss Drehrichtung Versorgung mit Medien Übersicht zur Versorgung mit Medien Kühlmedium Kühlwasser-Anschlüsse Kühlwasser-Konditionierung Kühlsysteme Druckluft Verwendung von Druckluft Druckluft-Anschlüsse Konditionierung der Druckluft Volumenanforderungsdaten und Steuerung des Volumenbedarfs Stand Alone Aggregate zur Drucklufterzeugung Hydraulik (Option, nur für 2SP120) Verwendung von Hydraulik Hydraulik-Anschlüsse Volumenanforderungsdaten und Steuerung des Volumenbedarfs Werkzeuginnenkühlung mit Kühlschmiermittel (Option) Betriebsbedingungen Externe Werkzeugkühlung mit Kühlschmiermittel (Option nur für 2SP120x) Betriebsbedingungen Medienanschlüsse und Kennzeichnung Medienanschlüsse für 2SP120x Medienanschlüsse für 2SP125x Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

15 Inhaltsverzeichnis 7 Sensoren Geber/Winkelencoder Elektrische Signale Anschluss der Signalleitung Kommutierungswinkel Spannzustandssensoren Analoge und digitale Sensoren der Spindel 2SP Digitale Sensoren der Spindel 2SP Thermische Sensoren/Motorschutz Steuerung Freigabebedingungen für die Spindeldrehung Spannzustandssensoren Spannzustandssensoren 2SP120x Spannzustandssensoren 2SP125x Werkzeugwechsel Automatischer Werkzeugwechsel bei 2SP120x Ablauf Werkzeugwechsel mit Standard-Spannsystem und Werkzeugwechsel-Greifer Ablauf Werkzeugwechsel mit haltendem Spannsystem und Werkzeugwechsel-Greifer Manueller Werkzeugwechsel bei 2SP125x Automatischer Werkzeugwechsel bei 2SP125x Bestellbezeichnung Technische Daten und Kennlinien Technische Kenndaten P/n- und M/n-Diagramme SP120x Synchronmotor SP125x Synchronmotor SP125x Asynchronmotor Maßzeichnungen A Anhang A.1 Abkürzungen und Begriffe A.2 Konformitätserklärung Index Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 13

16 Inhaltsverzeichnis 14 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

17 Sicherheitshinweise 1 In diesem Kapitel wird der für die Motorspindel spezifische Gesichtspunkt der funktionalen Sicherheit, durch Definieren und Überwachen der spindel- und werkzeugbedingten Drehzahlgrenzwerte, erläutert. Tabelle 1-1 Erforderliche Sicherheitsmaßnahmen Maßnahmen zum Schutz vor elektrischem Schlag Spindel weist entsprechende Bauart auf. Deshalb keine unterschiedlichen Maßnahmen zu sonstigen Motoren. Maßnahmen sind hier nicht gesondert beschrieben. Maßnahmen zum Schutz vor gefahrbringender Bewegung In Bezug auf sicheres Stillsetzen keine unterschiedlichen Maßnahmen zu sonstigen Motoren. Spezifisch für Motorspindel: Funktionale Sicherheit durch Definieren und Überwachen der spindel- und werkzeugbedingten Drehzahlgrenzen. 1.1 Schutz vor gefahrbringender Bewegung Nachfolgend wird an mehreren Stellen auf das Sicherheitspaket SINUMERIK Safety Integrated verwiesen. Im dazugehörigen Safety Integrated -Applikationshandbuch, insbesondere in den Kapiteln 1 und 5, sind die Anforderungen an die Maschinensicherheit und die Einsatzmöglichkeiten von Safety Integrated bei Werkzeugmaschinen beschrieben. Die 2SP1-Motorspindel erfüllt alle relevanten EU-Richtlinien. Es besteht darüber hinaus die Option Safety Integrated zum Einsatz zu bringen. Diese sind mittels BG-Baumusterprüfung zertifiziert. Motorspindeln wie auch Vorschubantriebe haben je nach Betriebsart (z. B. Einrichten, Produktion) der Maschine ein spezifisches Gefahrenpotential, das bei der Konzepterstellung und der Projektierung der Maschine berücksichtigt werden muss. Schutzmaßnahmen Die Schutzziele der EG-Maschinenrichtlinie müssen durch geeignete Schutzmaßnahmen erfüllt werden. Die "bestimmungsgemäße Verwendung" der Maschine muss dabei erhalten bleiben. Zur Umsetzung der Schutzziele ist neben der Kenntnis der gültigen Normen und Richtlinien auch die Beachtung des vorliegenden Projektierungshandbuchs erforderlich (siehe folgende Tabelle). Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 15

18 Sicherheitshinweise 1.1 Schutz vor gefahrbringender Bewegung Tabelle 1-2 Zielgruppenspezifische Dokumentation zur 2SP1-Motorspindel Zielgruppe Aufgabe der Zielgruppe Relevante Dokumentation Maschinenhersteller/-planer Risikoanalyse durchführen Sicherheitskonzept erstellen Bereitstellen der notwendigen Sicherheitseinrichtungen an der Maschine Instruieren des Betreibers über die "bestimmungsgemäße Verwendung" von Maschine und Spindel Projektierungshandbuch und Betriebsanleitung Maschinenbetreiber Einweisung/Schulung der Mitarbeiter über die "bestimmungsgemäße Verwendung" der Spindel und die Anwendung/Wirkung der Sicherheitsfunktionen Betriebsanleitung Hinweis auf Restrisiken Auf die Motorspindel angewandt besteht die gefahrbringende Bewegung in einer Überschreitung der für die Spindel und/oder das Werkzeug maximal zulässigen Drehzahl (siehe Kapitel Drehzahlgrenzen, Bild "Anpassung der Abschaltdrehzahl an verschiedene Werkzeuge" und "Regelungsbedingte Drehzahlspitzen"). Überwachen der Drehzahl Tabelle 1-3 Mögliche Strategien zur Überwachung der Drehzahl Angestrebter Grad der Zuverlässigkeit der Drehzahlüberwachung Standard Sicher Eigenschaften und Anforderungen an die eingesetzte Technik Ist (ohne zusätzliche Technik) mit der vorhandenen Betriebs- und Maschinentechnik realisierbar Muss sicher (z. B. zweikanalig) ausgeführt sein. Muss der erforderlichen Steuerungskategorie entsprechen (nach EN 954-1). Muss bei bestimmten Maschinen zugelassen/zertifiziert sein. Beim Einsatz einer Werkzeugspindel ist der Maschinenhersteller grundsätzlich verantwortlich, Maßnahmen zur Erkennung und zur Vermeidung von nicht zulässigen Drehzahlen und deren Auswirkungen zu ergreifen und den Betreiber über die Maßnahmen zu instruieren. 16 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

19 Sicherheitshinweise 1.1 Schutz vor gefahrbringender Bewegung Bei Eintreten einer nicht zulässigen Drehzahl muss die Spindel stillgesetzt werden. Dabei ist der Grenzwert, der als Überschreitung der maximal zulässigen Drehzahl interpretiert wird, von folgenden Faktoren abhängig: Betriebszustand (Einricht- oder Automatikbetrieb) aktuell gespanntes Werkzeug (siehe Kapitel Drehzahlgrenzen, Bild "Anpassung der Abschaltdrehzahl an verschiedene Werkzeuge") maximal zulässige Drehzahl der Spindel (siehe Kapitel Drehzahlgrenzen, Bild "Regelungsbedingte Drehzahlspitzen") Tabelle 1-4 Maßnahmen gegen Drehzahlüberschreitung und deren Auswirkung Maßnahmenebene Vermeidung von Drehzahlüberscheitung Beispiel von Sicherheitsmaßnahmen Überwachen der Spindeldrehzahl Aktivieren der werkzeugspezifischen Grenzwerte Überwachen der Betriebs- und Schnittparameter Überwachen des Werkzeugzustandes Beherrschung der Auswirkung von Drehzahlüberschreitung Maschinenverkleidung, die der maximalen Durchschlagkraft abgeschleuderter Bruchstücke bei der maximal anzunehmenden Energie standhält Sicherstellen, dass die Maschinenverkleidung nur bei definiert kleiner Spindeldrehzahl geöffnet werden kann Automatisches Stillsetzen bei Fehlern Zukunftsorientierte Strategien zur Risikobegrenzung zeichnen sich durch praxisgerechte und sichere Maßnahmen auf der Ebene der Fehlervermeidung aus. Dadurch hat der Maschinenhersteller Spielraum, die Aufwendungen auf der Ebene der Fehlerbeherrschung entsprechend zu senken. Safety Integrated als Maßnahme zur Fehlervermeidung Als effiziente Maßnahme auf der Ebene der Fehlervermeidung steht Safety Integrated als Option zur Verfügung. Es lässt sich zur Überwachung der Antriebsfunktionen heranziehen. Das Grundprinzip von Safety Integrated basiert auf zweikanaliger Überwachung. Damit lassen sich die Anforderungen aus der EG-Maschinenrichtlinie einfach und wirtschaftlich erfüllen. Beispiel für Safety Integrated : Es ist möglich, die Maximalenergie abgeschleuderter Werkzeugbruchstücke durch Aktivieren der werkzeugspezifischen Grenzwerte mit Safety Integrated sicher zu begrenzen und dadurch die Aufwendungen für die Durchschlagfestigkeit der Maschinenverkleidung deutlich zu senken. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 17

20 Sicherheitshinweise 1.2 Drehzahlgrenzen Tabelle 1-5 Drehzahlüberschreitung - Fehlervermeidung durch Safety Integrated Fehlerart Vermeidung durch... Drehzahlüberschreitung der Spindel "Sicher reduzierte Geschwindigkeit" Drehzahlüberschreitung des Werkzeuges (bei Werkzeugen deren Maximaldrehzahl unter der Spindelmaximaldrehzahl liegt) Sicheres Stillsetzen der Spindel bei Fehler Werkzeugabhängige "sicher reduzierte Geschwindigkeit" Sichere Erfassung des Werkzeuges durch "sicheres Lesen" der Werkzeugcodierung oder Sichere Erfassung des Werkzeuges durch Lesen der Werkzeugcodierung und Vergleich mit den Programmparametern Sicheres Stillsetzen der Spindel 1.2 Drehzahlgrenzen Die Spindel ist für eine maximale Betriebsdrehzahl ausgelegt. Sie ist im Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139) als "max. Drehzahl" angegeben. Der Betreiber kann diese Drehzahl bei Bearbeitungsprozessen betriebsmäßig nutzen. Maximale Betriebsdrehzahl Die maximale Betriebsdrehzahl ist die höchste Drehzahl, mit der die Spindel betrieben werden darf. Diese kann in den Steuerungs- und Teileprogrammen hinterlegt werden. Abschaltdrehzahl Der Drehzahlgrenzwert, über dessen Wert die Stillsetzung eingeleitet wird, wird in diesem Dokument als "Abschaltdrehzahl" bezeichnet. Sie wird vom Maschinenhersteller unter Berücksichtigung der für die Spindel und das Werkzeug gültigen Randbedingungen festgelegt. Die Abschaltdrehzahl ist so zu legen, dass einerseits keine Stillsetzung während des normalen Betriebes erfolgt und andererseits Spindelsystem und Werkzeuge durch zugelassene Drehzahlspitzen nicht überlastet werden können. Bei Fehlfunktionen und Drehzahlüberschreitung muss die Spindel stillgesetzt werden. Das Überwachen der Drehzahl kann mit Standardtechnik oder auch mit sicherer Technik erfolgen (siehe Kapitel Schutz vor gefahrbringender Bewegung, Tabelle "Mögliche Strategien zur Überwachung der Drehzahl"). 18 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

21 Sicherheitshinweise 1.2 Drehzahlgrenzen Anpassung der Abschaltdrehzahl an verschiedene Werkzeuge Liegt die erlaubte Maximaldrehzahl des aktuell benutzten Werkzeuges unter der maximalen Betriebsdrehzahl der Spindel, dann ist die Drehzahlüberwachung und die Abschaltdrehzahl an das jeweilige Werkzeug anzupassen. WARNUNG Die Abschaltdrehzahl darf maximal 15 % über die maximale Betriebsdrehzahl der Spindel gesetzt werden. Die Abschaltdrehzahl darf nicht höher als die erlaubte Maximaldrehzahl des Werkzeuges gesetzt werden. Die für das Werkzeug programmierbare maximale Betriebsdrehzahl muss auf einen Wert begrenzt werden, der mindestens 5% unter der Abschaltdrehzahl liegt (siehe folgendes Bild). Bild 1-1 Anpassung der Abschaltdrehzahl an verschiedene Werkzeuge Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 19

22 Sicherheitshinweise 1.2 Drehzahlgrenzen VORSICHT Werden für verschiedene Werkzeuge verschiedene Abschaltdrehzahlen vorgesehen, so ist diese über die Werkzeugverwaltung dem Werkzeug anzupassen. Der Maschinenhersteller ist verantwortlich, den Betreiber auf die Notwendigkeit der Anpassung der Abschaltdrehzahl an das Werkzeug hinzuweisen. Kritische Drehzahl Die kritische Drehzahl ist die Drehzahl, bei der die mechanische Gesamtstruktur zu Resonanzschwingungen angeregt wird. Regelungsbedingte Drehzahlspitzen Die Drehzahl an der Spindel stellt sich als Ergebnis eines Regelungsprozesses ein. Sie pendelt je nach Reglereinstellung und Belastungszustand um den programmierten Sollwert. Beim Betreiben der Spindel ist es deshalb normal, dass kurzzeitig auch Drehzahlen an der Spindelwelle anstehen, die oberhalb der programmierten Betriebsdrehzahl liegen. Da aber bereits ein kurzzeitiges Überschreiten von mechanisch kritischen Drehzahlen zu Materialüberlastung und zu Schäden führen kann, müssen Werkzeuge und Spindelsystem den normalen regelungsbedingten Drehzahlspitzen standhalten. t Bild 1-2 Regelungsbedingte Drehzahlspitzen Um die Sicherheit bei allen betrieblich zugelassenen Drehzahlen zu gewährleisten, müssen die Drehzahlspitzen bei der Auslegung der Maschine (z. B. Eigenresonanz des Spindelträgers) und bei der Auswahl der Werkzeuge berücksichtigt werden. Die im Kapitel Mechanische Angaben (Seite 37) behandelten Themen der Eigenresonanz und der Fliehkraftfestigkeit beziehen sich daher nicht auf die betrieblich programmierbare Drehzahl, sondern stets auf die höher liegende Abschaltdrehzahl. 20 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

23 Sicherheitshinweise 1.3 Informationspflicht gegenüber dem Maschinenbetreiber 1.3 Informationspflicht gegenüber dem Maschinenbetreiber Einige Informationen dieses Projektierungshandbuch müssen auch dem Maschinenbetreiber mitgeteilt werden. Dem Maschinenhersteller (bzw. demjenigen, der die Maschine in Verkehr bringt) obliegt es, die entsprechenden Informationen und Hinweise an den Maschinenbetreiber weiterzugeben. Zusammenfassung siehe folgende Tabelle. Tabelle 1-6 Übersicht: Wichtige Informationen für den Maschinenbetreiber Thema Den Betreiber über Maßnahmen zur Erkennung und zur Vermeidung von nicht zulässigen Drehzahlen und deren Auswirkungen instruieren Anpassung der Abschaltdrehzahl an das Werkzeug Zum Erreichen der Lagergebrauchsdauer ist der ordnungsgemäße Betrieb des Sperrluftsystems zwingend erforderlich Notwendigkeit zur Überprüfung der Lagerbelastung Hinweis auf mögliche Schäden bei Überlastung der Lager Hinweis auf höchste programmierbare Winkelbeschleunigung = ( /min) : 0,5 s Hinweis, es ist strikt untersagt, die Position der Spannzustandssensoren zu verstellen Hinweis auf die Voraussetzungen, die die Werkzeuge zum Betrieb an der 2SP1-Motorspindel erfüllen müssen Hinweis auf die Gefahren- und Schadenspotentiale durch ungeeignete Werkzeuge Kapitel Schutz vor gefahrbringender Bewegung Drehzahlgrenzen Eigenschaften und Betriebsbedingungen Belastbarkeit der Spindellager Belastbarkeit der Spindellager Maximale Winkelbeschleunigung beim Spindelhochlauf Spannsystem und Werkzeugwechsel Werkzeuge Werkzeuge Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 21

24 Sicherheitshinweise 1.3 Informationspflicht gegenüber dem Maschinenbetreiber 22 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

25 FAQ Was muss nach der Anlieferung beachtet werden? VORSICHT 1. Lassen Sie die Kiste mit Spindel nicht fallen. 2. Stürzen Sie die Kiste mit Spindel nicht. 3. Stellen Sie die Kiste mit Spindel immer horizontal ab. 4. Heben Sie die Kiste nur mit geeigneten Hebezeugen ab (Stapler mit passender Gabel oder Kran). 5. Ein Transport ist nur in der Originaltransportkiste zulässig. 6. Achten Sie während des Transports auf eine horizontale Lage der Kiste mit Spindel. 7. Bewahren Sie die Spindel nach der Anlieferung in der geschlossenen Lieferverpackung (Holzkiste/Folie) an einem trockenen und temperierten Raum (10 C bis 35 C) auf. 8. Halten Sie die Verpackung verschlossen bis zum unmittelbaren Einbau der Spindel in die Maschine. 9. Stapeln Sie maximal drei Kisten übereinander. Bild 2-1 Transportkiste, in der die Spindel angeliefert wird Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 23

26 FAQ 2.2 Wie wird die Lieferung überprüft? 2.2 Wie wird die Lieferung überprüft? 1. Stellen Sie die Kiste mit Spindel horizontal ab. 2. Lösen Sie die Verpackungsbänder mit einer Blechschere. 3. Nehmen Sie den Kistendeckel ab (keine Werkzeuge erforderlich). 4. Öffnen Sie die Folie vorsichtig. 5. Überprüfen Sie den Inhalt auf Vollständigkeit. 6. Überprüfen Sie den Inhalt auf Transportschäden. 7. Packen Sie die Spindel wieder in die Folie ein. 8. Schließen Sie die Kiste mit dem Deckel und bewahren Sie sie auf (siehe Kapitel Was muss nach der Anlieferung beachtet werden? (Seite 23)). Bild 2-2 Zur Prüfung der Lieferung Transportfolie öffnen 24 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

27 FAQ 2.3 Wie wird die Spindel ausgepackt? 2.3 Wie wird die Spindel ausgepackt? 1. Bringen Sie die mitgelieferten Ringschrauben (1) an den dafür vorgesehenen Gewinden an. 2. Befestigen Sie die Hebezeuge an den Ringschrauben. 3. Nehmen Sie die Spindel horizontal aus der Kiste und stellen sie auf Holzprismen ab. 1 1 Bild 2-3 Befestigung der Ringschrauben (1) Bild 2-4 Spindel horizontal auf Holzprismen stellen VORSICHT Heben Sie die Spindel nicht an der Welle an (Beschädigung der Lagerung). Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 25

28 FAQ 2.4 Wie wird die Spindel senkrecht abgesetzt? 2.4 Wie wird die Spindel senkrecht abgesetzt? 1. Schrauben Sie am Lagerdeckel zwei Ringschrauben ein. 2. Decken Sie den Spindelkopf mit der Schutzhülse ab (Ausführung der Spindelhülse siehe Bild "Schutzhülse"). 3. Befestigen Sie das Hebezeug in den Ringschrauben am Lagerflansch und heben vorsichtig an, siehe folgendes Bild, Zeichnung A. 4. Bringen Sie die Spindeleinheit vorsichtig über die Schutzhülse in die vertikale Lage, siehe folgendes Bild, Zeichnung B. Gegen Verrutschen sichern. Beim Umsetzen darf keine Kraft in die Welle eingeleitet werden. 5. Stellen Sie die Spindeleinheit mit der Schutzhülse in vertikaler Lage ab, siehe folgendes Bild, Zeichnung C. Bild 2-5 Umsetzen der Spindel in die vertikale Lage Bild 2-6 Schutzhülse 26 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

29 FAQ 2.5 Wie wird die Spindel eingebaut und montiert? 2.5 Wie wird die Spindel eingebaut und montiert? 1. Bereiten Sie den Montageort vor: Montageort muss trocken und staubfrei sein Alle benötigten Werkzeuge müssen bereitliegen Nur geeignetes Werkzeug verwenden 2. Bringen Sie die Ringschrauben an den dafür vorgesehenen Gewinden an. 3. Reinigen Sie den Spindelstock und ölen die Fügeflächen leicht ein. 4. Bauen Sie die Spindel mit Montagehilfen horizontal/vertikal ein. VORSICHT 1. Führungsstäbe zur Sicherung und Unterstützung vorsehen. 2. Achten Sie bei horizontaler Montage zusätzlich auf Ausrichtung der Sperrluftentlastung nach unten. 3. Stauchen oder quetschen Sie die Leistungskabel nicht. 4. Bringen Sie keine Zwangskräfte beim Fügevorgang auf (Beschädigung der Lagerung möglich). 5. Ziehen Sie die Flanschbefestigungsschrauben mit einem Anzugsdrehmoment von 125 Nm an. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 27

30 FAQ 2.6 Welche Medien müssen nach der Montage angeschlossen werden? 2.6 Welche Medien müssen nach der Montage angeschlossen werden? Befestigen Sie die Schläuche zur Motorkühlung ein/aus. Achten Sie auf die richtige Zuordnung ein/aus. Die Anschlussdrücke und Volumenströme sind gemäß Vorgaben zu überprüfen. Schließen Sie den Schlauch für die Sperrluft an. Auf korrekten Anschlussdruck ist zu achten. Befestigen Sie die Schläuche zum "Werkzeug lösen" und "Werkzeug spannen" (hydraulisch oder pneumatisch). Die Anschlussdrücke und Volumenströme sind gemäß Vorgaben zu überprüfen. ACHTUNG Die Bohrung "Werkzeug spannen" darf nicht verschlossen werden. Entfernen Sie den Transportstopfen. Schließen Sie den Schlauch für die Werkzeugreinigungsluft. Auf ausreichenden Anschlussdruck entsprechend Vorgabe ist zu achten. Schließen Sie den Schlauch für die optionale Werkzeuginnenkühlung. Beachten Sie die max. Druckvorgabe, eine Drucküberschreitung führt zu Schäden. Schließen Sie den Schlauch für die optionale externe Werkzeugkühlung. Beachten Sie die max. Druckvorgabe, eine Drucküberschreitung führt zu Schäden. Ausführliche Beschreibung siehe Kapitel Versorgung mit Medien (Seite 81). 2.7 Welche elektrischen Anschlüsse müssen nach der Montage vorgenommen werden? Elektrische Anschlüsse dürfen generell nicht unter Spannung erfolgen. Schließen Sie die Leistungskabel entsprechend UVW-Kennzeichnung an (siehe elektrische Angaben). Schließen Sie das Signalkabel für Drehgeber und Motortemperatur an. Beachten Sie die Codierung zur Ausrichtung der Stecker (siehe Sensoren). Die Verschraubung muss leichtgängig erfolgen. Schließen Sie die Signalkabel zur Spannstatusüberwachung an (Zuordnung der Sensoren beachten). Beachten Sie die Codierung zur Ausrichtung der Stecker (siehe Sensoren). Verschraubung muss leichtgängig erfolgen. 28 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

31 FAQ 2.8 Was muss vor der Inbetriebnahme der Spindel überprüft werden? 2.8 Was muss vor der Inbetriebnahme der Spindel überprüft werden? Prüfen Sie die Freigängigkeit der Welle per Hand. Bei Synchronspindeln ist die Nutrastung (Permanentmagnet Rotor) zu fühlen. Prüfen Sie das Einstellmaß der Werkzeugschnittstelle. Maße und Einstellungen entnehmen Sie der Betriebsanleitung. Nehmen Sie die Überprüfung der Werkzeugeinzugskraft mittels Einzugskraft-Messgerät vor (z. B. OTT-Power-Check, Fa. OTT-JAKOB Spanntechnik GmbH, Einzugskräfte siehe Betriebsanleitung. Nehmen Sie die Überprüfung der Schaltlogik für "Werkzeug spannen" und "Werkzeug lösen" vor (siehe Steuerung). Prüfung Zustand "gespannt ohne Werkzeug": Funktionskontrolle bei entferntem Werkzeug. Funktionskontrolle der weiteren Spannzustände mittels Einzugskraft-Messgerät (Einstellwert "0" bei OTT-Power-Check). Prüfung "Zugstange in Löseposition" über manuellen Lösevorgang und Funktionskontrolle am Sensor und der PLC. Prüfen Sie, ob der Sperrluft-Austritt am Dichtspalt an der Spindelnase vorhanden ist. Prüfen Sie die Dichtheit der Drehdurchführung vor dem Anschluss/Einschalten des Kühlschmiermittels mit Druckluft (Austritt Luft an Werkzeugschnittstelle; kein Luftaustritt an Leckageöffnung der Drehdurchführung). Die Prüfung muss im Zustand "Werkzeug gelöst" erfolgen. 2.9 Was muss beim Arbeitsbeginn mit der Spindel beachtet werden? Arbeitsbeginn 1. Prüfen Sie die Werkzeugschnittstelle auf Sauberkeit und reinigen diese, wenn nötig. 2. Schalten Sie die Versorgungsmedien (Luft, Wasser) zu. 3. Bei der Erstinbetriebnahme und beim Anfahren der kalten Maschine beachten Sie die Einlauf- und Warmlaufvorschriften, siehe Kapitel Warmlaufen der Motorspindel (Seite 46) oder Betriebsanleitung. ACHTUNG Wird der obere Drehzahlbereich angefahren, soll die Spindel bereits betriebswarm sein. Spindeleinlauf bei längeren Stillstandszeiten Siehe Kapitel Warmlaufen der Motorspindel (Seite 46) oder Betriebsanleitung. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 29

32 FAQ 2.9 Was muss beim Arbeitsbeginn mit der Spindel beachtet werden? 30 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

33 Funktion der Spindel 3 Anwendungsbereich Die 2SP1-Motorspindel ist eine schnell drehende, direktgetriebene Werkzeugspindel, welche für Fräs- und Bohrprozesse vorgesehen ist. Bild 3-1 Motorspindeln 2SP1 Merkmale Die 2SP1-Motorspindel ist ebenso wie die Vorschub- und Hauptspindelmotoren in das SINAMICS-Antriebssystem integriert. Der Antriebsmotor und die Werkzeugaufnahme der Spindel bilden eine mechanische Einheit, die von einer gemeinsamen Lagerung getragen wird. Damit entfallen die sonst üblichen Übertragungselemente, wie Riemen oder Mitnehmerverzahnungen. Durch den Wegfall der Übertragungselemente und durch den kompakten Aufbau der direktgetriebenen 2SP1-Motorspindel ergeben sich, gegenüber konventionellen Spindeln mit mechanischen Übertragungselementen, für den Anwender viele Vorteile: Hohe Drehzahlen durch den Wegfall der mech. Übertragung Ruhiger Lauf durch stabile Wuchtverhältnisse Guter Gleichlauf, gute Drehzahlregelung Hohe Genauigkeit der Lageregelung Geringeres Gewicht, kompaktere Abmessungen Geringerer Konstruktionsaufwand, da alle Funktionen integriert sind Umfangreiche Kompatibilität zum elektrischen Antriebssystem, da Spindel, Antriebsverstärker und NC aus einer Hand projektiert und geliefert werden Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 31

34 Funktion der Spindel 3.1 Funktionalität im Überblick 3.1 Funktionalität im Überblick Die 2SP1-Motorspindel ist eine einbaufertige Spindel, bei der die Funktionen, die zum Betrieb einer Frässpindel und zum Bohren relevant sind, bereits komplett integriert wurden. Dies sichert ein einwandfreies Zusammenspiel der einzelnen Funktionselemente und minimiert den Konstruktionsaufwand für den Maschinenbauer. Tabelle 3-1 Technische Daten Funktion 2SP1202 2SP1204 2SP1253 2SP1255 Drehzahl, max min min -1 Gehäuse Cartridge mit Flanschbefestigung Cartridge mit Flanschbefestigung Arbeitslage Horizontal/vertikal Horizontal/vertikal Werkzeugaufnahme HSK A63 SK 40 für Werkzeuge mit asymmetrischen Nutsteinen Werkzeugspannvorrichtung Lösen über Pneumatikzylinder 6 bar Spannen über Tellerfederpaket Lösen über Pneumatikzylinder 6 bar Spannen über Tellerfederpaket Werkzeugkegelreinigung Druckluft durch Zugstange bar Druckluft durch Zugstange bar Kühlung mit Wasser Max. 5 bar, 10 l/min Max. 25 % Korrosionschutzmittel Clariant Antifrogen N oder Tyfocor Filtereinheit 100 μm Max. 5 bar, 10 l/min Max. 25 % Korrosionschutzmittel Clariant Antifrogen N oder Tyfocor Filtereinheit 100 μm Empfohlene Kühlmittel- Zulauftemperatur Standardschutz Temperaturüberwachung Isolierung der Statorwicklung nach EN (IEC ) Ca. 25 C (abhängig von der Umgebungstemperatur) Thermofühler Motor KTY PTC für thermischen Vollschutz NTC PT3-51F NTC K227 Wärmeklasse 155 /F) für eine Kühlmittel- Zulauftemperatur von 25 C Ca. 25 C (abhängig von der Umgebungstemperatur) Thermofühler Motor KTY Wärmeklasse 155 /F) für eine Kühlmittel- Zulauftemperatur von 25 C Schutzart nach IEC IP64 (im Arbeitsbereich) IP53 (hinter dem Spindelflansch) IP64 (im Arbeitsbereich) IP53 (hinter dem Spindelflansch) Lagerschmierung Wartungsfreie Fettdauerschmierung Wartungsfreie Fettdauerschmierung Abdichtung Lager vorne Sperrluft ,5 m 3 /h, Filterfeinheit 8 μm Sperrluft ,5 m 3 /h, Filterfeinheit 8 μm Gebersystem Hohlwellenmesssystem inkremental, sin/cos 1 Vpp (256 S/R) mit Nullmarke Hohlwellenmesssystem inkremental, sin/cos 1 Vpp (256 S/R) mit Nullmarke Spannstatus-Überwachung Werkzeug gespannt --- analog Zugstange in Löseposition gespannt ohne Werkzeug Spannstatus-Überwachung digital Position Lösekolben Werkzeug gespannt Zugstange in Löseposition gespannt ohne Werkzeug 32 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

35 Funktion der Spindel 3.1 Funktionalität im Überblick Funktion Medien-Anschlüsse 2SP1202 2SP1204 2SP1253 2SP1255 Kühlung 2 x Schlauchsteckverbinder, 12/10 mm 2 x G1/2" ( 9 mm) Sperrluft 1 x G1/8" radial / 5 mm axial 1 x G1/8" ( 8 mm) Kegelreinigungsluft 1 x G1/4" 1 x G1/4" Werkzeug lösen 1 x G3/8" 1 x M16 x 1,5 Werkzeug spannen 1 x G1/8" 1 x G1/8" Elektrische Anschlüsse Leistung über Leitung 1,5 m Sensorik über Signalstecker Leistung über Leitung 1,5 m Sensorik über Signalstecker Tabelle 3-2 Technische Daten, Optionen Funktion 2SP1202 2SP1253 2SP1204 2SP1255 Erhöhte max. Drehzahl min min -1 (mit HSK A63) Werkzeug-Innenkühlung 50 bar, bis 54 l/min Filterfeinheit 50 μm nach -/16/13/ ISO x G1/4" Kühlschmiermittel 1 G1/8" Leckage Externe Werkzeugkühlung Ring mit 6 einstellbaren Düsen bar, bis 54 l/min Filterfeinheit 50 μm nach -/16/13/ ISO x G1/4" Kühlschmiermittel 1 G1/8" Leckage 5 bar Filterfeinheit 50 μm nach -/16/13/ ISO 4406 Werkzeugspannvorrichtung Lösen über Hydraulikzylinder 80 bar --- Spannen über Tellerfederpaket 1 x G1/4", Werkzeug lösen 1 x G1/4", Werkzeug spannen Werkzeugschnittstelle --- BT 40, CAT 40, HSK A63 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 33

36 Funktion der Spindel 3.2 Antriebsmotor 3.2 Antriebsmotor Der Antrieb der 2SP1-Motorspindel erfolgt durch einen integrierten Einbaumotor mit hohem Drehmoment, dessen Läufer direkt auf der Werkzeugspindel sitzt. Die elektrische Leistung wird nur dem feststehenden Außenmantel des Motors zugeführt, der drehende Innenteil des Motors benötigt keine elektrische Leistungszufuhr. Die Motorspindel steht in verschiedenen Drehzahlklassen zur Verfügung. Sie ist für dynamische Belastungen ausgelegt und folgt schnell wechselnden Drehmomentvorgaben. Synchron-/Asynchronmotor Abhängig von der Baugröße stehen folgende Motorvarianten zur Verfügung: Motorspindel als Synchronmotor Motorspindel als Asynchronmotor (Option) Die asynchrone Motorvariante ist zur Anpassung des Drehmomentes an die Bearbeitungssituation, für beide Betriebsarten Stern- und Dreieckschaltung vorbereitet, die der Betreiber nach Bedarf anwählen kann (siehe Kapitel Einbaubedingungen (Seite 37)). Bauformen Zur Abstufung des Leistungsbedarfs ist die Motorspindel in 2 Bauformen lieferbar: kurze Bauform lange Bauform 3.3 Kühlkonzept Die 2SP1-Motorspindel ist mit integrierten Kanälen zur Flüssigkeitskühlung des drehfesten Stators des Antriebsmotors ausgestattet. Der Stator, der die elektrische Antriebsleistung aufnimmt, repräsentiert die hauptsächliche Verlustwärmequelle der Spindeleinheit. Das Kühlkanalsystem ist deshalb thermisch besonders eng an den Stator des Antriebsmotors gekoppelt, aber auch die thermisch weiter entfernt liegenden Verlustwärmequellen finden in den integrierten Kühlkanälen noch eine hinreichend effiziente Wärmesenke vor. Die Spindeleinheit ist über eine Vor- und Rücklaufleitung mit dem Kühlmedium zu versorgen. Das Kühlmedium nimmt die Verlustwärme der Spindel auf und erfährt dadurch eine entsprechende Temperaturerhöhung. Die Entwärmung des Kühlmediums auf die ursprüngliche Vorlauftemperatur erfolgt außerhalb der Spindel durch ein externes Kühl- oder Wärmetauschersystem, das in der Zuständigkeit des Maschinenherstellers liegt. Der notwendige Druck des Kühlmediums in der Vorlaufleitung ist von einer externen Pumpe bereit zu stellen, die ebenfalls in der Zuständigkeit des Maschinenherstellers liegt. Ausführliche Bemessungsgrundlagen zur Dimensionierung und Planung der Versorgung des Kühlmediums siehe Kapitel Kühlmedium (Seite 82). 34 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

37 Funktion der Spindel 3.4 Versorgung 3.4 Versorgung Bild 3-2 Versorgung der Spindel Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 35

38 Funktion der Spindel 3.4 Versorgung Die 2SP1-Motorspindel ist mit den integrierten Funktionselementen zum Betrieb und zur Steuerung der Abläufe ausgestattet. Die folgenden Medien sind der Spindel zur Verfügung zu stellen und über geeignete Kabel oder Schläuche zuzuführen: Elektrische Leistung für den Antriebsmotor (leistungsabhängige Verbrauchsanforderung) Kühlflüssigkeit (kontinuierlicher Durchfluss; leistungsabhängige Belastung) Druckluft oder Hydrauliköl für die Betätigung des Werkzeugspannsystems je nach Typ der Löseeinheit pneumatisch oder hydraulisch (Volumenanforderung nur beim Lösen und Spannen des Werkzeuges) Kegelreinigungsluft zur Reinigung des Werkzeugkonus (Volumenanforderung nur beim Ausstoßen des Werkzeuges) Sperrluft zum Schutz der Lager gegen Verunreinigung (Volumenanforderung kontinuierlich) Optionale Kühlschmiermittelversorgung für die Werkzeug-Innenkühlung (Volumenanforderung prozessabhängig) Optionale Kühlschmiermittelversorgung für die externe Werkzeugkühlung (Volumenanforderung prozessabhängig) Elektrische 24 V-Versorgung für die Sensoren zur Überwachung des Werkzeugspannzustandes (Bedarf kontinuierlich) Spannungsversorgung für den Drehgeber (ist bei SIEMENS-Umrichtern in die Geberschnittstelle integriert.) Die Anforderungen, die an die Konditionierung der Medien zu stellen sind und die zur Planung und Bemessung der entsprechenden Aggregate benötigt werden, sind detailliert im Kapitel Versorgung mit Medien (Seite 81) und Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139) beschrieben. 36 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

39 Mechanische Angaben 4 Die 2SP1-Motorspindel erlaubt dem Betreiber die Vorteile der Zerspanung bei hohen Drehzahlen zu nutzen. Die am Prozess beteiligten Komponenten sind bei hohen Drehzahlen starken Belastungen ausgesetzt. Es ist daher erforderlich, dass durch konstruktive Maßnahmen die Maschinenstruktur auf die hohen Drehzahlen optimal ausgelegt ist und dass der Anwender die Werkzeuge und die Prozessbedingungen auf das Belastungsvermögen der Spindel abstimmt. 4.1 Beachtung der Abschaltdrehzahl Bereits ein kurzfristiges Überschreiten der kritischen Drehzahl kann Folgendes verursachen: Vibration des Spindelträgers (Tragstruktur) Überschreiten der Fliehkraftfestigkeit der Werkzeuge Schäden durch mechanische Überlastung VORSICHT Als Grundlage für Belastungsannahmen und Festigkeitsanforderungen ist die Abschaltdrehzahl und nicht die betriebsmäßig programmierbare Drehzahl heranzuziehen (siehe Kapitel Drehzahlgrenzen (Seite 18)). 4.2 Einbaubedingungen Die Spindel wird als komplette Einheit in die Maschinenstruktur integriert. Die statischen und insbesondere die dynamischen Eigenschaften ergeben sich aus dem Zusammenspiel zwischen der Spindel selbst und dem Spindelträger der Maschine. Schutzart Bild 4-1 Schutzart der Spindel 2SP120 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 37

40 Mechanische Angaben 4.2 Einbaubedingungen Bild 4-2 Schutzart der Spindel 2SP125 VORSICHT Die Angabe der Schutzart bezieht sich auf das Eindringen von Wasser (DIN ISO EN 60034, Teil 10). Bei ölhaltigen, kriechfähigen und/oder aggressiven Kühlschmiermitteln kann die Eindringfähigkeit größer als bei Wasser sein. Tabelle 4-1 Schutzart vor und hinter dem Befestigungsflansch Vor dem Befestigungsflansch (DE) Schutzart IP64 IP53 Beschreibung Die Spindel weist arbeitsseitig eine Labyrinthdichtung und einen Anschluss für Sperrluft auf. Dadurch wird die Spindel gegen das Eindringen von Spritzwasser und Schmutz geschützt. Eine direkte Einwirkung von Kühlwasser auf die Dichtspalte ist nicht zulässig. Die Vorgaben für die Sperrluft sind zu beachten, siehe Kapitel Verwendung von Druckluft (Seite 86). Hinter dem Befestigungsflansch (NDE) Die Aufnahmekonstruktion der Spindel muss hinter dem Befestigungsflansch eine geeignete Abschirmung gegenüber den Einwirkungen aus dem Bearbeitungsbereich gewährleisten. Einbau der Spindel Die Spindel ist so in die Maschine einzubauen, dass Flüssigkeiten und staubförmige Verschmutzungen aus dem Arbeitsraum sich nicht permanent an der Spindel anlagern können. VORSICHT Spritzwasser o. ä. Flüssigkeiten dürfen nicht in direktem Strahl auf die Dichtspalte oder Öffnungen der Spindel gerichtet sein (siehe folgendes Bild). Fremdstoffe dürfen nicht durch die Spindel gesaugt werden. Deshalb ist ein Druckunterschied zwischen Antriebs- und Abtriebsseite unzulässig. 38 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

41 Mechanische Angaben 4.2 Einbaubedingungen Bild 4-3 Kühlschmiermittelstrahl nicht auf Labyrinthdichtung richten ACHTUNG Horizontaler Einbau Bei horizontalem Einbau der Spindel muss die an der Spindelnase befindliche Entlastungsöffnung der Sperrluft nach unten ausgerichtet sein. Orientierungshilfe: Die Position des am Befestigungsflansch befindlichen Ringschraubengewinde muss von vorne mit Blickrichtung auf die Spindelnase mit einem bestimmten Winkel nach rechts geneigt sein (siehe folgende zwei Bilder). Bild 4-4 Einbaulage der Spindel 2SP120x Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 39

42 Mechanische Angaben 4.2 Einbaubedingungen Bild 4-5 Einbaulage der Spindel 2SP125x Der Einbau hat so zu erfolgen, dass die Motorspindel keinen Zwangskräften unterliegt. Ein Verspannen des Gehäuses kann zu minimalen Verformungen und erhöhter Beanspruchung der Wälzlager führen, wodurch Laufgenauigkeit, Betriebstemperatur und damit die Lebensdauer beeinträchtigt werden. Für die Montage sind an der Spindel axiale Bohrungen (am hinteren Lagerdeckel) und radiale Bohrungen (am Flansch und am hinteren Lagedeckel) für Hebeösen vorgesehen Mechanische Anforderungen an den Spindelträger Belastungssituation des Spindelträgers Die Spindel wird durch die vorhandene Restunwucht der Welle und des Werkzeuges mit einer Wechselkraft beansprucht. Die Restunwucht leitet Kipp- und Seitenkräfte auf den Spindelbefestigungsflansch, so dass prinzipiell die damit verbundenen Schwingungsformen angeregt werden können (siehe folgendes Bild): Kippschwingung (Schwenken NDE gegen DE) Seitwärtsschwingung (seitliche Verlagerung der Spindel) Die von der Restunwucht verursachten anregenden Kräfte nehmen dabei mit der Drehzahl zu. 40 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

43 Mechanische Angaben 4.2 Einbaubedingungen Bild 4-6 Schwingungsformen, die durch die Unwucht angeregt werden können Die Frequenz der Wechselbeanspruchung entspricht exakt der Drehfrequenz der Spindel. f = 1 min/60s N mit f: Anregungsfrequenz in [Hz], N: Drehzahl in U/min Schwingverhalten: Konstruktive Anforderungen an den Spindelträger Der Spindelträger muss so steif konstruiert sein, dass sich im gesamten Drehzahlbereich bis zur Abschaltdrehzahl keine Eigenresonanz der entsprechenden Schwingungsformen ausbilden kann. Die tiefste Resonanzfrequenz gegenüber der Unwuchtbeanspruchung muss oberhalb der Drehfrequenz der Abschaltdrehzahl liegen. Der Spindelträger muss in diesem Frequenzbereich die Kipp- und Seitenkräfte aus der Abstützung der Restunwucht ohne Verformung aufnehmen. Die Spindel wird an Vorderseite (DE) über den Befestigungsflansch an der Maschinenkonstruktion befestigt. Besonders die Unterdrückung der Kippschwingung des rückseitigen (NDE) Spindelendes, das vom Befestigungsflansch relativ weit entfernt liegt, erfordert die Berücksichtigung durch konstruktive Maßnahmen des Spindelträgers. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 41

44 Mechanische Angaben 4.2 Einbaubedingungen Hinweise zur Planung des Spindelträgers Bei der Planung des Spindelträgers zur Aufnahme der Motorspindel sollten deshalb die folgenden Punkte beachtetet werden: Materialstärke Dem Bereich der Passung des Befestigungsflansches kommt wegen der hohen Kraftdichte zur Abstützung der Kippschwingung eine große Bedeutung zu. Hier muss ausreichend Materialstärke dimensioniert werden. Seitliche Stabilität der Flanschebene Die Ebene des Befestigungsflansches muss so steif in die Maschine eingebettet sein, dass im Frequenzbereich bis zur Abschaltdrehzahl keine Schwingungsformen mit Seitwärtsbewegung des Befestigungsflansches möglich sind. Besonders Bauformen, bei denen die Ebene des Befestigungsflansches weit vor der Ebene der Führungselemente des Spindelschlittens liegt, sind kritisch im Hinblick auf eine Verlagerung der Flanschebene durch Verdrehen und Verformen des Spindelträgers. Passung und Toleranz beachten Der Befestigungsflansch der Spindel ist geometrisch exakt und dynamisch möglichst steif in den Spindelträger zu fügen. Die Formgebung und die Toleranzen, die in Zeichnungen zur Aufnahme des Befestigungsflansches dokumentiert sind, müssen eingehalten werden. Maßzeichnungen siehe Kapitel Technische Daten und Kennlinien. Toleranzvorschlag für den Spindelträger siehe Bild "Einbau der Spindel in den Spindelträger". Abstützung des Spindelträgers durch die Führungselemente Die Führungselemente (Linearführungen), die den Spindelträger gegenüber dem Maschinenbett abstützen, sollen eine hinreichend breite Basis zur Abstützung gegen Kippschwingungen bieten (siehe Bild "Beispiel: Kippschwingung bei vorgelagertem Spindelanbau"). Kurze Länge bei vorgelagertem Spindelanbau Ein vorgelagerter Spindelanbau kann die Resonanzfrequenz von Kippschwingungen in unerwünschter Weise herabsetzen (siehe Bild "Beispiel: Kippschwingung bei vorgelagertem Spindelanbau"). Die vorgelagerte Länge zwischen dem Spindelbefestigungsflansch und der Aufhängung des Spindelträgers am Maschinenbett sollte daher kurz gehalten werden. Aus dem selben Grunde sollte der Spindelträger keine Masseansammlung in der Nähe der Flanschebene besitzen, die nicht unmittelbar der Steifigkeit der Tragkonstruktion dient. 42 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

45 Mechanische Angaben 4.2 Einbaubedingungen Bild 4-7 Einbau der Spindel in den Spindelträger Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 43

46 Mechanische Angaben 4.2 Einbaubedingungen Bild 4-8 Beispiel: Kippschwingung bei vorgelagertem Spindelanbau Konstruktive Versteifung von frei tragenden Längen Größere frei tragende Längen sollen vermieden werden. Ist die Überbrückung von Distanzen notwendig, ist es günstig, diese durch konstruktive Maßnahmen wie Rippen und Querverstrebung zu versteifen. Die Versteifungsmaßnahmen sollten so gestaltet sein, dass sie dem Auftreten von Kippschwingungen entgegenwirken (siehe Bild "Schwingungsformen, die durch die Unwucht angeregt werden können"). Keine zusätzlichen Anbauten direkt an der Spindel Um die Eigenfrequenz der Kippschwingung in unerwünschter Weise abzusenken, dürfen keine Anbauten - wie beispielsweise das Anschlagen der Zugentlastung für die Schleppkette - direkt an der Spindel verankert werden. Bei der Bewertung einer Konstruktion hinsichtlich ihres Schwingverhaltens haben sich numerische Verfahren, wie die FEM-gestützte Modalanalyse, als hilfreich erwiesen. Für weitere Unterstützung wenden Sie sich bitte an Ihre zuständige Siemens-Niederlassung. 44 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

47 Mechanische Angaben 4.3 Spindellager Abstützung auf NDE Die 2SP1-Motorspindel wird in mehreren Leistungsklassen angeboten. Bei den hochdrehenden und drehmomentstarken Typen der Baureihe ist zusätzlich eine direkte mechanische Abstützung zwischen NDE und dem Spindelträger erforderlich. Bei welchen Spindeltypen Abstützung auf NDE vorgeschrieben ist siehe Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139), Tabelle "Geometriedaten für 2SP120x" und "Geometriedaten für 2SP125x". Funktion der Abstützung Die direkte Abstützung zwischen NDE und dem Spindelträger hat die Funktion, die betreffende Spindel gegen Kippschwingungen so zu stabilisieren, damit die tiefste Resonanzfrequenz über der Drehfrequenz der Abschaltdrehzahl liegt. Eigenschaften der Abstützung Die Stützkonstruktion muss deshalb gegen die im Bild "Beispiel: Kippschwingung bei vorgelagertem Spindelanbau" dargestellte Kippschwingung möglichst steif sein. Weiterhin sollte die Stützkonstruktion in der Nähe von NDE leicht sein. Eine Erhöhung der effektiven Spindelmasse auf NDE vergrößert das Trägheitsmoment der Kippschwingung und drückt dadurch die Resonanzfrequenz in unerwünschter Weise nach unten. Bei der Beurteilung der Konstruktion, kann die FEM-gestützte Modalanalyse Hilfestellung bieten. 4.3 Spindellager Die Welle der 2SP1-Motorspindel wird von Hochgenauigkeitsspindellagern getragen. Sie bieten eine hervorragende Genauigkeit und sind auf die Belastungen bei hohen Drehzahlen vorbereitet. Bei den höher drehenden Spindeltypen finden Hybridlager Verwendung. Besonderer Wert wurde auf die Robustheit der Lager gelegt. Sie haben sich seit vielen Jahren in Applikationen von JobShop bis zur dreischichtigen Serienproduktion bewährt Eigenschaften und Betriebsbedingungen Die Hochgenauigkeitsspindellager nehmen die Radial- und Axialkräfte aus dem Prozess spielfrei auf. Thermische Belastungen der Spindelwelle haben keine Auswirkungen auf die mechanische Verspannung. Die Lagerung weist eine hervorragende Rundlaufgüte und geringste Rauhigkeiten auf. Rundlaufgenauigkeit an der Werkzeugaufnahme siehe Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139). Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 45

48 Mechanische Angaben 4.3 Spindellager Spindeleigenes Sperrluftsystem Die Lager sind mit integrierter Dichtung ausgestattet. Auf DE der Spindel wird die Abdichtung zum Arbeitsraum durch ein spindeleigenes Sperrluftsystem unterstützt, siehe Kapitel Versorgung mit Medien (Seite 81). ACHTUNG Zur Erreichung der Lagerlebensdauer ist der ordnungsgemäße Betrieb des Sperrluftsystems zwingend erforderlich. Der Maschinenhersteller ist verantwortlich, den Betreiber darauf hinzuweisen. Schmierung der Lager Die Lager der 2SP1-Motorspindel besitzen eine Fett-Dauerschmierung. Sie sind daher wartungsfrei. Eine Nachschmiereinrichtung ist nicht erforderlich. ACHTUNG Die Fett-Dauerschmierung darf nicht durch Fremdstoffe angegriffen oder verunreinigt werden Warmlaufen der Motorspindel Warmlauf der Motorspindel (Temperaturverteilung) Ungleichmäßige Temperaturverteilung kann die Lebensdauer der Lager verkürzen. Bei der Erstinbetriebnahme und beim Anfahren der kalten Maschine sind die Einlauf- und Warmlaufvorschriften (siehe auch Betriebsanleitung) zu beachten. ACHTUNG Wird der obere Drehzahlbereich angefahren, soll die Spindel bereits betriebswarm sein. Tabelle 4-2 Warmlauf der Motorspindel Drehzahl Laufzeit 25 % der Maximaldrehzahl 2 Min. 50 % der Maximaldrehzahl 2 Min. 75 % der Maximaldrehzahl 2 Min. betriebsbereit Der Maschinenhersteller kann die Bedienungssoftware mit einem Warmlaufzyklus für die Motorspindel ausstatten. 46 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

49 Mechanische Angaben 4.3 Spindellager Längere Stillstandszeiten (Spindeleinlauf) ACHTUNG Nach Stillstandszeiten von mehr als einer Woche ist ein neuer Spindeleinlauf notwendig. Tabelle 4-3 Spindeleinlauf nach längeren Stillstandszeiten Drehzahl Laufzeit 25 % der Maximaldrehzahl 5 Min. 50 % der Maximaldrehzahl 5 Min. 75 % der Maximaldrehzahl 5 Min. betriebsbereit Längere Lagerungszeiten ACHTUNG Bei längeren Lagerungszeiten der Motorspindel ist zusätzlich die in der Betriebsanleitung beschriebene Vorgehensweise für Lagerung der Spindel zu beachten. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 47

50 Mechanische Angaben 4.3 Spindellager Belastbarkeit der Spindellager Lagerüberlastung ACHTUNG Schnelllaufende Lager reagieren empfindlich auf Überlast. Deshalb sind beim Betrieb und im Stillstand Überlastungen zu vermeiden. Tabelle 4-4 Mögliche Schäden durch Lagerüberlastung und deren Vermeidung Überlastungssituation Schaden Möglichkeiten zur Vermeidung der Überlastungssituation Gewalteinwirkung bei der Montage und Demontage Sofortiger Lagerschaden Maschinenhersteller und Betreiber: Auf die Spindelwelle und damit auf die Lager dürfen keine Montagekräfte übertragen werden. Die Betriebsanleitung ist zu beachten. Maschinenhersteller: Zugänglichkeit des Spindeleinbauraumes ermöglichen Hilfsmittel für Montage und Demontage vorsehen Den Betreiber mit entsprechenden Montagehilfsmitteln ausstatten Gewalteinwirkung bei Kollision Überlastung bei Werkzeugbruch Sofortiger Lagerschaden oder starke Verkürzung der Lagerlebensdauer Verkürzung der Lagerlebensdauer Betreiber: Programmierung neuer Werkstücke mit langsamer Bahngeschwindigkeit überprüfen Steuerungsseitige Visualisierung der programmierten Werkzeugbahnen vornehmen Betreiber: Spindel bei Werkzeugbruch rasch zum Stillstand bringen Der Maschinenhersteller ist verantwortlich, den Betreiber auf die möglichen Schäden bei Überlastung hinzuweisen. 48 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

51 Mechanische Angaben 4.3 Spindellager Lebensdauer der Spindellager Fettgebrauchsdauer Die Fettgebrauchsdauer ist in vielen Anwendungsfällen gegenüber der Ermüdungslebensdauer als der entscheidende Faktor zu berücksichtigen und bestimmt damit die Standzeit der Spindelllager. Mit zunehmender Drehzahl sinkt die Fettgebrauchsdauer (siehe folgendes Bild). Bild 4-9 Fettgebrauchsdauer Voraussetzung für das Erreichen der angegebenen Fettgebrauchsdauer ist die Einhaltung der erlaubten Lagertemperaturen. Deshalb ist unbedingt zu beachten: die Spindelkühlung muss vorschriftsmäßig betrieben werden die zulässige Lagerbelastung darf nicht überschritten werden die maximal erlaubte Umgebungstemperatur im Betriebszustand darf nicht überschritten werden Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 49

52 Mechanische Angaben 4.3 Spindellager Tabelle 4-5 Ermittlung der voraussichtlichen Fettgebrauchsdauer Reihenfolge 1. Aufteilung des Spindelbetriebes in Phasen konstanter Drehzahl Beschreibung, Formeln 1. Ermittlung der relativen Zeitdauer der Drehzahlphasen (relativer Zeitanteil am Zyklus) 1. Ermittlung der einzelnen Fettgebrauchsdauern Tuse k der einzelnen Phasen 1. Gewichtete Addition der einzelnen Gebrauchsdauer zur Gesamt- Fettgebrauchsdauer Tabelle 4-6 Erläuterungen tcycle toperate trel Tlife total Tlife Zykluszeit Betriebsdauer Relative Zeitdauer einer Drehzahlphase Gebrauchsdauer gesamt Gebrauchsdauer einer Phase 50 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

53 Mechanische Angaben 4.3 Spindellager Maximale Winkelbeschleunigung beim Spindelhochlauf Bei extremen Winkelbeschleunigungen bzw. extrem kurzen Hochlaufzeiten kann es zu einem Durchrutschen der Wälzkörper der Spindellagerung kommen. Das Durchrutschen ist schädlich für die Lebensdauer und muss vermieden werden. Die für den Spindelhochlauf (und das Abbremsen) programmierte Beschleunigung darf höchstens so groß gewählt werden, dass sie einer Winkelbeschleunigung von /min in 0,5 s entspricht. Der Maschinenhersteller ist verantwortlich, den Betreiber darauf hinzuweisen, dass keine höheren Winkelbeschleunigungen programmiert werden dürfen Steifigkeit Die mechanische Steifigkeit an der Werkzeugaufnahme gegenüber radialen und axialen Kräften ist in den Datenblättern, Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139), dokumentiert. Die Eigenbiegung des Werkzeuges sorgt bei der Anwesenheit von Radialkräften für eine zusätzliche Verlagerung der Schneide. Bei schlanken Werkzeugen ist die Eigenbiegung des Werkzeuges erheblich größer als die Verlagerung der Werkzeugaufnahme Axiales Wellenwachstum Die Spindelwelle unterliegt einer geometrischen Verlagerung in axialer Richtung. Diese Verlagerung wird als Wellenwachstum bezeichnet. Das Wellenwachstum setzt sich zusammen aus thermisch bedingten Wellenwachstum drehzahlbedingten Wellenwachstum Das Wellenwachstum ist unabhängig vom verwendeten Werkzeug. Thermisch bedingtes Wellenwachstum In der Warmlaufphase steigt die Temperatur der Spindelwelle bis zu ihrem Beharrungswert an. Während der Warmlaufphase verlagert sich die Werkzeugaufnahme daher thermisch nach vorne. Nach Abschluss der Warmlaufphase weist die Spindelwelle eine im Wesentlichen konstante Betriebstemperatur auf, so dass die Werkzeugaufnahme sich dann nicht mehr weiter thermisch verlagert. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 51

54 Mechanische Angaben 4.4 Werkzeuge und Werkzeugaufnahmen Drehzahlbedingtes Wellenwachstum Aufgrund der geometrischen Situation der Wälzkörper kommt es zu einer drehzahlabhängigen Verlagerung des Wälzkörperauflagepunktes im Lagerring. Dies führt zu einer Verlagerung der Werkzeugaufnahme nach vorne. Die Verlagerung ist eine Funktion der Drehzahl, sie nimmt mit steigender Drehzahl zu. Bei sinkender Drehzahl geht die Verlagerung reversibel zurück. Die Effekte des Wellenwachstums können, bei Bedarf, durch eine Korrektur der Z-Achse ausgeglichen werden. Hierzu wird empfohlen, das thermisch bedingte Wellenwachstum und das drehzahlbedingte Wellenwachstum durch eine geeignete Probebearbeitung zu ermitteln und in entsprechende Korrekturtabellen für die Z-Achsenposition zu hinterlegen. 4.4 Werkzeuge und Werkzeugaufnahmen Werkzeuge Das Zusammenspiel zwischen der Motorspindel und den verwendeten Werkzeugen bestimmt ganz wesentlich die Quantität und die Qualität der Bearbeitung. Bei der Werkzeugauswahl sind die Sicherheitshinweise bei hohen Drehzahlen zu beachten. Die 2SP1-Motorspindel ermöglicht durch die hohen Drehzahlen hervorragende Oberflächenqualität und hohe Produktivität. Bei unsachgemäßem Betrieb gehen von den hohen Drehzahlen aber auch Risiko- und Verschleißpotentiale aus. Besonders die Auswahl der Werkzeuge sollte mit Sorgfalt erfolgen. Nur einwandfreie Werkzeuge verwenden Nur bei bestimmungsgemäßen Gebrauch von einwandfreien Werkzeugen werden folgende Eigenschaften erreicht: Einwandfreie Bearbeitungsergebnisse Geringe Vibrationen Geringer Verschleiß der Spindellager Niedrige Geräuschentwicklung Sicherheit von Bedienungspersonal und Maschine Deshalb ist stets darauf zu achten, dass sich im Werkzeugmagazin nur fehlerfreie Werkzeuge befinden, deren grundsätzliche Eignung zum Betrieb in der Spindel geprüft wurde. Der Maschinenhersteller ist verantwortlich, den Betreiber auf die Gefahren- und Schadenspotentiale durch ungeeignete Werkzeuge hinzuweisen. 52 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

55 Mechanische Angaben 4.4 Werkzeuge und Werkzeugaufnahmen Voraussetzungen für Werkzeuge Die Werkzeuge müssen folgende Voraussetzungen erfüllen: 1. Das Werkzeug muss für die hohen Drehzahlen und Fliehkräfte freigegeben sein. 2. Das Werkzeug darf die Eigenfrequenz der Spindeleinheit nicht unter die kritische Drehfrequenz absenken. 3. Die Schnittkräfte und das Eigengewicht des Werkzeuges dürfen die Lager nicht überlasten. 4. Verhältnis von Länge zu Durchmesser nicht größer als 3:1. 5. Die Wuchtung des Werkzeuges muss einwandfrei sein. Eine ausführliche Beschreibung der genannten Voraussetzungen siehe folgende Tabelle. Tabelle 4-7 Voraussetzung der Werkzeuge Beschreibung Hohe Drehzahlen und Fliehkräfte Am Werkzeug treten abhängig vom Werkzeugdurchmesser bei hoher Drehzahl extreme Fliehkräfte auf. Ohne Einschränkung dürfen deshalb nur Werkzeuge eingesetzt werden, deren zugelassene Drehzahl über der Abschaltdrehzahl der Spindel liegt. Im Falle eines Werkzeugbruches bei hoher Drehzahl werden Bruchstücke mit hoher Geschwindigkeit abgeschleudert und können erhebliche Schäden verursachen. Beispiel: Wird ein Bruchstück aus einem Werkzeug von 40 mm Radius bei einer Drehzahl von /min abgeschleudert, erreicht dieses eine Geschwindigkeit von 150 km/h. Verwendung von Werkzeugen mit zugelassener Drehzahl < Abschaltdrehzahl Folgende Bedingungen müssen beachtet werden: Drehzahlüberwachung (siehe Kapitel Drehzahlgrenzen (Seite 18)) Die Schwelle der Abschaltdrehzahl muss unter der zugelassen Maximaldrehzahl des Werkzeugs liegen. Werden für verschiedene Werkzeuge verschiedene Abschaltdrehzahlen vorgesehen, so ist diese über die Werkzeugverwaltung an das Werkzeug anzupassen. Beispielsweise kann die Drehzahlüberwachung mit Hilfe der Definition von Getriebestufen realisiert werden (siehe Kapitel Sicherheitshinweise (Seite 15)). Begrenzung der programmierbaren Drehzahl (siehe Kapitel Drehzahlgrenzen (Seite 18)) Die programmierbare maximale Betriebsdrehzahl muss mindestens 5 % unter der Abschaltdrehzahl liegen. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 53

56 Mechanische Angaben 4.4 Werkzeuge und Werkzeugaufnahmen Beschreibung Eigenfrequenz der Spindeleinheit nicht unter die kritische Drehfrequenz absenken Schnittkräfte und Eigengewicht Verhältnis von Länge zu Durchmesser Die Resonanzfrequenzen von Spindelträger und Spindel müssen stets oberhalb der für das jeweilige Werkzeug zugelassenen Drehzahl liegen. Die Resonanzfrequenzen können durch ein eingespanntes Werkzeug spürbar in unerwünschter Weise abgesenkt werden. Die Gefahr der Absenkung der Resonanzfrequenzen ist besonders gegeben bei: langen Werkzeugen schweren Werkzeugen Werkzeugen mit großem Radius Generell ergibt sich mit kurzen Werkzeugen die beste Laufruhe und die Lager werden am wenigsten belastet. Die Werkzeuge sind deshalb so kurz wie möglich zu spannen. Da die Resonanzfrequenzen von Spindelträger und Spindel nicht durch die Spindel alleine, sondern maßgeblich durch die Einbausituation der Spindel gegeben sind, kann der Spindelhersteller keine allgemein gültigen Grenzdaten für Werkzeuge festlegen. Dem Maschinenhersteller, der für die Einbausituation der Spindel zuständig ist, obliegt es, dem Betreiber gegenüber Aussagen über den zulässigen Bereich der Abmessungen und Gewichte von Werkzeugen zu machen. Im Prinzip liefert ein Hochlaufversuch mit dem zu testenden Werkzeug eine brauchbare Aussage. Hierzu wird das Werkzeug langsam auf die zulässige maximale Drehzahl gefahren und für ca. eine Minute auf hoher Drehzahl gehalten. Die Hochlauframpe sollte langsam durchfahren werden. Läuft die Spindel während des Hochlaufs und anschließend auch bei Maximaldrehzahl ruhig und vibrationsfrei, dann kann das Werkzeug freigegeben werden. Sollten sich während des Hochlaufs oder bei Maximaldrehzahl starke Geräusche oder Vibrationen zeigen, ist der Hochlaufversuch unverzüglich abzubrechen und das getestete Werkzeug als ungeeignet bzw. als "für die Drehzahl nicht freigegeben" einzustufen. Verschleiß der Schneide kann zu einer Vervielfachung der Schnittkraft führen. Dadurch wird dann nicht nur der Bearbeitungsprozess beeinträchtigt, sondern auch durch Überschreitung der zulässigen Lagerlasten die Lagerlebensdauer. Es empfiehlt sich daher, den Verschleißzustand laufend zu überwachen. Es sind Werkzeuge zu verwenden, deren Verhältnis von Länge L zu Durchmesser den Wert 3:1 nicht überschreitet und deren Gesamtmasse des Werkzeugeinsatzes unter 4,5 kg liegt. Die Spindeln sind so ausgelegt, dass mit diesen Werkzeugen die kritischen Drehzahlen oberhalb der maximalen Drehzahl der Spindel liegen. Werden Werkzeuge verwendet, deren Abmessungen von diesen Angaben abweichen, ist die Drehzahl zu berechnen. Neben der Drehzahlbegrenzung durch kritische Drehzahlen des Systems Spindel/Werkzeug ist auf eine Drehzahlbegrenzung durch Technologiedaten des Zerspanungsprozesses zu achten. 54 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

57 Mechanische Angaben 4.4 Werkzeuge und Werkzeugaufnahmen Beschreibung Wuchtung Es dürfen nur feinstgewuchtete Werkzeuge nach Q 6,3 verwendet werden. Zu beachtende Normen: VDI-Richtlinie 2056 DIN EN ISO Achtung: Die Wuchtung hat nach dem Fügen eines Werkzeugeinsatzes in den Werkzeughalter zu erfolgen. Eine Einzelwuchtung von Werkzeugeinsatz und Werkzeughalter ohne Gesamtwuchtung ist nicht zulässig. Verschleiß des Werkzeuges kann die Wuchtgüte spürbar verschlechtern. Nehmen Vibration und Geräusche während des Betriebs eines Werkzeuges zu, dann ist das Werkzeug auf Verschleiß zu kontrollieren und die Wuchtung erneut zu überprüfen Werkzeugaufnahmen Die 2SP1-Motorspindel ist in mehreren Werkzeugaufnahmen erhältlich. Tabelle 4-8 Werkzeugaufnahmen Typ Norm für Drehzahl Bemerkung SK40 - asymmetrisch DIN 69872, ISO 7388/1/2 Typ A /min 2SP125 CAT40 - asymmetrisch ANSI B , ISO 7388/1/2 Typ B /min 2SP125 BT 40 - asymmetrisch BT/PT 30 MAS , BT/PT30 Ausführung E /min BT 40 - asymmetrisch MAS BT/PT /min BT/PT 45 Ausführung F1 HSK A63 DIN , ISO /min /min 2SP125 2SP125 2SP120 2SP125 Zeichnungen, Maßtabellen und Toleranzangaben siehe Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139). Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 55

58 Mechanische Angaben 4.4 Werkzeuge und Werkzeugaufnahmen Bild 4-10 SK40 Bild 4-11 CAT40 56 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

59 Mechanische Angaben 4.4 Werkzeuge und Werkzeugaufnahmen Bild 4-12 BT/PT 30 Bild 4-13 BT/PT 45 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 57

60 Mechanische Angaben 4.4 Werkzeuge und Werkzeugaufnahmen Bild 4-14 HSK A63 Werkzeugwechsler Der Werkzeugwechsel erfolgt abhängig der Werkzeugmaschine mit Hilfe eines Greifers oder durch direktes Greifen bzw. Ablegen des Werkzeuges in einem Werkzeugmagazin. VORSICHT Um Kollisionen der Spindel mit den Nachbarwerkzeugen im Werkzeugmagazin oder im Werkzeuggreifer sicher zu vermeiden, sind je nach Spindel bestimmte Mindestabstände einzuhalten (siehe folgende Tabelle und Bild). Tabelle 4-9 Mindestabstände für verschiedene Werkzeugschnittstellen Motorspindel Werkzeugschnittstelle Mindestabstand [mm] 2SP120x-1Hxxx-xDF2 HSK A63 A 100,0 2SP125x-xHx0x-1Dx2 HSK A63 A 100,0 2SP125x-xHx0x-0xx2 SK40 A 100,0 58 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

61 Mechanische Angaben 4.5 Spannsystem und Werkzeugwechsel Bild 4-15 Mindestabstand = Maß A 4.5 Spannsystem und Werkzeugwechsel Spannsystem Die 2SP1-Motorspindel ist mit einem Spannsystem für automatischen Werkzeugwechsel ausgestattet. Das Spannsystem ist in die Spindelwelle integriert und rotiert mit der Spindel mit. Das Spannsystem ist für max. fünf Werkzeugwechsel-Zyklen pro Minute ausgelegt. Die Einzugskraft wird vom mitrotierenden Federsystem bereitgestellt. Auch bei Energieausfall und drehender Spindel wird das Werkzeug sicher in der gespannten Lage gehalten. Die Höhe der Einzugskraft ist im Kapitel Technische Kenndaten (Seite 139) beschrieben. Spannzustandssensoren Die Spindel ist mit Sensoren zur Überwachung des Spannzustandes ausgestattet. Die verschiedenen Spannzustände werden über die axiale Lage des Spann- bzw. Betätigungssystems erkannt. Tabelle 4-10 Sensoren zur Spannzustandsüberwachung 2SP1 20 Sensor Meldung Typ Bemerkung S1 abhängig von der gemessenen Spannung Analogsensor Grundausstattung S4 Position des Lösezylinders Schließer Grundausstattung Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 59

62 Mechanische Angaben 4.5 Spannsystem und Werkzeugwechsel Tabelle 4-11 Sensoren zur Spannzustandsüberwachung 2SP1 25 Sensor Meldung Typ Bemerkung S1 Zugstange in Löseposition Schließer Grundausstattung S2 Werkzeug ist gespannt Schließer Grundausstattung S3 Spannzange ist gespannt ohne Werkzeug Schließer Grundausstattung Elektrischen Daten der Sensoren siehe Kapitel Spannzustandssensoren (Seite 112). Auswertung der Sensoren zur Steuerung des Werkzeugwechsels siehe Kapitel Steuerung (Seite 119). WARNUNG Die Montageposition der Spannzustandssensoren ist werkseitig abgeglichen. Ein Verstellen der Position der Sensoren durch den Endanwender ist nicht erforderlich und strikt untersagt. Der Maschinenhersteller ist verantwortlich, den Betreiber darauf hinzuweisen, dass ein Verstellen der Position der Sensoren nicht zulässig ist Werkzeugwechsel VORSICHT Das Einsetzen und Lösen der Werkzeuge ist nur im Stillstand der Motorspindel erlaubt. Das Werkzeug ist bis zur Anlagefläche des Spannkegels einzuführen. Die Betätigung des Spannsystems erfolgt pneumatisch oder hydraulisch mittels Druckzylinder. Hinweis Um die Zeiten für den Druckaufbau und -abbau im Pneumatik-/Hydraulikzylinder kurz zu halten, ist die Leitung vom Druckerzeuger zum Zylinder mit ausreichendem Querschnitt zu versehen. Empfohlener Querschnitt für die Leitung zum Pneumatikzylinder: 8 mm. Empfohlener Querschnitt für die Leitung zum Hydraulikzylinder: 5 mm. Bei längerer Leitungsführung über Schleppketten wird empfohlen, den strömungsbedingten Druckverlust und die damit verbundene Druckaufbauzeit im Zylinder rechnerisch abzuschätzen. Die Details und die einzuhaltenden Wartezeiten der Steuerung der mechanischen Abläufe der Spann- und Lösevorgänge werden im Kapitel Spannzustandssensoren (Seite 120) beschrieben. Die Betriebs- und Volumenanforderungsdaten des Pneumatik-/Hydraulikzylinders werden im Kapitel Druckluft (Seite 86) und Hydraulik (Option, nur für 2SP120) (Seite 91) beschrieben. 60 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

63 Mechanische Angaben 4.5 Spannsystem und Werkzeugwechsel Werte für Spann- und Lösedruck siehe Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139), Tabelle "Versorgungsdaten" Werkzeugwechsel bei Standard-Spannsystem Werkzeug lösen Zum Lösen des Werkzeuges wird Druck auf den Zylinder geschaltet. Die Betätigungseinrichtung löst das Werkzeug aus der Werkzeugaufnahme, so dass es ohne Kraftaufwand vom Greifer des Werkzeugwechslers entnommen werden kann. Der Sensor S1 ist so abgestimmt, dass er bei normgerechten Werkzeugen das Signal "Zugstange in Löseposition" liefert. Für die Entnahme des Werkzeuges ist das entsprechende Steuerdiagramm zu berücksichtigen: Kapitel Automatischer Werkzeugwechsel bei 2SP120x, Bild "Steuerdiagramm für automatischen Werkzeugwechsel mit S1 und S4" Kapitel Manueller Werkzeugwechsel bei 2SP125x, Bild "Steuerdiagramm für manuellen Werkzeugwechsel mit S2" Kapitel Automatischer Werkzeugwechsel bei 2SP125x, Bild "Steuerdiagramm für automatischen Werkzeugwechsel mit S1, S2 und S3" VORSICHT Das gelöste Werkzeug sitzt nur locker in der Werkzeugaufnahme. Nach dem Lösen muss es entnommen werden. Andernfalls kann es durch Herausfallen Beschädigungen verursachen. Klemmende Werkzeuge können mit Hilfe des Sensor S1 nicht sicher erfasst werden. Werkzeug einsetzen und spannen Das Einziehen und Spannen des Werkzeuges erfolgt ausschließlich mittels Tellerfedern. Bei Spindeln mit Pneumatikzylinder muss für diesen Vorgang der Pneumatikzylinder entlüftet werden. Um den Werkzeugwechsel zu verkürzen, kann die Kolbenrückseite zusätzlich mit Druckluft beaufschlagt werden. Bei Spindeln mit Hydraulikzylinder muss für diesen Vorgang mit Hilfe eines Schaltventils die Kolbenseite entlastet und die Kolbenrückseite mit Druck beaufschlagt werden. Bei 2SP120x wird das ordnungsgemäße Spannen des Werkzeuges über die gemessene Spannung der Analogsensor S1 ermittelt. Bei 2SP125x zeigt der Digitalsensor S2 das ordnungsgemäße Spannen des Werkzeuges an. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 61

64 Mechanische Angaben 4.5 Spannsystem und Werkzeugwechsel Während des Einsetzens des Werkzeuges muss der Lösedruck auf den Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder solange geschaltet sein, bis der Sensor S1 die Bereitschaft des Spannsystems zum Einsetzen des Werkzeuges meldet. Erst nach Anstehen der Meldung kann das Einsetzen des Werkzeugs gestartet werden. VORSICHT Der Greifer muss das Werkzeug vollständig in die Werkzeugaufnahme einführen. Er muss das Werkzeug bis zum Erreichen des Spannzustandes (z. B. Meldung Sensor S1 bei Motorspindel 2SP120x bzw. Sensor S2 bei Motorspindel 2SP125x bis zum Erreichen eines bestimmten Spannungslevels) gegen Verrutschen und Herausfallen sichern. VORSICHT Spindeldrehung darf nur erfolgen, wenn der Zylinderkolben von der Spindelwelle getrennt ist, d. h. es darf kein Lösedruck am Pneumatik- oder Hydraulikzylinder anstehen! Durch die Beaufschlagung des Zylinders mit Lösedruck berührt der stehende Zylinderkolben das drehbare Spannsystem der Spindelwelle. Eine Berührung während der Rotation würde die Beschädigung des Spannsystems zur Folge haben. Deshalb darf die Spindelrotation nur dann frei gegeben werden, wenn kein Lösedruck ansteht und die Sensorik das sichere Spannen eines Werkzeuges anzeigt. Während der Spindeldrehung ist die Druckzufuhr zum Lösen des Werkzeuges sicher zu sperren. VORSICHT Spindeldrehung nicht ohne gespanntes Werkzeug! Wird der Spannvorgang durchgeführt, ohne dass vorne ein Werkzeug zum Einzug bereit steht, dann ziehen sich Spannzange und Zugstange hinter ihre normale Spannposition zurück. Dieser Zustand ist erlaubt, es darf dann aber keine schnelle Rotation erfolgen. Lediglich langsame Drehungen unter 100 1/min zum Positionieren der Spindel sind zulässig. 62 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

65 Mechanische Angaben 4.5 Spannsystem und Werkzeugwechsel Werkzeugwechsel bei Haltendem Spannsystem HSK A63 Typ C Werkzeug lösen Zum Lösen des Werkzeuges wird Druck auf den Zylinder geschaltet. Die Betätigungseinrichtung löst das Werkzeug aus der Werkzeugaufnahme. Der Sensor S1 ist so abgestimmt, dass er bei normgerechten Werkzeugen, das Signal "Zugstange in Löseposition" liefert. Für die Entnahme des Werkzeuges ist das entsprechende Steuerdiagramm zu berücksichtigen: Kapitel Automatischer Werkzeugwechsel bei 2SP120x, Bild "Steuerdiagramm für automatischen Werkzeugwechsel mit S1 und S4" Beim haltendem Spannsystem wird das Werkzeug durch Federn mit einer definierten Haltekraft weiterhin in der Werkzeugaufnahme gehalten. Eine Entnahme des Werkzeuges ist erst durch Überwindung der Haltekraft möglich. Dazu ist ein Kraftaufwand des Werkzeugwechslers erforderlich. Werkzeug einsetzen und spannen Während des Einsetzens des Werkzeuges muss der Lösedruck auf den Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder solange geschaltet sein, bis der Sensor S1 die Bereitschaft des Spannsystems zum Einsetzen des Werkzeuges meldet. Erst nach Anstehen der Meldung kann das Einsetzen des Werkzeugs gestartet werden. Beim haltendem Spannsystem wird das Werkzeug beim Einsetzen zunächst nur durch die Haltefunktion mittels Federn in der Werkzeugaufnahme gehalten, ohne dass das Werkzeug in der Werkzeugaufnahme gespannt ist. Der Werkzeugwechsel-Greifer muss das Werkzeug nach dem Einsetzen nicht mehr halten, weil diese Funktion durch das haltende Spannsystem übernommen wird. Das Einziehen und Spannen des Werkzeuges erfolgt ausschließlich mittels Tellerfedern. Bei Spindeln mit Pneumatikzylinder muss für diesen Vorgang der Pneumatikzylinder entlüftet werden. Um den Werkzeugwechsel zu verkürzen, kann die Kolbenrückseite zusätzlich mit Druckluft beaufschlagt werden. Bei Spindeln mit Hydraulikzylinder muss für diesen Vorgang mit Hilfe eines Schaltventils die Kolbenseite entlastet und die Kolbenrückseite mit Druck beaufschlagt werden. Bei 2SP120x wird das ordnungsgemäße Spannen des Werkzeuges über die gemessene Spannung der Analogsensor S1 ermittelt. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 63

66 Mechanische Angaben 4.5 Spannsystem und Werkzeugwechsel VORSICHT Spindeldrehung darf nur erfolgen, wenn der Zylinderkolben von der Spindelwelle getrennt ist, d. h. es darf kein Lösedruck am Pneumatik- oder Hydraulikzylinder anstehen! Durch die Beaufschlagung des Zylinders mit Lösedruck berührt der stehende Zylinderkolben das drehbare Spannsystem der Spindelwelle. Eine Berührung während der Rotation würde die Beschädigung des Spannsystems zur Folge haben. Deshalb darf die Spindelrotation nur dann frei gegeben werden, wenn kein Lösedruck ansteht und die Sensorik das sichere Spannen eines Werkzeuges anzeigt. Während der Spindeldrehung ist die Druckzufuhr zum Lösen des Werkzeuges sicher zu sperren. Haltefunktion Der Spannsatz ist mit einer Haltefunktion für das Werkzeug ausgerüstet. Sobald der Spannsatz sich in der Werkzeugwechselposition befindet, wird das Werkzeug mit einer definierten Kraft von 270 N in der Wechselposition gehalten. Bei einem automatischen Werkzeugwechsel ist sicher zu stellen, dass der Werkzeugwechsler für die Auszugskräfte geeignet ist. Beschleunigungen in den unterschiedlichen Achsrichtungen sowie Reinigungsluft oder Kühlschmiermittel zum Abreinigen des Werkzeuges erzeugen Kräfte auf das Werkzeug, die größer werden können als die Haltekraft und damit zum Herausdrücken des Werkzeuges führen. In jedem Fall muss der Anwender sicherstellen, dass einwirkende Kräfte unter der Haltekraft bleiben. Besonders schnelle Lösezylinder können das Werkzeug so stark beschleunigen, dass der Impuls des Werkzeuges ausreicht, um die Halteposition des Spannsatzes zu überwinden. Die Einstellungen für den Lösevorgang sind ebenfalls an diese Situation anzupassen. Für vertikale Anwendungen ist die Haltefunktion nicht zulässig. Beim Werkzeugwechsel mit horizontal angeordneter Spindel ist der Verschleiß an den Auflagepunkten durch das Abkippen des Werkzeugs zu beachten, siehe folgendes Bild. ACHTUNG Vertikale Anwendungen mit haltendem Spannsatz sind nicht zulässig. 64 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

67 Mechanische Angaben 4.6 Betriebsarten Bild 4-16 Haltendes Spannsystem HSK A63 Typ C 4.6 Betriebsarten Die Spindel kann in drehzahl- und lagegeregeltem Modus betrieben werden. Die Positioniergenauigkeit und das Regelverhalten der Spindel hängt von folgenden Randbedingungen ab: Resonanzarmut des Spindelträgers Eigenschwingungsfreiheit der Werkzeuge Variationsbreite des Werkzeugträgheitsmomentes Taktzeiten der Regelung Zulässige Schwingungen Über den gesamten Drehzahlbereich ist die zulässige maximale radiale Schwinggeschwindigkeit begrenzt auf: 3 mm/s: im Leerlauf 6 mm/s: im Dauerbetrieb 10 mm/s: kurzzeitig (max. 5 s) Für die axiale Schwinggeschwindigkeit gelten jeweils die halben Werte. Bei der Abnahme wurde die Spindel mit einem Referenzwerkzeug auf = 1 mm/s im Leerlauf gewuchtet. Die Abnahme erfolgt im nicht eingebauten Zustand, entsprechend VDI Die ermittelten Messwerte (arbeitsseitig Wert A, antriebsseitig Wert B) sind im jeweiligen Abnahmeprotokoll dokumentiert. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 65

68 Mechanische Angaben 4.6 Betriebsarten Wenn bei Nachkontrolle im Feld eine Messung der Schwinggüte durchgeführt wird, dann muss sie mit einem feinstgewuchteten Werkzeug (Q = 2,5) erfolgen. Als Richtgröße dient dabei der bei der Abnahme ermittelte Schwingwert (siehe jeweiliges Abnahmeprotokoll). Durch den Einfluss der Werkzeugmaschine werden im eingebauten Zustand u. U. hiervon abweichende Schwinggeschwindigkeiten gemessen werden. ACHTUNG Schwingungen über 10 mm/s sind aus Sicherheitsgründen nicht zulässig, auch wenn das Bearbeitungsergebnis noch in Ordnung ist. Die Spindel muss sofort abgeschaltet werden. 66 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

69 Elektrische Angaben Definitionen Mechanische Grenzdrehzahl n max Die maximal zulässige Drehzahl nmax ist die max. erlaubte Drehzahl in Abhängigkeit von der max. mechanischen Drehzahl und der max. zulässigen elektrischen Drehzahl. S1-Betrieb (Dauerbetrieb) Ein Betrieb mit konstantem Belastungszustand, dessen Dauer ausreicht, den thermischen Beharrungszustand der Maschine zu erreichen. S6-Betrieb (Aussetzbelastung) Ein Betrieb, der sich aus einer Folge gleichartiger Lastspiele zusammensetzt, von denen jedes eine Zeit mit konstanter Motorbelastung und eine Leerlaufzeit umfasst. Wenn nicht anders angegeben, bezieht sich die Einschaltzeit auf ein Lastspiel von zwei Minuten. S6-40 %: 40 % Belastung, 60 % Leerlaufzeit Maximaldrehmoment M max Drehmoment, das für dynamische Vorgänge kurzzeitig zur Verfügung steht (z. B. für Beschleunigung). Die Berechnung erfolgt nach der Formel: Mmax 2 MN (genaue Werte siehe Datenblätter, Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139)) ACHTUNG Bei den Motorspindeln mit Synchronmotor darf der zulässige max. Motorstrom nicht überschritten werden, da dies zur Zerstörung des Rotors führen kann. Bei höheren Drehzahlen, also im Bereich konstanter Leistung, errechnet sich das maximal verfügbare Drehmoment Mmax bei einer bestimmten Drehzahl n in erster Näherung nach der Formel: Kennlinien siehe Kapitel P/n- und M/n-Diagramme (Seite 144). Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 67

70 Elektrische Angaben 5.2 Motor 5.2 Motor Der Antriebsmotor der 2SP1-Motorspindel ist auf der Spindelwelle zwischen den beiden Spindellagern integriert. Der Läufer ist elektrisch passiv und benötigt keine Stromzuführung. Die elektrische Leistung wird durch einen Umrichter aufbereitet und der Wicklung des Ständers zugeführt. Die im technischen Prozess unvermeidlichen Verluste bei der Wandlung der elektrischen in mechanische Leistung treten überwiegend im Ständer des Motors auf. Der Ständer ist deshalb mit einem Kühlsystem ausgestattet, welches für die notwendige Entwärmung sorgt und schädliche Temperaturen von der Maschinenstruktur fernhält. ACHTUNG Die 2SP1-Motorspindel ist für sinusförmige Ströme vorgesehen (Netz/Motor). Abweichende Stromformen des Umrichters (motorseitig), wie z. B. Block oder Trapez, sind nicht zulässig Vorteile des Direktantriebs Der Antriebsmotor besitzt keine eigene Lagerung. Sein Läufer ist direkter Bestandteil der Spindelwelle und wird durch die Lagerung der Spindelwelle getragen. Diese Antriebsart wird als Direktantrieb bezeichnet. Bei ihr entfällt die mechanische Koppelstelle zwischen der Motorwelle und der Spindelwelle mit ihren bekannten Schwachstellen. Gegenüber dem mechanisch gekoppeltem Antrieb zeichnet sich der Direktantrieb durch folgende Vorteile aus: Robustheit gegen hohe Drehzahlen Spielfreiheit des Spindelrotors gegenüber dem Antriebsmotor und hohe Genauigkeit im C-Achsbetrieb Gutes Geräuschverhalten und hohe Laufruhe Stabile Wuchtverhältnisse Das Drehmoment wird berührungslos auf den Läufer übertragen, ein mechanischer Verschleiß findet nicht statt. Die dadurch erzielte hohe Verfügbarkeit und Robustheit erübrigt Wartungsarbeiten am Antriebsmotor und gleicht somit den potentiellen Nachteil der erschwerten Zugänglichkeit des Motors aus Synchrone und asynchrone Motorvarianten Tabelle 5-1 Motorvarianten Standardausführung Option Synchronmotor Asynchronmotor Beide Motorvarianten haben spezifische Stärken und stellen bestimmte Anforderungen an die Leistungsumrichter, die der Maschinenhersteller bei der Planung der Maschine kennen sollte. 68 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

71 Elektrische Angaben 5.2 Motor Auswahl der Motorvariante In Leistung und Drehmoment ist der Synchronmotor dem Asynchronmotor deutlich überlegen. Er ist leistungsstärker und produziert unter Last spürbar weniger Verlustwärme als der Asynchronmotor. Die Motorwelle, die der Kühlung schwer zugänglich ist, wird beim Synchronmotor thermisch entlastet. Bei SINAMICS S120 ist die Funktionalität der Feldschwächung des Synchronmotors bereits im Standard-Funktionsumfang enthalten. Ein Überspannungsschutz wird mit der Funktion IVP oder dem VP-Modul erreicht. Die 2SP1-Motorspindel wird deshalb standardmäßig mit Synchronmotor angeboten. Hinweis Nur für den Fall, dass die Kompatibilität der Spindel zu fremden Antriebssystemen, die zur Feldschwächung von Synchronmotoren nicht geeignet sind, zu wahren ist, sollte die Option des Asynchronmotors in Erwägung gezogen werden. Tabelle 5-2 Gegenüberstellung der Vorteile von Synchron- und Asynchronmotoren Vorteile Synchronmotor Weniger Verlustwärme auf der Welle durch die permanente Magnetisierung des Läufers Besserer Wirkungsgrad Höheres Drehmoment und höhere Leistung bei vergleichbarer Baugröße Vorteile Asynchronmotor Feldschwächung auch bei Fremdumrichtern möglich Keine Schutzmaßnahmen gegen Motor- Überspannung erforderlich Kompatibel zu älteren Umrichtersystemen Generelle Motoreigenschaften Feldschwächung Die Feldschwächung bewirkt neben der Absenkung der Gegenspannung auch eine Reduzierung des Maximaldrehmomentes. Die Anwendung der Feldschwächung teilt die Leistungsentfaltung in einen Bereich konstanten Drehmomentes und in einen Bereich konstanter Leistung auf. Leistungsbegrenzung durch Blindleistungsaufnahme Mit steigender Drehzahl wächst die vom Motor aufgenommene elektrische Blindleistung. Der Blindleistungsbedarf geht zu Lasten der mechanischen Leistung. Im obersten Drehzahlbereich kann die konstante Spindelleistung deshalb nicht mehr aufrecht erhalten werden, sondern nimmt mit zunehmender Drehzahl wieder ab. Die Leistungsbegrenzung wird in den Leistungsdiagrammen durch die "Grenzleistungslinie" beschrieben. Der Umfang der Leistungsbegrenzung ist sehr stark von der Betriebsart (Stern-Dreieck) und vom Motortyp (synchron oder asynchron) abhängig. Bei Synchronmotoren bleibt die konstante Spindelleistung stets bis zur Maximaldrehzahl erhalten. Leistungsdiagramme der einzelnen Motoren siehe Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139). Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 69

72 Elektrische Angaben 5.2 Motor Konstantes Maximaldrehmoment Im unteren Drehzahlbereich ist die Feldschwächung nicht aktiviert und der effektive magnetische Fluss ist konstant, solange die dazu notwendige mit der Drehzahl proportionale Spannung die maximale Umrichterausgangsspannung nicht übersteigt. Somit steht in diesem Bereich ein konstantes Drehmoment zur Verfügung. Konstante Maximalleistung Im oberen Drehzahlbereich der Feldschwächung hat die Motorspannung die maximale Umrichterausgangsspannung erreicht. Deshalb muss der magnetische Fluss proportional zur Drehzahl zurückgenommen werden. Bei Asynchronmotoren geschieht dies durch Zurücknahme des Fluss bildenden Stromes und bei Synchronmotoren durch Einprägen eines dem Permanentmagnetfeld entgegen gesetzten Stromes bzw. Magnetfeldes. Das Permanentmagnetfeld wird also "geschwächt". Proportional zu dem mit der Drehzahl abnehmenden Flusses geht auch das Drehmoment zurück. Die mechanische Leistung als Produkt von Drehzahl und Drehmoment bleibt konstant. Eingeschränkte Maximalleistung (nur bei Asynchronmotoren) Der mit der Drehzahl zunehmende Bedarf an Blindleistung kann, je nach Motortyp, im obersten Drehzahlbereich zu einer Reduzierung der zur Verfügung stehenden Maximalleistung führen. Einfluss der Zwischenkreisspannung Die Drehzahl für den Einsatz der Feldschwächung und die Leistungsbegrenzung hängen von der Höhe der Zwischenkreisspannung ab. Hinweise zur Zwischenkreisspannung finden sich im Gerätehandbuch SINAMICS S120. Bei Synchronmotoren bleibt die Spindelleistung stets bis zur Maximaldrehzahl konstant. 70 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

73 Elektrische Angaben 5.2 Motor Bild 5-1 Prinzipielles Leistungsdiagramm (am Beispiel eines Asynchronmotors) Geeignete Umrichter/Systemumgebung Antriebssystem SINAMICS S120 Die 2SP1-Motorspindel ist auf das SINAMICS Antriebssystem abgestimmt. Die Winkelinformation des Sin-Cos-Gebers wird in der Geberschnittstelle des Antriebssystems vervielfacht. Es werden verschiedene Vervielfachungsfaktoren angeboten. Wird erhöhte Positioniergenauigkeit (z. B. C-Achse) und Laststeifigkeit gefordert, wird die Ausrüstung mit einem Vervielfachungsfaktor von 2048 empfohlen. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 71

74 Elektrische Angaben 5.2 Motor Einspeisung Grundsätzlich sind die 2SP1-Motorspindeln an Active Line Module (ALM) oder Smart Line Module (SLM) betreibbar. Die genannten Projektierungs- und Leistungsangaben beziehen sich auf den Betrieb mit ALM. Bei Betrieb an ungeregelten Einspeisemodulen anderer Zwischenkreisspannung sind diese Angaben ggf. zu korrigieren. Tabelle 5-3 Ausgangsspannungen des Antriebssystems Antriebssystem Ausgangsspannung Einspeisemodul Netzspannung Zwischenkreisspannung UNetz UZK UMot SINAMICS S120 3AC V ALM 400 V 600 V 425 V SLM 400 V 528 V 380 V SLM 480 V 634 V 460 V Das Antriebssystem SINAMICS S120 prägt einen feldschwächenden Strom ein, so dass ein Motorspindelbetrieb oberhalb der Spannungsgrenzkennlinie ohne Feldschwächung möglich ist. Das Verfahren, nach dem das Antriebssystem den feldschwächenden Strom einprägt, beeinflusst maßgeblich den Kurvenverlauf Überspannungsschutz (nur bei Synchronmotoren) Funktionsbeschreibung Bei den 2SP1-Motorspindeln in Synchrontechnik mit EMK U = 830 V bis 2000 V (Ueff = 570 V bis 1400 V) wird ein Spannungsschutz benötigt, um die Zwischenkreisspannung im Antriebssystem im Fehlerfall zu begrenzen. Fällt bei maximaler Drehzahl der Motorspindel die Netzspannung aus oder werden als Folge davon die Impulse am Umrichter gelöscht, speist der Synchronmotor mit hoher Spannung in den Zwischenkreis zurück. Der Spannungsschutz erkennt eine zu hohe Zwischenkreisspannung (DC > 830 V) und schließt die drei Motorzuleitungen kurz. Die in der Motorspindel verbleibende Energie wird über den Kurzschluss in Wärme umgesetzt und führt zu einem schnellen Abbremsen der Motorspindel. Spannungsbegrenzung Als Spannungsschutz können bei SINAMICS S120 eingesetzt werden: die Funktion IVP (Internal Voltage Protection) in Verbindung mit einem CSM zur sicheren Spannungsversorgung und einem Braking Module mit passendem Bremswiderstand das VPM (Voltage Protection Module) 72 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

75 Elektrische Angaben 5.2 Motor Integration und Systemvoraussetzungen der Funktion IVP Die Funktion IVP ist nur in Verbindung mit SINAMICS S120 Booksize und/oder SINUMERIK solutionline funktionsfähig. Als Standardfunktion ab Softwarestand 2.5 enthalten. Systemvoraussetzungen: SINAMICS S120 Booksize (6SL31xx-xxxxx-xxxx3), Softwarestand 2.5 Rückspeisefähiges Line Module mit einer Rückspeiseleistung, die mindestens der maximal genutzten S1 Leistung entspricht. Ausreichend dimensioniertes Motor Module mit Imax > 1,8-fachen Kurzschlussstroms des Motors Zusätzliche zwischenkreisgepufferte 24 V Versorgung (CSM) für die Spannungsversorgung der Regelung und Motor Module Braking Module mit Bremswiderstand Detaillierte Hinweise siehe Funktionshandbuch SINAMICS S120 /FH1/. Integration und Systemvoraussetzungen des VPM Das VPM ist zwischen Motor und Antriebssystem (maximale Entfernung vom Antriebssystem 1,5 m) anzubringen. Es sind geschirmte Motorzuleitungen zu verwenden. Systemvoraussetzungen SINAMICS S120 Booksize (6SL31xx-xxxxx-xxxx3) SINUMERIK 840D sl ab Softwarestand 1.3 Das VPM gehört nicht zum Lieferumfang der 2SP1-Motorspindel und muss separat bestellt werden. Dazugehörende Dokumentationen finden Sie im Literaturverzeichnis. Zuordnungstabelle für das VPM Tabelle 5-4 Zuordnung Spindel - VPM Bestellbezeichnung VP-/IVP-Modul Maximaldrehzahl nmax [1/min] Bemessungsstrom IN [A] 2SP1202-1xA VPM SP1202-1xB VPM SP1204-1xA VPM SP1204-1xB VPM SP1253-1xA VPM SP1253-1xB VPM SP1255-1xA VPM SP1255-1xB VPM Bemessungsmoment MN [Nm] Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 73

76 Elektrische Angaben 5.2 Motor Stern-Dreieck-Betriebsart (nur bei Asynchronmotoren) Beim Asynchronmotor besteht die Möglichkeit zwischen folgenden Betriebsarten zu wählen: Sternschaltung Dreieckschaltung Schaltungstechnische Ausführung der Stern-Dreieck-Umschaltung Zur Umschaltung zwischen den Betriebsarten sind deshalb beim Asynchronmotor alle sechs Anschlussadern der drei Wicklungsstränge herausgeführt. Die Umschaltung erfolgt außerhalb der Spindel durch Schalteinrichtungen, die nicht zum Lieferumfang gehören. ACHTUNG Bei Umschaltung der Schaltungsart (Stern-Dreieck) muss auch der entsprechende Datensatz zur Regelung des Motors umgeschaltet werden. Die Umschaltung darf nur bei lastfreier Spindel und bei Impulssperre des Leistungsteils vorgenommen werden. Informationen zur schaltungstechnischen Ausführung der Stern-Dreieck-Umschaltung siehe folgendes Bild und Funktionshandbuch SINAMICS S120 (FH1). Anwendung der Sternschaltung Die Sternschaltung bietet Vorteile bei niedrigen Drehzahlen. Das Maximalmoment in Sternschaltung ist ca. doppelt so hoch wie in der Dreieckschaltung. Allerdings führt der höhere Blindleistungsbedarf der Sternschaltung zu einer deutlichen Einschränkung des verfügbaren Drehmomentes im oberen Drehzahlbereich. Die Sternschaltung soll deshalb nur für Bearbeitungen wie beispielsweise das Schruppen aktiviert werden, die ein hohes Drehmoment im unteren Drehzahlbereich erfordern. Anwendung der Dreieckschaltung Die Dreieckschaltung liefert im unteren Drehzahlbereich zwar ein geringeres Maximalmoment als die Sternschaltung aber das Drehmoment bleibt bis zu hohen Drehzahlen hin verfügbar. Die Dreieckschaltung soll deshalb für alle Bearbeitungen im mittleren und hohen Drehzahlbereich aktiviert werden. 74 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

77 Elektrische Angaben 5.2 Motor Anschlussplan für Y/D-Umschaltung Bild 5-2 Anschlussplan für Y/D-Umschaltung mit SINAMICS 1) Nur durch Öffnen von K1 und K2 ist kein sicherer Betriebshalt gewährleistet. Deshalb sollte aus sicherheitstechnischen Gründen eine galvanische Trennung durch das Schütz Kx erfolgen. Dieses Schütz darf nur stromlos geschaltet werden, d. h. die Impulsfreigabe muss 40 ms vor der Schützabschaltung weggenommen werden. 2) Die Klemme X3 des Spannungsbegrenzungsmoduls VPM ist auf einen Digitaleingang der Control Unit zu verdrahten, auf der auch die zugeordnete geregelt wird. Für den Fall das mehrere VPM verwendet werden, ist jede Klemme auf einen eigenen Digitaleingang der relevanten Control Unit zu verdrahten. Bei einem Ankerkurzschluss (Klemme X3 hat geöffnet) muss die betroffene Achse in Impulssperre gehalten werden. Dazu wird der benutzte Digitaleingang über p0845 = r0722.xx auf das Steuerbit AUS2 (Impulssperre) verschaltet. Weitere Informationen finden Sie im SINAMICS S120 Funktionshandbuch. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 75

78 Elektrische Angaben 5.2 Motor Systemübersicht und Projektierungshinweise Systemübersicht Das Antriebssystem SINAMICS wird über DRIVE-CLiQ an die SINUMERIK 840D sl angesteuert. Bild 5-3 Systembeispiel mit SINUMERIK 840 D sl, 828D und SINAMICS S Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

79 Elektrische Angaben 5.2 Motor Dimensionierung der Motor Module Die Motor Module werden nach dem Bemessungsstrom IN der Spindel ausgewählt bzw. projektiert, siehe folgende Tabelle und Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139). Tabelle 5-5 Zuordnung Motorspindel - Motor Module Bestellbezeichnung 2SP1-Motorspindel Maximaldrehzahl nmax [1/min] Bemessungsstrom IN [A] Bemessungsmoment MN [Nm] Motorart Motor Module IN [A] bei S1 Bestellbezeichnung Motor Module 6SL SP1202-1xAxx synch. 30 1TE23-0AA3 2SP1202-1xBxx synch. 45 1TE24-5AA3 2SP1204-1xAxx synch. 60 1TE26-0AA3 2SP1204-1xBxx synch. 85 1TE28-5AA3 2SP1253-8xAxx ) 28 1) 70 1) asynch. 30 1TE23-0AA3 2SP1253-8xAxx ) 28 1) 70 1) asynch. 30 1TE23-0AA3 2SP1255-8xAxx ) 30 1) 140 1) asynch. 30 1TE23-0AA3 2SP1255-8xAxx ) 30 1) 140 1) asynch. 30 1TE23-0AA3 2SP1253-1xAxx (45) 100 (80) synch. 60 1TE26-0AA3 2SP1253-1xBxx (60) 100 (80) synch. 85 1TE28-5AA3 2SP1255-1xAxx (85) 170 (150) synch TE31-3AA3 2SP1255-1xBxx (105) 170 (150) synch TE31-3AA3 Werte in Klammern gelten für den Betrieb am nächst kleineren Motor Module. 1) Übersicht der Spindel-Werte für Sternschaltung, Umrichterauswahl gilt für Stern- und Dreieckschaltung Spindelleistungsdaten Spindelleistungsdaten siehe Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139). Hinweis Synchronmotor Beim Einsatz kleinerer Motor Module kann nicht der gesamte Drehzahlbereich abgefahren werden; dies gilt auch bei geringer Auslastung des Motors. Ab Bemessungsdrehzahl wird ein zusätzlicher Feldschwächstrom eingeprägt. Siehe hierzu die entsprechenden Kennlinien (siehe Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139)) bzw. wenden Sie sich an Ihre zuständige Siemens-Niederlassung. Für die Pollageidentifikation ist ein Mindeststrom erforderlich, d. h. bei der Auswahl von Motor Module und 2SP1-Motorspindel muss gelten: Bemessungsstrom (S1-Strom) Leistungsteil 50 % Motorbemessungsstrom Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 77

80 Elektrische Angaben 5.2 Motor Umrichterpulsfrequenzen Abhängig von der maximalen Motordrehzahl ist zur Erzielung eines optimalen Regelungsverhaltens eine Mindest-Umrichterpulsfrequenz einzuhalten. Mindest-Umrichterpulsfrequenz bis /min = 4,0 khz Derating des Umrichter-Bemessungsstroms Beim Umrichter kann der Bemessungsstrom von der Pulsfrequenz und von der Drehfrequenz des Ausgangsstromes abhängen. Für die Projektierung der 2SP1- Motorspindel sind 4,0 khz Taktfrequenz ausreichend. Ein drehfrequenzabhängiges Derating der Umrichter ist nicht erforderlich. Spindelleistungsschild Bild 5-4 Spindelleistungsschild 78 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

81 Elektrische Angaben 5.3 Anschlussleitungen/Steckerbelegungen 5.3 Anschlussleitungen/Steckerbelegungen Leistungsanschluss Der Leistungsanschluss der 2SP1-Motorspindel ist als Kabelanschluss ausgeführt. Die vorgesehene Anschlusslänge beträgt 1,5 m. Tabelle 5-6 Kabeleigenschaften Eigenschaften Kennwerte Bemerkung Leitungstyp Schleppfähig Minimaler Biegeradius Material 1-adrig oder 4-adrig, siehe folgende Tabelle ja; minimalen Biegeradius beachten. Kabel x 10 mm fest verlegt Kabel x 15 mm schleppfähig 1-adriges Kabel: z. B. PUR... 4-adriges Kabel: PUR z. B. PUR... Tabelle 5-7 Leistungsanschluss Bestellbezeichnung Motorspindel Motorart Schaltung Bemessungsstrom IN nmax Maximaldrehzahl Querschnitt Anschlussleitung Anschlussleitung max. Außendurchmesser Schirm [A] [1/min] [mm 2 ] [mm] 2SP1202-1xAxx-1 Y x 1-adrig 10 einzel 2) 2SP1202-1xBxx-2 synch. Y x 1-adrig 10 einzel 2) 2SP1204-1xAxx-1 Y x 1-adrig 14 einzel 2) 2SP1204-1xBxx-2 2SP1253-8xAxx-0 2SP1253-8xAxx-1 2SP1255-8xAxx-0 2SP1255-8xAxx-1 asynch. Y x 1-adrig 14 einzel 2) Y ) 6 2 x 4-adrig 16 gemeinsam 1) Δ 29 Y ) 6 2 x 4-adrig 16 gemeinsam 1) Δ 29 Y ) 6 2 x 4-adrig 16 gemeinsam 1) Δ 29 Y ) 6 2 x 4-adrig 16 gemeinsam 1) Δ 29 2SP1253-1xAxx-0 Y x 1-adrig 10 einzel 2) 2SP1253-1xBxx-0 Y x 1-adrig 12 einzel 2) 2SP1255-1xAxx-0 synch. Y x 1-adrig 14 einzel 2) 2SP1255-1xBxx-1 Y x 1-adrig 16 einzel 2) 1) 4-adrige Leitung mit gemeinsamen Schirm 2) PE-Leitung ohne Schirm Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 79

82 Elektrische Angaben 5.3 Anschlussleitungen/Steckerbelegungen Drehrichtung Mit der Verbindung der Leistungsleitungen mit dem Antriebssystem wird auch die Drehrichtung der Motorspindel festgelegt. Tabelle 5-8 Anschluss für Drehrichtung im Uhrzeigersinn Leitungsbezeichnung Motorspindel U1 bzw. Aderbezeichnung 1 V1 bzw. Aderbezeichnung 2 W1 bzw. Aderbezeichnung 3 Anschlussbezeichnung SINAMICS S120 U2 V2 W2 Drehrichtung der Spindel mit Blick auf die Antriebsseite Tabelle 5-9 Anschluss für Drehrichtung gegen den Uhrzeigersinn Leitungsbezeichnung Motorspindel U1 bzw. Aderbezeichnung 1 V1 bzw. Aderbezeichnung 2 W1 bzw. Aderbezeichnung 3 Anschlussbezeichnung SINAMICS S120 V2 U2 W2 Drehrichtung der Spindel mit Blick auf die Antriebsseite WARNUNG Das Drehfeld des Antriebssystems muss mit der Zählrichtung des Gebersystems übereinstimmen. Bei Anschluss wie in vorheriger Tabelle angegeben muss die Zählrichtung des Gebersystems über Parameter angepasst werden, siehe Listenhandbuch. Falls das Drehfeld des Antriebssystems und die Zählrichtung des Gebersystems nicht übereinstimmen, kann es zu unkontrollierten Bewegungen und zur Zerstörung der Motorspindel führen. 80 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

83 Versorgung mit Medien Übersicht zur Versorgung mit Medien Bild 6-1 Übersicht zur Versorgung mit Medien Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 81

84 Versorgung mit Medien 6.2 Kühlmedium 6.2 Kühlmedium Die Spindel ist für Wasserkühlung ausgelegt. Das Spindelgehäuse ist mit Kühlkanälen ausgestattet, die die Abwärme des Ständers an das Kühlwasser übertragen. Entsprechend der Strömungsmenge und der aufgenommenen Leistung wird das Kühlwasser beim Durchlauf durch die Spindel erwärmt. ACHTUNG Um den erforderlichen Wärmeübergang in den Kühlkanälen zu gewährleisten, ist die im Kapitel Bestellbezeichnung (Seite 137) aufgelistete Mindestmenge des Kühlwasserstromes einzuhalten. Hinweis Höhere Kühlwasserströme sind zulässig, solange der zulässige hydrostatische Systemdruck nicht überschritten wird Kühlwasser-Anschlüsse Tabelle 6-1 Kühlwasser-Anschlüsse 2SP120 2SP125 Bemerkung Anschlussfitting Steckverbinder für Schlauch G1/2" (Innengewinde) für spindelseitig 12/10 mm Schlauch 9 mm Anschlusskennzeichnung I = Motorkühlung Einlass I = Motorkühlung Einlass spindelseitig II = Motorkühlung Auslass II = Motorkühlung Auslass Zul. Anzugsmoment [Nm] -- max. 100 Nm ACHTUNG Die verwendeten Zuleitungen zu den Anschlüssen müssen flexibel und entlastet sein. Starre Rohrverbindungen sind nicht zulässig. Anschlussschläuche für die Steckverbinder der Spindel 2SP120x nur in PU/PA-Qualität verwenden. 82 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

85 Versorgung mit Medien 6.2 Kühlmedium Kühlwasser-Konditionierung Zur Erhaltung der Funktionsfähigkeit des spindelseitigen Kühlsystems ist das Kühlwasser zu konditionieren (siehe folgende Tabelle). Tabelle 6-2 Konditionierung des Kühlwassers Wert Min. Eingangstemperatur nicht betauend Max. Eingangstemperatur ohne Derating: 25 C mit Derating siehe folgende Tabelle: 40 C Max. hydrostatischer Druck 5 bar Max. Partikelgröße 100 μm Empfohlene Korrosionsschutzzusätze max. 25 % Clariant, Antifrogen oder Tyfocor VORSICHT Kühlung mit durchlaufendem Wasser aus Trink- oder Brauchwasserleitungsnetzen oder mit Kühlschmiermittel ist nicht zulässig. Die Kühlwassertemperatur ist entsprechend der Umgebungstemperatur so einzustellen, dass die Bildung von Kondenswasser vermieden wird. Die S1-Leistung (Dauerbetrieb) der Spindel ist von der Eingangstemperatur des Kühlwassers abhängig. Bei Eingangstemperaturen bis zu 25 C wird die im Datenblatt angegebene S1-Leistung erreicht. Oberhalb einer Kühlwassereingangstemperatur von 25 C reduziert sich die S1-Leistung (siehe folgende Tabelle). Tabelle 6-3 Reduzierung der S1-Leistung mit der Kühlwassertemperatur Eingangstemperatur [ C] Reduktionsfaktor , ,90 Zusätze zum Kühlwasser Zum Schutz vor Korrosion und Verunreinigung durch Organismen sind Zusätze zum Kühlwasser zu verwenden. Die Zusätze müssen mit den Materialien der spindelseitigen Kühlwasserführung verträglich sein. Darüber hinaus muss die Verträglichkeit mit den Materialien der maschinenseitigen Kühlwasserführung gegeben sein. Zwischen den Materialien der spindelseitigen Kühlwasserführung und der maschinenseitigen Kühlwasserführung darf keine elektrochemische Unverträglichkeit bestehen. Die maschinenseitige Kühlwasserführung ist entsprechend auszulegen. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 83

86 Versorgung mit Medien 6.2 Kühlmedium Materialauflistung mit der spindelseitigen Kühlwasserführung: Stahl, Grauguss Messing Edelstahl Viton GFK Kühlwasserbedarf Strömungsmenge und Druckabfall siehe Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139) Kühlsysteme Das Kühlwasser, das aus der Spindel abgezogen wird, muss durch ein externes Kühlsystem entwärmt werden. Das externe Kühlsystem gehört nicht zum Lieferumfang der Spindel. Die Wärmebelastung des Kühlwassers bei Bemessungsleistung der Spindel ist im Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139) beschrieben. Tabelle 6-4 Varianten für externes Kühlsystem Variante Vorhandenes Kühlaggregat wird mitbenutzt Charakteristikum Das vorhandenen Kühlaggregat muss um die Verlustleistung der Spindel vergrößert werden Materialverträglichkeit ist zu prüfen Pumpe muss die zusätzliche Strömungsmenge bei erforderlichem Druck bereitstellen Luft-/Wasser-Wärmetauscher- Kühlsystem Günstig in Investitions- und Betriebskosten, da kein Kompressor verwendet wird Der Wärmetauscher ist so zu bemessen, dass die Vorlauftemperatur für die Spindel max. 5 K über der Umgebungstemperatur liegt Höherer Flächenbedarf des Wärmetauschers als bei Rückkühlaggregat Stand Alone Rückkühlaggregat Die Vorlauftemperatur für die Spindel ist von der Umgebungstemperatur unabhängig 84 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

87 Versorgung mit Medien 6.2 Kühlmedium Kühlaggregatehersteller Tabelle 6-5 Kühlaggregatehersteller BKW Kälte-Wärme-Versorgungstechnik GmbH Benzstraße 2 D Wolfschlungen Tel.: +49 (0) Telefax: +49 (0) mailto:info@bkw-kuema.de DELTATHERM Hirmer GmbH Gewerbegebiet Bövingen 122 D Much Tel.: +49 (0) Telefax: +49 (0) mailto:info@deltatherm.de Glen Dimplex Deutschland GmbH, Geschäftsbereich RIEDEL Kältetechnik Am Goldenen Feld 18 D Kulmbach Tel.: +49 (0) Telefax: +49 (0) mailto:info@riedel-cooling.de Hydac System GmbH Postfach 1251 D Sulzbach/Saar Tel.: +49 (0) Telefax: +49 (0) Helmut Schimpke Industriekühlanlagen GmbH & Co. KG Ginsterweg D Haan Tel.: +49 (0) Telefax: +49 (0) mailto:info@schimpke.de Hyfra Industriekühlanlagen GmbH Industriepark 54 D Krunkel Tel.: +49 (0) Telefax: +49 (0) mailto:infohyfra@hyfra.com Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 85

88 Versorgung mit Medien 6.3 Druckluft KKT Kraus Kälte- und Klimatechnik Mühllach 11 D Röthenbach a. d. Pegnitz Tel.: +49 (0) Telefax: +49 (0) Pfannenberg GmbH Werner-Witt-Straße 1 D Hamburg Tel.: +49 (0) Telefax: +49 (0) Druckluft Verwendung von Druckluft Die in der folgenden Tabelle aufgeführten Funktionen werden mit Druckluft bedient. Tabelle 6-6 Verwendung von Druckluft Funktionen mit Druckluft Betätigung des Pneumatikzylinders Beschreibung Über den Pneumatikzylinder wird das Werkzeug in der Werkzeugaufnahme gespannt und gelöst Mindestdruck muss eingehalten werden Luftanforderung nur beim Spannen und Lösen des Werkzeugs Belastung mit Partikeln vergleichsweise unkritisch Sperrluft des Lagers Hoher Reinheitsgrad erforderlich (siehe Kapitel Konditionierung der Druckluft (Seite 89)) Volumenanforderung kontinuierlich Kegelreinigungsluft Schutz vor Verschmutzung der Werkzeugaufnahme vom Ausstoßen des alten Werkzeugs bis zum Einziehen des neuen Werkzeugs Luftanforderung nur während des Werkzeugwechsels Mittlerer Reinheitsgrad erforderlich Die Bereitstellung der Druckluft in der erforderlichen Qualität und Menge obliegt dem Maschinenhersteller bzw. dem Betreiber. Der Maschinenhersteller hat für die Steuerung der einzelnen Druckluftströme zu sorgen. 86 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

89 Versorgung mit Medien 6.3 Druckluft Bild 6-2 Vorschlag für Pneumatikplan Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 87

90 Versorgung mit Medien 6.3 Druckluft Druckluft-Anschlüsse Alle Anschlüsse bestehen jeweils nur aus einer Druckluftzuführung (Einlass). Die jeweils verbrauchte Druckluft wird an die Umgebung abgegeben. Tabelle 6-7 Druckluft-Anschlüsse bei 2SP120 Funktion Anschlussfitting (spindelseitig) Pneumatikzylinder Sperrluft Kegelreinigungsluft Werkzeug lösen, Werkzeug spannen, Luft Einlass Kegelreinigungsluft Luft Einlass Luft Einlass Einlass 1 x G3/8" (Innengewinde) für Schlauch 8 mm 1 x G1/8" (Innengewinde) für Schlauch 8 mm radial: G1/8" (Innengewinde) axial: 5,0 mm (O- Ring 6 x 2 mm vorsehen) für Schlauch 8 mm Anschlusskennzeichnung VIIa VIIIa V IX (spindelseitig) 1) Zul. Anzugsmoment 30 Nm 20 Nm 20 Nm 40 Nm 1) Anschlusskennzeichnung siehe auch Kapitel Maßzeichnungen G1/4" (Innengewinde) für Schlauch 8 mm Tabelle 6-8 Druckluft-Anschlüsse bei 2SP125 Funktion Anschlussfitting (spindelseitig) M16 x 1,5 (Innengewinde) für Schlauch 8 mm Anschlusskennzeichnung (spindelseitig) 1) Pneumatikzylinder Sperrluft Kegelreinigungsluft Werkzeug lösen, Werkzeug spannen, Luft Einlass Kegelreinigungsluft Luft Einlass Luft Einlass Einlass G1/8" (Innengewinde) für Schlauch 8 mm radial: G1/8" (Innengewinde) für Schlauch 8 mm X XI V IXa Zul. Anzugsmoment 30 Nm 20 Nm 20 Nm 40 Nm 1) Anschlusskennzeichnung siehe auch Kapitel Maßzeichnungen G1/4" (Innengewinde) für Schlauch 8 mm ACHTUNG Die verwendeten Zuleitungen zu den Anschlüssen müssen flexibel und entlastet sein. Starre Rohrverbindungen sind nicht zulässig. 88 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

91 Versorgung mit Medien 6.3 Druckluft Konditionierung der Druckluft Neben den unterschiedlichen Mindestanforderungen an die Speisung der Druckluftfunktionen, sind übergeordnet die in der Tabelle "Konditionierung" enthaltenen Bedingungen einzuhalten. Tabelle 6-9 Allgemeine Konditionierung der Druckluft Min. Zulufttemperatur [ C] Umgebungstemperatur Max. Zulufttemperatur 35 C Max. Restwassergehalt 0,12 g/m 3 Max. Restölgehalt 0,01 mg/m 3 Max. Reststaub 0,1 mg/m 3 Tabelle 6-10 Konditionierung Minimaler Druck [pa] Maximaler Druck [pa] Maximale Partikelgröße [μm] Pneumatikzylinder (5 bar) (10 bar) 50 Sperrluft 2, (2,5 bar) (3 bar) 8 Kegelreinigungsluft (5 bar) (6 bar) Volumenanforderungsdaten und Steuerung des Volumenbedarfs Zur Minimierung der Luftanforderung sollten die Druckluftfunktionen nur bei Bedarf zugeschaltet werden. ACHTUNG Die Sperrluft muss zum Schutz der Lagerung permanent aktiv sein, solange die Motorspindel dreht. Tabelle 6-11 Luftanforderung Druckluftfunktion Volumenanforderung [Nl] Steuerung des Volumenbedarfs Pneumatikzylinder Luftverbrauch pro Werkzeugwechsel 2SP120: 800 cm 3 /Zyklus 2SP125: 846 cm 3 /Zyklus Volumenanforderung nur beim Werkzeugwechsel (Lösen und Spannen) Kegelreinigungsluft 2,1 Nm 3 /h bei fünf Werkzeugwechseln pro Minute Aufschalten der Luft nur vom Ausstoßen des alten Werkzeugs bis zum Einziehen des neuen Werkzeugs erforderlich Sperrluft 1-1,5 Nm 3 /h 1) Aufschalten der Luft beim Einschalten der Maschine erforderlich 1) 1 Nm 3 = Normkubikmeter Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 89

92 Versorgung mit Medien 6.3 Druckluft Stand Alone Aggregate zur Drucklufterzeugung Die Druckluft und deren Aufbereitung muss durch einen externen Drucklufterzeuger bereitgestellt werden. Der Drucklufterzeuger gehört nicht zum Lieferumfang der Spindel. Erstellt der Maschinenbauer den Drucklufterzeuger aus separatem Kompressor, Druckspeicher und Druckregler, wird ein Aufbau wie im folgenden Bild vorgeschlagen. Bild 6-3 Vorschlag für Schaltplan eines Drucklufterzeugers 90 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

93 Versorgung mit Medien 6.4 Hydraulik (Option, nur für 2SP120) 6.4 Hydraulik (Option, nur für 2SP120) Verwendung von Hydraulik Das Spannen und Lösen der Werkzeugaufnahme erfolgt durch Hydraulik. Tabelle 6-12 Verwendung von Hydraulik Funktionen mit Hydraulik Betätigung des Hydraulikzylinders Beschreibung Über den Hydraulikzylinder wird das Werkzeug in der Werkzeugaufnahme gespannt und gelöst Mindestdruck muss eingehalten werden Hydraulikbedarf nur beim Spannen und Lösen des Werkzeugs Belastung mit Partikeln vergleichsweise unkritisch Der Maschinenhersteller ist verantwortlich für: Bereitstellung der Hydraulik in der erforderlichen Qualität und Menge Steuerung der einzelnen Hydraulikströme Bild 6-4 Vorschlag für Hydraulikplan Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 91

94 Versorgung mit Medien 6.4 Hydraulik (Option, nur für 2SP120) Hydraulik-Anschlüsse Alle Anschlüsse bestehen jeweils nur aus einer Hydraulikzuführung. Tabelle 6-13 Technische Daten zur Hydrauliksteuerung des Hydraulikzylinders Hydraulikzylinder Funktion Werkzeug lösen Werkzeug spannen Anschlussfitting (spindelseitig) G1/4" G1/4" Anschlusskennzeichnung (spindelseitig) 1) VII VIII Zul. Anzugsmoment 40 Nm 40 Nm Löse-/Spanndruck Max. Partikelgröße 50 bis 80 bar 100 μm 1) Anschlusskennzeichnung siehe auch Kapitel Maßzeichnungen ACHTUNG Die verwendeten Zuleitungen zu den Anschlüssen müssen flexibel und entlastet sein. Starre Rohrverbindungen sind nicht zulässig Volumenanforderungsdaten und Steuerung des Volumenbedarfs Zur Minimierung des Ölbedarfs sollten die Hydraulikfunktionen nur bei Bedarf zugeschaltet werden. 92 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

95 Versorgung mit Medien 6.5 Werkzeuginnenkühlung mit Kühlschmiermittel (Option) 6.5 Werkzeuginnenkühlung mit Kühlschmiermittel (Option) Die 2SP1-Motorspindel ist optional mit der Funktion Werkzeuginnenkühlung erhältlich. Hierbei wird über eine Drehdurchführung Kühlschmiermittel vom hinteren Wellenende durch die Spindelwelle an das Werkzeug geführt. Um die Lebensdauer der Drehdurchführung zu gewährleisten, muss das Kühlschmiermittel seitens des Anwenders entsprechend aufbereitet sein. Die "Werkzeuginnenkühlung mit Kühlschmiermittel" ist nur im ausgebauten Zustand und durch eine autorisierte Reparaturwerkstatt nachrüstbar. Tabelle 6-14 Anschluss der Werkzeuginnenkühlung Kühlschmiermittel Einlass Leckage Auslass Anschlussfitting (spindelseitig) G1/4" (Innengewinde) G1/8" (Innengewinde) Anschlusskennzeichnung (spindelseitig) bei 2SP120: X IV bei 2SP125: IXb Zulässiges Anzugsmoment [Nm] VORSICHT Eine starre Verrohrung des Anschlusses ist nicht zulässig. Die Leitung muss frei von Zug- und Druckkraft sowie von Biege- und Torsionsmoment sein. Die Leitung darf weder drucklos noch unter Druck Zugspannung aufweisen. Die Leitung darf kein Torsionsmoment auf das Anschlussfitting der Kühlschmiermittelzuführung ausüben. Zum Anschluss sind flexible Schlauchleitungen in bogenförmiger Anordnung zu verwenden. ACHTUNG Es wird sich im Betrieb, speziell beim Werkzeugwechsel, eine kleine Leckage von Kühlschmiermittel ergeben. Die Leckage wird innerhalb der Kühlschmiermitteldurchführung aufgefangen und über einen Leckageanschluss abgeführt. Die Leckage muss frei aus den Leitungen ablaufen können. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 93

96 Versorgung mit Medien 6.5 Werkzeuginnenkühlung mit Kühlschmiermittel (Option) Bild 6-5 Medienanschlüsse Bild 6-6 Leckageanschluss 94 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

97 Versorgung mit Medien 6.5 Werkzeuginnenkühlung mit Kühlschmiermittel (Option) Betriebsbedingungen Für die Führung des Kühlschmiermittelstromes der Spindel gelten für den Betrieb die Daten in der folgenden Tabelle. Tabelle 6-15 Daten der Kühlschmiermitteldurchführung Wert Bemerkung Max. Druck Pa (50 bar) Max. Drehzahl U/min auch drucklos Max. Partikelgröße 50 μm Kühlschmiermittel nach ISO 4406 (-/16/13) Max. Temperatur des Kühlschmiermittels 40 C max. Durchflussmenge 54 l/min druckabhängig Druckverlust 2, Pa (2,7 bar) Reibungsmoment 0,3 Nm Das Reibungsmoment der Kühlschmiermitteldurchführung führt zu deren Erwärmung und mindert das zur Verfügung stehende Maximaldrehmoment der Spindel. Tabelle 6-16 Zulässige Medien für die Werkzeuginnenkühlung Betrieb mit Kühlschmiermittel Betrieb mit Minimalmengen- Kühlschmierung Trockenbearbeitung ohne Druckluft Durchfluss muss gewährleistet sein Gemisch maximal 5 bar Schmiermittelanteil mindestens 10 ml/h Schmierung muss gewährleistet sein 2/2-Wegeventil muss (wegen evtl. Entmischung) ungehinderte Durchströmung ermöglichen (z. B. Kugelhahn) MMKS-System darf nie gleichzeitig mit Kühlschmiermittel bzw. Druckluft zugeschaltet werden Leitung muss entlüftet sein; kein Restdruck Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 95

98 Versorgung mit Medien 6.6 Externe Werkzeugkühlung mit Kühlschmiermittel (Option nur für 2SP120x) Beim Werkzeugwechsel kann zur Reinigung des Werkzeugkegels über die integrierte Kühlschmiermitteldurchführung Druckluft im Stillstand zugeführt werden. VORSICHT Die Kühlschmiermittelaufbereitung ist so auszuführen, dass Druckspitzen in der Zuleitung vermieden werden. Der maximal zulässige Druck darf auch bei Druckspitzen nicht überschritten werden. Die integrierte Kühlschmiermitteldurchführung ist nicht geeignet, um bei drehender Spindel Hydrauliköle und Druckluft zuzuführen. Bei Zuführung von Kühlschmiermittel zur inneren Werkzeugkühlung dürfen nur dafür geeignete Werkzeuge mit einer Durchgangsbohrung für den Austritt des Kühlschmiermittels und einem Übergaberohr zur leckagefreien Verbindung der Werkzeuges mit dem Spannsystem zum Einsatz kommen. Der Einsatz ungeeigneter Werkzeuge führt zum Auswaschen des Schmierfetts am Werkzeuggreifer und kann je nach Druck zum Ausfall der Spindel oder der Drehdurchführung führen. 6.6 Externe Werkzeugkühlung mit Kühlschmiermittel (Option nur für 2SP120x) Die Motorspindel 2SP120x ist optional mit der Funktion "externe Werkzeugkühlung" erhältlich. Die "externe Werkzeugkühlung mit Kühlschmiermittel" ist auch an ausgelieferten Spindeln nachrüstbar. Die Funktion "externe Werkzeugkühlung" erfolgt über einen Ring, der am Flansch der Motorspindel angebaut ist. Der Ring ist mit einstellbaren Spritzdüsen oder mit Gewindebohrungen zum Anbau kundenspezifischer Spritzdüsen verfügbar. Die Zuführung des Kühlschmiermittels erfolgt über einen axialen oder radialen Anschluss am drehfesten Spindelflansch. Der jeweils nicht genutzte Anschluss muss verschlossen werden. Über die manuell einstellbaren Spritzdüsen kann der Kühlschmiermittelstrahl so ausgerichtet werden, dass das Kühlschmiermittel das Werkzeug und das Werkstück von außen kühlt. Um die Funktion der Spritzdüsen zu gewährleisten, muss das Kühlschmiermittel seitens des Anwenders entsprechend aufbereitet sein (siehe Kapitel Betriebsbedingungen (Seite 98)). 96 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

99 (Option nur für 2SP120x) Versorgung mit Medien 6.6 Externe Werkzeugkühlung mit Kühlschmiermittel Bild 6-7 Linke Seite: Ring mit einstellbaren Düsen für die externe Werkzeugkühlung; rechte Seite: Ring mit Gewindebohrungen zum Einschrauben von Düsen oder Gliederketten für die externe Werkzeugkühlung Tabelle 6-17 Anschluss der externen Werkzeuginnenkühlung (bei 2SP120) Anschluss Kühlschmiermittel Einlass axial radial Anschlussfitting (spindelseitig) Bohrung 8,8 mm vorbereitet für G1/4" (Innengewinde) O-Ring 11 x 2 mm Anschlusskennzeichnung (spindelseitig) 1) XI XI Zul. Anzugsmoment - 40 Nm Kühlschmiermittel Auslass über einstellbare Düsen 6 Spritzdüsen, einstellbar von 0-30 (Standard) Kühlschmiermittel Auslass über Gewindebohrungen 8 x G1/4" Gewindebohrungen für kundenspez. Düsen (Option) 1) Anschlusskennzeichnung siehe auch Kapitel Maßzeichnungen Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 97

100 Versorgung mit Medien 6.6 Externe Werkzeugkühlung mit Kühlschmiermittel (Option nur für 2SP120x) VORSICHT Eine starre Verrohrung des Anschlusses ist nicht zulässig. Die Leitung muss frei von Zugund Druckkraft sowie von Biege- und Torsionsmoment sein. Die Leitung darf drucklos und unter Druck keine Zugspannung aufweisen. Die Leitung darf kein Torsionsmoment auf das Anschlussfitting der Kühlschmiermittelzuführung ausüben. Zum Anschluss sind flexible Schlauchleitungen in bogenförmiger Anordnung zu verwenden Betriebsbedingungen Für die Führung des Kühlschmiermittelstromes der Spindel gelten für den Betrieb die Daten in der folgenden Tabelle. Tabelle 6-18 Daten der externen Werkzeugkühlung mit Kühlschmiermittel Max. Druck Wert Pa (5 bar) Bemerkung Max. Partikelgröße 50 μm Kühlschmiermittel nach ISO 4406 (-/16/13) Max. Temperatur des Kühlschmiermittels 40 C Max. Durchflussmenge druckabhängig VORSICHT Die Kühlschmiermittelaufbereitung ist so auszuführen, dass Druckspitzen vermieden werden. Der maximal zulässige Druck darf nicht überschritten werden. 98 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

101 Versorgung mit Medien 6.7 Medienanschlüsse und Kennzeichnung 6.7 Medienanschlüsse und Kennzeichnung Medienanschlüsse für 2SP120x Tabelle 6-19 Medienanschlüsse für 2SP120x (spindelseitig) Beschreibung Kennzeichnung 1) Anschlussfitting Motorkühlung Einlass I Steckanschluss für Schlauch 12/10 mm Motorkühlung Auslass II Steckanschluss für Schlauch 12/10 mm Sperrluft Einlass V G1/8" radial oder axial über Bohrung 5 mm für Dichtung 6 x 2 mm Werkzeug lösen, Luft Einlass VIIa 1 x G3/8" Werkzeug spannen, Luft Einlass VIIIa 1 x G1/8" Werkzeug lösen, Hydraulik Einlass VII G1/4" Werkzeug spannen, Hydraulik Einlass VIII G1/4" Kegelreinigungsluft Einlass IX G1/4" Werkzeuginnenkühlung mit Kühlschmiermittel Kühlschmiermittel Einlass X G1/4" Leckage Auslass IV G1/8" Externe Werkzeugkühlung mit Kühlschmiermittel Kühlschmiermittel Einlass XI G1/4" radial oder axial über Bohrung 8,8 mm für Dichtung 11 x 2 mm Leckage Auslass IV G1/8" in Fettschrift = Option 1) Anschlusskennzeichnung siehe auch Kapitel Maßzeichnungen Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 99

102 Versorgung mit Medien 6.7 Medienanschlüsse und Kennzeichnung Bild 6-8 ECS-M pneumatisch 2SP120x-1Hx2x-xxxx ohne Drehdurchführung Bild 6-9 ECS-M pneumatisch 2SP120x-1Hx2x-xxxx mit Drehdurchführung 100 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

103 Versorgung mit Medien 6.7 Medienanschlüsse und Kennzeichnung Bild 6-10 ECS-M hydraulisch 2SP120x-1Hx3x-xxxx ohne Drehdurchführung Bild 6-11 ECS-M hydraulisch 2SP120x-1Hx3x-xxxx mit Drehdurchführung Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 101

104 Versorgung mit Medien 6.7 Medienanschlüsse und Kennzeichnung Bild 6-12 ECS-M 2SP120x optional externes Kühlschmiermittel Medienanschlüsse für 2SP125x Tabelle 6-20 Medienanschlüsse für 2SP125x (spindelseitig) Beschreibung Kennzeichnung 1) Anschlussfitting Motorkühlung Einlass I G1/2" Motorkühlung Auslass II G1/2" Sperrluft Einlass V G1/8" Werkzeug lösen, Luft Einlass X M16 x 1,5 Werkzeug spannen, Luft Einlass XI G1/8" Kegelreinigungsluft Einlass IXa G1/4" Werkzeuginnenkühlung mit Kühlschmiermittel Kühlschmiermittel Einlass IXb G1/4" Leckage Auslass IV G1/8" in Fettschrift = Option 1) Anschlusskennzeichnung siehe auch Kapitel Maßzeichnungen 102 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

105 Versorgung mit Medien 6.7 Medienanschlüsse und Kennzeichnung Bild 6-13 ECS-L 2SP125x ohne Drehdurchführung Bild 6-14 ECS-L 2SP125x mit Drehdurchführung Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 103

106 Versorgung mit Medien 6.7 Medienanschlüsse und Kennzeichnung 104 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

107 Sensoren Geber/Winkelencoder Elektrische Signale Die 2SP1-Motorspindel ist mit einem Hohlwellen-Inkrementalgeber mit 256 Strichen bestückt. Er ist robust gegen Schockbeanspruchung und Verunreinigungen. Die Maßverkörperung wird magnetisch abgetastet. Der Geber besitzt: ein Sinussignal ein Cosinussignal ein Referenzsignal Das Sinus-Cosinus-Signal ist zur Feininterpolation geeignet. Das Referenzsignal liefert einen Impuls je Wellenumdrehung und ermöglicht das Referenzieren des Wellenwinkels. Der Referenzimpuls zeigt beim Synchronmotor den positiven Nulldurchgang der Strangspannung der Phase U (in rechtsdrehender Feldrichtung) an. Die Geberschnittstelle ist elektrisch und funktional kompatibel zu den Gebern der SIEMENS-Hauptspindelmotoren. Tabelle 7-1 Bezeichnung der Gebersignale Signal Bezeichnung für nicht invertiertes elektrisches Signal Bezeichnung für invertiertes elektrisches Signal Sinus A A* A Cosinus B B* B Referenz R R* R Bezeichnung für Differenzsignal Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 105

108 Sensoren 7.1 Geber/Winkelencoder Elektrische Signale Die Signalinformation setzt sich elektrisch aus zwei Einzelsignalen zusammen, einem invertiertem und einem nicht invertiertem Signal. Die Einzelsignale haben einen Gleichspannungsanteil in der Höhe der halben Geber-Versorgungsspannung. Durch Subtraktion der Einzelsignale entsteht in der Geberschnittstelle des Umrichters das Differenzsignal von 1 Vpp (siehe folgendes Bild). Durch die Subtraktion verschwindet der Gleichspannungsanteil der Signalspur und die Signalhöhe verdoppelt sich gegenüber dem Einzelsignal. Das Differenzsignal ist für die nachfolgende Geberauswertung relevant. Die Eigenschaften des Differenzsignals werden nachfolgend beschrieben. Bild 7-1 Elektrische Signalpegel Phasenlage des Referenzsignals Die Phasenlage des Referenzsignalmaximums ist mittig zwischen Sinus- und Cosinussignal. Die maximale Abweichung vom theoretischen Wert wird in der Geber-Datentabelle als Eindeutigkeitsbereich α bezeichnet (siehe folgendes Bild). 106 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

109 Sensoren 7.1 Geber/Winkelencoder Phasenlage der Sinus-Cosinus-Signale Der Phasenversatz zwischen Sinus und Cosinussignal beträgt 90. Die maximale Abweichung vom theoretischen Wert wird in der Geber-Datentabelle als β bezeichnet (siehe folgendes Bild). Bild 7-2 Eindeutigkeitsbereich der Referenzspur; Phasenbeziehung zwischen Sinus- und Cosinussignal Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 107

110 Sensoren 7.1 Geber/Winkelencoder Gleichspannungs-Offset Die Signale können einen Gleichspannungsoffset aufweisen (siehe folgendes Bild). Die maximale Offsetspannung der beiden Inkrementalsignale (Sinus, Cosinus) und des Referenzsignales sind in der Geber-Datentabelle angegeben. Bild 7-3 Offsetspannungen der Gebersignale Tabelle 7-2 Elektrische Daten des Inkrementalgebers Bemerkung Einheit Kennwerte Versorgungsspannung V 5 ±5 % Versorgungsstrom ma 40 (typisch) min. typisch max. Signalhöhe (A ; B) Differenzsignal Vpp 0,75 1, ,10 1,20 Signalverhältnis (A ; B) 0,9 0, ,05 1,1 Phasenverschiebung β zwischen A und B el Signaloffset Differenzsignal mv Signalspannung R Differenzsignal V 0,4 1,0 1,2 Offset R-Signal mv Eindeutigkeitsbereich α el Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

111 Sensoren 7.1 Geber/Winkelencoder Anschluss der Signalleitung Der Anschluss der Signalleitung erfolgt über eine 17-polige Flanschdose. Zum Anschluss an den Umrichter sind fertig konfektionierte Leitungen (MOTION-CONNECT) zu verwenden. 1) Dadurch wird die Signaleinkopplung der zusätzlichen Temperaturfühler für Fremdsysteme in die Regelung vermieden Bild 7-4 Signalleitung ohne Auskopplung der Temperaturfühler Bild 7-5 Signalleitung mit Auskopplung der Temperaturfühler PTC, NTC Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 109

112 Sensoren 7.1 Geber/Winkelencoder PIN-Belegung Tabelle 7-3 PIN-Belegung für Geberanschluss (17-polige Flanschdose) PIN-Nr. Aderfarbe Signal Blick auf Steckseite 1 blau A 2 rot A* 3 grün R 4 braun PTC, NTC K227 2) 5 weiß/braun NTC K227, NTC PT3-51F 2) 6 weiß NTC PT3-51F 2) 7 schwarz M-Encoder 8 schwarz + KTY 84 1) 9 weiß - KTY 84 1) 10 weiß P-Encoder 11 grau B 12 gelb B* 13 braun R* 14 weiß PTC 2) 15 violett M Sense 16 orange P Sense 17 not connected 1) 2-adrige Temperaturfühlerleitung 2) Anschlüsse weiterer Temperaturfühler für Spindel 2SP120x Weitere Informationen zu den Signalleitungen siehe Katalog NC 61, Kapitel "Verbindungstechnik" Kommutierungswinkel ACHTUNG Bei Synchronspindeln muss der Winkel bei der Erstinbetriebnahme bzw. bei Spindeltausch neu ermittelt bzw. eingetragen werden! Das "eingebaute" Permanent-Magnetfeld des Rotors muss mit dem elektrisch erzeugten Magnetfeld des Stators synchronisiert werden. Dadurch wird die optimale Überlagerung der beiden Magnetfelder von Stator und Rotor ermöglicht. Durch eine Messung kann dieser "Synchronisierungs-Winkel" in Bezug auf die Nullmarke des Gebersystems ermittelt und im Antriebssystem gespeichert werden (Kommutierungswinkeloffset). 110 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

113 Sensoren 7.1 Geber/Winkelencoder Pollageidentifikation / Kommutierungswinkel bei SINAMICS ermitteln 1. Motor Module auswählen und Anwahl der Regelungsart "Drehzahlregelung mit Geber". 2. In der Motorauswahlliste die Motorspindel auswählen; anschließend Taste "Weiter" drücken. 3. Drehzahlgeber auswählen (Hohlwellen-Inkrementalgeber, 1 Vpp); anschließend Taste "Daten eingeben" drücken. 4. Die Pollageidentifikation liefert eine Grobsynchronisation. Im Geber ist eine Nullmarke vorhanden, deshalb kann nach Überfahren der Nullmarke die Pollage mit der Nullmarkenposition automatisch abgeglichen werden (Feinsynchronisation). Die Nullmarkenposition muss elektrisch (p0431) abgeglichen sein. Eine Feinsynchronisation wird empfohlen (p = 1), denn sie vermeidet Messstreuungen und ermöglicht eine zusätzliche Prüfung der ermittelten Pollage. 5. In der Geberdatenmaske ist unter Grobsynchronisation die "Pollageidentifikation" auszuwählen. Für die Feinsynchronisation ist "Nullmarken" anzuwählen. Die anderen Felder sind bereits vorbelegt. Über "Pollage-ID Parameter" wird das Verfahren "Sättigungsbasiert harmonische" angewählt und bestätigt. 6. Nach Abschluss des Assistenten und Einspielen der Daten in den Antrieb ist die Konfiguration abgeschlossen. Vorbelegt ist das korrekte Pollageidentifikationsverfahren (p1980) mit den motorspezifischen Identifikationsströmen (p0325, p0329) und deren Anwahl (p1982). 7. Vor Bestimmung des Kommutierungswinkeloffsets ist der Regelsinn des Antriebs zu prüfen, d. h. bei Motorrechtslauf muss der Geber in r0061 positive Drehzahlistwerte liefern. 8. Durch Anwahl von p1990 = 1 ist der richtige Kommutierungswinkeloffset (p0431) zu bestimmen. In der Expertenliste den Antrieb über das IBN-Tool (Steuertafel) eingeschalten (PLI wird durchgeführt) p1990 = 1. Anschließend einen kleinen Drehzahlsollwert vorgeben. Nach dem ersten Überfahren der Nullmarke wird der ermittelte Kommutierungswinkeloffset automatisch in p0431 eingetragen. Während der Ermittlungsroutine wird die Warnung A07971 ausgegeben. Am Ende der Messung wird p1990 automatisch auf den Wert 0 gesetzt. 9. Der automatisch ermittelte Wert in p0431 ist auf Plausibilität zu überprüfen. In der Parameterbeschreibung von p1990 werden dazu mehrere Verfahren vorgeschlagen (siehe SINAMICS S120/S150 Listenhandbuch LH1. Ist der Winkel bereits bekannt (z. B. Endabnahmeprotokoll) sollte dieser Wert zur Überprüfung des ermittelten Wertes herangezogen werden. Hinweis Abweichungen > 5 Bei Abweichungen > 5 ist Rücksprache mit dem autorisierten Fachpersonal des Herstellers erforderlich. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 111

114 Sensoren 7.2 Spannzustandssensoren 7.2 Spannzustandssensoren Funktionsbeschreibung siehe Kapitel Spannsystem und Werkzeugwechsel (Seite 59). Einbindung in die Steuerung siehe Kapitel Analoge und digitale Sensoren der Spindel 2SP120 (Seite 112) Analoge und digitale Sensoren der Spindel 2SP120 Informationen zur Sensorik für die Überwachung des Werkzeug-Spannstatus (Analogsensor S1) und für die Überwachung der Kolbenposition der Löseeinheit (Digitalsensor S4). Anschluss Der Anschluss der Sensoren erfolgt über Steckanschluss (siehe Zeichnungen, Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139)). Die Leitungen zum Anschluss der Sensoren gehören nicht zum Lieferumfang der Spindel. Sie sind als Standardware erhältlich. Tabelle 7-4 Elektrische Daten und mechanische Ausführung des Steckeranschlusses für den Spannzustandssensor (analog) Sensor S1 für die Anzeige des Spannzustands (analog) Typ Analoger Sensor Ausgangssignal Betriebsspannung Betriebsbemessungsspannung Bemessungsabstand Restwelligkeit Max. Linearitätsfehler Max. Arbeitspunktverschiebung Linearitätsbereich Anschluss Kurzschlussschutz Verpolschutz V V DC 24 V DC 3 mm 15 % von Ue ±3 % von Ua ±0,3 mm mm Steckverbindung ja ja 112 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

115 Sensoren 7.2 Spannzustandssensoren Sensor S1 für die Anzeige des Spannzustands (analog) Stecker (Stifte) am Kabelende Binder Serie 763, 4 Pins, (spindelseitig) Stecker (Buchsen) am Sensorkabel Typ Siemens: Axial: 3RX1535 Radial: 3RX1548 (mit LED) Typ Balluff: Axial: BKS-S19-4 Radial: BKS-S20-4 (mit LED) Die genauen Spannungswerte für die Spannzustände "Zugstange in Löseposition", "Werkzeug gespannt" und "gespannt ohne Werkzeug" werden im Abnahmeprotokoll der jeweiligen Spindel angegeben. Tabelle 7-5 Elektrische Daten und mechanische Ausführung des Steckeranschlusses für den Spannzustandssensor (digital) Sensor S1, S2, S3 für die Anzeige des Spannzustandes (digital) Pin-Anordnung am Sensor Stecker am Sensor Buchse am Kabel Steckkontakte M12 x 1 M12 x 1 Typ Siemens mit Steckerabgang Axial: 3RX1535 Radial: 3RX1548 (mit LED) Typ Balluff mit Steckerabgang Axial: BKS-S19-4 Radial: BKS-S20-4 (mit LED) Buchsenkontakte Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 113

116 Sensoren 7.2 Spannzustandssensoren Tabelle 7-6 Elektrische Daten und mechanische Ausführung des Steckeranschlusses für den Positionssensor der Löseeinheit Sensor S4 für die Anzeige der Kolbenposition der Löseeinheit Typ Digitaler Sensor Ausgangssignal Betriebsspannung Betriebsbemessungsspannung Betriebsbemessungsstrom Wiederholgenauigkeit Schaltfrequenz Leerlaufstrom Anschluss Kurzschlussschutz Verpolschutz Stecker (Stifte) am Kabelende (spindelseitig) PNP V DC 24 V DC 100 ma 5 % von Ue 600 Hz 12 ma Steckverbindung ja ja Binder Serie 763, 4 Pins, Stecker (Buchsen) am Sensorkabel Typ Siemens: Axial: 3RX1535 Radial: 3RX1548 (mit LED) Typ Balluff: Axial: BKS-S19-4 Radial: BKS-S20-4 (mit LED) 114 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

117 Sensoren 7.2 Spannzustandssensoren Digitale Sensoren der Spindel 2SP125 Informationen zur Sensorik für die Überwachung des Werkzeug-Spannstatus (Digitalsensor S1, S2 und S3). Tabelle 7-7 Elektrische Ausführung der Spannzustandssensoren Versorgung Schaltkontakt Belastbarkeit des Schaltkontaktes 0 V PIN V Toleranz max. ±20 % PIN 1 Strombedarf < 40 ma zzgl. Laststrom schaltet auf pos. aktiv (H) PIN 4 Versorgungsspannung schaltet nicht aktiv (L) hochohmig 200 ma max. (PIN 4) Folgende Spannungen sind nicht zulässig: größer 5 V unter der Spannung an PIN 3 und größer 5 V über der Spannung an PIN 1 Bei induktiver Last an PIN 4 ist eine entsprechende Maßnahme zur Spannungsbegrenzung vorzusehen. Anschluss Die Spannzustandssensoren sind berührungslose Transistor-Schalter mit 3-Draht- Anschluss. Der Anschluss der Sensoren erfolgt über Steckanschluss (siehe Zeichnungen, Kapitel Technische Daten und Kennlinien (Seite 139)). Die Leitungen zum Anschluss der Sensoren gehören nicht zum Lieferumfang der Spindel. Sie sind als Standardware erhältlich. Tabelle 7-8 Mechanische Ausführung des Steckanschlusses Pin-Anordnung am Sensor Stecker am Sensor Buchse am Kabel Typ Siemens mit Steckerabgang Axial: 3RX1535 Radial: 3RX1548 (mit LED) Typ Balluff mit Steckerabgang Axial: BKS-S19-4 Radial: BKS-S20-4 (mit LED) Steckkontakte Buchsenkontakte M12 x 1 M12 x 1 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 115

118 Sensoren 7.3 Thermische Sensoren/Motorschutz 7.3 Thermische Sensoren/Motorschutz Zur Erfassung der Motortemperatur dient der Kaltleiter KTY 84. Dieser ist zur analogen Temperaturmessung geeignet. In der Spindel 2SP120 sind zusätzlich noch weitere Temperatursensoren zur Erfassung der Motortemperatur über Heißleiter enthalten, die für den Betrieb an Fremdsystemen geeignet sind. Darüber hinaus beinhaltet die Spindel 2SP120 weitere Temperatursensoren, die einen Motorvollschutz ermöglichen (z. B. für Belastungen bei Spindelstillstand oder bei niedrigen Drehzahlen). Temperaturauswertung über KTY 84 Bei SINAMICS S120 ist kein externes Auslösegerät zur Auswertung der Motortemperatur erforderlich. Die Funktion des Kaltleiters wird überwacht. 1. Vorwarntemperatur Das Überschreiten der Vorwarntemperatur meldet der Umrichter über eine entsprechende Fehlermeldung. Die Meldung muss extern ausgewertet werden. Die Meldung erlischt, wenn Motortemperatur < Vorwarntemperatur. 2. Motorgrenztemperatur Beim Überschreiten der Motorgrenztemperatur schaltet der Umrichter ab und meldet dies über eine entsprechende Fehlermeldung. Tabelle 7-9 Technische Daten des Kaltleiters KTY 84 Bezeichnung Beschreibung Typ KTY 84 Kaltwiderstand (20 C) ca. 580 Ω Warmwiderstand (100 C) ca Ω Anschluss über Signalleitung (Polarität beachten!) Temperaturverlauf 116 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

119 Sensoren 7.3 Thermische Sensoren/Motorschutz Temperaturauswertung über Heißleiter (Spindel 2SP120) Beide Heißleiter NTC K227 und NTC PT3-51F sind standardmäßig enthalten und werden eingesetzt, wenn der Umrichter den Kaltleiter KTY nicht auswerten kann. Die Erfassung und Auswertung der Motortemperatur wird über das Sensorsignal vom Umrichter übernommen (siehe Dokumentation des Umrichters). Tabelle 7-10 Technische Daten NTC K227 und NTC PT3-51 Bezeichnung Technische Daten NTC K227 NTC PT3-51F Kaltleiterwiderstand (25 C) ca. 32,8 kω ca. 49,1 kω Warmwiderstand (100 C) ca Ω ca Ω Anschluss über Signalleitung Temperaturverlauf Temperaturauswertung über PTC-Kaltleiterdrilling (Spindel 2SP120) Die Auswertung des PTC-Kaltleiterdrillings muss über ein externes Auslösegerät erfolgen (nicht im Lieferumfang enthalten). Damit ist auch eine Überwachung auf Drahtbruch und Kurzschluss der Fühlerleitung gegeben. Die Auskopplung der PTC-Signale (siehe Kapitel Anschluss der Signalleitung (Seite 109)) muss spindelnah über einen Zwischenstecker oder einen Klemmenkasten erfolgen. Beim Überschreiten der Ansprechtemperatur muss der Motor drehmomentenfrei geschaltet werden. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 117

120 Sensoren 7.3 Thermische Sensoren/Motorschutz Tabelle 7-11 Technische Daten des PTC-Kaltleiterdrillings Bezeichnung Typ (gemäß DIN M180) Kaltleiterwiderstand (20 C) Warmwiderstand (180 C) Technische Daten PTC-Kaltleiterdrilling 750 Ω 1710 Ω Ansprechtemperatur 180 C Anschluss Über externes Auslösegerät z. B. 3RN1013-1GW10 Hinweis Die Kaltleiter haben keine lineare Kennlinie und sind damit nicht zur Ermittlung der momentanen Temperatur geeignet. Temperaturüberwachung arbeitsseitige Lagerung (Spindel 2SP120) Der Widerstandsfühler PT100 ist für die Spindel 2SP120x optional bestellbar. Der Widerstandsfühler PT100 wird verwendet zur Überwachung der Lagertemperatur Kompensation des thermisch bedingten Längenwachstums der Spindel Für die Auswertung müssen entsprechende PT100 Auswerteeinheiten verwendet werden. Der Anschluss erfolgt über die Signalleitung. Bild 7-6 Temperaturverlauf PT Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

121 Steuerung 8 Über die zentrale Maschinensteuerung (PLC) erfolgt die Steuerung der Spindel, des Werkzeugwechsels, der Versorgungseinrichtungen. Im Folgenden sind die Einschalt- und Betriebsbedingungen für einen ordnungsgemäßen Spindelbetrieb aufgeführt. 8.1 Freigabebedingungen für die Spindeldrehung Tabelle 8-1 Freigabe für Spindeldrehung Meldung/Sensorabfrage Erforderlicher Zustand Bemerkungen Motortemperatur TKTY84 < 150 C KTY 84 (eingebauter Motortemperatursensor) Spindelkühlung Kühlmedium-Temperatur im Sollbereich siehe Kapitel Kühlwasser- Konditionierung (Seite 83) Kühlmedium-Strömungsmenge im Sollbereich Druck an der Werkzeugspann- und Löseeinheit Druck zum Werkzeug spannen im Sollbereich 1) siehe Kapitel Spannsystem und Werkzeugwechsel (Seite 59) Kolben des Lösezylinders ohne Kontakt zur Spindelwelle 2) Sperrluft Eingangsdruck im Sollbereich siehe Kapitel Konditionierung der Druckluft (Seite 89) Spannzustandssensoren Werkzeug ist gespannt siehe Kapitel Spannsystem und Werkzeugwechsel (Seite 59) 1) Der Solldruck hängt davon ab, ob die Motorspindel mit einer pneumatischen oder hydraulischen Löseeinheit ausgerüstet ist. 2) Bei der Motorspindel 2SP120 wird die Position des Kolbens im Zustand gespannt zusätzlich mit einem Sensor überwacht. Dieser muss folgenden Zustand anzeigen: Werkzeugspann- und Löseeinheit in Endlage "gespannt". WARNUNG Der Maschinenhersteller muss eine Sensorauswertung vorsehen, mit denen die für die Freigabe der Spindeldrehung erforderlichen Zustände überprüft werden können. Erlischt eine der Freigabebedingungen, ist die Spindel still zu setzen. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 119

122 Steuerung 8.2 Spannzustandssensoren 8.2 Spannzustandssensoren Durch die Zug- bzw. Druckkraft der Zugstange wird das Werkzeug gespannt bzw. ausgestoßen. Beim Spannen bzw. Ausstoßen des Werkzeugs nimmt die Zugstange dabei eine entsprechende Position in axialer Richtung ein. Der Spannzustand ist an die axiale Position der Zugstange geknüpft und wird über diese abgefragt (siehe Bild "Signalzuordnung der Sensoren S1 und S4 für 2SP120", Kapitel Spannzustandssensoren 2SP120x (Seite 120)) Spannzustandssensoren 2SP120x Grundausstattung mit analoger Sensorik Sensor S1: Analoger Sensor zur Erfassung des Werkzeug-Spannzustands Sensor S4: Digitaler Sensor zur Erfassung der Position des Lösezylinders Bild 8-1 Signalzuordnung der Sensoren S1 und S4 für 2SP Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

123 Steuerung 8.2 Spannzustandssensoren ACHTUNG Im Betrieb kann es bei extremen Bearbeitungsbedingungen zu Signalstörungen kommen. Nennzustände von S1 und S4 Tabelle 8-2 Nennzustände von S1 (exakte Werte siehe Abnahmeprotokoll der jeweiligen Spindel) Zustand Zugstange in Löseposition Werkzeug gespannt Gespannt ohne Werkzeug Spannung [V] 8,5 V 1,5 bis 4,5 V 1 ±0,2 V Tabelle 8-3 Nennzustände von S4 Zustand Lösekolben hinten (Zustand Werkzeug gespannt) Lösekolben vorn (Zustand Werkzeug lösen) Signalpegel: High, Low H L Meldungen von S1 und S4 Tabelle 8-4 Meldungen des analogen Sensors zum Werkzeug-Spannzustand und des digitalen Sensors für die Position des Lösekolbens Zustand S1 analog S4 digital PLC-Aktion Mögliche Fehlerursachen Zugstange in Löseposition, Lösekolben vorne 1) Höchster Spannungspegel 8,5 V 2) L Freigabe zum Werkzeugwechsel nach definierter Wartezeit Zugstange in Löseposition, Lösekolben hinten 1) Höchster Spannungspegel 8,5 V 2) H keine Freigabe zur Spindeldrehung keine Freigabe Werkzeugwechsel Klemmen des Spannsystems defekte Sensoren WZG spannen, korrekte Spannposition nicht erreicht Mittlerer Spannungspegel > 4,5 bis 8,5 V 2) L keine Freigabe zur Spindeldrehung keine Freigabe Werkzeugwechsel Normalfall beim Übergang Spannen/Lösen Im Fehlerfall: Klemmen des Lösekolbens Fehlfunktion Schaltventil Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 121

124 Steuerung 8.2 Spannzustandssensoren Zustand S1 analog S4 digital PLC-Aktion Mögliche Fehlerursachen WZG spannen, korrekte Spannposition nicht erreicht Mittlerer Spannungspegel > 4,5 bis 8,5 V 2) H keine Freigabe zur Spindeldrehung keine Freigabe Werkzeugwechsel Normalfall beim Übergang Lösen/Spannen Im Fehlerfall: Fremdkörper in der Werkzeugaufnahme nicht normgerechtes Werkzeug Werkzeug nicht passend zur Werkzeug- Schnittstelle der Spindel WZG gespannt, korrekte Spannposition erreicht, Lösekolben noch an der Welle Niedriger Spannungspegel 1,5 bis 4,5 V 2) L keine Freigabe zur Spindeldrehung keine Freigabe Werkzeugwechsel Im Fehlerfall: Klemmen des Lösekolbens Normalfall beim Übergang Lösen/Spannen WZG gespannt, korrekte Spannposition erreicht, Lösekolben hinten Niedriger Spannungspegel 1,5 bis 4,5 V 2) H Freigabe zur Spindeldrehung nach definierter Wartezeit keine Freigabe Werkzeugwechsel Zugstange ist gespannt, aber Spannposition wurde überschritten Niedrigster Spannungspegel < 1,5 V 2) L keine Freigabe zur Spindeldrehung keine Freigabe Werkzeugwechsel Kein Werkzeug gespannt Nicht normgerechtes Werkzeug Lösekolben noch nicht in Endlage Zugstange ist gespannt, aber Spannposition wurde überschritten Niedrigster Spannungspegel < 1,5 V 2) H keine Freigabe zur Spindeldrehung keine Freigabe Werkzeugwechsel Kein Werkzeug gespannt Nicht normgerechtes Werkzeug Lösekolben in Endlage 1) Achtung: Klemmende Werkzeuge können mit dem Sensor S1 nicht erfasst werden 2) Die angegebenen Werte stellen Richtwerte dar. Die exakten Werte sind im Abnahmeprotokoll der jeweiligen Spindel angegeben Grundausstattung mit digitaler Sensorik Sensor S1: Digitaler Sensor zur Erfassung "Zugstange in Löseposition" Sensor S2: Digitaler Sensor zur Erfassung "Werkzeug gespannt" Sensor S3: Digitaler Sensor zur Erfassung "gespannt ohne Werkzeug" Sensor S4: Digitaler Sensor zur Erfassung der Position des Lösezylinders 122 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

125 Steuerung 8.2 Spannzustandssensoren Bild 8-2 Signalzuordnung der Sensoren S1, S2, S3 und S4 für 2SP120 Abhängig von der Position der Zugstange sprechen die Spannzustandssensoren an und erlauben die Erkennung des Spannzustandes (siehe folgende Tabelle). ACHTUNG Im Betrieb kann es bei extremen Bearbeitungsbedingungen zu Signalstörungen kommen. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 123

126 Steuerung 8.2 Spannzustandssensoren Meldungen von S1, S2, S3 und S4 Tabelle 8-5 Meldungen der digitalen Sensoren zum Werkzeug-Spannzustand Zustand S1 S2 S3 S4 PLC-Aktion Mögliche Fehlerursachen Zugstange in Löseposition, Lösekolben vorne 1) WZG gespannt, korrekte Spannposition nicht erreicht H L L L Freigabe zum Werkzeugwechsel nach einer definierten Wartezeit L L L L Keine Freigabe zur Spindeldrehung Keine Freigabe zum Werkzeugwechsel Fremdkörper (z. B. Span) in der Werkzeugaufnahme Nicht normgerechtes Werkzeug, Spannkopf zu kurz WZG gespannt, korrekte Spannposition wurde erreicht, Lösekolben noch im Kontakt mit der Welle L H L L Keine Freigabe zur Spindeldrehung Keine Freigabe zum Werkzeugwechsel Klemmen des Lösekolbens Übergang Lösen/Spannen WZG gespannt, korrekte Spannposition erreicht, Lösekolben hinten! Werkzeug ist gespannt L H L H Freigabe zur Spindeldrehung nach einer definierten Wartezeit Zugstange ist gespannt, aber Spannposition wurde überschritten, Lösekolben hinten L H H H Keine Freigabe zur Spindeldrehung Keine Freigabe zum Werkzeugwechsel Kein Werkzeug gespannt Nicht normgerechtes Werkzeug, Spannkopf zu lang Zugstange ist gespannt, aber Spannposition wurde überschritten, Lösekolben hinten L L H H Keine Freigabe zur Spindeldrehung Keine Freigabe zum Werkzeugwechsel Kein Werkzeug gespannt Nicht normgerechtes Werkzeug, Spannkopf zu lang Fehlfunktion Sensorik oder Auswerteeinheit Zugstange in Löseposition, Werkzeug gespannt, korrekte Spannposition wurde erreicht, Lösekolben hinten H H L H Keine Freigabe zur Spindeldrehung Keine Freigabe zum Werkzeugwechsel Klemmen des Spannsystems Fehlfunktion Sensorik oder Auswerteeinheit Zugstange in Löseposition, Zugstange ist gespannt, aber Spannposition wurde überschritten, Lösekolben hinten H H H H Keine Freigabe zur Spindeldrehung Keine Freigabe zum Werkzeugwechsel Fehlfunktion Sensorik oder Auswerteeinheit 1) Achtung: Klemmende Werkzeuge können mit dem Sensor S1 nicht erfasst werden 124 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

127 Steuerung 8.2 Spannzustandssensoren Spannzustandssensoren 2SP125x Grundausstattung mit digitaler Sensorik Tabelle 8-6 Grundausstattung und Option der digitalen Sensoren Sensor Zustandserfassung Automatischer Werkzeugwechsel Manueller Werkzeugwechsel Grundausstattung Option Grundausstattung Option S1 "Zugstange in Löseposition" X X S2 "Werkzeug gespannt" X --- X --- S3 "gespannt ohne Werkzeug" X X Bild 8-3 Signalzuordnung der digitalen Sensoren S1, S2 und S3 für 2SP125 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 125

128 Steuerung 8.2 Spannzustandssensoren VORSICHT Einsatz der Spindel ohne Sensoren S1 und S3 Wird die Spindel ohne die Sensoren S1 oder S3 eingesetzt, so ist durch andere Maßnahmen, wie beispielsweise Werkzeugüberwachung oder Bedienhandlungen sicherzustellen, dass der, für die Freigabe von Spindeldrehung oder Werkzeugwechsel erforderliche Spannzustand, erreicht wurde. Abhängig von der Position der Zugstange sprechen die Spannzustandssensoren an und erlauben die Erkennung des Spannzustandes (siehe Tabelle "Meldungen der digitalen Sensoren zum Werkzeug-Spannzustand", Kapitel Spannzustandssensoren 2SP120x (Seite 120)). ACHTUNG Im Betrieb kann es bei extremen Bearbeitungsbedingungen zu Signalstörungen kommen. 126 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

129 Steuerung 8.2 Spannzustandssensoren Meldungen von S1, S2 und S3 Tabelle 8-7 Meldungen der digitaler Sensoren zum Werkzeug-Spannzustand Zustand S1 S2 S3 PLC-Aktion Mögliche Fehlerursachen Zugstange in Löseposition 1) H L L Freigabe zum Werkzeugwechsel nach einer definierten Verzögerungszeit WZG gespannt, korrekte Spannposition nicht erreicht L L L Keine Freigabe zur Spindeldrehung Fremdkörper (z. B. Span) in der Werkzeugaufnahme Keine Freigabe zum Werkzeugwechsel Nicht normgerechtes Werkzeug, Spannkopf zu kurz WZG gespannt, korrekte Spannposition wurde erreicht! Werkzeug ist gespannt L H L Freigabe zur Spindeldrehung nach einer definierten Verzögerungszeit Zugstange ist gespannt, aber Spannposition wurde überschritten L H H Keine Freigabe zur Spindeldrehung Keine Freigabe zum Werkzeugwechsel Kein Werkzeug gespannt Nicht normgerechtes Werkzeug, Spannkopf zu lang Zugstange ist gespannt, aber Spannposition wurde überschritten L L H Keine Freigabe zur Spindeldrehung Keine Freigabe zum Werkzeugwechsel Kein Werkzeug gespannt Nicht normgerechtes Werkzeug, Spannkopf zu lang Fehlfunktion Sensorik oder Auswerteeinheit Zugstange in Löseposition, Werkzeug gespannt, korrekte Spannposition wurde erreicht H H L Keine Freigabe zur Spindeldrehung Keine Freigabe zum Werkzeugwechsel Klemmen des Spannsystems Fehlfunktion Sensorik oder Auswerteeinheit Zugstange in Löseposition, Zugstange ist gespannt, aber Spannposition wurde überschritten H H H Keine Freigabe zur Spindeldrehung Keine Freigabe zum Werkzeugwechsel Fehlfunktion Sensorik oder Auswerteeinheit 1) Achtung: Klemmende Werkzeuge können mit dem Sensor S1 nicht erfasst werden Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 127

130 Steuerung 8.3 Werkzeugwechsel 8.3 Werkzeugwechsel Der Werkzeugwechsel darf nur bei stehender Spindel durchgeführt werden. Während des Herausnehmens und Einsetzens des Werkzeugs muss der ordnungsgemäße Druck am Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder anstehen, siehe Kapitel Konditionierung der Druckluft (Seite 89) und Hydraulik (Option, nur für 2SP120) (Seite 91). VORSICHT Werkzeugwechselaktionen ohne ordnungsgemäßen Druck am Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder können zur Beschädigung des Spannsystems führen Automatischer Werkzeugwechsel bei 2SP120x Mit den Sensoren S1 und S4 kann der Werkzeugwechsel und die Spindelfreigabe gesteuert werden. Tabelle 8-8 Sensoren S1 und S4 Sensor S1 analog Anzeige/Bemerkungen (Mindeswartezeiten) Abhängig vom Werkzeug-Spannstatus werden die unterschiedlichen Spannungslevel 1 bis 3 angezeigt: Level 1: "Zugstange in Löseposition" ( 8,5 V) Level 2: "Werkzeug gespannt" (1,5 bis 4,5 V) Level 3: "gespannt ohne Werkzeug" (1 ±0,2 V) Die genauen Spannungswerte sind im Abnahmeprotokoll der Motorspindel angegeben. S4 digital Mindestwartezeiten twarten bis zum Entfernen und twarten bis zur Freigabe Zwischen dem Erscheinen der Meldung "Zugstange in Löseposition" (Level 1) und der Entnahme des Werkzeugs muss folgende Mindestwartezeit eingehalten werden: twarten bis zum Entfernen = 100 ms Vorsicht: Klemmende Werkzeuge können mit Sensor S1 nicht sicher erfasst werden. Nach dem Erscheinen der Meldung "Werkzeug gespannt" (Level 2) muss folgende Mindestwartezeit eingehalten werden: twarten bis zur Freigabe = 100 ms Zustandsanzeige, wenn sich der hydraulisch oder pneumatisch betätigte Lösekolben in einer sicheren Endposition befindet, ohne Kontakt zur rotierenden Spindelwelle. Lösekolben hinten (Zustand Werkzeug gespannt): H Lösekolben vorne (Zustand Werkzeug lösen): L 128 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

131 Steuerung 8.3 Werkzeugwechsel Freigabebedingung der Spindeldrehung Die Spindeldrehung kann freigegeben, wenn folgende Voraussetzungen erfüllt sind: S1 ist nach twarten bis zur Freigabe auf Level 2 (Level 3 darf nicht erreicht sein) S4 hat angesprochen Bild 8-4 Steuerdiagramm für automatischen Werkzeugwechsel mit S1 und S4 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 129

132 Steuerung 8.3 Werkzeugwechsel Ablauf Werkzeugwechsel mit Standard-Spannsystem und Werkzeugwechsel- Greifer Tabelle 8-9 Ablaufvorschlag für einen Werkzeugwechsel mit Standard-Spannsystem und Werkzeugwechsel-Greifer Schritt Beschreibung 1. Spindel stoppen (Drehzahl 0) in der orientierten Werkzeugwechselposition 2. Werkzeuginnenkühlung abschalten, Entlüftungsventil öffnen 3. Öffnen der Tür des automatischen Werkzeugwechselsystems 4. Bewegung der Maschinenachsen in die Werkzeugwechselposition 5. Werkzeugmagazin für Werkzeugwechsel vorbereiten 6. Start des automatischen Werkzeugwechselmechanismus - Werkzeugwechsel-Greifer entnimmt das WZG im Werkzeugmagazin und greift das WZG in der Spindel. 7. Stopp des automatischen Werkzeugwechselmechanismus 8. Aktivieren der Kegelreinigungsluft 9. Werkzeug lösen durch Ansteuerung des Ventils "Werkzeug lösen". Prüfen des Sensorsignals S1 1) auf Zustand "Zugstange in Löseposition". 10. Fortführung des automatischen Werkzeugwechselmechanismus - Werkzeugentnahme, 180 -Drehung des Werkzeugwechsel-Greifers und Einsetzen des neuen Werkzeugs in die Spindel. Ablage des vorher benutzten Werkzeugs im Werkzeugmagazin. Der Werkzeugwechsel-Greifer hält weiterhin das Werkzeug in der Spindel. 11. Abschalten der Kegelreinigungsluft und Schließen des Entlüftungsventils 12. Werkzeug spannen Prüfen des Sensorsignals S1 auf Zustand "Werkzeug gespannt" Prüfen des Sensors S4 auf Signal "high" (Lösekolben hinten) 13. Bewegung des Werkzeugwechsel-Greifers in die Parkposition. Beenden des automatischen Werkzeugwechselmechanismus. 14. Spindel starten. Schließen der Tür des automatischen Werkzeugwechselsystems. 15. Achsen in Arbeitsposition fahren 1) Genaue Prüfwerte siehe Abnahmeprotokoll der jeweiligen Motorspindel 130 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

133 Steuerung 8.3 Werkzeugwechsel Ablauf Werkzeugwechsel mit haltendem Spannsystem und Werkzeugwechsel- Greifer Tabelle 8-10 Ablaufvorschlag für einen Werkzeugwechsel mit haltendem Spannsystem und Werkzeugwechsel-Greifer Schritt Beschreibung 1. Spindel stoppen (Drehzahl 0) in der orientierten Werkzeugwechselposition 2. Werkzeuginnenkühlung abschalten, Entlüftungsventil öffnen 3. Werkzeug in der Spindel lösen durch Ansteuerung des Ventils "Werkzeug lösen". Prüfen des Sensorsignals S1 1) auf Zustand "Zugstange in Löseposition". Das Werkzeug wird weiterhin durch die Spannzange gehalten. Vorsicht: Das Werkzeuggewicht darf die zulässigen Grenzen nicht überschreiten, andernfalls kann das Werkzeug aus der Werkzeugaufnahme fallen. 4. Aktivieren der Kegelreinigungsluft 5. Öffnen der Tür des automatischen Werkzeugwechselsystems 6. Bewegung der Maschinenachsen in die Werkzeugwechselposition. Vorsicht: Bei zu hoher Bewegungs- oder Bremsbeschleunigung kann das Werkzeug aus der Werkzeugaufnahme fallen. 7. Werkzeugmagazin für Werkzeugwechsel vorbereiten 8. Start des automatischen Werkzeugwechselmechanismus - Werkzeugwechsel-Greifer entnimmt das WZG im Werkzeugmagazin und greift das WZG in der Spindel. Werkzeugentnahme (Haltekraft von 270 N muss überwunden werden) Drehung des Werkzeugwechsel-Greifers und Einsetzen des neuen Werkzeugs in die Spindel. Ablage des vorher benutzten Werkzeugs im Werkzeugmagazin. 9. Bewegung des Werkzeugwechsel-Greifers in die Parkposition. Beenden des automatischen Werkzeugwechselmechanismus. 10. Abschalten der Kegelreinigungsluft und Schließen des Entlüftungsventils 11. Werkzeug spannen Prüfen des Sensorsignals S1 auf Zustand "Werkzeug gespannt" Prüfen des Sensors S4 auf Signal "high" (Lösekolben hinten) 12. Spindel starten. Schließen der Tür des automatischen Werkzeugwechselsystems. 13. Achsen in Arbeitsposition fahren 1) Genaue Prüfwerte siehe Abnahmeprotokoll der jeweiligen Motorspindel Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 131

134 Steuerung 8.3 Werkzeugwechsel Manueller Werkzeugwechsel bei 2SP125x In der Grundausstattung (mit Sensor S2, ohne S1 und S3) kann die Ausführung für einen manuellen Werkzeugwechsel verwendet werden. ACHTUNG Für die Freigabe der Spindeldrehung und des Werkzeugwechsels muss durch Bedienhandlungen sichergestellt sein, dass der entsprechende Spannzustand erreicht wurde. VORSICHT Klemmende Werkzeuge können mit Hilfe des Sensors S1 nicht sicher erfasst werden. Wird die Spindel ohne den optionalen Sensor S1 betrieben, so liegt das Erkennen des Zustandes "Werkzeug gelöst" in der Verantwortung des Maschinenherstellers. Wird die Spindel ohne den optionalen Sensor S3 betrieben, so liegt das Erkennen des Zustandes "gespannt ohne Werkzeug" in der Verantwortung des Maschinenherstellers. Hinweis Es ist vorteilhaft, weitere Informationen durch zusätzliche Sensoren in den Steuerungsablauf des Werkzeugwechsels einzubeziehen. Zusätzliche Sensoren müssen durch den Maschinenhersteller bereitgestellt werden. Zur Steuerung des Werkzeugwechsels kann zusätzlich der Druck am Lösekolben herangezogen werden. 132 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

135 Steuerung 8.3 Werkzeugwechsel Freigabebedingung Freigabebedingung für das Einleiten des Werkzeugwechsels: der erforderliche Druck, zum Lösen des Werkzeugs, muss vorhanden sein Bild 8-5 Steuerdiagramm für manuellen Werkzeugwechsel mit S2 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 133

136 Steuerung 8.3 Werkzeugwechsel Automatischer Werkzeugwechsel bei 2SP125x Wird die Spindel mit den digitalen Sensoren S1, S2 und S3 betrieben, kann diese Ausführung für einen automatischen Werkzeugwechsel verwendet werden. Tabelle 8-11 Sensoren S1, S2 und S3 Sensor S1 digital S2 digital S3 digital Anzeige/Bemerkungen (Mindeswartezeiten) Zustandsanzeige "Zugstange in Löseposition" Mindestwartezeit Zwischen dem Erscheinen der Meldung "Zugstange in Löseposition" (H) und der Entnahme des Werkzeugs muss folgende Mindestwartezeit eingehalten werden: twarten bis zum Entfernen = 100 ms Vorsicht: Klemmende Werkzeuge können mit Sensor S1 nicht sicher erfasst werden. Zustandsanzeige "Werkzeug gespannt" Mindestwartezeit Nach dem Erscheinen der Meldung "Werkzeug gespannt" (H) muss folgende Mindestwartezeit eingehalten werden: twarten bis zur Freigabe = 100 ms Zustandsanzeige "gespannt, ohne Werkzeug" VORSICHT Bei Spindeln mit Werkzeug-Innenkühlung ist ausreichend Zeit vorzusehen zum Ausblasen des Kühlschmiermittels aus dem Werkzeugspanner. Erst danach darf ein neues Werkzeug gespannt werden. 134 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

137 Steuerung 8.3 Werkzeugwechsel Freigabebedingung für die Spindeldrehung Die Spindeldrehung kann freigegeben werden, wenn folgende Voraussetzung erfüllt ist: Nach der Mindestwartezeit twarten bis zur Freigabe muss S3 auf L sein Bild 8-6 Steuerdiagramm für automatischen Werkzeugwechsel mit S1, S2 und S3 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 135

138 Steuerung 8.3 Werkzeugwechsel 136 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

139 Bestellbezeichnung 9 Bestellbezeichnung für 2SP12 Die Bestellbezeichnung besteht aus einer Kombination von Ziffern und Buchstaben. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 137

140 Bestellbezeichnung 138 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

141 Technische Daten und Kennlinien Technische Kenndaten Elektrische Leistungsdaten Die Werte in der folgenden Tabelle gelten nur in Verbindung mit den Siemens Systemkomponenten SINAMICS S120. Tabelle 10-1 Elektrische Leistungsdaten Bestellbezeichnung PN MN nn IN PN MN PN MN nn IN Imax 1) nmax S1 [kw] S1 [Nm] [1/min] S1 [A] S6-40% [kw] S6-40% [Nm] S1 [kw] Sternbetrieb Synchron S1 [Nm] [1/min] Dreieckbetrieb S1 [A] [A] [1/min] 2SP1202-1HA -1D 12, , SP1202-1HB -2D 15, , SP1204-1HA -1D 26, , SP1204-1HB -2D 35, , Asynchron 2SP1253-8HA , , , SP1253-8HA0-1D 2 13, , , SP1255-8HA , , , SP1255-8HA0x-1D 2 11, , , Synchron 2SP1253-1HA , , reduzierte Motordaten 2) 22, SP1253-1HB0-1D 2 35, , reduzierte Motordaten 2) SP1255-1HA , , reduzierte Motordaten 2) SP1255-1HB0-1D 2 53, , reduzierte Motordaten 2) ) Der Maximalstrom darf wegen Entmagnetisierung nicht überschritten werden. 2) Die Werte gelten für reduzierte Motordaten passend zum nächst kleineren SINAMICS Motor Modul. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 139

142 Technische Daten und Kennlinien 10.1 Technische Kenndaten Versorgungsdaten Tabelle 10-2 Versorgungsdaten Bestellbezeichnung Max. Drehzahl nmax [1/min] Erforderliche Kühlleistung PkühlN [kw] bei Motorart Kühlmittelströmungsmenge V [l/min] Kühlmitteldruckabfall 1) Δp [hpa] Max. zulässiger Kühlmitteldruck p [bar] nn nmax 2SP1202-1HA -1D synch ,0 2,0 10 0,5 5,0 2SP1202-1HB -2D synch ,0 2,6 10 0,5 5,0 2SP1204-1HA -1D synch ,6 4,2 10 1,0 5,0 2SP1204-1HB -2D synch ,6 5,0 10 1,0 5,0 2SP1253-8HA0-0 2 asyn ,8 2,8 10 0,75 5,0 2SP1253-8HA0-1D 2 asyn ,8 2,8 10 0,75 5,0 2SP1255-8HA0-0 2 asyn ,3 4,3 10 1,0 5,0 2SP1255-8HA0-1D 2 asyn ,3 4,3 10 1,0 5,0 2SP1253-1HA0-0 2 synch ,1 3,0 10 0,75 5,0 2SP1253-1HB0-1D 2 synch ,1 4,5 10 0,75 5,0 2SP1255-1HA0-0 2 synch ,5 4,5 10 1,0 5,0 2SP1255-1HB0-1D 2 synch ,5 6,0 10 1,0 5,0 1) Bei angegebener Strömungsmenge 140 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

143 Technische Daten und Kennlinien 10.1 Technische Kenndaten Leistungsdaten an der Werkzeugaufnahme Tabelle 10-3 Leistungsdaten an der Werkzeugaufnahme Bestellbezeichnung der Motorspindel Rundlaufgenauigkeit 1) [μm] Einzugskraft 2) [kn] Typische Zeit 3) [ms] zum Werkzeug spannen 4) Werkzeug lösen 5) 2SP1202-1HA ,5 2SP1202-1HA ,5 2SP1202-1HB ,7 2SP1202-1HB ,7 2SP1204-1HA ,0 2SP1204-1HA ,0 2SP1204-1HB ,2 2SP1204-1HB ,2 2SP1253-8HA ,30 2SP1253-8HA ,50 2SP1255-8HA ,25 2SP1255-8HA ,75 2SP1253-1HA ,8 2SP1253-1HB ,25 2SP1255-1HA ,6 2SP1255-1HB ,1 Minimale Hochlaufzeit auf nmax 6) [sec] 1) Rundlauf gemessen am Lehrdorn im Abstand 280 mm von der Spindelnase. 2) Nennwert, abhängig von der Werkzeugschnittstelle (SK40/HSK A63) Toleranzwerte für SK40: +1,6 kn, -0,8 kn Toleranzwerte für HSK A63: +5,4 kn, -1,9 kn 3) Kennwerte sind abhängig vom Lösedruck, Volumenstrom und bei der pneumatischen Löseeinheit von der Anzahl der verwendeten Anschlüsse: Hydraulische Löseeinheit: Die angegebenen Werte werden bei 80 bar Lösedruck und ausreichendem Volumenstrom erreicht. Pneumatische Löseeinheit: Die angegebenen Werte werden bei 6 bar Lösedruck, ausreichendem Volumenstrom und zwei Anschlüssen erreicht. 4) Zeitspanne vom Schalten des Ventils bis zum Sensorsignal "Werkzeug gespannt". 5) Zeitspanne vom Schalten des Ventils bis zum Sensorsignal "Zugstange in Löseposition". 6) Bei ausreichend bemessenem Leistungsteil. Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 141

144 Technische Daten und Kennlinien 10.1 Technische Kenndaten Geometriedaten für 2SP120x Bild 10-1 Längen- und Durchmesserbezeichnungen für 2SP120x Tabelle 10-4 Geometriedaten für 2SP120x Bestellbezeichnung der Motorspindel Länge 1) [mm] Durchmesser [mm] (Passung für Cartridge) Flanschdurchmesser [mm] Lochkreisdurchmesser 2) [mm] Gewicht [kg] Abstützung auf NDE notwendig 5) L1 D1 (DE) D2 (NDE) D3 D4 2SP1202-1HA0x h7 199 h ) 4) ja 2SP1202-1HA1x h7 199 h ) 4) ja 2SP1202-1HB0x h7 199 h ) 4) ja 2SP1202-1HB1x h7 199 h ) 4) ja 2SP1204-1HA0x h7 199 h ) 4) ja 2SP1204-1HA1x h7 199 h ) 4) ja 2SP1204-1HB0x h7 199 h ) 4) ja 2SP1204-1HB1x h7 199 h ) 4) ja 1) Bei Einsatz der Option Werkzeug-Innenkühlung baut die Spindel 43 mm länger 2) Für die Befestigung sind 8 x M12-Schrauben mit einer Mindestfestigkeit 10.9 zu verwenden. Der Einbau hat so zu erfolgen, dass die Motorspindel keinen Zwangskräften unterliegt 3) Mit Werkzeug-Innenkühlung Gewicht +1 kg 4) Mit externer Werkzeug-Kühlung Gewicht +8 kg 5) Die Abstützung gilt bei horizontaler oder vertikaler Arbeitslage 142 Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0

145 Technische Daten und Kennlinien 10.1 Technische Kenndaten Geometriedaten für 2SP125x Bild 10-2 Längen- und Durchmesserbezeichnungen für 2SP125x Tabelle 10-5 Geometriedaten für 2SP125x Bestellbezeichnung der Motorspindel Länge 1) [mm] Durchmesser [mm] (Passung für Cartridge) Flanschdurchmesser [mm] Lochkreisdurchmesser 2) [mm] Gewicht [kg] Abstützung auf NDE notwendig 5) L1 D1 (DE) D2 (NDE) D3 D4 2SP1253-8HAxx h7 237 h ) nein 2SP1253-8HAxx h7 237 h ) nein 2SP1255-8HAxx h7 237 h ) nein 2SP1255-8HAxx h7 237 h ) ja 2SP1253-1HAxx h7 237 h ) nein 2SP1253-1HBxx h7 237 h ) nein 2SP1255-1HAxx h7 237 h ) nein 2SP1255-1HBxx h7 237 h ) ja 1) Bei Einsatz der Option Werkzeug-Innenkühlung baut die Spindel 43 mm länger 2) Für die Befestigung sind 8 x M12-Schrauben mit einer Mindestfestigkeit 10.9 zu verwenden. Der Einbau hat so zu erfolgen, dass die Motorspindel keinen Zwangskräften unterliegt 3) Mit Werkzeug-Innenkühlung Gewicht +1 kg 5) Die Abstützung gilt bei horizontaler oder vertikaler Arbeitslage Projektierungshandbuch, (PMSS), 02/2011, 6SN1197-0AC04-0AP0 143