Ein-Kabel-Lösungen für Servoantriebe

Lapp-Hybridleitungen für Single Cable Solution von Hengstler

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Servoantriebe mit nur einer Leitung für Leistung, Signale und Daten anschließen – geht das? Ja, mit Hybridleitungen, die alle Leitungen und Funktionen in einem Mantel vereinen. Für die digitale Schnittstelle Acurolink der Hengstler GmbH hat die Lapp-Gruppe Hybridleitungen zur Motor-Feedback-Kommunikation entwickelt.

Lucas Kehl, Leiter Produktmanagement Kabel bei der U.I. Lapp GmbH

Servoantriebe haben in Fabriken vieles einfacher und präziser gemacht, wenn es um Bewegungen in Maschinen, Anlagen und ganze Fabriken geht. Sie ersetzen herkömmliche Motoren, die früher einfach nur rotatorische Bewegungen ausführten. Allerdings ist hierdurch auch der Verkabelungsaufwand gestiegen. Servomotoren sind nämlich mit einem Drehgeber ausgestattet, der Daten über Position und Geschwindigkeit an den Regler zurückspielt. Dieser führt einen Soll-Ist-Vergleich aus und regelt den Motor nach. Bei Antrieben, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, ist zudem noch ein Temperaturfühler erforderlich, etwa wenn Beschleunigungs- und Bremsvorgänge zu starker Erwärmung führen. Einige Antriebe verfügen darüber hinaus über eine Haltebremse. Diese ist notwendig, wenn der Antrieb nach dem Erreichen der gewünschten Position beispielsweise eine hängende Last festhalten soll. Je nach Ausstattung und Beanspruchung des Servoantriebs ist der Verkabelungsaufwand also erheblich.

Die Alternative: Ein-Kabel-Lösungen

Dieser Aufwand kostet Zeit und Geld. Neuerdings gibt es jedoch Konzepte am Markt, welche die Zahl der Leitungen verringern – idealerweise auf eine Leitung pro Antrieb: sogenannte Ein-Kabel-Lösungen. Zu den Pionieren dieser Entwicklung gehören die Stuttgarter Lapp-Gruppe sowie Hengstler. Das zweitgenannte Unternehmen, das zu den führenden europäischen Herstellern von industriellen Zähl- und Steuerungskomponenten gehört, hat 2015 die Schnittstelle Acurolink vorgestellt, die eine Einsparung von mindestens 50% des Steckplatzes verspricht. Die Rüstkosten sind dementsprechend geringer und die Maschinensicherheit steigt. Die Single Cable Solution von Hengstler besteht aus einer innovativen Kombination des leistungsfähigen Drehgebers Acuro AD37 sowie der offenen Schnittstelle Acurolink. Das Konzept kann vor allem bei kompakten Servomotoren, die in großer Zahl in größeren Anlagen verbaut werden, große Vorteile bieten, da die Antriebe bedeutend weniger Raum benötigen und Gewicht einsparen. Ein wichtiger Partner bei der Entwicklung war die Lapp-Gruppe, die zwei Hybridkabel entwickelt hat: die Ölflex Servo FD 7DSL sowie die Ölflex Servo 7DSL. Über sie läuft die gesamte Motor-Feedback-Kommunikation von Acurolink. 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. Das Datenpaar ist dabei mit 7- oder 19-drahtigen verzinnten Kupferleitern realisiert. Die Verzinnung ist notwendig, um das Isolationsmaterial vor einem direkten Kontakt mit Kupfer zu schützen. Dies erhöht die Lebensdauer, weil es die Wärmealterung und die Oxidation verhindert. 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.

Flexibel einsetzbare Hybridleitungen

In der „FD“-Variante besitzt die Lapp-Leitung 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 die beiden Varianten nicht: Für beide wird PP (Polypropylen) verwendet. Das sorgt für eine kapazitätsarme Ausführung und minimiert Ableitströme auf dem Schirmgeflecht. PP ermöglicht zudem geringere Wandstärken des Isolators. Und aus den geringeren Wandstärken bei der Isolierung folgt ein um bis zu 20% geringerer Außendurchmesser im Vergleich zu PVC.

Ein weiterer Faktor, der für Ein-Kabel-Lösungen spricht, sind die Kosten. Allein der Wegfall der Drehgeberleitung führt zu Ersparnissen von bis zu 10 %. Hinzu kommen verringerte Montage- sowie Instandhaltungszeiten. Und auch bei Leitungen für Torsionsanwendungen kann Lapp sein Know-how einbringen und Typen für anspruchsvolle Anforderungen anbieten.

Hybridlösungen sind zudem nicht auf Servoantriebe beschränkt. Auch für Industrial Ethernet oder optische Datenübertragungssysteme wie optische Polymerfasern (POF) oder kunststoffummantelte Glasfasern (PCF) werden sie immer beliebter und die Lapp-Gruppe konnte in diesem Bereich bereits einen großen Erfahrungsschatz aufbauen. Optische Datenübertragungssysteme sind dabei vor allem bei EMV-kritischen Anwendungen sinnvoll. Die Gefahr von Störungen oder Ausfällen elektrischer Systeme aufgrund elektromagnetischer Ursachen nimmt wegen der schnellen Verbreitung elektronischer Komponenten in der Industrie und damit einer Zunahme sowohl potentieller Störquellen als auch EMV-empfindlicher Störsenken stetig zu.

Potenzial für einen neuen Industriestandard

Hengstler entwickelt und produziert Drehgeber schon seit 1983. „Diese langjährigen Erfahrungswerte und die enge Zusammenarbeit während der Pilotprojektphase mit namhaften Kunden sorgen dafür, dass die Single Cable Solution das Potenzial mitbringt, einen neuen Industriestandard zu schaffen“, erläutert Adrian Benz, Teamleiter Marketing Communication bei Hengstler. Aufgrund der Sicherheitsfunktionen im Antrieb kann die Maschine dank Single Cable Solution weiterarbeiten, auch wenn ein Mitarbeiter sich unmittelbar im Gefahrenbereich befindet – eine absolute Grundvoraussetzung auf dem Weg zur Maximierung der Maschinenverfügbarkeit. Die AD37-Serie ermöglicht dies durch eine hohe Genauigkeit und Auflösung. Ein Electronic Data Sheet im Drehgeber speichert spezifische Geberdaten, und kann jederzeit abgerufen werden. Im Encoder selbst werden Motor- und Antriebsdaten abgelegt. Dies erlaubt präventive Wartungen, minimale Ausfallzeiten sowie eine deutlich gestiegene Produktivität. Das elektronische Typenschild liefert Motorkenndaten, Artikel- sowie Seriennummern und bietet die Möglichkeit der automatischen Einstellung auf die Parameter des jeweiligen Motors. Außerdem liefern Diagnose- und Monitoring-Funktionen wichtige Erkenntnisse für den Betriebszustand der Maschine – ein signifikanter Beitrag zur Realisierung von Industrie-4.0-Szenarien mit hoher Investitionssicherheit. ik

www.lappkabel.de

www.hengstler.com

Weitere Informationen zu Anschluss- und Steuerleitungen von Lapp für Servo-Anwendungen:
http://hier.pro/5hzTM

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