Servomotoren und Umrichter wurden bisher stets mit zwei Leitungen verbunden: eine Leitung für die Energieversorgung und eine für das Gebersignal, die zum Beispiel über die Drehzahl und die Lage des Motors informiert. Doch zunehmend mehr Antriebshersteller bieten Servomotoren mit Einkabel-Lösungen an. Bei den sogenannten Hybridleitungen laufen Energieversorgung und Datenübermittlung über eine einzige Leitung, indem die Geberleitung in die Servoleitung integriert wird. Damit entfällt die notwendige Verkabelung mit einer separaten Messsystemleitung für den Encoder.

Ein weiterer Vorteil der Hybridleitungen liegt in der einfachen und verkürzten Konfektionierungszeit gegenüber einer Zweikabellösung. Maschinen lassen sich schneller montieren und in Betrieb nehmen. Zusätzlich kommt es zu einer Reduktion des Bauraums in der Ener­giekette, sodass ein kleineres und kos­tengünstigeres Modell genutzt werden kann. Und nicht zuletzt gestaltet sich auch der Anschluss an die Steuerung beziehungsweise den Motor kompakter, sodass der Kunde nur noch einen  Stecker für das gesamte System benötigt.

Sichere Datenübertragung

Die 'Chainflex'-Hybridleitungen sind mit eingebautem Bus-Element ausgerüstet. Sie wurden für hochdynamische Anwendungen beispielsweise in Bearbeitungs- und Werkzeugmaschinen entwickelt.

© Igus

Bei der Zusammenlegung der Servo- und der Encoderleitung zu einer Hybridleitung gilt es, die notwendigen Datenübertragungseigenschaften zu realisieren und die störfreie Funktion der Leitung für viele Millionen Doppelhübe sicherzustellen. Eine sichere Übertragung der Bussignale auf maximaler Leitungslänge bei vielen Bewegungszyklen stellt besondere Anforderungen an die verwendeten Isolationswerkstoffe der Bus-Adern. Zum einen muss das Material den hohen mechanischen Ansprüchen der Bewegung gerecht werden, zum anderen müssen die elektrischen Eigenschaften, die für die Datenübertragung notwendig sind, zu 100 % eingehalten werden. In diesem Segment hilft Igus die Materialerfahrung der vielen Tests weiter. Zudem kommen hier auch Elemente mit Schirmung ins Spiel. Der Schirm sorgt für den Schutz des Datenpaares vor internen und externen Störungen, was bei einer extrem komprimierten Leitung überaus wichtig ist.

Bei den Hybridleitungen von Igus beispielsweise sorgt die geflochtene Schirmung für eine hohe Lebensdauer. Das Unternehmen verwendet einen besonders engen Schirm. Da die Flechtung in einem flachen Winkel mit hoher optischer Bedeckung verläuft, werden die auf die Schirmdrähte einwirkenden Kräfte nicht zu groß und die Haltbarkeit steigt. Dabei wird der Schirmaufbau je nach Leitungstyp speziell angepasst. Die feste Konstruktionsweise gibt der gesamten Leitungskonstruktion die notwendige Bewegungsfreiheit. Für zusätzliche Sicherheit aller ‚Chainflex‘-Leitungen sorgt die kurze Schlaglänge der Verseilung. Besonders wichtig dabei ist die zusätzliche Unterstützung des Verseilverbandes durch sogenannte zwickelfüllende extrudierte Innen- und Außenmäntel, die die Zwischenräume zwischen den Adern völlig mit dem Mantelwerkstoff ausfüllen. So kann sich die Verseilung nicht aufdrehen.

Hybridleitungen in der Energiekette

In statischen Anwendungen halten die Schirmungen nahezu unbegrenzt stand. Wird die Leitung jedoch innerhalb einer Energiekette in Bewegung gesetzt, beispielsweise in Werkzeugmaschinen oder Handlingsystemen, treffen neue beanspruchende Kräfte auf die Leitung. Igus testet das komplette Sortiment an Leitungen im hauseigenen Testlabor in der Bewegung unter realen Bedingungen. Hier werden neben den mechanischen Tests in der Energiekette die Übertragungseigenschaften der Bussysteme analysiert. Dabei werden die Bussysteme separat gemessen und überprüft, ob die Datenübertragung über den kompletten Testzeitraum, der mehrere Millionen Doppelhübe dauert, eingehalten wird. 

Im Praxistest

Dass die Hybridleitungen von Igus funktionieren, Montagezeit verkürzen und Kosten sparen, zeigt der Einsatz bei IMA Klessmann: Bis zu 50 Servoachsen auf engem Raum, große Dynamik, hohe Erwartungen an die Lebensdauer und kleine Biegeradien lauteten die Anforderungen, denen sich die Hybridleitungen in einem neuen Bohrautomaten stellen mussten. Die ‚Chainflex‘-Einkabeltechnologie fasst Power- und Feedbacksystem in der Servoleitung zusammen. Dies reduzierte den Aufwand für Material und Inbetriebnahme ganz deutlich, aber es stellte die Verantwortlichen bei IMA Klessmann im ersten Schritt vor eine echte Herausforderung. Je nach Position des Schaltschranks – die vom Kunden vorgegeben wird – verlegt das Unternehmen bis zu 4 km Leitungen. Dass die genutzte Einkabeltechnologie zuverlässig funktioniert, wurde in einem maßgeschneiderten Testprogramm sichergestellt: Hier wurden die Hybridleitungen mit über vier Millionen Hüben in den IMA-spezifischen Biegeradien getestet und geprüft.

Autor:
Andreas Muckes ist Leiter Produktmanagement ‚Chainflex‘-Leitungen bei Igus in Köln.