Beckhoff kombiniert im eXtended Transport System (XTS) die Vorteile von Linear- und Rotationsantrieben und bietet damit eine kompakte Lösung für neuartige Maschinenkonzepte. Kern der Lösung ist ein Platztausch üblicher Antriebskomponenten: Während in den meisten herkömmlichen Linearantrieben in der Regel statische Magnetschienen von elektrisch verbundenen Movern befahren werden, arbeitet das XTS genau umgekehrt. Die drei Hauptkomponenten sind der statische Linearmotor, eine dazu parallele Führungsschiene und der passive Mover selbst. Dieses Konzept macht das System zu einem Linearantrieb, der im Kreis fährt. Die unabhängigen passiven Schlitten (die Mover), die keine Daten oder Spannungsversorgung via Schleppkette oder Schleifkontakt benötigen, können sowohl gerade Strecken als auch Bogenstrecken abfahren. Damit lassen sich geschlossene Kreisläufe bilden, was einen hohen Effizienzgewinn impliziert. Denn während Linearsysteme sonst üblicherweise einen Arbeitsweg und einen Passivweg zurücklegen, können die Mover in einem Kreislauf die Leerwege reduzieren und so die Anlageneffizienz erhöhen.

Der XTS-Motor bildet eine vollintegrierte Einheit aus Leistungselektronik und Weg-Erfassung, in der Magnet-Spulen einen passiven Mover kontrolliert angesteuert über einen Doppelluftspalt in Bewegung versetzen. Dabei kann der Motor den Movern präzise positioniert Geschwindigkeiten bis zu 4 m/s ermöglichen – auf der Geraden sowie in Kurven. Um die richtige Führung zu geben, werden die Motormodule mit den passenden Führungsschienen kombiniert. Abhängig von der Anwendung können die Schlitten innen oder außen auf den Radien bewegt werden.
Der Mover beinhaltet Magnetplatten, die zusammen mit dem Motormodul die Vortriebskraft erzeugen. Durch geschickte Geometrie und gegenüberliegende Magnetfeld-Erreger wirken auch bei kraftintensiven Applikationen kaum Antriebskräfte auf die Lagerung. Dies schont zum einen die Lagerung und spart zum anderen Antriebsenergie für die Applikation. 

Die Mover können beschleunigen, bremsen, positionieren und sich synchroni­sieren; sie können absolute und relative Positionen zueinander einnehmen, können sich gruppieren und aufstauen, und in der Bewegung Klemmkräfte erzeugen. Daneben können sie Kurven genauso schnell durchfahren wie Geraden, Energie durch Nutzbremsung zurückgewinnen und die Rück- ebenso wie die Hinwege zu Transportzwecken nutzen. All dies ist präzise lagegeregelt, ohne Schwingungen, ohne Spiel, ohne Material-Ermüdung, fast ohne Verschleiß und ohne kostenintensive Wartung. Wäh-
rend herkömmliche Transportsysteme zahlreiche Lager, Kettenantriebe, För­derbänder, Schleppkabel oder Schleif­kontakte nutzen, die eine regelmäßige Wartung erfordern, arbeitet ‚XTS‘ mit einem Minimum mechanisch bewegter Teile. 
Dadurch gestaltet sich beispielsweise die Format-Anpassung bei Produktwechseln deutlich einfacher: Muss die Transportstrecke neu aufgebaut werden, sind lediglich die fertigen Motor- und Schienen-Komponenten neu zu konfigurieren. Bleibt die Strecke gleich und die Parameter des Produktes ändern sich, kann dies über eine einfache Änderung der Softwareparameter angepasst werden.

Flexibel und betriebssicher

Der Ethernet-Steckverbinder ‚ix Industrial‘ von Harting ist im Gerät mindestens 50 % kleiner als RJ45-Schnittstellen und somit nicht nur im ‚XTS‘ (eXtended Transport System) von Beckhoff ein wertvoller Beitrag zur Miniaturisierung.

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Auch die Betriebssicherheit wird positiv beeinflusst. In üblichen Transportsystemen findet ein Antrieb über Riemen, Ketten oder Bänder statt. Dabei sind oft lange Strecken von Transportmedien mechanisch miteinander verbunden. Das heißt, der Antrieb muss die Gesamtkraft für alle Fördereinrichtungen aufbringen, die sich aus den notwendigen Einzel­kräften aller Komponenten aufsummiert. Kommt es zu einer Störung, Kollision oder ähnlichem, wirkt die Gesamtkraft des ganzen Systems auf einer Stelle. Diese Kräfte können schnell zu schwerwiegenden Zerstörungen führen. Bei ‚XTS‘ wirkt hingegen immer nur die Einzelkraft eines Movers, die deutlich geringer ist. 

24 statt zwölf Ports

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Bewegen sich die Mover auf der Strecke und folgen ihrem eingeplanten Bewegungsmuster – wie aufschließen, klemmen, lösen, bremsen et cetera –, muss stets ein Rechner die Schaltung und Bestromung der zuständigen Motormodule berechnen. Dafür lassen sich insgesamt drei Rechnerkarten kombinieren. Bis dato hatten diese je vier RJ45-Buchsen als Port. In der Regel wird pro Port eine Motormodullänge von 1,5 m angesteuert. Doch auch wenn sich Anforderungen der Anwender hinsichtlich der Größe und Komplexität der zu realisierenden Transportaufgaben zunehmend steigern, sollten die kompakten Maße der Einzelkomponenten beibehalten werden. Ergo bedarf es einer platzsparenderen Alternative. 
In der aktuellen XTS-Generation ist daher der Ethernet-Steckverbinder ‚ix In-dustrial‘ von Harting verbaut. Diese Schnittstelle ist im Gerät mindestens 50 % kleiner als RJ45-Schnittstellen, dabei robuster und mit einer stabilen metallischen Verriegelung ausgestattet. Die 5000 möglichen Steckzyklen sind im XTS-Projekt nicht relevant, verdeutlichen aber den robusten Aufbau der Schnittstelle. Die Powerübertragung via PoE/PoE+ ist ebenso sicher wie der durch mehrere THR-Schirmkontakte zuverlässige Halt auf der Leiterkarte. Die ix-Schnittstelle ist nach IEC 61076-3-124 genormt und damit ein offener Standard und keine spezialisierte Insellösung. 
Neben der Platzeinsparung pro Port und der Robustheit waren zudem eine zuverlässige Schirmung und hohe Datenübertragungsraten gefragt.

Das Schirm-Konzept

Jonas Diekmann ist Technischer Redakteur der Harting-Technologiegruppe in Espelkamp.

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Bei 1/10-Gbit/s-Ethernet-Schnittstellen ist es eine Herausforderung, das Übersprechen zwischen den einzelnen Datenpaaren in der kleinen Bauform mit sehr nah beieinanderliegenden Kontakten wirksam zu minimieren. Harting stellt dies durch eine zwischen den beiden Kontaktreihen versteckte Schirmung sicher, die das Übersprechen wirksam verhindert. Darüber hinaus besitzt der ‚ix Industrial‘ zehn Kontakte, von denen acht Daten übertragen und zwei auf der Leiterplatte mit dem Massepotenzial verbunden sind. Sie dienen als weitere Schirmung. Durch das Schirmblech und die geerdeten Kontakte ergibt sich in der Anordnung der signalführenden Kontakte eine ähnliche Anordnung wie bei einem x-codierten M12-Rundsteckverbinder. Jedes Adernpaar liegt gut gegen seine Nachbarn abgeschirmt in einem eigenen Kabel- beziehungsweise Steckverbinder-Quadranten. Diese Maßnahme schützt wirksam gegen Übersprechen und ermöglicht eine störungsfreie Datenübertragung.

Für das XTS-System werden pro ix-Industrial-Steckverbindung jeweils zwei 100-Mbit-Ethercat-Verbindungen realisiert. Insgesamt konnten so auf der gleichen Leiterkarte acht statt vier Ports verbaut werden und pro Port zwei statt ein Ethercat-Kanal gefahren werden. Auf drei Leiterkarten gerechnet ergibt das unterm Strich 24 Ports mit 48 Ethercat-Strängen statt ehemals zwölf! Das heißt, es lassen sich Fahrstrecken von bis zu 100 m realisieren.