Als der Sensorik-Spezialist Sick im Herbst 2011 zur SPS IPC Drives die Hiperface-DSL-Encoder präsentierte, gab es zwar schon Wünsche der Antriebshersteller nach einer digitalen Version, aber noch nicht einen Motor, auf den der Encoder passte. Denn üblicherweise werden die Komponenten eines Servoantriebs – bestehend aus Motor und Regler – über zwei separate Anschlusskabel für Energieversorgung und Datenübertragung miteinander verbunden. Auf dem Servomotor befindet sich der Geber, der die Rotorstellung feststellt und das Ergebnis zur Steuerung kommuniziert. Für diese permanente Soll-Ist-Abfrage gab es auf jedem Servomotor bislang zwei Anschlussstecker: einen für die Leistungsversorgung des Motors und einen für die Datenübertragung des Gebers.

Bei der neuen Technik erfolgt die gesamte Motor-Feedback-Kommunikation nur noch über das Motorkabel. Hierzu wird die Datenübertragung auf die Versorgungsspannung aufmoduliert. Spezielle Verfahren und die Verwendung von Pulstransformatoren sorgen dafür, dass das Gebersignal von den Störungen auf dem Motorleistungskabel entkoppelt wird. Mit der digitalen Motor-Feedback-Schnittstelle Hiperface DSL erfolgt die Kommunikation zwischen Frequenzumrichter und Motor-Feedback-System also nur noch über zwei Adern. Aus je einem Kabel für Motor- und Geberleitung wird folglich ein Hybridkabel, Anschlussstecker entfallen, und der Bauraum sowie Installationsaufwand der elektrischen Leitungen verringern sich.
Stand heute können allerdings noch nicht alle Antriebssysteme die Daten des Hyperface-DSL-Protokolls entschlüsseln und auch die Regler müssen entsprechend umkonstruiert werden. Insofern geht Thomas Pikkemaat, Produktmanager Antriebstechnik bei Helukabel in Windsbach, davon aus, dass nicht alle herkömmlichen Antriebe durch die Einkabel-Lösung ersetzt werden. Trotzdem erwartet er, dass die Hiperface-DSL-Technik „voraussichtlich der Schnittstellen-Standard der Zukunft wird“.

Neuland für den Leitungshersteller

„Früher hatten wir ein oranges und ein grünes Kabel, die zusammen abgeschirmt in einem gewissen Abstand in einer Schleppkette lagen. Teilweise waren die Geberkabel nochmal mit Innenschirmen versehen. Wir hatten also einen räumlichen Abstand und teilweise drei Schirme, um die Störungen voneinander fernzuhalten“, beschreibt der Produktmanager den bisherigen Status quo. Bei dem jetzt zusätzlichen Paar innerhalb einer Leitung fehlt der Außenschirm von der Geberleitung und es besteht eine räumliche Nähe. „Ich kann natürlich dieses Paar doppelt schirmen“, so Pikkemaat. Die Schwierigkeit sei aber die Bewegung des Kabels innerhalb der Schleppkette. Dabei lässt die Schirmfähigkeit vom Schirmgeflecht nach. Es brechen Drähte, die Fachungen gehen auf, und ob der Encoder so gesendete Signale noch lesen kann, hänge nicht von der Absolutstörung, sondern von der Summe der Einzelstörungen ab. Je länger das Kabel, desto größer ist die Anzahl der einzelnen Störungen – irgendwann ist der Punkt erreicht, an dem die Signale unlesbar werden. „Das kann nach 100.000 oder erst nach 1 Million Zyklen sein.

Thomas Pikkemaat, Produktmanager für Antriebs­technik bei Helukabel: „Bis dato hat sich noch kein Standard für die Einkabel-Lösung herauskristallisiert.“

© Helukabel

Es gibt hierfür noch keine allgemeingültigen Erfahrungswerte“, gibt Pikkemaat zu bedenken. Grundsätzlich gelte es beim Einsatz der Hiperface-DSL-Technik zwei Anforderungen miteinander zu kombinieren: Zum einen sind die elektrischen Vorgaben des Encoders einzuhalten. Zum anderen gibt der Servomotoren-Hersteller die elektrischen Eigenschaften der Kabel vor. „Wir werden oft gefragt, ob es dafür nicht eine Standardlösung gibt“, bemerkt Pikkemaat und liefert zugleich die Antwort: „Das muss ich zurzeit noch verneinen, weil sich noch kein Standard herauskristallisiert hat. Jeder Motorenhersteller setzt andere Kabel und unterschiedliche Stecker ein. Damit ist das im Moment ein sehr Antriebsherstellergesteuertes Thema.“

Der Kabelexperte weiter: „Aber aufgrund der positiven Argumente für die neue Technik haben wir uns frühzeitig sehr intensiv mit dieser Lösung beschäftigt.“ Um entsprechend funktionierende und zugleich langlebige Lösungen bauen zu können, seien die Kabel allerdings aufwendiger und mit hochwertigeren Materialien ausgestattet. An Stelle des normalen Kupfergeflechts kommen zum Beispiel spezielle Materialien zum Einsatz. So könne Helukabel für seine Leitungen die üblichen fünf Millionen Zyklen garantieren. „Unser Know-how liegt übrigens nicht darin, eine Hybridlösung zu bauen, das kann jeder andere Kabelhersteller auch. Unser Erfahrungsvorsprung liegt vielmehr darin, dass wir das Hiperface-DSL-Element inklusive seiner Schirmung geprüft haben“, betont Pikkemaat.

Bei den ersten Kundenanfragen wollten die Entwickler von Helukabel zunächst auf der sicheren Seite sein und haben eine Leitung aus den besten Materialien ­gebaut. Diese war nach Aussage des ­Unternehmens zwar zunächst sehr teuer, aber man konnte sich sicher sein, dass sie funktioniert. In einem zweiten Stepp möchten die Windsbacher die ­Leitung nun entsprechend „downgraden“ und dann eine günstigere Alternative ­anbieten.

Autorin: Angela Scheufler ist freie Jounalistin aus Neukirchen a.B.

Hiperface DSL

Die digitale Hiperface-DSL-Schnittstelle entspricht dem RS-485-Standard mit einer Übertragungsrate von 9,375 MBaud. Die Datenkommunikation erfolgt über Entfernungen bis 100 m und synchron zum Reglertakt, der im Extremfall bis zu 11,95 µs kurz sein darf. Mit Blick auf die zunehmenden Sicherheitsanforderungen auch in der elektrischen Antriebstechnik wurde die Schnittstelle für SIL3-Niveau gemäß
IEC 61508 beziehungsweise Performance Level e nach EN ISO 13849-1 ausgelegt.