elektro AUTOMATION 03.2017

INTEGRATED MANUFACTURING
TRENDS
Kompaktroboter wie dieser
von Comau benötigen dünne
Kabel, die im Inneren des
Arms verlaufen können
Beste Dielektrikum wäre Luft. Da sich damit
allerdings keine Leitung fertigen lässt, muss
ein Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante
als Isolation verwendet werden.
Bewährt hat sich hierfür PE (Polyethylen),
dessen Datenübertragungseigenschaften
für hochwertige Datenleitungen
noch weiter verbessert werden, indem
das PE beim Extrusionsprozess aufgeschäumt
wird. Dabei können Eigenschaften wie die Kapazität
oder die Impedanz durch eine geregelte Einbringung der Gas -
menge im Produktionsprozess exakt eingestellt werden. Durch eine
gute Abstimmung der beiden Parameter Isolationsdicke und
Gasmenge lässt sich eine dünne, platzoptimierte Leitung fertigen.
Zur Veranschaulichung des Stellhebels Verseilung eignet sich ein
Haarzopf ganz gut. Je enger man diesen flechtet, umso dicker wird
er. Dickere und dünnere Stellen wechseln sich dabei ab. Nimmt man
dieselbe Anzahl an Haaren einfach zu einem parallelen Bündel
zusammen, ist es merklich dünner. Etwas Ähnliches geschieht mit
den Kupferlitzen beim „Verseilen“. Die feinen Metalldrähte werden
verdrillt, weil das die Flexibilität verbessert – würden alle Litzen und
alle Adern parallel verlaufen, so würden bei jeder Biegung des
Kabels die außen liegenden Kupferdrähte gedehnt und die innen
liegenden gestaucht. Das Kabel wäre also extrem starr. Dem -
entsprechend ist es über die Schlaglänge – die Distanz für einen
Umlauf der Verdrillung – möglich, die Dicke und Flexibilität des
Kabels zu steuern. Ist sie länger und damit die Verdrillung geringer,
fällt das Kabel dünner aus. Für einen Hersteller von Kompaktrobotern
hat Lapp deshalb Adern zur Leistungsübertragung mit einer längeren
Schlaglänge entwickelt. Bei Datenleitungen kommt außerdem
noch dazu, dass eine paarweise Verseilung der Adern die Störfestigkeit
der Datenübertragung verbessert.
Sternvierer oder Stern in der Mitte
Änderungen gibt es auch bei den Aufgaben, die eine Verkabelung
übernehmen muss. In der klassischen Robotik werden Steuersig -
nale, Energie für die Servomotoren sowie Informationen einfacher
Sensoren häufig noch per Parallelverdrahtung übertragen. Für schnellere
Verbindungen, wenn größere Datenmengen übertragen werden
müssen, kommt zunehmend eine serielle Verkabelung zum Einsatz –
in der Regel werden Ethernet Cat 5 Kabel mit Datenraten von bis zu
100 Mbit/s genutzt. Für kompakte Roboter sind diese Leitungen als
Sternvierer aufgebaut. Das bedeutet, dass die beiden Aderpaare im
Inneren des Mantels so verseilt sind, dass sie im Vergleich zur oben
genannten paarweisen Verseilung weniger Platz beanspruchen und
jahrelange Bewegungen wie Biegung und Torsion aushalten.
Anders ist die Situation, wenn der Roboter viele Sensoren oder gar
eine Kamera zur Erkennung von Teilen oder zur Qualitätskontrolle
trägt. Dann reicht eine Sternvierer-Leitung nicht mehr aus, denn mit
nur zwei Aderpaaren können die enormen Datenraten
nicht bewältigt werden. Dann sind Ethernet-Leitungen
nach Cat 6 die bessere Wahl.
A
Sie übertragen Daten mit bis zu 10 Gbit/s.
Die in diesen Leitungen enthaltenen vier
Aderpaare werden zunächst jeweils als
Paare und dann noch miteinander verseilt.
Der dafür nötige Platzbedarf ist natürlich größer
als bei Sternvierern. Außerdem wird zwischen den
vier Aderpaaren ein Kunststoffkern mit Kreuzquerschnitt
mitverseilt, der sie auseinanderhält und dafür sorgt, dass
sich die Aderpaare bei Bewegungen nicht in Ihrer Position verändern.
Zudem wird dadurch das Nebensprechen zwischen den Aderpaaren
reduziert. Somit ist die fertige Leitung für den rauen Einsatz am
Roboter ertüchtigt.
Bild: Comau
Weitere Trends in der Roboterverkabelung
Der Wunsch der Roboterhersteller nach kompakteren Leitungen hat
auch Auswirkungen auf die Steckverbinder. Große Roboter werden
vom Schaltschrank aus über eine Versorgungsleitung gesteuert, die
üblicherweise in einem Industrie-Rechteckstecker im Fuß des Roboters
endet, oder auch mit einem M23-Rundstecker. Von dort laufen
Energie und Daten über Leitungen mit M23-Rundsteckern in der
Roboterarm. Für kleinere Roboter wurde dieser Standard auf das
kleinere M12-Format geschrumpft. Wenn noch kleinere Lösungen
benötigt werden, bei Robotern mit reiner Innenverkabelung etwa,
sind solche Stecker aber nicht mehr praktikabel. Hier werden die
Leitungen über kleine Steckverbinder angeschlossen, wie man sie
aus der Verbindung von Leiterplatten kennt.
Im Bereich der Zuleitungen vom Schaltschrank zum Roboter geht
der Trend eindeutig hin zu Fertigkonfektionen, wie sie Lapp in
seinem Ölflex-Connect-Programm anbietet. Bei der Verlegung der
Leitungen am oder im Roboter dominiert weiter Meterware zum
Selbstverlegen. Doch auch hier gibt es in letzter Zeit Anfragen nach
Fertigkonfektionen. Ein weiterer Trend in der Verkabelung von
Maschinen sind Hybridkabel. Sie enthalten alle notwendigen Leitungen,
manchmal auch Pneumatik- und Hydraulikschläuche, in einem
gemeinsamen Mantel. Dieses Konzept ist allerdings für Kompaktroboter
nicht geeignet. Durch die enge Abfolge der Anschlusspunkte
an bis zu sechs Servomotoren sowie Sensoren macht das Zusammenfassen
in einem Mantel hier keinen Sinn.
ik
www.lappkabel.de
Überblick über die Datenübertragungssysteme
für Ethernet bei Lapp:
www.t1p.de/yv99
INFO
elektro
AUTOMATION
elektro AUTOMATION 03 2017 27