Hybridkabel für Servomotoren

  • Bei Servoantrieben mit zentraler Steuerung geht der Trend zu Ein-Kabel-Lösungen. Sie übertragen sowohl Leistung als auch Daten über die Position und Drehzahl des Motors. © Foto: Lapp/HengstlerBei Servoantrieben mit zentraler Steuerung geht der Trend zu Ein-Kabel-Lösungen. Sie übertragen sowohl Leistung als auch Daten über die Position und Drehzahl des Motors. © Foto: Lapp/Hengstler
  • Bei Servoantrieben mit zentraler Steuerung geht der Trend zu Ein-Kabel-Lösungen. Sie übertragen sowohl Leistung als auch Daten über die Position und Drehzahl des Motors. © Foto: Lapp/Hengstler
  • Die Servo-Motor-Feedback Drehgeber-Serie von Hengstler ist konzipiert für anspruchsvollste Anwendungen. © Foto: Lapp/Hengstler
  • Typischer Leitungsaufbau eines Hybridkabels: Drei schwarze Leistungsadern, GN/GE Schutzleiter, optionales Steuerpaar mit Abschirmgeflecht (schwarz), Signalpaar mit alukaschierter Folie und Abschirmgeflecht (weiß/blau). © Foto: Lapp/Hengstler
  • Der Wellenwiderstand der Hybridleitungen von Lapp liegt konstant im Bereich von 110 ± 10 Ω, wie für ACURO®link gefordert. © Foto: Lapp/Hengstler

Servoantriebe werden normalerweise über mehrere Leitungen angeschlossen – für Leistung, Signale und Daten. Um die Verkabelung zu vereinfachen und Platz zu sparen, bieten sich Hybrid-Leitungen an, die alle Leitungen in einem Mantel vereinen. Sie halten Maschinen, Anlagen und ganze Fabriken in Bewegung und das besonders akkurat: Servoantriebe ersetzen herkömmliche Motoren, die früher einfach nur rotatorische Bewegungen ausführten. Durch Servoregler, Lage- und Drehzahlgeber können Servoantriebe definierte Positionen winkelgenau anfahren. Der Regler steuert den Motor, die Vorgaben kommen aus der Feldbus-Kommunikation, außerdem verarbeitet er die Signale der Lage- und Drehzahlgeber. Bei Antrieben, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, ist noch ein Temperaturfühler erforderlich, etwa wenn Beschleunigungs- und Bremsvorgänge zu starker Erwärmung führen. Einige Antriebe haben noch eine Haltebremse. Die ist zum Beispiel notwendig, wenn der Antrieb nach Erreichen der gewünschten Position eine hängende Last festhalten soll. Daraus folgt: Der Verkabelungsaufwand ist je nach Ausstattung und Beanspruchung des Servoantriebs erheblich.

Ein Kabel vereint alle Funktionen

Dieser Verkabelungsaufwand kostet Zeit und Geld. Die Anwender sind deshalb offen für Konzepte, die die Zahl der Leitungen verringern, am besten auf eine Leitung pro Antrieb. Diesen Wunsch erfüllen Ein-Kabel-Lösungen. Zu den Pionieren dieser Entwicklung gehört die Firma Hengstler. Das Unternehmen in Aldingen gilt als führender europäische Hersteller von industriellen Zähl- und Steuerungskomponenten. Neu im Programm ist die Schnittstelle Acurolink, die nach Angaben von Hengstler eine Einsparung von mindestens 50 Prozent des Steckplatzes verspricht. Zudem sind die Rüstkosten geringer und die Maschinensicherheit steigt. Hengstler nennt diese Technologie Single Cable Solution. Sie besteht aus einer Kombination des Drehgebers Acuro AD37 und der neuen offenen Schnittstelle Acurolink. Das Konzept hat vor allem bei kompakten Servomotoren Vorteile, die in großer Zahl bei größeren Anlagen verbaut werden. Die Antriebe benötigen bedeutend weniger Raum und sparen Gewicht ein. Schon seit 1983 entwickelt und produziert Hengstler Drehgeber.

„Diese langjährigen Erfahrungswerte und die enge Zusammenarbeit während der Pilotprojektphase mit namhaften Kunden sorgen dafür, dass die Single Cable Solution das Potential mitbringt, einen neuen Industriestandard zu schaffen“, erklärt Adrian Benz, Teamleiter Marketing Communication bei Hengstler.

Hybridleitungen für die Motor-­Feedback-Kommunikation

Lapp hat zwei Hybridkabel entwickelt, über die die gesamte Motor-Feedback-Kommunikation von Acurolink läuft: die Ölflex Servo FD 7DSL und die Ölflex Servo 7DSL. Bei beiden Typen werden Leistung und Daten über eine gemeinsame Leitung übertragen. Dies gilt auch für die Signale weiterer Sensoren, etwa des Temperaturfühlers. Diese Daten werden in das digitale Motor-Feedback-Protokoll einbezogen. Für das Datenpaar dienen 7- oder 19-drahtige verzinnte Kupferleiter. Die Verzinnung ist notwendig, um das Isolationsmaterial vor einem direkten Kontakt mit Kupfer zu schützen. Das erhöht die Lebensdauer, da die Wärmealterung und die Oxidation verhindert wird. Ebenso wichtig sind elektrische Parameter wie der charakteristische Wellenwiderstand, Dämpfungswerte aber auch Kapazitäts-, Induktivitäts- und Widerstandsbeläge sowie Laufzeiten und Wellenimpedanzen im definierten Frequenzbereich, denn Hybridleitungen sollen neben Leistung und Steuersignalen ja auch Daten sicher und ohne Informationsverluste übermitteln.  
Die „FD“-Variante der Lapp-Leitungen besitzt einen hochstrapazierfähigen PUR-Mantel. Damit ist sie besonders für den Einsatz in Führungsketten geeignet, wo sie millionenfach hin und her bewegt und gebogen wird. Bei fester Verlegung genügt auch die kostengünstigere PVC-Version. Beim Isolationsmaterial der Leiter unterscheiden sich beide Varianten nicht: für beide wird PP (Polypropylen) verwendet. Das sorgt für eine kapazitätsarme Ausführung und minimiert Ableitströme auf dem Schirmgeflecht. PP erlaubt zudem geringere Wandstärken des Isolators als mit PVC. Aus den geringeren Wandstärken bei der Isolierung folgt ein bis zu 20 Prozent geringerer Außendurchmesser im Vergleich zu PVC.
Ein wichtiges Argument, das für die Ein-Kabel-Lösung spricht, sind die Kosten. Allein der Wegfall der Drehgeberleitung führt zu Kostenersparnissen von bis zu zehn Prozent. Hinzu kommen verringerte Montage- und Instandhaltungszeiten. „Auch bei Leitungen für Torsionsanwendungen kann Lapp sein Know-how einbringen und Typen für anspruchsvolle Anforderungen anbieten“, erklärt Lucas Kehl, Leiter Produktmanagement Kabel bei Lapp.

Auch mit Licht statt Strom

Hybridlösungen sind nicht auf Servo-Antriebe beschränkt. Auch für Industrial Ethernet oder optische Datenübertragungssysteme wie optische Polymerfasern (POF) oder kunststoffummantelte Glasfasern (PCF) werden sie immer beliebter. Die Lapp-Gruppe hat hier ebenfalls große Erfahrung. Optische Datenübertragungssysteme sind vor allem bei EMV-kritischen Anwendungen sinnvoll. Die Gefahr von Störungen oder Ausfällen elektrischer Systeme aufgrund elektromagnetischer Ursachen hat zugenommen. Ursache ist die schnelle Verbreitung elektronischer Komponenten in der Industrie und damit eine Zunahme sowohl potentieller Störquellen als auch EMV-empfindlicher Störsenken.

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U.I. Lapp GmbH
Schulze-Delitzsch-Str. 25
70565 Stuttgart
Telefon: +49 71178 38 01

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