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DER KONSTRUKTEUR 4/2018

DER KONSTRUKTEUR 4/2018

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE EINE für ALLES Leistung, Signale und Daten in einer Leitung übertragen, das können Hybridleitungen. Sie bieten bei Servoantrieben deutliche Vorteile. LIVE@ Die Steigerung der Effizienz ist der wichtigste Treiber bei der Automatisierung. Wer alle Einsparpotenziale nutzen möchte, muss auch dort aktiv werden, wo es bisher scheinbar keine Veränderungsmöglichkeiten gab. Ein Hebel ist, vormals getrennte Aufgaben miteinander zu verschmelzen. Ein Beispiel ist die Verbindungstechnik bei Antrieben. Wo mehrere Achsen synchron bewegt oder komplexe Positionierungsaufgaben ausgeführt werden müssen, führt an zentralen Steuerungen kein Weg vorbei. Der Verkabelungsaufwand dafür ist allerdings erheblich. Anstatt nun Leistung, Signale und Daten jeweils über getrennte Leitungen zu führen, bietet es sich an, diese in einem einzigen Hybridkabel zu vereinen. So lassen sich mehr Leitungen bzw. Funktionen auf kleinerem Raum packen und das Kabeldickicht lichten. Das ist nicht nur in engen Energieführungsketten vorteilhaft, auch die Montage ist einfacher. Hybridleitungen finden deshalb im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Roboterindustrie immer mehr Fürsprecher. Die Lapp Gruppe hat den Trend früh erkannt und hat eine Reihe von Hybridkabeln in ihrem Portfolio. Servoantriebe bestehen aus Servomotor, einem Servoregler und aus Lage- und Drehzahlgebern. Der Regler steuert den Motor nach den Vorgaben, die er per Feldbus-Kommunikation erhält, und verarbeitet Signale der Lage- und Drehzahlgeber. Hochwertige Antriebe haben zusätzlich einen Temperaturfühler, denn Beschleunigungs- und Bremsvorgänge führen zu starker Erwärmung. Anwendungen mit hängenden Lasten benötigen noch eine optionale Haltebremse. Eine Hybridleitung enthält alle Leitungen für diese Funktionen in einem Mantel. Dazu gehören die drei Leistungsadern, ein Schutzleiter und ein optionales Steuerpaar für die elektrische Bremse. Das ebenfalls optionale Steuerpaar für den Temperaturfühler wird durch ein Datenpaar (Twisted-Pair) ersetzt, das zwei Aufgaben erfüllt: Es dient einerseits als Übertragungsmedium für den Temperatur fühler, einen temperaturabhängigen Widerstand, andererseits aber auch für die Kommunikation des Motor-Feed- PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Typischer Leitungsaufbau: 3 schwarze Leistungsadern, GN/GE Schutzleiter, optionales Steuerpaar mit Abschirmgeflecht (schwarz), Signalpaar mit alukaschierter Folie und Abschirmgeflecht (weiß/blau) 72 DER KONSTRUKTEUR 4/2018

KONSTRUKTIONSELEMENTE back-Systems. Eine zusätzliche Drehgeberleitung wird daher nicht mehr benötigt, die Encoder/Resolver-Signale werden auf die Versorgungsspannung des Feedback-Systems aufmoduliert. LEITUNGEN FÜR DIVERSE SCHNITTSTELLEN BEI ZENTRALEN ANTRIEBS- LÖSUNGEN GEHT DER TREND ZU EIN-KABEL-LÖSUNGEN Standard für das digitale Protokoll ist Hiperface DSL von Sick. Auf diese Schnittstelle abgestimmt sind die Hybridleitungen Ölflex Servo FD 7DSL und Ölflex Servo 7DSL der Lapp Gruppe. Für das Datenpaar werden derzeit üblicherweise 7- oder 19-drahtige verzinnte Kupferleiter verwendet. Verzinnte Kupferleiter dienen als Schutz des Isolations materials vor direktem Kontakt mit Kupfer wegen der Wärmealterung und als Oxidationsschutz, was die Lebensdauer erhöht. Diese Leitungen eignen sich auch für die Schnittstelle Acuro Link der Hengstler GmbH. Nach Angaben des Herstellers spart sie über 50 % des Steckplatzes ein. Die Single Cable Solution besteht aus einer innovativen Kombination des leistungsfähigen Drehgebers Acuro AD37 und der neuen offenen Schnittstelle Acuro Link. Das Konzept hat große Vorteile vor allem bei kompakten Servomotoren, die in großer Zahl bei größeren Anlagen verbaut werden. Die Antriebe benötigen bedeutend weniger Raum und sparen Gewicht ein. Die Lapp Gruppe war Partner bei der Entwicklung von Acuro Link. Auch andere Hybridlösungen sind möglich, die z. B. auf Industrial Ethernet basieren oder aber auf optischen Datenübertragungssystemen wie POF (optische Polymerfaser) oder PCF (kunststoffummantelte Glasfaser). Der Einsatz optischer Datenübertragungssysteme ist vor allem aus EMV-Sicht sinnvoll, zumal die Gefahr von Störungen oder Ausfällen elektrischer Systeme, die auf elektromagnetische Ursachen zurückzuführen sind, größer geworden ist. Mit der Verbreitung elektronischer Komponenten im industriellen Umfeld hat sowohl die Anzahl potentieller Störquellen als auch potentiell EMV-empfindlicher Störsenken stark zugenommen. AUCH BEI BEWEGUNG STABIL Bei Hybridleitungen mit elektrischer Datenübertragung sind Parameter wie der charakteristische Wellenwiderstand, Dämpfungswerte aber auch Kapazitäts-, Induktivitäts- und Widerstandsbelege sowie Laufzeiten und Wellenimpedanzen im definierten Frequenzbereich zu beachten. Vor allem bei bewegten Anwendungen, denn auch bei mehreren Millionen Wechselbiegezyklen müssen diese Werte stabil sein. Dazu ist es unerlässlich, unter praxisnahen Bedingungen zu testen. Die Lapp Gruppe betreibt in ihrem Testzentrum unterschiedliche Führungsketten-Systeme. Dort werden auch Mindestbiege radien getestet, die bei fester Verlegung geringer sein können. Sind Hybridleitungen für den bewegten Einsatz in Energieführungsketten geeignet, tragen sie bei Lapp den Zusatz „FD“ im Namen. Die FD-Variante besitzt einen hochstrapazierfähigen PUR-Mantel und ist somit bestens für den Einsatz in Führungs ketten geeignet. Wer die Leitung fest verlegen möchte, kann auf die kostengünstigere PVC-Version zurückgreifen. Als Isolationsmaterial der Leiter wird bei beiden PP (Polypropylen) verwendet. Das trägt dem Wunsch nach kapazitätsarmen Leitungen Rechnung und verringert störende Ableitströme auf dem Schirmgeflecht. Zudem sind mit PP geringere Wandstärken möglich als mit PVC. Mit niedrigeren Wandstärken bei der Isolierung geht auch der geringere Außendurchmesser einher. Bis zu 20 % beträgt hier die Einsparung durch PP im Vergleich zu PVC. VOR ALLEM FÜR NEUENTWICKLUNGEN Hybridleitungen, auch „One Cable Solutions“ genannt, haben also große Einsparpotenziale, gerade bei kleineren Antrieben, wo eine zusätzliche Leitung mit Stecker ins Gewicht fällt. Auch die Installation wird durch den reduzierten Verkabelungsaufwand einfacher und störungssicherer. Bei Leitungen in Energieführungsketten ist zudem der geringere Platzbedarf nicht zu unterschätzen. Eventuell kann man schon bei der Konstruktion der Maschine eine kleinere Kettengröße wählen und spart dadurch Gewicht und Energie. Auch wenn Einkabellösungen klare Vorteile bieten, werden die Antriebshersteller keine bestehenden Systeme umstellen, denn am Regler sind dazu Anpassungen nötig. Hybridleitungen kommen also immer erst bei Neuentwicklungen zum Zuge. Bilder: Lapp www.lappkabel.de „HYBRIDLEITUNGEN FÜR SERVOANTRIEBE BIETEN KONSTRUKTIVE UND KOSTEN-VORTEILE“ Lucas Kehl, Leiter Produktmanagement Kabel bei bei der U.I. Lapp GmbH Hybridleitungen für Servoantriebe bieten Kostenvorteile. Allein der Wegfall der Drehgeberleitung führt zu Kostenersparnissen von bis zu 10%. Hinzukommen verringerte Montage- und Instandhaltungszeiten. Außerdem punkten Hybridleitungen durch ihren geringen Platzbedarf, gerade auch in engen Energieführungsketten. www.DerKonstrukteur.de Lösungen für Abdichtungen WillTech Aps Tel. +45 7442 3450 www.willtech.dk