Helukabel: Hybridkabel für dynamische Beanspruchung

Hybridkabel dynamisch hoch belastbar

| Redakteur: Konrad Mücke

Hybridleitungen enthalten neben den Leitungen zur Leistungsübertragung auch die Leitungen für die Kommunikation zwischen Regler und Servomotor.
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Hybridleitungen enthalten neben den Leitungen zur Leistungsübertragung auch die Leitungen für die Kommunikation zwischen Regler und Servomotor. (Bild: Copyright BLENDE32.de Detlev Haake)

Wirtschaftlich und effizient versorgt man Servomotoren über nur ein Kabel mit Energie und Daten. Dieses muss über lange Zeit hohen dynamischen Beanspruchungen zum Beispiel in Schleppketten standhalten. Auf Holzbearbeitungszentren bewähren sich Hybridkabel von Helukabel.

Komplexe CNC-Bearbeitungszentren zum Fräsen, Bohren und Komplettbearbeiten von Holzbauteilen für die Möbelindustrie produziert die IMA Klessmann GmbH mit weltweit über 900 Beschäftigten im westfälischen Lübbecke. Die Bohrmaschinen von IMA werden in der Möbelindustrie eingesetzt – stationär oder als Durchlaufmaschinen. Bei etwa 30 m/min Durchlaufgeschwindigkeit bringen mehrere Bohrer gleichzeitig horizontale und vertikale Bohrungen in die Werkstücke ein. So entstehen unter anderem Bauteile für Wohn-, Schlaf- oder Büromöbel. Auf den Bohrmaschinen arbeiten bis zu 90 NC-Achsen.

Dynamisch hoch beansprucht

Seit dem Jahr 2015 schliesst IMA Klessmann Servoantriebe seiner CNC-Maschinen mit der Einkabeltechnik OCT (One Cable Technology) von Beckhoff Automation an. Dabei nutzt der Maschinenhersteller Topserv-Hybridkabel von Helukabel. Diese sind für hochdynamische Anwendungen in Schleppketten ausgelegt. Ihre zuverlässige Funktion müssen sie unter schwierigen Bedingungen über lange Zeit gewährleisten. Dazu sagt Marcel Sulewski, Teamleiter im Elektro-Einkauf bei IMA: «Die Kabel sind in den Schleppketten hoher mechanischer Dauerbeanspruchung ausgesetzt, zum Beispiel durch enge Biegeradien und rasch aufeinanderfolgende Biegewechselzyklen. Hinzu kommt der Abrieb durch Holzstaub.»

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Schneller installieren reduziert Kosten

Dank der Einkabellösung konnte IMA den Aufwand zum Installieren der Servomotoranschlüsse bei den Bohrmaschinen um 20 bis 30 Prozent verringern. Das Fachpersonal kann deutlich schneller die Kabel konfektionieren, montieren und verlegen. Allerdings war die Verringerung des Platzbedarfs kleiner als erwartet. Denn es sind inzwischen Kabel mit grös­seren Leitungsquerschnitten in den Schleppketten zu verlegen. Doch weit wichtiger als der Raumgewinn durch weniger Kabel ist der Zeitgewinn beim Konfektionieren und Verlegen. Kabel lassen sich damit auch schneller austauschen und die Ersatzteilhaltung wird dank weniger Varianten vereinfacht. Für Geberkommunikation und Leistungsversorgung ist nur noch ein Kabel erforderlich.

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Schirmung entscheidet über zuverlässige Datenübertragung

Bei der traditionellen Installation verbinden separate Kabel für Energieversorgung und Gebersignal den Regler und den Servomotor. Dagegen ist bei der Einkabeltechnik die Geberleitung für das Motorfeed­back in die Servoleitung integriert. Das erhöht das Risiko, dass die Leistungsübertragung die Übertragung von Daten stört. Dies speziell, wenn beide Leitungen nicht ausreichend und dauerhaft gegenseitig abgeschirmt sind. In statischen Anwendungen halten solche Schirmungen quasi unbegrenzt. Anders hingegen verhalten sich Kabel bei Anwendungen mit mitfahrenden Achsen und Kabeln in Schleppketten. Dies gilt unter anderem für Roboter, Werkzeugmaschinen und Handlingsysteme. Ein abgeschwächter oder beschädigter Schirm verursacht schlimmstenfalls, dass Gebersignale unrichtig oder gar nicht übertragen werden. Die Wahl eines ungeeigneten Kabels kann sich erst Monate nach der Inbetriebnahme einer Maschine zeigen.

Das zu verhindern erfordert eine geeignete Schirmung. Dazu erklärt Thomas Pikkemaat, Produktmanager für Antriebstechnik bei Helukabel und kaufmännischer Betriebsleiter in Windsbach: «Schirmgeflechte aus blanken oder verzinnten Kupferdrähten können durch mechanische Zugbelastung im Aussenradius brechen. Das kann die Schirmwirkung reduzieren.» 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. Nur so wird sichergestellt, 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 wird zum einen ein höherer Bedeckungsgrad, zum anderen eine bessere Elastizität verwirklicht. Das reduziert die Zugkräfte auf das Schirmgeflecht. Bei Hybridkabeln nutzt man neben den Geflechtschirmen auch metallbedampfte Spezialvliese.

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Seit mehreren Jahren bewährt

Bereits im Jahr 2014 präsentierte Helukabel seine Reihe Servokabel Topserv als Standard für die Einkabeltechnologie. Seinerzeit gab es dazu noch keine Langzeiterfahrung. Deshalb hatte der Kabelhersteller in realitätsnahen Tests mit Schleppketten bestätigt, dass die Schirmung der Geberleitung auch nach weit mehr als fünf Millionen Zyklen noch funktioniert. Die nach dem Datenprotokoll Hiper­face DSL übertragenen Gebersignale werden auch nach langer Zeit zuverlässig übertragen und erkannt. Wie Thomas Pikkemaat berichtet, ist für das Drehen des Servomotors vor allem die Qualität des Gebersignals entscheidend. Je weniger Störungen von aus­sen in das Signalelement eindringen, desto zuverlässiger und störungsfreier gelangen die Daten zum jeweiligen Empfänger. Pikkemaat betont: «Verantwortlich für den Schutz vor den EMV-Emissionen der Leistungsübertragung ist der Schirm des Datenpaares. Je länger dieser selbst bei hoher Beanspruchung intakt bleibt, desto länger bleibt die Schutzfunktion erhalten.»

Der Maschinenhersteller IMA Klessmann setzt die Einkabeltechnologie in seinen Anwendungen bis zu 30 Meter abgesetzt vom Schaltschrank ein. Die ersten Maschinen sind nun seit über einem Jahr beim Kunden erfolgreich im Einsatz. Im Rahmen der routinemässigen Instandhaltungsintervalle haben sich die Kabel als sehr robust und absolut zuverlässig erwiesen. «Für uns war es wichtig, dass Helukabel die Haltbarkeit und die Zuverlässigkeit seiner Kabel für die neue Einkabeltechnologie intensiv getestet hatte», sagt Sulewski und fügt an: «Auch bei mehreren Millionen Zyklen gab es meines Wissens noch keinen Ausfall. Die Kabel haben sich mittlerweile in vielen unserer IMAGIC-Bohrsystemen bestens bewährt.» SMM

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