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Bild: TE Connectivity

Miniaturisierte Einkabeltechnologie für Servomotoren Smarte Verbindungstechnik

21.11.2018

Die Energieeinsparverordnung EnEV der Bundesregierung treibt den Wandel in der industriellen Antriebstechnik voran. Statt Pneumatik oder Asynchronmotoren kommen mit hohen Wachstumsraten Servoantriebe zum Einsatz. Für die schnelle Installation und Inbetriebnahme der Servomotoren sowie deren zuverlässigen Einsatz stellt die ausgewählte Verbindungstechnik eine Schlüsselkomponente dar.

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Pneumatische und hydraulische Aktuatorik wird aufgrund des hohen Energieaufwands zur reinen Bereitstellung des zur Bewegung notwendigen Mediums - Pressluft oder Hydrauliköl - in zunehmender Anzahl durch elektrische Antriebe ersetzt. Bei weniger anspruchsvollen bewegten Automatisierungsapplikationen waren bisher Asynchronmotoren aufgrund der einfachen Bauweise und der geringen Kosten die erste Wahl. Die in der Energieeinsparverordnung vorgeschriebenen zwingend zur erreichenden Wirkungsgrade bedingen jedoch zwangsläufig Veränderungen bei dem Aufbau der Motoren, da ein erhöhter Einsatz von den aktiven Materialien Kupfer und Wicklungsblechen notwendig wird. Dieser höhere Materialeinsatz verbunden mit einem verbesserten Kühlsystem und verkleinerten Luftspalten treiben die Kosten für die einstmals so günstigen Antriebe nach oben. Der Kostenvorteil gegenüber den leistungsfähigeren Servomotoren schwindet.

Höchste Effizienz mit Servomotoren

Gefördert durch den Trend zur Automatisierung und zusätzlich unterstützt durch die beschriebenen Energieeinsparungsanforderungen wächst das Marktsegment der Servomotoren weltweit kontinuierlich mit zweistelligen Wachstumsraten. Aktuell wird die überwiegende Mehrheit der Servomotoren mit zwei Schnittstellen angeschlossen: Die Leistungsschnittstelle verbindet klassisch die drei Phasen plus Schutzleiter für den Antrieb sowie je nach Ausführung noch Anschlüsse für Motorbremse und Temperaturfühler. Die zweite Schnittstelle verbindet das Motorfeedbacksystem mit der Antriebssteuerung. Da herstellerseitig bei Auslieferung der Motoren die endgültige Leitungsabgangsrichtung nicht vorhergesagt werden kann, ist diese über den Einsatz von drehbaren, gewinkelten Steckverbindereinbaudosen mit einem Rotationsbereich von 330° jederzeit frei wählbar und werkzeuglos veränderbar, ohne dabei Kompromisse in Bezug auf den Schutzgrad gegenüber Umwelteinflüssen - IP 65, 66 und 67 - eingehen zu müssen. Für den zuverlässigen Einsatz der Motoren in einem häufig mit Vibrationen belasteten Umfeld ist eine sichere und schnelle Verriegelung der eingesetzten Steckverbinder notwendig - der SpeedTec Schnellverschluss bietet dabei eine dreifach kürzere Installationszeit im Vergleich zur klassischen Schraubverriegelung ohne dabei die Rückwärtskompatibilität zu dieser aufzugeben.

Neben der klassischen Verbindungstechnik gewinnen getrieben durch die fortschreitende Digitalisierung der Motorfeedbacksignale die OCT-Systeme (englisch für one-cable-technology) zunehmend an Bedeutung. Bei diesen „Einleitungstechnik“-Systemen werden die beiden Schnittstellen für Leistung und Signale durch einen kombinierten Steckverbinder ersetzt. Neben den Leistungsadern werden in diesem eine oder mehrere geschirmte Zweidrahtleitungen zur Übertragung der Motorfeedbacksignale und optional zur Ansteuerung der Motorbremse angeschlossen. Die klassische Steckverbindung ist dabei die htec-Steckverbinderserie, bei der die Signalleitungen in einem individuell geschirmten Datenmodul mit unterschiedlichen Kontaktzahlen angeschlossen wird.

Schneller und sicherer Anschluss

Unabdingbar ist dabei der einfache, schnelle und sichere Anschluss des Leitungsschirms über das Kronenklemmungselement, bei dem das Schirmgeflecht ohne zusätzliche Kürzung einfach im Inneren des Elements durch eine Drehbewegung aufgespult wird. Der einfache Steckverbinderanschluss wird zusätzlich durch die TE Connectivity Intercontec typische Kontaktverriegelung im Isolierkörper, die durch ein seitliches Einrasten weder bei der Montage noch bei der Demontage ein Werkzeug erforderlich macht.

Moderne industrielle Datenübertragungssysteme, die in Motorfeedbacksystemen zum Einsatz kommen, zeichnen sich durch eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Interferenzen aus. Diese Robustheit ist die Grundlage für eine neue Generation von Steckverbindern für OCT-Anwendungen, bei der basierend auf einer symmetrischen und ausbalancierten Kontaktanordnung auf des separate Schirmelement für die Datenleitungen verzichtet werden kann ohne dabei Kompromisse bei der Datenübertragungs-Performance eingehen zu müssen. Der jüngste Vertreter dieser neuen Generation ist der weltweit erste OCT-Motorsteckverbinder mit dem Formfaktor von M12 Steckverbindern. Die bestimmenden Eigenschaften sind:

  • Pinkonfiguration in 3x Leistung + PE + 4 oder 6 Signale

  • Max. Bemessungsspannung, 8-polig: 630 V AC/DC

  • Max. Bemessungsstrom, Leistungskontakte: 8A

  • SpeedTec Schnellverrieglung

  • Drehbare Winkeleinbaudose

Durch die Verwendung von nur noch einer Schnittstelle bei OCT-Lösungen reduzieren sich die Kosten für die Elektromechanik an den Servomotoren gleichermaßen wie der Verkabelungsaufwand in der Applikation durch den verringerten Materialaufwand und der verkürzten Installationszeiten. Neben der bereits verfügbaren M12-Variante wird diese Steckverbinderfamilie kontinuierlich hin zu größeren Bauformen wie M17 und M23 und damit höheren Leistungsklassen ausgebaut, die bei geändertem Formfaktor und angepassten elektrischen Parametern auf der Leistungsseite die gleichen Eigenschaften wie die beschriebenen M12 Steckverbinder besitzen.

Ausblick

Moderne OCT-Lösungen ersetzen zunehmend die klassisch getrennten zwei Schnittstellen für Leistung und Motorfeedback durch eine leistungsfähige kombinierte Schnittstelle. Der digitale Motorfeedbackkanal bietet zudem ausreichend Bandbreite, um neben den reinen Motorfeedbackdaten weitere Sensorsignale an die Steuerung zurückzumelden um damit erweiterte Funktionalitäten zu ermöglichen. Denkbar sind dabei Daten zur Realisierung einer vorausschauenden Wartung oder zur Beurteilung des Zustands des Gesamtsystems. Gemeinsam mit der hohen Energieeffizienz stellen somit die Servomotoren mit zukunftssicherer Verbindungstechnik die erste Wahl für heutige und zukünftige Automatisierungsaufgaben dar.

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