Bild: Lapp

Hybridleitungen für Motor-Feedback-Kommunikation Leistung und Daten mit nur einem Kabel übertragen

27.02.2018

Ein Trend in der Automatisierung sind Hybridkabel. Leitungen für Leistung, Signale und Daten für Servoantriebe sind hier in einem Mantel vereint. Die digitale Schnittstelle Acuro-Link für Einkabellösungen setzt auf spezielle Hybridleitungen zur Motor-Feedback-Kommunikation.

Servoantriebe sorgen für präzise Bewegungen in Maschinen und Produktionsanlagen – ohne sie würden mancher­orts moderne Fabriken stillstehen: Wo Motoren früher einfach nur Drehungen ausführten, sind Servoantriebe dank ihrer Regler sowie den Lage- und Drehzahlgebern in der Lage, definierte Positionen winkelgenau anzufahren. Der Regler steuert den Motor, die Vorgaben dazu erhält er per Feldbus-Kommunikation, gleichzeitig verarbeitet er die Signale der Lage- und Drehzahlgeber. Bei Antrieben, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, ist meist noch ein Temperaturfühler eingebaut, denn Beschleunigungs- und Bremsvorgänge führen zu starker Erwärmung. Manche Antriebe haben noch eine Haltebremse. Die ist zum Beispiel notwendig, wenn der Antrieb nach dem Erreichen der gewünschten Posi­tion eine hängende Last festhalten soll. Je nach Ausstattung ist der Verkabelungsaufwand von Servoantrieben erheblich.

Ein Antrieb, ein Kabel

Die meisten Anwender würden die Zahl der Leitungen deshalb gerne verringern. Ideal wäre es, wenn man pro Antrieb nur ein Kabel bräuchte. Diesen Wunsch erfüllen Ein-Kabel-Lösungen, die derzeit immer mehr Befürworter finden. Einer der Treiber dieser Entwicklung ist Hengstler. Der Hersteller industrieller Zähl- und Steuerungskomponenten hat die neue Schnittstelle Acuro-Link entwickelt, die laut Hengstler eine Einsparung von mindestens 50 Prozent des Steckplatzes, verringerte Rüstkosten und eine sehr hohe Maschinensicherheit garantieren soll. Die gesamte Motor-Feedback-Kommunikation läuft über ein eigens von Lapp entwickeltes Hybridkabel. Hengstler nennt diese Technologie Single Cable Solution.

Die Lösung besteht aus einer Kombination des leistungsfähigen Drehgebers Acuro AD37 und der neuen offenen Schnittstelle Acuro-Link. Das Konzept hat vor allem bei kompakten Servomotoren große Vorteile, die in großer Zahl bei höher dimensionierten 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.

Leitungen für Acuro-Link

Die Lapp Gruppe hat für die digitale Schnittstelle Acuro-Link zwei eigens angepasste Hybridleitungen entwickelt: die Ölflex Servo FD 7DSL und die Ölflex Servo 7DSL. Leistung und Daten werden bei beiden Typen über eine gemeinsame Leitung übertragen. Dies gilt auch für die Signale weiterer Sensoren, etwa des Temperaturfühlers. Sie werden in das digitale Motor-Feedback-Protokoll einbezogen. Für das Datenpaar dienen üblicherweise 7- oder 19-drahtige ver­zinnte Kupferleiter. Die Verzinnung ist notwendig, um das Isolationsmaterial vor einem direkten Kontakt mit Kupfer zu schützen. Das reduziert die Wärmealterung sowie die Oxidation und erhöht gleichermaßen die Lebensdauer.

Ebenso bedeutsam sind elektrische Parameter wie der charakteristische Wellenwiderstand, Dämpfungswerte aber auch Kapazitäts-, Induktivitäts- und Widerstandsbeläge sowie Laufzeiten und Wellenimpedanzen im definierten Frequenzbereich. Hybridleitungen sollen nämlich 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 bestens für den Einsatz in Führungsketten geeignet, wo sie millionenfach hin und her bewegt und gebogen wird. Soll die Leitung hingegen fest verlegt werden, reicht auch die kostengünstigere PVC-Version. Als Isolationsmaterial der Leiter wird bei beiden Varianten Polypropylen (PP) verwendet. Das sorgt für eine kapazitätsarme Ausführung und minimiert Ableitströme auf dem Schirmgeflecht. PP erlaubt zudem geringere Wandstärken, als das mit PVC möglich ist. Aus den geringeren Wandstärken bei der Isolierung folgt ein bis zu 20 Prozent geringerer Außendurchmesser im Vergleich zu PVC.

Durch den reduzierten Verkabelungsaufwand ergeben sich deutliche Kostenvorteile. Allein der Wegfall der Drehgeberleitung führt zu Kostenersparnissen von rund 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 Lichtwellenleitern

Hybridlösungen gibt es auch in Verbindung mit Industrial Ethernet oder optischen Datenübertragungssystemen wie optischen Polymerfasern (POF) oder kunststoffummantelten Glasfasern (PCF). Der Einsatz optischer Datenübertragungssysteme ist vor allem bei EMV-kritischen Anwendungen sinnvoll. Die Gefahr von Störungen oder Ausfällen elektrischer Systeme aufgrund elektromagnetischer Ursachen hat zugenommen. Ursache ist die rasante Verbreitung elektronischer Komponenten in der Industrie und damit eine Zunahme sowohl potentieller Störquellen als auch EMV-empfindlicher Störsenken.

Bildergalerie

  • Die Servo-Motor-Feedback-Drehgeber-Serie von Hengstler ist für anspruchsvollste Anwendungen konzipiert.

    Bild: Hengstler

  • Ein-Kabel-Lösungen für Antriebe mit zentraler Steuerung übertragen sowohl Leistung als auch Daten über die Position und Drehzahl des Motors.

    Bild: Lapp

  • Typischer Aufbau eines Hybridkabels: Drei schwarze Leistungsadern, GN/GE-Schutzleiter, optionales Steuerpaar mit Abschirmgeflecht (schwarz), Signalpaar mit alukaschierter Folie und Abschirmgeflecht (weiß/blau).

    Bild: Lapp

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