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01 Beim Achsregler Servo One CM von LTI Drives genügt dank Hiperface DSL ein Kabel pro Motor. Das spart Platz am Motorgehäuse, bei der Kabelführung und im Schaltschrank

Der Trend geht zur Einkabellösung

02 Das Singleturn-Motor-Feedback-System EKS36 und die Multiturn- Version EKM36 von Sick sind die weltweit ersten Motor-Feedback-Systeme mit Hiperface-DSL-Schnittstelle

03 Der Achsregler Servo One CM des Mehrachs-Automatisierungssystems System One CM von LTI überzeugt – auch dank Hiperface DSL – durch eine kompakte, platzsparende und integrationsfreundliche Bauform

04 Um die Installation zu vereinfachen, hat LTI einen speziellen Regler-Anschlussstecker für Leistung und Signale entwickelt, der zudem eine bessere Signal- bzw. Motorschirmung gewährleistet

Die Einkabeltechnologie gehört zu den aktuell wichtigen Themen in der elektrischen Antriebstechnik. Das spürt auch LTI Drives, die sich bereits frühzeitig mit Hiperface DSL beschäftigt und dazu ein Grundlagenprojekt aufgesetzt haben. Das Ergebnis ist ein Mehrachs-Automatisierungssystem in Einkabeltechnik, in dem die innovative Motor-Feedback-Schnittstelle integriert ist.

Hiperface DSL von Sick hat den Markt verändert“, sagt Joachim Albach, Leiter des Produktmanagements bei LTI Drives. Er ist sogar überzeugt: „In fünf Jahren werden wir uns im Rückblick fragen, wieso wir jemals zwei Leitungen für die Verbindung zwischen Motor und Antriebsregler verwendet haben.“ Internationale Marktforschungen und Branchenexperten stützen seine Zukunftseinschätzung. So belegt beispielsweise das US-amerikanische Informations- und Beratungsunternehmen IHS in aktuellen Untersuchungen, dass die Einkabeltechnik – neben dem Thema Sicherheit – in der Antriebstechnik aktuell der Megatrend ist. Michelle Figgs, Senior Analyst bei IHS, stellt fest: „In den letzten Jahren hat die Zahl der Antriebshersteller, die Motor-Feedback- Lösungen in One Cable Technology anbieten, signifikant zugenommen“.

Die Vorteile der digitalen Schnittstelle
Als Innovation bei der Vorstellung von Hiperface DSL im Jahr 2011 gab Sick unter anderem an, dass es sich um die erste rein digitale Schnittstelle handle, die nur mit zwei Adern auskommt. Dabei werden Leistung und Daten robust und störsicher in einem Hybrid-Motorkabel übertragen. Hierzu wird die Kommunikation auf die Versorgungsspannung des Motor-Feedback-Systems, zum Beispiel eines Singleturn-Motor-Feedback-Systems EKS36 oder einer Multiturn-Version EKM36 von Sick (Bild 2), aufmoduliert. Neben einer besonderen Kabelschirmung sorgen spezielle Verfahren und die Verwendung von Pulstransformatoren dafür, dass das Gebersignal von den Störungen auf dem Motorleistungskabel entkoppelt und störungsfrei übertragen wird. „Äußerlich sind elektrische Antriebslösungen mit Motor- Feedback-Systemen und Hiperface DSL somit daran zu erkennen, dass sie nur noch einen Motorstecker und eine Motorleitung aufweisen“, sagt J. Albach auch mit Blick auf das eigene Mehrachs-Automatisierungssystem System One CM (Bild 1 und 3).

Konsequente Erhöhung des Integrationsgrads
Seit dem 1. April 2013 gehört die LTI-Unternehmensgruppe mit ihren weltweit rund 900 Mitarbeitern zum Körber- Konzern. Dieser beschäftigt insgesamt rund 11.000 Mitarbeiter und erzielt einen Umsatz von rund 2 Mrd. €. LTI mit Hauptsitz in Lahnau gliedert sich in die drei Geschäftsfelder Energietechnik, Sensortechnik sowie Antriebs- und Automatisierungstechnik (LTI Drives). Der Bereich verfügt über ein modulares Produkt- und Serviceportfolio. Eine der Stärken liegt bei Mehrachs-Automatisierungssystemen, wie sie als Antriebslösungen in zahlreichen Branchen eingesetzt werden. „Die Kunden erwarten immer mehr Systeme, die sich durch Dynamik und Präzision auszeichnen, gleichzeitig aber auch ein Höchstmaß an Kompaktheit, Einfachheit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit bieten“, so J. Albach. Vor diesem Hintergrund wurde auch das System One CM entwickelt. „Die Zauberformel lautete Erhöhung des Integrationsgrads auf Schaltungs- und auf Baugruppenebene“, sagt der Produktmanagementleiter. „Entstanden ist ein Automatisierungssystem mit integriertem Dreiachsregler, das das kompakteste seiner Klasse ist. Der Platzbedarf im Schaltschrank wird um 30 % bis 40 % reduziert und durch die Einkabeltechnik wird die Installation erheblich erleichtert.“ Mit dem neuen System lassen sich High- Speed-Positionieraufgaben mit bis zu 8.500 Takten pro Minute und einer Bewegungspräzision im Mikrometerbereich realisieren.

Geber-Regler-Anbindung vereinfacht
Ein Faktor, der die hohe Integrations- und Leistungsdichte des System One CM ermöglicht hat, ist die Entscheidung zugunsten der One Cable Technology von Hiperface DSL. Dadurch ist es möglich, auf die Geberleitung komplett zu verzichten und die Installation zu vereinfachen. Hierfür setzt LTI auf einen speziellen Regler-Anschlussstecker für Leistung und Signale, der zudem eine bessere Signalschirmung gewährleistet (Bild 4). Gleichzeitig erlaubt es die Schnittstelle, die gesamte Antriebsreglerelektronik schlanker zu gestalten. „Digitaltechnik ist sehr gut integrierbar und wird infolge der Technologieentwicklung immer kleiner“, erklärt der Experte. Dabei geht er davon aus, dass künftige Systemgenerationen kosteneffizienter werden, weil die bislang separate Geberschnittstelle, die Geberleitung und der Stecker am Motor entfallen.

One Cable Technology als strategisches Innovationsprojekt
LTI hat früh die Vorteile der neuartigen Schnittstelle erkannt und intern ein entsprechendes Grundlagenprojekt aufgesetzt. Dabei ging es unter anderem darum, Erfahrungen zu sammeln, Randbedingungen zu klären und technische Anforderungen, zum Beispiel an die Schirmung oder die Umsetzung der Signalpegel abzuleiten. Insgesamt hat das Projekt wichtige Informationen geliefert, die das Unternehmen bei der Entwicklung seines Systems nutzen konnte. Weiteren Input lieferte in dieser Zeit der Markt: „Erste Antriebslösungen in Einkabeltechnik, wie mit unserem Servoverstärker Servo One Junior, haben sofort zu intensiven Kundenkontakten geführt“, berichtet J. Albach. „Dabei haben wir dann auch aus Sicht der Applikationen die Vorteile der Einkabeltechnik erfahren.“

Der „Charme der Innovation“ führt zu vielfältiger Nachfrage
Aber nicht allein die Reduzierung des Aufwands im Zusammenhang mit Stecker, Leitung und Integration macht Hiperface DSL interessant. Auch Endkunden profitieren von der Lösung – und das aus ganz unterschiedlichen Gründen. Für Roboterhersteller beispielsweise ist die Einkabeltechnik interessant, weil sie die Verkabelung hin zu den beweglichen Komponenten vereinfacht und die Möglichkeit eröffnet, auf die sonst oft verwendete Geberbox am Roboterfuß, in der alle Gebersignale gesammelt werden, zu verzichten. Ein weiterer Aspekt ist die eigentliche Robotermechanik. „Oftmals ist der Platz für die Leitungsführung sehr begrenzt“, sagt J. Albach. „Da ist es ein entscheidender Vorteil, wenn nur noch eine Leitung durch eine enge Öffnung verlegt werden muss.“ Aber auch in anderen Bereichen gestaltet sich die Motorverkabelung teilweise schwierig, zum Beispiel in der Vakuumtechnik oder auch bei Durchführungen in Edelstahlgehäusen. „In beiden Fällen wächst tendenziell der Aufwand und das Verfügbarkeitsrisiko mit der Anzahl der Leitungen. Die Einkabeltechnik ermöglicht es hier, die Anzahl der Durchführungen zu minimieren“, so J. Albach.

Digitale Schnittstelle verbessert Verfügbarkeit
Wieder andere Anwender haben vor allem die Verfügbarkeit ihrer Anlagen im Blick. In Applikationen mit mitfahrenden Achsen, wie in Werkzeugmaschinen oder Handling-Systemen, zählen Kabelbrüche zu den häufigsten Ausfallursachen. Weniger Leitungen bedeuten weniger Ausfallwahrscheinlichkeit, lautet die Gleichung, die bei bewegten Leitungen in der Regel aufgeht. Noch umfassender wird das Thema Verfügbarkeit, wenn die Antriebssysteme in ein Condition-Monitoring- Umfeld integriert werden sollen. „Das ist, besonders mit Blick auf die normalerweise vieljährige Betriebsdauer von Maschinen, zunehmend ein Argument“, bestätigt der Leiter Produktmanagement. Hiperface DSL bietet die Möglichkeit, eine Vielzahl von Motordaten, zum Beispiel Betriebsstunden, Motortemperatur, Stromaufnahme, Drehzahl, Geschwindigkeit und die jeweiligen Veränderungen dieser Größen – mithilfe des Motor-Feedback- Systems zu erfassen. Im Rahmen eines kontinuierlichen Condition Monitoring lassen sich diese Informationen zu Diagnosezwecken sowie zur vorbeugenden Instandhaltung nutzen. Sie alle erlauben die Ableitung von Aussagen über den Zustand und die voraussichtliche Entwicklung von Antriebs- und Maschinenzuständen. Für den Anwender ergeben sich daraus vor allem zwei Vorteile. Der Erste ist der Schutz der Maschine, um über ein schnell reagierendes Sicherheitssystem, zum Beispiel eine Notabschaltung, Folgeschäden zu vermeiden. Der zweite Vorteil ist die Effizienzoptimierung der Maschine, um eine höchstmögliche Produktionsverfügbarkeit und -kapazität zu erreichen. Hier bietet sich großes Potenzial zur Einsparung von Betriebskosten, da kritische Maschinenelemente nicht präventiv überprüft und ausgetauscht werden müssen, sondern deren Lebensdauer ohne Verlust der „Restlaufzeit“ intakter Bauteile vollständig ausgenutzt werden kann. „Kein Wunder also, dass immer mehr Kunden aus ganz unterschiedlichen Bereichen aktiv nach der Einkabellösung fragen“, fasst J. Albach zusammen.

Hiperface DSL gibt die Richtung vor
Die Stellgröße Kabel hat im Mehrachs-Automatisierungssystem von LTI eine wesentliche Optimierung ermöglicht. Die Einkabeltechnologie Hiperface DSL leistet einen wichtigen Beitrag zur hohen Integration, die bei System One CM erreicht werden konnte. Aus Sicht von Maschinenbauern und Endanwendern ergeben sich immer wieder neue Sichtweisen, die belegen, dass dieser Schnittstellentechnologie in der elektrischen Antriebstechnik die Zukunft gehört – zumal sich auch Komponentenzulieferer, wie Kabelanbieter oder Schleppkettenhersteller, mit passenden Produkten auf diese Marktentwicklung einstellen. (ih)

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Autor:
Bernd Appel ist Leiter Business Unit Motorfeedback-Systeme bei der Sick Stegmann GmbH in Donaueschingen. kundenservice@sick.de

Klaus Oberkötter ist Geschäftsführer der TBO Technisches Büro Oberkötter G.m.b.H. in Brachttal. tbo@t-online.de