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Hengstler entwickelt gemeinsam mit Lapp Kabel

Hybridleitungen für den richtigen Dreh
Hengstler entwickelt gemeinsam mit Lapp Kabel

Die Automatisierung industrieller Prozesse schreitet voran und macht die Abläufe in der Fertigung effizienter. Dabei ist ein Trend sowohl zur Dezentralisierung sowie zur Verschmelzung vormals getrennter Aufgabenbereiche zu beobachten. Diese Entwicklung wird auch durch Komponentenhersteller wie Hengstler und der Lapp-Gruppe vorangetrieben. Mit innovativen Schnittstellen-Lösungen wie SCS open link im Bereich der Drehgeber werden Servomotoren effizienter, kompakter und zukunftssicherer.

 

Adrian Benz, Teamleder Markting Communication, Hengstler GmbH, Aldingen

Ohne die Digitalisierung wäre in der Fabrik die Vision Industrie 4.0, die maximale Flexibilität und wirtschaftliche Fertigung bei Losgröße 1 anstrebt, nicht realisierbar. Eine solche intelligente Fabrik kann nur funktionieren, wenn Maschinen und Teile zunehmend unabhängig agieren und dabei über das Netzwerk miteinander kommunizieren. Eine wichtige Rolle übernehmen dabei verstärkt Servoantriebe. Sie sind aus vernetzten und flexiblen Produktionsbedingungen nicht mehr wegzudenken. Mit Hilfe digitaler Schnittstellen für die Motor-Regler-Kommunikation können wichtige Kenngrößen wie Position, Geschwindigkeit, Vibration oder Temperatur übertragen werden. Dabei wachsen die Marktanforderungen für Motoren- und Systemhersteller kontinuierlich. Kosten- und Platzreduzierung, einfache Implementierung und hohe Performance stehen im Fokus.

Hengstler, Hersteller industrieller Zähl- und Steuerungskomponenten, unterstützt die offene Schnittstelle SCS open link, mit der eine Einsparung von mindestens 50 % des Steckplatzes, verringerte Rüstkosten und eine hohe Maschinensicherheit garantiert sind. Die gesamte Motor-Feedback-Kommunikation wird über ein speziell von der Lapp-Gruppe entwickeltes Hybridkabel realisiert.

Fast 50 % weniger Steckplatz

Bei dieser Single Cable Solution handelt es sich um eine innovative Kombination des hoch performanten Acuro-AD37-Drehgebers mit der offenen Schnittstelle SCS open link. Hengstler beschäftigt sich seit 1983 mit der Entwicklung und Produktion von Drehgebern. Diese langjährigen Erfahrungswerte und die enge Zusammenarbeit während der Pilotprojektphase mit namhaften Kunden sorgen dafür, dass die Single Cable Solution das Potential mitbringt, einen neuen Industriestandard zu schaffen.

Das Daten-Protokoll der elektrischen Schnittstelle, die auf dem von Hengstler entwickelten Acuro-Link-Interface basiert, erfüllt die SIL3-Anforderungen nach IEC61508 bzw. Kat. 3 PLe nach EN ISO 13849. Während der AD37-Drehgeber selbst und der IP-Core in der Steuerung je nach Kundenanforderung ohne funktionale Sicherheit angeboten wird, bzw. SIL2 und auch SIL3 erfüllt. Eine Betriebstemperatur von bis zu +115 °C, eine Arbeitsdrehzahl bis zu 12.000 U/min und eine geringe Einbautiefe von 28 mm machen den AD37S zu einem kompakten, absoluten Multiturn-Drehgeber seiner Klasse. In der SIL3-Ausbaustufe heißt dieser performante Drehgeber dann AD37E. Er enthält sowohl einen internen Temperatursensor als auch einen separaten Anschluss für den Wicklungstemperatursensor des Motors und ermöglicht es somit, diese Informationen direkt im Drehgeber zu erfassen. Ein standardisiertes Electronic Data Sheet (EDS) im Drehgeber speichert spezifische Geberdaten und kann jederzeit abgerufen werden. Im Encoder selbst können Motor- und Antriebsdaten in einem internen OEM-Speicher hinterlegt werden.

Die zusätzlichen Monitorfunktionen zur Erfassung von Betriebsdaten bilden einen signifikanten Beitrag zur Realisierung von Industrie-4.0-Szenarien. Vor allem bei kompakten Servomotoren bietet SCS open link große Vorteile. Durch die Bereitstellung der Motorleistung und der Motor-Feedback-Signale über eine Ein-Kabel-Lösung wird die Effizienz signifikant erhöht. Insbesondere bei größeren Anlagen spürt man hier einen Raumgewinn und Gewichtsverlust.

Passgenaue Hybridleitungen

Die Lapp-Gruppe hat zwei passgenaue Hybridleitungen entwickelt und auf die digitale Schnittstelle SCS open link abgestimmt: Die Ölflex Servo FD 7DSL und die Ölflex Servo 7DSL. Sowohl Leistung als auch Daten werden bei dieser Lösung über eine gemeinsame Leitung übertragen. Dies gilt auch für die Signale weiterer Sensoren, wie des Temperaturfühlers, die in das digitale Motor-Feedback-Protokoll integriert werden. Die FD-Variante hat einen hochstrapazierfähigen PUR-Mantel und ist somit bestens für den Einsatz in Führungsketten geeignet – wer hingegen die Leitung fest verlegt einsetzt, kann auf die kostengünstigere PVC-Version zurückgreifen. Als Isolationsmaterial der Leiter wird durchgängig PP (Polypropylen) verwendet. Somit wird einerseits dem Wunsch nach kapazitätsarmen Leitungen Rechnung getragen und andererseits die Problematik störender Ableitströme auf dem Schirmgeflecht minimiert. Zudem sind mit PP geringere Wandstärken realisierbar als mit PVC. Einhergehend mit niedrigeren Wandstärken bei der Isolierung ist auch der geringere Außendurchmesser. Bis zu 20 % kann hier durch PP im Vergleich zu PVC eingespart werden. Auch bei Leitungen für Torsionsanwendungen kann Lapp sein Know-how einbringen und Typen anbieten, die den anspruchsvollen Anforderungen entsprechen.

SCS open link unterstützt high Performance Bewegungssteuerung dank einer hohen Übertragungsrate bis zu 10 MBaud, einem Datenaustausch von bis zu 32 KHz und ist dank der Übertragung kompletter Positionsdaten für eine extrem hohe elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ausgelegt. Diese Eigenschaften sind einzigartig am Markt. Zudem besteht die Möglichkeit, bis zu 100 m lange Motorleitungen zu integrieren.

Eine Leitung für Power und Daten

Da nur noch eine Leitung für Power und Daten erforderlich ist und die separate Drehgeberleitung mitsamt zugehörigem Steckverbinder wegfällt, ergeben sich signifikante Einsparpotenziale. Gerade bei kleineren Antrieben ist die relative Kostenstruktur für eine Feedbackleitung und einen M23-Steckverbinder nicht zu unterschätzen. Auch die Installation wird einfacher. Außerdem ist bei den energieführungskettentauglichen und auch robotertauglichen Leitungen der verringerte Platzbedarf ein wichtiges Kriterium, vor allem weil konventionelle Servo- und Drehgeberleitungen aus EMV-technischen Aspekten einen Mindestabstand zueinander haben müssen.

Für das Datenpaar werden derzeit üblicherweise 7- oder 19-drähtige verzinnte Kupferleiter verwendet. Die Verzinnung dient als Schutz des Isolationsmaterials vor direktem Kontakt mit Kupfer (Wärmealterung) und als Oxidationsschutz (Basis für Langlebigkeit).

Da neben Leistung und Steuersignalen bei Hybridleitungen auch Daten übertragen werden sollen, sind elektrische Parameter wie der charakteristische Wellenwiderstand, Dämpfungswerte aber auch Kapazitäts-, Induktivitäts- und Widerstandsbelege sowie Laufzeiten und Wellenimpedanzen im definierten Frequenzbereich von großer Bedeutung. Für SCS open link ist zum Beispiel der Wellenwiderstand mit 110 ± 10 Ω angegeben. Durch den verringerten Komponenten- Verkabelungsaufwand ergeben sich nämlich deutliche Kostenvorteile. Allein der Wegfall der Drehgeberleitung führt zu Kostenersparnissen von bis zu 35 %. Hinzukommen verringerte Montage- und Instandhaltungszeiten.

Alternativen auf Basis von Industrial Ethernet

Technisch möglich wären aber auch alternative Hybridlösungen, die zum Beispiel auf Industrial Ethernet basieren oder auf einer Verwendung optischer Datenübertragungssysteme, wie POF (optische Polymerfaser) oder PCF (kunststoffummantelte Glasfaser). Auch in diesem Bereich verfügt die Lapp Gruppe über das nötige Know-how. Gerade in Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit ist die Verwendung von optischen Datenübertragungssystemen eine Überlegung wert, zumal die Gefahr von Störungen oder Ausfällen elektrischer Systeme, die auf elektromagnetische Ursachen zurückzuführen sind, stark zugenommen hat. ge

Informationen dazu gibt auch ein Video

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