Hochtemperatur-Servomotor-Silikonkabel | Flexibles Stromversorgungskabel für Bewegungssteuerungsanlagen

Hochtemperatur-Servomotor-Silikonkabel | Flexibles Stromversorgungskabel für Bewegungssteuerungsanlagen

Das Ausfallmuster, das an den Stromkabeln von Servomotoren auftritt

Zieht man nach einigen Jahren im Dauerbetrieb das Stromkabel eines Servomotors aus einer Maschine heraus, sind die Schäden selten zufällig verteilt. Er konzentriert sich auf zwei Stellen: genau dort, wo das Kabel aus dem Motorgehäuse austritt (wiederholte Biegeermüdung an einer festen Klemmstelle), und entlang aller Abschnitte, die nahe am Motorkörper selbst verlaufen (thermische Zersetzung durch die Wärme des Motorgehäuses, das erheblich heißer werden kann als die Umgebungsluft im Schaltschrank). Ein Kabel, das zwar für hohe Temperaturen ausgelegt, aber nicht für Biegebelastungen konstruiert ist – oder umgekehrt für Biegebelastungen ausgelegt, aber nicht für die Hitze – neigt dazu, genau an einer dieser beiden Stellen auszufallen – nur mit unterschiedlicher Geschwindigkeit.

Dies Silikonkabel für Servomotor Bei dieser Produktreihe geht es darum, beide Schwachstellen in derselben Konstruktion zu beheben, anstatt sie als separate Probleme zu behandeln, die durch unterschiedliche Produktlinien gelöst werden. Das ist der praktische Grund, warum hier Silikon anstelle von PVC oder Standardgummi zum Einsatz kommt: Es ist eines der wenigen Ummantelungsmaterialien, das der anhaltenden Hitze des Motorgehäuses standhält. und bleibt flexibel genug, um eine Festpunkt-Biegezone zu überstehen, ohne spröde zu werden.

Wo dieses Kabel passt – und wo nicht

Eine gute Wahl, wenn:

• Das Kabel tritt direkt aus dem Gehäuse eines Servomotors oder in dessen Nähe aus, der unter Dauerlast heiß läuft.
• Es gibt einen festen Biegepunkt (Motorausgang, Kabelklemme, Zugentlastung), der wiederholten, aber in seinem Bewegungsbereich begrenzten Bewegungen ausgesetzt ist – nicht dem vollen Verfahrweg der Schleppkette.
• Für die Installation wird eine Ummantelung benötigt, die auch nach jahrelanger Strahlungswärme des Motorgehäuses nicht steif wird und keine Risse bildet, selbst wenn sich das Kabel selbst nicht ständig bewegt.

Nicht die richtige Wahl, wenn:

• Das Kabel durchläuft die gesamte Länge einer Schleppkette mit Millionen von Hin- und Herbewegungen – dafür gibt es eine spezielle Leiter- und Litzenkonstruktion für Schleppketten, und der Einsatz eines Motorversorgungskabels in dieser Rolle führt in der Regel zu einer Ermüdung der Leiter, lange bevor der Mantel zum begrenzenden Faktor wird.
• Sie benötigen integrierte Encoder-/Rückmeldeleiter im selben Mantel – hierbei handelt es sich um eine reine Stromleitung; kombinierte Servokabel für Strom und Signale weisen eine separate Konstruktion mit interner Abschirmung und Adernverdrillung auf, über die ein reines Stromkabel nicht verfügt
• Die Anwendung erfolgt im Außenbereich und ist ohne jeglichen Schutz langfristig direkter UV-Strahlung ausgesetzt – erkundigen Sie sich speziell für diesen Fall nach den verfügbaren Ummantelungsmaterialien, da nicht alle Silikonmischungen UV-Strahlung gleich gut vertragen.

Was bestimmt eigentlich den richtigen Leiterquerschnitt – und dabei geht es nicht nur um den Strom?

Die Verkabelung von Servomotoren ist einer der wenigen Bereiche, in denen eine zu geringe Leiterquerschnittsauslegung ein Problem verursacht, das bei der Erstinbetriebnahme leicht übersehen wird und sich erst Monate später bemerkbar macht: der Spannungsabfall unter Beschleunigungsstrom. Servomotoren ziehen während der Beschleunigung und Verzögerung Spitzenströme, die deutlich über ihrem Dauerstrom liegen. Ist die Kabelstrecke lang, kann dieser Spitzenstrom in einem zu klein dimensionierten Leiter einen so starken Spannungsabfall verursachen, dass unter Last zeitweise Fehlercodes ausgelöst werden – Fehler, die oft als Problem des Antriebs oder des Motors angesehen werden, bevor jemand das Kabel überprüft.

Die praktische Konsequenz: Die Leiterquerschnittsauslegung für Servostromkabel sollte unter Berücksichtigung sowohl des Spitzenbeschleunigungsstroms als auch der Kabellänge erfolgen und nicht nur anhand der Dauerlast. Ein Kabel, das im Ruhezustand und unter Dauerlast ausreichend dimensioniert ist, kann für den tatsächlichen Arbeitszyklus dennoch zu klein dimensioniert sein.

Bauwesen

Die verdrillte Aderanordnung (im Gegensatz zu parallelen Adern) ist bei Servokabeln wichtiger als bei einfachen Steuerleitungen – sie verringert die elektromagnetische Asymmetrie zwischen den Stromleitern, was sich wiederum auf den Motorlagerstrom und die vom Kabel selbst abgestrahlte elektromagnetische Störung auswirkt. Es handelt sich zwar um ein kleines Konstruktionsdetail, aber es ist einer der Gründe, warum sich ein speziell entwickeltes Servokabel anders verhält als ein handelsübliches mehradriges Stromkabel mit demselben Querschnitt.

Ein Beispiel zur Größenbestimmung, Schritt für Schritt erklärt

Ein typisches Szenario: Ein Servomotor mit einer Nennleistung von 3 kW im Dauerbetrieb, der auf einem Roboterchassis montiert ist und über ein 12 Meter langes Kabel mit dem Antrieb verbunden ist; das Kabel verläuft in einem festen Kabelkanal mit einer einzigen Biegestelle am Motorausgang (der Motor dreht sich mit dem Gelenk mit, das Kabel läuft jedoch nicht in einer Kette mit).

• Dauerstrom Für den Motor allein würde ein Leiter mit 2,5 mm² Querschnitt völlig ausreichen.
• Spitzenbeschleunigungsstrom, das bei schnellen Bewegungen für kurze Zeit das 2- bis 3-fache der Dauerleistung liefern kann, führte in Kombination mit der Leitungslänge von 12 Metern dazu, dass der Querschnitt auf 4 mm² erhöht werden musste, um den Spannungsabfall beim Beschleunigen innerhalb der vom Antriebshersteller vorgegebenen Toleranz zu halten
• Jacke Es wurde Silikon anstelle von PVC vorgeschrieben, da die Oberflächentemperatur des Motorgehäuses im Dauerbetrieb über 90 °C lag und die fest verlegte Kabelführung auf einem Teil ihrer Strecke nur wenige Zentimeter am Gehäuse vorbeiführte.
• Umgang mit Flexpunkten: Da es sich hierbei um eine Flexverbindung mit festem Befestigungspunkt handelt (der Motor dreht sich, das Kabel läuft nicht in einer Schleppkette), reichte ein handelsüblicher Litzenleiter aus – eine speziell für Schleppketten ausgelegte Leiterkonstruktion war hier nicht erforderlich, was zudem die Kosten niedrig hielt

Die daraus resultierenden Spezifikationen: 4 Adern (3 Stromadern + Erdung) × 4 mm², Silikonmantel, 15 Meter (mit Spielraum für die Verlegung).

Der Sinn dieser Betrachtung liegt nicht in den konkreten Zahlen – vielmehr geht es darum, dass die beiden entscheidenden Faktoren (Leiterquerschnitt und Gehäusematerial) jeweils durch den Anlaufstrom bzw. die Gehäusetemperatur bestimmt wurden und nicht allein durch die auf dem Typenschild des Motors angegebene Nennleistung.

Servokabel aus Silikon im Vergleich zu Standard-Servokabeln aus Gummi

Beides ist im Allgemeinen keine falsche Wahl – ausschlaggebend ist fast immer die tatsächliche Gehäuse- bzw. Umgebungstemperatur, der das Kabel im Betrieb ausgesetzt ist, und nicht eine pauschale Bevorzugung eines bestimmten Materials.

Fragen, die bei der Spezifikation aufkommen

Unser Servoantrieb zeigt nur bei schnellen Bewegungen zeitweise Störungen an, nicht jedoch bei konstanter Drehzahl. Könnte das Kabel die Ursache sein? Bevor man davon ausgeht, dass es sich um ein Problem mit dem Umrichter oder dem Motor handelt, lohnt es sich, die Leiterquerschnittsauslegung anhand des Spitzenbeschleunigungsstroms und der Kabellänge zu überprüfen – dies ist eine häufigere Ursache, als es zunächst den Anschein hat, insbesondere bei längeren Kabelstrecken.

Kann dieses Kabel in einer Schleppkette verwendet werden, da es bereits am Motorausgang auf Biegung ausgelegt ist? Nicht zuverlässig für den Dauereinsatz in Schleppketten. Eine Flexzone mit festem Punkt und der kontinuierliche Lauf durch eine Kette belasten den Leiteraufbau auf sehr unterschiedliche Weise – ein Kabel, das für den einen Einsatz ausgelegt ist, ist nicht automatisch auch für den anderen geeignet.

Benötigen wir die verdrillte Aderanordnung, oder reicht für unsere Anwendung eine parallele Anordnung aus? Wenn Lagerströme oder elektromagnetische Störungen (EMI) in Ihrer bestehenden Anlage bisher kein Problem darstellten, kann eine parallele Verlegung akzeptabel sein. Mit zunehmender Kabellänge oder wenn in der Nähe der Installation bereits bekannte EMI-Empfindlichkeiten bestehen, gewinnt die verdrillte Verlegung an Bedeutung.

Welche Temperatur muss das Motorgehäuse eigentlich erreichen, bevor Silikon anstelle von Standardgummi erforderlich wird? Es gibt zwar keinen allgemeingültigen Grenzwert, doch bei Oberflächentemperaturen von durchgehend über etwa 80–90 °C zeigen Standard-Gummimäntel in der Praxis eine beschleunigte Alterung – ab diesem Punkt rechtfertigt sich in der Regel der höhere Preis für Silikon.

Kann dieses Produkt mit vorkonfektionierten Steckern geliefert werden, die zum motorseitigen Stecker unseres Servoantriebs passen? Ja – die Steckverbinderbaugruppe ist als Sonderanfertigung erhältlich; Steckverbindertyp und Pinbelegung müssen entsprechend Ihrer spezifischen Antriebs-/Motorkombination bestätigt werden.

Ein verbindliches Angebot einholen

Die Details, die tatsächlich die Ausführung bestimmen: Dauer- und Spitzenbeschleunigungsstrom des Motors, Länge der Kabeltrasse, ob es sich um eine Installation mit festem Biegepunkt oder um einen vollständigen Schleppkettenlauf handelt, sowie die tatsächliche Gehäuse- bzw. Umgebungstemperatur, in deren Nähe das Kabel verlegt wird. Ein konkretes Beispiel wie das oben genannte, selbst in grober Form, führt in der Regel schneller zu einem genauen Angebot als eine allgemeine Anfrage mit technischen Daten.

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