Dynamische Regelungstechnik Drive Controller von Sieb & Meyer vereinen Servoverstärker und Frequenzumrichter

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Anstelle spezifischer Frequenzumrichter bzw. Servoverstärker stellt Sieb & Meyer seinen Kunden universell einsetzbare Drive Controller zur Verfügung, die beide Anwendungswelten bedienen können. Mit der Antriebsgeneration SD4x profitieren Anwender von Lösungen, die Hersteller von Standardgeräten so nicht bieten können.

Der Begriff „eierlegende Wollmilchsau“ findet meist im ironischen Kontext Verwendung. Der Vergleich mit dem vielseitig begabten Phantasietier weist beispielsweise auf die Unmöglichkeit hin, alles auf einmal im Angebot zu haben oder unterschiedlichste Funktionen in nur einem Tool zu verbinden. Mit seinen Drive Controllern beweist Sieb & Meyer das Gegenteil. Denn die Geräte integrieren nicht nur die Funktionen eines Frequenzumrichters und eines Servoverstärkers gleichermaßen, sondern tun das auf hohem Niveau und in logischer Konsequenz ihrer technischen Spezifikationen.

Drive Controller sind eine dynamische Lösung für Regelungstechnik 

Der Hersteller entwickelt und vertreibt seit mehreren Jahrzehnten sowohl Frequenzumrichter als auch Servoverstärker. Der Fokus liegt auf Hochgeschwindigkeitsanwendungen im Falle der Frequenzumrichter und auf hochdynamischen Positionieranwendungen bei den Servoverstärkern. Das hat schon vor rund 20 Jahren dazu geführt, dass beide Anwendungsbereiche quasi mit den identischen Geräten bedient werden. Das funktioniert, weil der Hersteller zum Erreichen der applikationsseitigen Regelungseigenschaften in beiden Anwendungsfällen entsprechende Mess- und Regelungstechnik zum Einsatz bringt.

Aber warum ist das nicht allgemein üblich? Gründe für ein separates Angebot von Frequenzumrichtern und Servoverstärkern im Standard-Segment liegen vor allem auf der preislichen Seite, da die Volumenhersteller sich auf Massenanwendungen wie beispielsweise Förderbänder oder einfache Bewegungsachsen fokussieren. Diese simplen Anwendungen haben normalerweise keine hohen regelungstechnischen Anforderungen, sodass es sich lohnt, Frequenzumrichter beziehungsweise Servoverstärker einzusetzen, deren Hard- und Software auf ein Mindestmaß reduziert wurden. „Der Servoverstärker ist eigentlich immer die höherwertige Komponente“, findet Torsten Blankenburg, CTO bei Sieb & Meyer. „Ein Servoverstärker könnte in der Regel auch ein Frequenzumrichter sein, aber diese Dynamik kostet Geld und braucht einen sehr großen Overhead. Deshalb liegt der Preis eines Standard-Frequenzumrichters in der Regel unter dem des Servoverstärkers. Und das führt zu einer Zweiteilung.“

Typische Anforderungen hochdynamischer Anwendungen

In den Applikationen, die hier im Fokus stehen, ist das keine Option. Denn um die notwendigen Systemeigenschaften zu erreichen, sind hard- und softwareseitig keine Kompromisse möglich. „Wir bewegen uns im Hochgeschwindigkeitsbereich, und dafür benötigen wir entsprechendes Mess­equipment in den Geräten und dynamische Regelungstechnik“, führt Blankenburg aus. „Das bedeutet, wir brauchen das, was den Servoverstärker per se ausmacht, auch für unsere Frequenzumrichter-Anwendungen. Und da wir in beiden Bereichen diese hohe Performance benötigen, ist eine hardwareseitige Unterscheidung beider Komponenten in unserer Nischenanwendung nicht sinnvoll.“

Typische Anwendungen für Servoverstärker aus dem Sortiment des Herstellers bewegen sich in einem Leistungsbereich von sieben bis acht Kilowatt. Ein Charakteris­tikum dieser hochdynamischen Applika­tionen sind ihre Lastspitzen. Deshalb verfügt die End­stufe bei den kleineren Drive Controllern über eine hohe Überlastfähigkeit. Das kommt der Servo-Applikation zugute, wird im Frequenzumrichter aber nicht benötigt. Bei den größeren Leitungsklassen verzichtet der Hersteller auf die hohe Überlastfähigkeit, weil das Unternehmen dort keine typischen Servo-Anwendungen bedient. Stattdessen unterstützt der Hersteller im hohen Leistungsbereich High-Speed-Motoren – also typische Frequenzumrichter-Anwendungen – mit seinen Drive Controllern. Diese Applikationen erfordern einen hohen Nennstrom, jedoch nur einen geringfügig höheren Spitzenstrom.

„Unsere kleinen Geräte zeichnen sich durch ein hohes Nenn- zu Spitzenstromverhältnis aus“, erklärt Torsten Blankenburg. „Die Bandbreite wird dann mit steigender Leistung immer geringer. Diese Spezifikation deckt sich mit den Anforderungen der Frequenzumrichter- und Servo-Applikationen unserer Kunden. Natürlich gibt es auch Servo-Anwendungen von 100 Kilowatt und höher, aber das ist dann wieder eine andere Nische, die aktuell nicht von uns bedient wird.“

Die Hauptunterscheidungsmerkmale bzw. Gemeinsamkeiten der Anforderungen an Frequenzumrichter und Servoverstärker in den unterschiedlichen Anwendungsfeldern fasst die Tabelle auf einen Blick zusammen. Es wird deutlich, dass in den Bereichen High-Speed-Motoren und hochdynamische Servoachsen eine sehr hohe Überdeckung der Eigenschaften vorliegt. Das unterstreicht noch einmal die Konsequenz des Konzepts, hardwareseitig keine separaten Geräteausprägungen zu entwickeln, sondern einen universellen Drive Controller, der über die spezifische Software­einstellung beiden Welten gerecht wird.

Drive Controller: Anwender profitieren von reduzierter Gerätevielfalt

Mit dem Konzept des Drive Controllers wird die Komponentenvielfalt nicht nur im eigenen Haus, sondern auch bei den Kunden reduziert. Der Anwender erhält einen hocheffizienten Hochgeschwindigkeits-Frequenzumrichter, der die Eigenschaft eines Servoverstärkers bereits mitbringt. Entsprechend kann dieselbe Hardware beispielsweise in einer Werkzeugmaschine für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung für beide Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Das reduziert die Hersteller- und Gerätevielfalt ebenso wie Anzahl der vorzuhaltenden Ersatzteile. „Gerade in einer Werkzeugmaschine hat man eigentlich immer beide Welten“, sagt Torsten Blankenburg. „Für die Bearbeitungsspindel habe ich den Frequenzumrichter, für die Bewegungsachsen Servoverstärker. Und mit unseren Drive Controllern können beide Applikationen optimal bedient werden.“

Der Autor Markus Finselberger ist Leiter Vertrieb Antriebs­elektronik bei Sieb & Meyer.