Bei Servoantrieben mit zentraler Steuerung geht der Trend zu Ein-Kabel-Lösungen. Sie übertragen sowohl Leistung als auch Daten über die Position und Drehzahl des Motors.

Bei Servoantrieben mit zentraler Steuerung geht der Trend zu Ein-Kabel-Lösungen. Sie übertragen sowohl Leistung als auch Daten über die Position und Drehzahl des Motors. Hengstler/Lapp

Servoantriebe halten Maschinen, Anlagen und ganze Fabriken in Bewegung – dank Servoregler, Lage- und Drehzahlgebern besonders akkurat. Der Regler verarbeitet die Signale der Lage- und Drehzahlgeber, die Vorgaben kommen aus der Feldbus-Kommunikation. Bei Antrieben mit hoher Belastung ist noch ein Temperaturfühler erforderlich, einige Antriebe benötigen noch eine Haltebremse. Die ist zum Beispiel dann notwendig, wenn der Antrieb nach dem Erreichen der gewünschten Position eine hängende Last festhalten soll. Der Verkabelungsaufwand ist folglich je nach Ausstattung und Beanspruchung des Servoantriebs erheblich.

Vorteile der Ein-Kabel-Lösung

Dieser Verkabelungsaufwand kostet Zeit und Geld – die Anwender möchten deshalb gerne die Zahl der Leitungen verringern, am besten auf eine Leitung pro Antrieb. Diesen Wunsch erfüllen Ein-Kabel-Lösungen – und deshalb finden sie immer mehr Befürworter. Einer der Pioniere dieser Entwicklung ist Hengstler, ein Hersteller von industriellen Zähl- und Steuerungskomponenten aus dem südlichen Baden-Württemberg. Das Unternehmen hat die offene, digitale Motor-Feedback-Schnittstelle Acuro link entwickelt; mit der dafür entwickelten Ein-Kabel-Lösung lässt sich nach Angaben von Hengstler mindestens 50 % des Steckplatzes einsparen. Die Ein-Kabel-Lösung vermindert zudem die Rüstkosten und erhöht die funktionale Sicherheit und somit letztlich die Maschinenverfügbarkeit. Hengstler bezeichnet diese Technik auch als Single Cable Solution. Sie kombiniert den Drehgeber Acuro AD37 mit der Schnittstelle Acuro link.

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

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

Einer der großen Vorteile zeigt sich vor allem bei kompakten Servomotoren, die in großer Zahl in Anlagen verbaut werden: Sie benötigen bedeutend weniger Einbauraum und sparen Gewicht. Nicht zuletzt sprechen für die Ein-Kabel-Lösung die geringeren Kosten. Allein der Wegfall der Drehgeberleitung führt zu Ersparnissen von bis zu 10 %; anstelle der Geberleitung übernimmt das integrierte DSL-Paar die Signalübertragung. Weitere Vorteile sind geringere Montage- und Instandhaltungszeiten. Hengstler ist daher zuversichtlich, mit dieser Ein-Kabel-Lösung einen neuen Industriestandard zu schaffen.

Hybridleitung in zwei Varianten entwickelt

Die Lapp-Gruppe, ein Hersteller von Kabeln und Verbindungen aus Stuttgart, hat für diese Aufgabe ein Hybridkabel in zwei Materialvarianten entwickelt, Ölflex Servo FD 7DSL und die Ölflex Servo 7DSL. Über eine Leitung laufen Leistung und die gesamte Motor-Feedback-Kommunikation von Acuro link. Auch die Signale weiterer Sensoren, etwa des Temperaturfühlers, werden in das digitale Motor-Feedback-Protokoll einbezogen. Für das Signaldatenpaar dienen 7- oder 19-drahtige verzinnte Kupferleiter. Die Verzinnung ist ratsam, um das Isolationsmaterial vor einem direkten Kontakt mit Kupfer zu schützen. Das verhindert die Wärmealterung und die Oxidation und erhöht die Lebensdauer. Ihr Augenmerk legten die Lapp-Entwickler ebenso auf die elektrischen Parameter wie den charakteristischen Wellenwiderstand, Dämpfungswerte aber auch Kapazitäts-, Induktivitäts- und Widerstandsbeläge sowie Laufzeiten und Wellenimpedanzen im definierten Frequenzbereich. Hybridleitungen sollen ja neben Leistung und Steuersignalen auch Daten sicher und ohne Informationsverluste übermitteln.

Der Wellenwiderstand der Hybridleitungen von Lapp liegt konstant im Bereich von 110 ± 10 Ohm (Ω), wie für Acuro link gefordert.

Der Wellenwiderstand der Hybridleitungen von Lapp liegt konstant im Bereich von 110 ± 10 Ohm (Ω), wie für Acuro link gefordert. Lapp

In der FD-Variante besitzt das Kabel einen sehr strapazierfähigen PUR-Mantel. Das macht diese Leitung besonders für den Einsatz in Führungsketten geeignet, wo sie millionenfach hin und her bewegt und gebogen wird. Für die feste Verlegung genügt auch die kostengünstigere PVC-Version. Beim Isolationsmaterial der Leiter unterscheiden sich beide Varianten nicht: Bei beiden wird Polypropylen (PP) verwendet. Das sorgt für eine kapazitätsarme Ausführung und minimiert Ableitströme auf dem Schirmgeflecht. PP erlaubt zudem geringere Wandstärken zur Isolation als PVC. Dadurch ergibt sich ein bis zu 20 % geringerer Außendurchmesser mit PP-Isolierung als mit PVC. Auch bei Leitungen für Torsionsanwendungen hat Lapp sein Know-how eingebracht und kann Typen für anspruchsvolle Anforderungen anbieten.

Auch mit Lichtwellenleitern

Hybridlösungen bei Leitungen gibt es nicht nur für Servo-Antriebe. Auch für Industrial Ethernet oder optische Datenübertragungssysteme wie optische Polymerfasern (POF) oder kunststoffummantelte Glasfasern (PCF) werden sie immer beliebter, vor allem bei EMV-kritischen Anwendungen. Denn die Gefahr von Störungen oder Ausfällen elektrischer Systeme aufgrund elektromagnetischer Ursachen hat zugenommen. Die Lapp-Gruppe verfügt auch hier über viel Erfahrung bei der Kabelentwicklung.