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Einkabel-Lösungen bieten neue Möglichkeiten für Servo-Antriebstechnik

Im Bereich der Servoantriebstechnik gewinnen Einkabel-Lösungen zunehmend an Bedeutung. Neben der wachsenden Anzahl von Antriebsherstellern, die Einkabel-Lösungen anbieten, wird dieser Trend durch die steigende Anzahl von Herstellern von Drehgebern, die die Realisierung solcher Lösungen erst ermöglichen, vorangetrieben. Sie unterscheiden sich nicht nur im verwendeten Protokoll, sondern auch in technischen Details wie Auflösung und Stabilität.

Die Helukabel GmbH und die Hengstler GmbH sind zwei etablierte Unternehmen, die dieses Thema aus verschiedenen Blickwinkeln angehen. Sie sind jedoch in ihrer gemeinsamen Mission vereint, ihren Kunden hochwertige, innovative, effektive und sichere Komponenten bereitzustellen, die das enorme Potenzial der Einkabel-Technologie nutzen. Hengstler AD37S Encoder für eine echte Einkabellösung.

In Einkabel-Lösungen werden die Kerne für die encoder's Signalübertragung in den Servokabel integriert, was bedeutet, dass zwei Kabel werden dabei kombiniert, um ein Hybridkabel zu bilden. Dieser solution's Erfolg ist bis auf die Vorteile von Raum und Gewichtsoptimierung, insbesondere zu den günstigen Preis und reduzierte Verbindungstechnik. In Bereichen mit begrenztem Raum bedeutet dies zusätzliche Vorteile für Maschinen, Schaltschränke und Schleppketten, zum Beispiel.

Grundvoraussetzung für den Aufbau einer Einkabellösung zwischen einem Servomotor und einem Servoregler ist ein digitaler Geber, der speziell für diese Art der Kommunikation entwickelt wurde. Der Geber ist fest mit dem Servomotor verbunden. Aus diesem Grund muss der Hersteller des Servomotors seinen Kunden eine End-to-End-Lösung bieten: Nicht nur der Servomotor muss mit einem Drehgeber ausgestattet sein, die Steuerung muss an das Konzept eines einzigen Motors angepasst werden -Kabel-Lösung - da Kommunikation immer zwischen zwei Einheiten hergestellt wird. Hengstler bietet in seinem neuen Produktprogramm spezielle Drehgeber an, die mit der ACURO®link-Schnittstelle, einem offenen Protokoll, die ideale Symbiose für die hohen Anforderungen von Einkabel-Lösungen schaffen. »Die ACURO®link-Schnittstelle wurde speziell für die Unterstützung von Zwei- und Vier-Draht-Anwendungen entwickelt», erklärt Johann Bücher, Director Encoder Strategy bei Hengstler.

Helukabel's Herausforderung als Kabelhersteller besteht darin, eine nachhaltig stabile und ausfallsichere Datenübertragung zu sichern. Die Zwei-Kabel-Lösung verwendet, um drei Schilde die Signalpaare von den störenden Einflüssen der Energieadern im traditionellen Set-up zu schützen. Darüber hinaus ist es in der Regel empfohlen, dass die maximal mögliche Abstand zwischen den Servo- und Geberleitungen betrachtet wird, wenn der Verlegung der Kabel. Jedoch werden die Feedback-Kerne eines Hybridkabel in den Servokabel direkt weitergeleitet werden. Es reduziert die physische Distanz fast vollständig und die Anforderungen für EMV eine neue Qualitätsstufe Abschirmung erreichen.

Ob der Motor dreht oder nicht, hängt von der Signalqualität ab, die beim Empfänger ankommt. Je weniger externe Störungen das Signalelement durchdringen, desto besser ist die Datenqualität, die beim Empfänger ankommt. Die Abschirmung der Datenkerne trägt zum Schutz vor EMV-Emissionen bei. Je länger die Abschirmung während des Gebrauchs intakt bleibt, desto länger wird der Schutz aufrechterhalten. Die Lebensdauer der Abschirmung kann nahezu »unendlich« sein, wenn das Hybridkabel in einer stationären Anwendung installiert wird. Die Lebensdauer verkürzt sich erst dann, wenn das Kabel in einer dynamischen Anwendung, z. B. einer Schleppkette, mechanisch belastet wird. Die Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit der Datenübertragung ist ein Produkt der einzelnen Störungen, dh je länger ein Kabel ist, desto kritischer ist die Anwendung.

Das Hengstler Forschungs- und Entwicklungsteam testet Zwei- und Vierleiterversionen ihres Gebers mit jeweils einem 100-m-Kabel unter Last. Diese Tests bieten aufgrund der erworbenen Praxiserfahrung eine hinreichende Sicherheit, dass die Kabel auch zukünftigen Herausforderungen in immer komplexeren Anwendungen gewachsen sind. Dank des Hengstler AD37-Drehgebers ist jetzt eine leistungsstarke Multiturn-Steuerung möglich.

Es setzt neue Maßstäbe mit einer 10-Mbaud-Übertragungsgeschwindigkeit und Datenaustauschraten bis 32 kHz, kombiniert mit der Übertragung ganzer Positionierungsdaten und einer extrem hohen elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Das Datenprotokoll der elektrischen Schnittstelle erfüllt darüber hinaus die Anforderungen von SIL3 nach IEC 61508 und Cat. 3PLe, in Übereinstimmung mit EN ISO 13489, während der AD37-Drehgeber selbst und der IP-Kern in der Steuerung alle Anforderungen von Nicht-SIL, SIL1, SIL2 bis SIL3 erfüllen können, abhängig von der spezifischen Anwendung des Kunden.

Die Helukabel Topserv Hybrid wurde als Standard für die Zweidraht-Lösung etabliert.

Die Belastungen, denen die Kabel im Feld ausgesetzt sind, wachsen mit den steigenden Marktanforderungen der Hersteller von Maschinen und Anlagen. Maschinenkonzepte sind kleiner als je zuvor, da die Achsen im Bereich traditioneller Werkzeugmaschinen dynamischer und schneller werden. Diese Entwicklungen reduzieren den verfügbaren Platz auf ein Minimum und die Biegeradien der Schleppketten werden enger. Kabel und Leitungen müssen auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sein, um eine hohe Stabilität in Schleppkettenanwendungen bei gleichzeitig wettbewerbsfähigen Preisen zu gewährleisten. Das Designteam der Helukabel GmbH wählt unterschiedliche Designs für spezifische Anforderungen aus.

Sie hängen von Parametern wie Bewegungsabstand, Mindestbiegeradius, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Mindestanzahl an Zyklen ab. Neben dem Design spielt auch die Materialauswahl eine entscheidende Rolle. Sie hängen in erster Linie von äußeren Faktoren wie Umgebungstemperaturen und / oder der geforderten Haltbarkeit der Materialien (zB aggressive Kühl- und Schmierstoffe) ab. Darüber hinaus müssen noch weitere Eigenschaften wie Flammwidrigkeit und halogenfreie Ausführung berücksichtigt werden.

Die unterschiedlichen Leistungsanforderungen der Motoren in unterschiedlichen Querschnitten für die Versorgungsleitungen übertragen. Je größer der Querschnitt, je dicker das Kabel. Es ist notwendig, dass die Tests unterschiedliche Biegeradien enthalten, um Schlussfolgerungen für alle anderen Querschnitten zu ziehen, da es nicht genug ist, ein Querschnitt und Kabelkonstruktion in einer Schleppkette zu testen. Die Helukabel-Gruppe testet Kabel auf neun verschiedenen Testsystemen, die zwischen den Längen und der Beschleunigung und Geschwindigkeit Parameter unterscheiden kann bei der Prüfung. Diese Tests sind sehr kompliziert und erfordern eine ständige Überwachung und Kontrolle. Sie sind jedoch auch notwendig, um die Qualität und Stabilität der Datenübertragung zu gewährleisten.

Helukabel war der erste Kabelhersteller, der die Haltbarkeit seiner Hybridkabel mit einem Systemtest mit mehr als fünf Millionen Zyklen bestätigte. In der Zwischenzeit wurden mehrere hundert Kilometer dieser Hybridkabel installiert und sind in verschiedenen Anwendungen auf der ganzen Welt im Einsatz.

»Wir sind der Kabelhersteller mit dem größten Vorteil in Bezug auf Erfahrung. Wir investierten viel Zeit in dieser Lösung aus einem sehr frühen Stadium und haben große Erfahrung auf dem Gebiet der Lage sein, zu entwickeln, arbeiten, zuverlässige Lösungen für den Antriebsspezialisten gesammelt. Unsere Topserv Hybrid als Standard etabliert für die Zwei-Draht-Lösung »geworden ist, sagt Thomas Pikkemaat, Produktmanager für Antriebstechnik bei HELUKABEL® GmbH.

Schleppketten-Testsysteme im Forschungs- und Entwicklungszentrum von Helukabel.

Prozessindustrie Informer

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