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Das Thema Einkabellösung im Bereich der Servoantriebstechnik gewinnt mehr und mehr an Bedeutung : Ausgabe 01/2017, 19.04.2017

Hochwertige Teile und offene Protokolle

Neben immer mehr Antriebsherstellern, die Einkabellösungen anbieten, steigt die Zahl der Dreh­geber­hersteller, die deren Einsatz überhaupt erst möglich machen. Die Unternehmen Helukabel und Hengstler beschäftigen sich unter unterschiedlichen Gesichtspunkten mit diesem Thema, aber mit dem gemeinsamen Ziel, Produkte anzubieten, die das Potenzial der Einkabeltechnologie voll nutzbar machen.

Bilder: zvg

Bei der Einkabellösung integriert man die Adern für die Signalübertragung des Gebers in die Servoleitung, d. h. zwei Leitungen werden zu einer Hybridleitung verbunden. Neben dem Kostenfaktor und der reduzierten Anschlusstechnik trägt vor allem die Platz- und Gewichtsersparnis zum Erfolg dieser Lösung bei. Dies kommt den vielfach ohnehin engen Platzverhältnissen in Maschinen, Schaltschränken und Schleppketten entgegen.

Grundvoraussetzung für den Einsatz einer Einkabellösung zwischen Servomotor und Servoregler ist die hardwareseitige Verwendung eines digitalen Encoders, der für diese Art der Kommunikation entwickelt wurde. Der Encoder ist fest mit dem Servomotor verbunden, daher muss der Hersteller des Servomotors dem Endkunden dieses System komplett bereitstellen.

Einkabellösung braucht eine besonders effiziente EMV-Abschirmung

Da eine Kommunikation immer zwischen zwei Einheiten stattfindet, muss nicht nur der Servomotor mit dem Drehgeber ausgestattet werden, sondern auch der Regler an das Konzept der Einkabellösung angepasst sein.

Hengstler bietet spezielle Drehgeber an, die mit dem offenen Protokoll ACURO-link gemeinsam eine ideale Symbiose bilden, um die hohen Anforderungen an Einkabellösungen zu bewerkstelligen. «Die ACURO-link-Schnittstelle hat man eigens dafür konzipiert, um Zwei- und Vierdrahtanwendungen zu unterstützen», sagt Johann Bücher, Direktor Encoder-Strategie bei Hengstler.

Die Herausforderung für Helukabel als Kabelhersteller liegt in der langfristigen Sicherstellung einer robusten und störsicheren Datenübertragung. Bei der traditionellen Zweikabellösung haben bis zu drei Schirme die Signalpaare vor den Störeinflüssen der Leistungsadern geschützt. Darüber hinaus wird bei der Verlegung üblicherweise empfohlen, den maximal möglichen Abstand zwischen Servo- und Geberleitung zu berücksichtigen. Bei einer Hybridleitung werden hingegen die Feedbackadern direkt in der Servoleitung geführt. Damit reduziert sich der räumliche Abstand fast komplett und die Anforderungen an die EMV-Abschirmung erreichen eine neue Qualität.

Ob sich der Motor dreht, ist eine Fage der Qualität des Signals, das beim Empfänger ankommt. Je weniger Störungen von aussen in das Signalelement eindringen, desto sauberer erreichen die Daten den Empfänger. Verantwortlich für den Schutz vor EMV-Emissionen ist der Schirm des Datenpaares. So lange dieser im Einsatz intakt bleibt, leistet er seine Schutzfunktion. In einer statischen Anwendung der Hybridleitung geht die Lebensdauer des Schirms ins Unendliche. Erst die mechanische Belastung in einer dynamischen Anwendung, zum Beispiel in einer Schleppkette, verkürzt die Lebensdauer. Dabei hängt eine sichere und störungsfreie Datenübertragung von der Summe der Einzelstörungen ab. Das bedeutet: je länger die Leitung, desto kritischer die Anwendung. Das Entwicklungsteam von Hengstler testet die Zwei- und Vierdraht­varianten ihrer Encoder, jeweils mit einer Kabellänge von 100 m, unter Belastung. Aus der Praxis heraus sorgen diese Tests für genügend Sicherheit, um auch zukünftige Herausforderungen für immer komplexer werdende Anwendungen zu meistern.

Für immer dynamischere, schnellere und beengtere Anwendungen

Mit den steigenden Anforderungen, die der Markt an Maschinen- und Anlagenbauer stellt, wachsen auch die Belastungen, denen die Leitungen im Feld ausgesetzt sind. Neben den dynamischer und schneller werdenden Achsen im Bereich der klassischen Werkzeugmaschinen, sind die Maschinen auch zunehmend kompakter. Der verfügbare Bauraum reduziert sich auf ein Minimum, die Biege- radien der Schleppketten werden enger. Um eine hohe Standfestigkeit der Leitungen im Schleppkettenbetrieb bei gleichzeitig wettbewerbsfähigen Preisen zu erreichen, müssen sie auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sein, d. h. je nach Anforderung wählt das Konstruktionsteam von Helukabel unterschiedliche Konstruktionen. Diese sind abhängig von Verfahrweg, Mindestbiegeradius, Verfahrgeschwindigkeit, Beschleunigung und Mindestzyklenzahl. Neben der Konstruktion selbst spielt auch das Material eine entscheidende Rolle. Dessen Wahl ist primär von äusseren Einflüssen wie Umgebungstemperaturen oder den geforderten Medienbeständigkeiten (z. B. aggressive Kühl- und Schmiermittel) abhängig. Aber auch Eigenschaften wie Flammwidrigkeit oder Halogenfreiheit sind zu berücksichtigende Faktoren.

Anspruchsvolle Tests aller Kabelarten sorgen für Zuverlässigkeit

Unterschiedliche Leistungsanforderungen der Motoren bedürfen unterschiedlicher Querschnitte bei den Versorgungsleitungen. Je grösser der Querschnitt, desto dicker die Leitung. Da es nicht ausreicht, einen Querschnitt und Kabelaufbau in einer Schleppkette zu testen und daraus Erkenntnisse für alle anderen Querschnitte zu schliessen, werden für die Tests unterschiedliche Biegeradien erforderlich. In der Helukabel-Gruppe testet man Leitungen auf neun unterschiedlichen Testanlagen, die sich sowohl in den Verfahrwegen als auch in den Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsparametern unterscheiden. Diese Tests sind sehr aufwändig und erfordern eine kontinuierliche Überwachung. Sie sind aber auch nötig, um die Qualität und Robustheit der Datenübertragung sicherzustellen. 

Infoservice

Hengstler GmbH
Uhlandstrasse 49, DE-78554 Aldingen
Tel. 0049 7424 890, Fax 0049 7424 895 00
info@hengstler.com, www.hengstler.de

Digana AG
Rotackerstrasse 21, 8304 Wallisellen
Tel. 44 830 08 93, Fax 044 830 08 07
info@digana.ch, www.digana.ch



Schleppkettentestanlagen im Forschungs- und Entwicklungszentrum von Helukabel im fränkischen Werk Windsbach


Hengstlers Drehgeber AD37S, entwickelt für eine echte Einkabellösung

Produktprofil

Der Hengstler Drehgeber AD37 erlaubt eine High-Performance-Bewegungssteuerung. Die hohe Übertragungsrate von 10 MBit/s und ein Datenaustausch von bis zu 32 kHz in Kombination mit der Übertragung kompletter Positionsdaten für eine extrem hohe elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) setzen Massstäbe. Zudem erfüllt das Datenprotokoll der elektrischen Schnittstelle die SIL-3 Anforderungen nach IEC61508, Kat. 3PLe nach EN ISO 13489, während der AD37-Drehgeber selbst und der IP Core in der Steuerung je nach Kundenapplikation Non-SIL, SIL1, SIL2 und SIL3 erfüllt.