Aus Zwei mach Eins

Waren Servomotoren bei der traditionellen Zweikabellösung mit separaten Kabeln für Energieversorgung und Gebersignal an den Regler angeschlossen, wird bei der Einkabellösung die Geberleitung für das Motorfeedback in die Servoleitung integriert. Damit können die Leistungsadern allerdings auch leichter die Übertragung von Daten stören, zumindest dann, wenn nicht für eine gute und dauerhafte gegenseitige Abschirmung der Leitungen gesorgt wird. Die hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Hybridkabel von HELUKABEL haben mittlerweile auch Maschinenbauer vielfach praktisch bestätigt. Ein gutes Beispiel dafür ist die Einführung der Einkabeltechnologie beim Kunden IMA Klessmann. Das Unternehmen mit Stammsitz in Lübbecke/Westfalen ist ein international tätiger Hersteller von Maschinen und Fertigungsstraßen für die Holzbearbeitung in der Möbelindustrie. IMA beschäftigt weltweit rund 900 Mitarbeiter und ist seit Ende 1996 Kunde von HELUKABEL. Für Marcel Sulewski, Teamleiter im Elektro-Einkauf bei IMA, ist Dirk Spranger der direkte Ansprechpartner. Er ist Außendienstmitarbeiter im technischen Vertrieb bei HELUKABEL.

Die Bohrmaschinen von IMA werden in der Möbelindustrie eingesetzt – stationär oder als Durchlaufmaschinen. Bei Durchlaufgeschwindigkeiten von circa 30 Metern pro Minute 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.

IMA verwendet seit Anfang 2015 bei ihren Bohrsystemen und komplexen Fertigungsmaschinen zur CNC-Bearbeitung die Einkabeltechnik OCT (One Cable Technology) von Beckhoff Automation. Mit den für hochdynamische Schleppkettenanwendungen intensiv getesteten TOPSERV-Hybridkabeln für Servomotoren ist der Maschinenbauer bei der Umstellung gut beraten gewesen. „Die Kabel haben sich mittlerweile in vielen unserer IMAGIC-Bohrsysteme bewährt, trotz hoher mechanischer Dauerbeanspruchung, wie zum Beispiel durch enge Biegeradien und hohe Biegewechselzyklen in den Schleppketten; und, nicht zu vergessen, den Abrieb durch Holzstaub“, berichtet Sulewski. Ihre Bohranwendungen hat IMA bereits komplett auf Einkabeltechnologie umgestellt. „Bei den CNC-Bearbeitungszentren fehlt meines Wissens nur noch ein Motor, der für die neue Generation umkonstruiert werden muss.“

Kundenbetreuer Dirk Spranger wird von IMA oft schon beim Testaufbau miteinbezogen. „Wenn die Kabel beispielsweise durch den Einsatz in einer Energieführungskette bewegt werden, benötige ich Angaben zu Verfahrwegen, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Zyklenzahl und natürlich den Biegeradius, um das geeignete Produkt anbieten zu können“, berichtet er. „Mit unserem Kabelwissen können wir unseren Kunden dann konkrete Hilfestellung geben und die Konstruktion unterstützen.“ Für eine kompetente technische Beratung zur Wahl der Kabel muss eine Vielzahl weiterer Informationen und Parameter berücksichtigt werden, etwa der geforderte Temperaturbereich, chemische Beständigkeiten, mechanische Beanspruchung, Approbationen und Normen. „Wir haben relativ spezielle Anwendungen. Entsprechend spezialisiert ist die Beratung durch HELUKABEL. Das ist ein Geben und Nehmen“, so beschreibt Sulewski die Zusammenarbeit. „Einkaufsentscheidungen haben bei uns eine sehr große technische Komponente. Mit Dirk Spranger besprechen wir die technischen Rahmenbedingungen im Detail, er macht uns konkrete Vorschläge, die wir dann gemeinsam beurteilen. Hier verlassen wir uns auf Lieferanten wie HELUKABEL, die schließlich die Spezialisten für ihre Produkte sind und ihre Kabel intensiv für uns testen.“ Dirk Spranger: „Wir besprechen die Anforderungen unserer Kunden regelmäßig mit unserer Konstruktion im Werk Windsbach. Die Anwenderinformationen sind sehr wertvoll, um die Hybridkabel immer weiterzuentwickeln. Unsere Konstruktion kann dann mit geeigneten Testszenarien überprüfen, ob auch sehr spezielle Anforderungen mit unseren Kabeln realisierbar sind. Für IMA ergaben diese Tests, dass wir für deren Bohranwendungen mit den Standard-Hybridkabeln aus unserem Sortiment eine geeignete Lösung anbieten können.“

Dank der Einkabellösung konnte IMA bei ihren Bohrmaschinen den Installationsaufwand um schätzungsweise 20 bis 30 % senken. „Kabelkonfektionierung, Montage und Verlegung kosten weniger Zeit“, sagt Sulewski. „Der Platzgewinn durch die Einkabellösung war jedoch geringer, als bei einer Halbierung der Kabelanzahl erwartet, denn es sind auch die größeren Leitungsquerschnitte in den Schleppketten zu berücksichtigen.“ 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, da keine zwei verschiedenen Kabel für Geber und Leistung mehr benötigt werden. Wie sieht es aber mit den Kosten für die Spezialkabel aus? „Ich brauche nur noch eine Leitung, die aber an sich teurer ist“, gibt Sulewski zu bedenken. „Auf den ersten Blick spricht dies also nicht unbedingt für die Einkabellösung. Bezieht man jedoch die Einsparungen bei Kabelkonfektionierung und Installation mit ein, zahlen sich Einkabellösungen sehr wohl aus. Im technischen Einkauf darf man eben nicht nur nach dem Produktpreis sehen, sondern muss immer das Ganze betrachten.“

IMA setzt die Einkabeltechnologie in ihren Anwendungen bis zu 30 Meter entfernt 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“, sagt Sulewski. „Auch bei mehreren Millionen Zyklen gab es meines Wissens noch keinen Ausfall.“

Worin besteht die Herausforderung für einen Kabelhersteller wie HELUKABEL, um Maschinenbauern funktionierende und vor allem langlebige Hybridkabel zur Verfügung stellen zu können? HELUKABEL präsentierte im Frühjahr 2014 zur Hannover Messe mit seiner Servokabelserie TOPSERV ein Standardkabel für die neue Einkabeltechnologie. Zu dem Zeitpunkt hatten die Antriebshersteller noch keine Langzeiterfahrung mit der Technologie im Feld. Umso wichtiger war es, dass HELUKABEL durch realitätsnahe Schleppkettentests bestätigen konnte, dass die Schirmung der Geberleitung auch nach weit mehr als fünf Millionen Zyklen noch funktionierte und via Hiperface DSL übertragene Gebersignale einwandfrei gelesen werden konnten. 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. In statischen Anwendungen halten Schirmungen quasi unbegrenzt. Anders sieht es hingegen bei Anwendungen mit mitfahrenden Achsen und Kabeln in Schleppketten aus, wie zum Beispiel bei Robotern, Werkzeugmaschinen oder Handlingsystemen. Eine Reduktion der Schirmwirkung führt in Summe schlimmstenfalls dazu, dass Gebersignale unlesbar werden. Die Wahl eines ungeeigneten Kabels kann sich so vielleicht erst Monate nach der Inbetriebnahme einer Maschine zeigen. Durch welche Maßnahmen lässt sich also für solche dynamischen Anwendungen eine dauerhafte und zuverlässige 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. Nur so wird sichergestellt, dass die EMV-Abschirmung auch nach mehreren Millionen Zyklen erhalten bleibt. Um eine möglichst dauerhafte Abschirmung sicherzustellen, sollte der Geflechtdraht immer in einem stumpfen Winkel um die Adern gelegt werden. Dadurch werden neben einem höheren Bedeckungsgrad eine bessere Elastizität und damit eine Reduzierung der Zugkräfte erreicht. Bei Hybridkabeln kommen neben den Geflechtschirmen auch metallbedampfte Spezialvliese zum Einsatz. Neue Technologien wie die Einkabellösungen für Antriebe fordern auch Kabelhersteller heraus, innovative Lösungen zu entwickeln und zu testen. Dank der engen Kooperation mit führenden Maschinenbauern wie IMA Klessmann kann HELUKABEL seine Produkte praxisnah weiterentwickeln.