Bei der Einführung der Einkabeltechnik kommt es entscheidend auf die Wahl der passenden Spezialkabel an. Dies zeigt das Beispiel von IMA Klessmann, einem international tätigen Hersteller von Maschinen und Fertigungsstraßen für die Holzbearbeitung in der Möbelindustrie. Seit Anfang 2015 verwendet die Firma bei ihren Bohrsystemen und Fertigungsmaschinen zur CNC-Bearbeitung die Einkabeltechnik ‚OCT‘ (One Cable Techno-logy) von Beckhoff. Mit dabei sind die für hochdynamische Schleppkettenanwendungen geeigneten ‚Topserv‘-Hybridkabel für Servomotoren von Helukabel. Diese Kabel arbeiten beispielsweise in den Bohrsystemen ‚Imagic‘, wo sie mechanischer Dauerbeanspruchung durch enge Biege­radien und hohe Biegewechselzyklen in den Schleppketten ebenso ausgesetzt sind wie dem Abrieb durch Holzstaub. 

Bohrsysteme für die Holzbearbeitung von IMA stellen hohe Anforderungen an die Kabel in Schleppketten. Hier im Bild bereiten mehrere Bohrer ein Möbelstück für die weitere Verarbeitung vor.

© IMA Klessmann

Die Bohrmaschinen von IMA werden stationär oder als Durchlaufmaschinen in der Möbelindustrie eingesetzt. Bei Durchlaufgeschwindigkeiten von circa 30 m/min bringen mehrere Bohrer gleichzeitig horizontale und vertikale Bohrungen in die Werkstücke ein, aus denen später zum Beispiel Wohn-, Schlaf- oder Büromöbel zusammengesetzt werden. Bis zu 90 Achsen können bei einer solchen Anwendung im Spiel sein.

Fokus auf die Schirmung

Bei der Hybridleitung werden die Feedback-Adern direkt in der Servoleitung mitgeführt.

© Helukabel / Detlev Haake HZWEIA

Hersteller von Hybridkabeln sehen sich nun vor speziellen Herausforderungen, um Maschinenbauern langlebig funktionierende Kabel zur Verfügung stellen zu können. Helukabel etwa präsentierte im Frühjahr 2014 mit der Servokabelserie ‚Topserv‘ ein Standardkabel für die Einkabeltechnik. Zu dem Zeitpunkt gab es seitens der Antriebshersteller noch keine Langzeit­erfahrung mit der Technik im Feld. Doch Helukabel konnte dank realitätsnaher Schleppkettentests bestätigen, dass die Schirmung der Geberleitung auch nach weit mehr als 5 Mio. Zyklen noch funktionierte und via Hiperface DSL übertragene Gebersignale einwandfrei gelesen werden konnten.

Grundsätzlich relevant für die Frage, ob sich der Motor dreht, ist die Qualität des Signals, das beim Empfänger ankommt: Je weniger Störungen von außen in das Signalelement eindringen, desto sauberer kommen die Daten beim Empfänger an. Verantwortlich für den Schutz vor EMV-Emissionen ist der Schirm des Datenpaares. Je länger dieser im Einsatz intakt bleibt, desto länger bleibt die Schutzfunktion erhalten.

Während Servomotoren bei der tradi­tionellen Zweikabellösung mit separaten Kabeln für Energieversorgung und Gebersignal an den Regler angeschlossen waren, wird die Geberleitung für das Motorfeedback bei der Einkabellösung in die Servoleitung integriert. Aber: Damit ­können die Leistungsadern leichter die Übertragung von Daten stören – zumindest dann, wenn nicht für eine gute und dauerhafte gegenseitige Abschirmung der Leitungen gesorgt wird. Eine Reduktion der Schirmwirkung führt im schlimmsten Fall dazu, dass Gebersignale unlesbar ­werden.

In statischen Anwendungen halten Kabelschirmungen quasi unbegrenzt. Anders sieht es in Anwendungen bei mitfahrenden Achsen und Kabeln in Schleppketten aus, wie etwa bei Robotern, Werkzeugmaschinen oder Handlingsystemen. Fatalerweise kann sich die Wahl eines ungeeigneten Kabels vielleicht erst Monate nach der Inbetriebnahme einer Maschine zeigen. Wie lässt sich also für dynamischen Anwendungen eine dauerhafte Schirmung erzielen?

Schirmgeflechte aus blanken oder verzinnten Kupferdrähten können durch mechanische Zugbelastung im Außen­radius brechen, wodurch sich die Schirmwirkung mit der Zeit reduzieren kann. Um dies zu verhindern, müssen Flechtwinkel und Bedeckungsgrad der Geflechtschirme in Hybridkabeln auf die Dynamik der Anwendung und die erforderlichen Biege­radien sowie Geschwindigkeits- und Beschleunigungsparameter optimal abgestimmt werden. So lässt sich sicherstellen, dass die EMV-Abschirmung auch nach mehreren Millionen Zyklen erhalten bleibt. Um eine möglichst dauerhafte Abschirmung zu gewährleisten, sollte der Geflechtdraht immer in einem stumpfen Winkel um die Adern gelegt werden. Dadurch lassen sich neben einem höheren Bedeckungsgrad eine bessere Elastizität und damit eine Reduzierung der Zugkräfte erreichen. Neben den Geflechtschirmen werden bei Hybridkabeln auch metallbedampfte Spezialvliese verwendet. 

Installationsaufwand reduziert

Insgesamt sank der Installationsaufwand bei den Bohrmaschinen dank der Einkabellösung um rund 20 bis 30 %, da sowohl Kabel­konfektionierung, Montage als auch Verlegung weniger Zeit benötigen. Der Platzgewinn durch die Einkabellösung allerdings fiel geringer aus als bei einer Halbierung der Kabelanzahl ursprünglich erwartet – dies ist dem geschuldet, dass auch die größeren Leitungsquerschnitte in den Schleppketten zu berücksichtigen sind.

IMA verwendet die Einkabeltechnologie in Anwendungen bis zu 30 m abgesetzt vom Schaltschrank. Erste Maschinen sind seit über einem Jahr beim Kunden erfolgreich im Einsatz.

Autor:
Thomas Pikkemaat ist Produktmanager für Antriebstechnik bei Helukabel und kaufmännischer Betriebsleiter im Werk Windsbach.