Leitungsaufbau, Bild: Lapp

Typischer Leitungsaufbau: Drei schwarze Leistungsadern, GN/GE Schutzleiter, optionales Steuerpaar mit Abschirmgeflecht (schwarz), Signalpaar mit alukaschierter Folie und Abschirmgeflecht (weiß/blau). Bild: Lapp

In vernetzten und flexiblen Produktionsumgebungen sind sie unentbehrlich: Servoantriebe. Wichtig ist die Kommunikation. Über digitale Schnittstellen für die Motor-Regler-Kommunikation können wichtige Kenngrößen wie Position, Geschwindigkeit, Vibration oder Temperatur übertragen werden. Für die Anwender sind geringere Kosten, weniger Platzbedarf, einfache Implementierung und höchste Performance wichtig.

Hengstler, ein Hersteller industrieller Zähl- und Steuerungskomponenten, bietet mit seiner Technologie Single Cable Solution eine interessante Lösung. Dabei handelt es sich um eine Kombination des Acuro-AD37-Drehgebers und der offenen Schnittstelle SCS open link, die auf Acuro link basiert. Damit sind laut Hengstler eine Einsparung des Steckplatzes von mindestens 50 Prozent, verringerte Rüstkosten und eine sehr hohe Maschinensicherheit garantiert.

Leistung und Daten auf einer Leitung

Die gesamte Motor-Feedback-Kommunikation wird über zwei speziell von der Lapp Gruppe entwickelte Hybridkabel realisiert, die auf die digitale Schnittstelle Acuro link abgestimmt sind. Bei den beiden Hybridleitungen Ölflex Servo FD 7DSL und Ölflex Servo 7DSL werden sowohl Leistung als auch Daten über eine gemeinsame Leitung übertragen. Dies gilt auch für die Signale weiterer Sensoren, etwa des Temperaturfühlers, die in das digitale Motor-Feedback-Protokoll integriert sind.

Die „FD“-Variante besitzt einen hochstrapazierfähigen PUR-Mantel und ist somit bestens für den Einsatz in Führungsketten geeignet. Wer hingegen die Leitung fest verlegen möchte, kann auf die kostengünstigere PVC-Version zurückgreifen. Als Isolationsmaterial der Leiter dient durchgängig PP (Polypropylen). Das trägt einerseits dem Wunsch nach kapazitäts- beziehungsweise dämpfungsarmen Leitungen Rechnung und minimiert andererseits die Problematik störender Ableitströme auf dem Schirmgeflecht. Zudem sind mit PP geringere Wandstärken realisierbar als mit PVC. Daraus ergibt sich auch ein bis zu 20 Prozent geringerer Außendurchmesser. Für das Datenpaar werden derzeit üblicherweise 7- oder 19-drähtige verzinnte Kupferleiter verwendet. Die Verzinnung dient als Schutz des Isolationsmaterials vor direktem Kontakt mit Kupfer (Wärmealterung) und als Oxidationsschutz (Basis für Langlebigkeit).

Die elektrischen Eigenschaften

Ein-Kabel-Lösung für Antroieb, Bild: Lapp
Bei zentralen Antriebslösungen geht der Trend zu Ein-Kabel-Lösungen, die sowohl Leistung als auch Daten über die Position und Drehzahl des Motors übertragen. Bild: Lapp

Weil neben Leistung und Steuersignalen bei Hybridleitungen auch Daten übertragen werden sollen, sind elektrische Parameter wie der charakteristische Wellenwiderstand, Dämpfungswerte aber auch Kapazitäts-, Induktivitäts- und Widerstandsbeläge sowie Laufzeiten und Wellenimpedanzen im definierten Frequenzbereich von großer Bedeutung. Für SCS open link ist zum Beispiel der Wellenwiderstand mit 110 ± 10 Ω angegeben. Durch den verringerten Verkabelungsaufwand ergeben sich Kostenvorteile. Allein der Wegfall der Drehgeberleitung führt zu Kostenersparnissen von rund zehn Prozent. Hinzukommen verringerte Montage- und Instandhaltungszeiten.

Acuro link unterstützt High-Performance-Bewegungssteuerung dank einer hohen Übertragungsrate bis zu 10 MBaud und eines Datenaustauschs von bis zu 32 KHz, zudem zeichnet er sich durch eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) aus. Diese Eigenschaften sind einzigartig am Markt. Zudem besteht die Möglichkeit, bis zu 100 m lange Motorleitungen zu integrieren.

Gerade bei kleineren Antrieben sind die Einsparpotentiale für eine Feedbackleitung und einen M23-Steckverbinder nicht zu unterschätzen. Auch die Installation wird einfacher. Ein weiteres wichtiges Kriterium bei denn energieführungskettentauglichen und robotertauglichen Leitungen ist der verringerte Platzbedarf, denn konventionelle Servo- und Drehgeberleitungen müssen aus EMV-technischen Aspekten einen gewissen Mindestabstand zueinander haben.

Datenspeicher im Drehgeber

Drehgeber von Hengstler, Bild: Lapp
Die Servo-Motor-Feedback-Drehgeber-Serie von Hengstler ist konzipiert für anspruchsvollste Anwendungen. Bild: Lapp

Der Drehgeber von Hengstler enthält sowohl einen internen Temperatursensor als auch einen separaten Anschluss für den Wicklungstemperatursensor des Motors und ermöglicht es somit, diese Informationen direkt im Drehgeber zu erfassen. Ein standardisiertes „Electronic Data Sheet“ (EDS) im Drehgeber speichert spezifische Geberdaten und lässt sich jederzeit abrufen. Im Encoder selbst können Motor- und Antriebsdaten in einem internen OEM-Speicher hinterlegt werden.

Die zusätzlichen Monitorfunktionen zur Erfassung von Betriebsdaten sind ein signifikanter Beitrag zur Realisierung von Industrie-4.0-Szenarien. Vor allem bei kompakten Servomotoren bietet Acuro link Vorteile. Durch die Bereitstellung der Motorleistung und der Motor-Feedback-Signale über eine Ein-Kabel-Lösung wird die Effizienz erhöht. Insbesondere bei größeren Anlagen spürt man hier einen bedeutenden Raumgewinn und Gewichtseinsparung.

Laut Lapp sind auch alternative Hybridlösungen möglich, die zum Beispiel auf Industrial Ethernet basieren oder auf einer Verwendung optischer Datenübertragungssysteme, wie POF (optische Polymerfaser) oder PCF (kunststoffummantelte Glasfaser). Gerade in Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit ist die Verwendung von optischen Datenübertragungssystemen eine Überlegung wert, zumal die Gefahr von Störungen oder Ausfällen elektrischer Systeme, die auf elektromagnetische Ursachen zurückzuführen sind, stark zugenommen hat. jl

Wellenwiderstand einer Hybridleitung

Wellenwiderstand Hybridleitung, Bild: Lapp
Bei Leitungen für SCS open link muss der Wellenwiderstand bei 110 ± 10 Ω liegen. Bild: Lapp