Grundlagen zu Motor- und Servokabeln für moderne Antriebssysteme

Motor- und Servokabel sind entscheidende Komponenten in der industriellen Automatisierung. Motorkabel dienen der Stromversorgung, während Servokabel zusätzlich Niederspannungs-Rückmeldesignale übertragen; gemeinsam tragen sie dazu bei, dass Bewegungssysteme wie erwartet funktionieren. 

Das Verständnis der Eigenschaften von Motor- und Servokabeln, einschließlich der Auswirkungen von dauerhafter Biegung und Torsionsbewegungen, hilft Ihnen dabei, das beste Kabel für Ihre Anwendung auszuwählen. Das richtige Kabel trägt dazu bei, Ausfallzeiten, unerwartete Wartungsarbeiten und andere Probleme zu vermeiden, die den stabilen Systembetrieb beeinträchtigen können.

Was Motor- und Servokabel leisten

Der erste Schritt, um sich mit Motor- und Servokabeln vertraut zu machen, besteht darin, sich mit ihrem Aufbau auseinanderzusetzen. Dies hilft Ihnen dabei, die Auswahl Ihrer Kabel an die Anforderungen Ihrer Anwendung anzupassen und sicherzustellen, dass Sie über die richtige Biege- und Torsionsfestigkeit verfügen, um dynamischen industriellen Umgebungen gerecht zu werden. Obwohl sie gemeinsam behandelt werden, sind sie nicht ganz dasselbe.

• Motorkabel übertragen die Stromversorgung zwischen dem Umrichter und dem Motor.
• Servokabel enthalten Stromleiter und Niederspannungs-Signalpaare zur Übertragung von Rückmeldungen an den Umrichter.

Servosysteme sind auf eine störungsfreie und präzise Kommunikation angewiesen. Störungen wie elektromagnetische Interferenzen (EMI), Leiterermüdung und mechanischer Verschleiß können zu Positionierungsfehlern, schädlichen Schwingungen, Überhitzung und sogar zu systemweiten Ausfällen führen. Daher erfordern Servo-Rückführkabel häufig eine verbesserte Abschirmung und Isolierung, um Störsignale und Abweichungen zu verhindern. 

Achten Sie bei der Auswahl eines Kabels darauf, ein Motor- oder Servokabel zu wählen, das auch unter anspruchsvollen Umgebungs- und mechanischen Bedingungen seine elektrische Stabilität bewahrt. Beide Kabeltypen können ständigen Biegebelastungen, Torsion, Vibrationen und ähnlichen Umgebungsbelastungen ausgesetzt sein, doch ihr innerer Aufbau ist auf ihre jeweiligen Aufgaben zugeschnitten. 

Wenn Präzision, Geschwindigkeit und eine konstante Verfügbarkeit entscheidend sind, spielt die Wahl der richtigen Kabel eine entscheidende Rolle. Servo- und Motorkabel kommen in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen und Umgebungen zum Einsatz, von denen viele dynamisch sind und eine leistungsfähige Kommunikationsunterstützung erfordern. 

Zu den typischen Anwendungsbereichen für Servo- und Motorkabel gehören:

• Industrieroboter und Gelenkarme.
• Verpackung, Bestückung.
• Etikettiermaschinen.
• automatisierte Lager- und Kommissioniersysteme.
• Förderanlagen und Materialfluss.
• CNC-Bearbeitungszentren.
• Montageautomatisierung und Portalsysteme.

Selbst unter rauen Umgebungsbedingungen müssen Motor- und Servokabel wiederholten Bewegungen und starker Beanspruchung standhalten. Es ist wichtig, das für Ihre Anwendung am besten geeignete Kabel auszuwählen. Die richtige Wahl des Kabels kann einen entscheidenden Unterschied ausmachen.

Wesentliche Bestandteile des Aufbaus von Motor- und Servokabeln

Was sind die entscheidenden Bestandteile, aus denen sich Motor- und Servokabel zusammensetzen? Die Kabelkonstruktionen variieren je nach Hersteller und Anwendungsbereich, doch die meisten weisen mehrere entscheidende Konstruktionselemente auf, die einen dauerhaften und zuverlässigen Betrieb gewährleisten.

Leiter

In Motor- und Servokabeln sind feindrähtige, geglühte Kupferleiter die Standardwahl. Diese Leiter bieten:

• Flexibilität und hohe Leistungsfähigkeit auch bei Anwendungen mit wiederholten Bewegungen
• Geringere Biegeermüdung
• Geringerer Widerstand (im Vergleich zu gröberer Verseilung)

Verzinnte Kupferleiter sind eine weitere gängige Wahl für Anwendungen, bei denen Korrosionsbeständigkeit oder eine einfache Anschlusstechnik erforderlich sind. 

Der Leiterquerschnitt wird entsprechend den Leistungsanforderungen des Motors, den Grenzwerten für den Spannungsabfall, thermischen Gesichtspunkten und den spezifischen Gegebenheiten des Systems ausgewählt.

Isolierung

Die Isolierung von Motor- und Servokabeln muss elektrischen Belastungen, Vibrationen, Temperaturschwankungen und anderen Umgebungsbedingungen standhalten. Bei der Isolierung stehen mehrere geeignete Optionen zur Auswahl. Ihre Wahl hängt von den Einsatzbedingungen des Kabels und den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab:

• PVC (Polyvinylchlorid): Ein hervorragender Allzweck-Isolierwerkstoff.
• PE (Polyethylen): Ein Isolierwerkstoff mit niedriger Dielektrizitätskonstante, der eine verbesserte Signalübertragung bietet.
• PP (Polypropylen): Verfügt über hervorragende elektrische Eigenschaften und Stabilität.
• TPE (Thermoplastisches Elastomer): Ist äußerst flexibel und temperaturbeständig.

Bei Servo-Rückmeldungskabeln ist die Wahl der Isolierung ein besonders entscheidender Faktor, der berücksichtigt werden muss. Niederspannungssignale sind anfälliger für Störungen und Ableitungen, daher muss die Isolierung stabil sein. 

Abschirmung

Eine Abschirmung schützt Signal- und Stromleiter vor elektromagnetischen Störungen (EMI), Übersprechen und elektrischem Rauschen.

Bei Servokabeln, insbesondere bei Rückführpaaren, sowie bei vielen Motorkabeln sind die typischen Abschirmungsoptionen:

• Folienabschirmungen für 100 %ige Abdeckung
• Kupfergeflecht für mechanische Strapazierfähigkeit.
• Kombinierte Abschirmungen (Folie + Geflecht) für hohen EMI-Schutz.

Manche Rückmeldungskabel benötigen mehrere Abschirmungen. So kann es sein, dass neben einer Gesamtgeflechtabschirmung, die das gesamte Kabel umhüllt, auch einzelne Abschirmungen um die verdrillten Adernpaare erforderlich sind. In Umgebungen mit starken Störsignalen trägt die zusätzliche Abschirmung dazu bei, die Datengenauigkeit zu gewährleisten. 

Kabelmantel

Der Außenmantel eines Motor- oder Servokabels bietet zusätzlichen Schutz vor Abrieb, Öl, Chemikalien, Stößen und Biegebeanspruchung. Am besten wählen Sie ein Kabel mit einem Mantelmaterial, das für Ihre spezifischen mechanischen und umgebungsbedingten Anforderungen ausgelegt ist.  

Zu den gängigen Mantelmaterialien für Motor- oder Servokabel gehören:

• PVC: eine kostengünstige und vielseitige Ummantelungsoption.
• PUR (Polyurethan): bietet hohe Abriebfestigkeit bei gleichzeitiger Flexibilität.
• TPE: die ideale Wahl für Anwendungen bei niedrigen Temperaturen oder mit hohen Bewegungsanforderungen.

Bei Anwendungen, die eine ständige Biegung und Torsion erfordern, sind die Flexibilität der Ummantelung und ihre Reißfestigkeit besonders entscheidend. 

Flex- und Torsionsbelastungen in dynamischen Bewegungsanwendungen verstehen

Motor- und Servokabel sind häufig hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, darunter Biegung, Verdrehung und mehrachsige Bewegungen. Durch die Anpassung des Kabelaufbaus an Ihre Anwendung vermeiden Sie Probleme wie Leiterbrüche, Risse in der Isolierung und elektrische Störungen – die alle zu vorzeitigem Ausfall und kostspieligen Ausfallzeiten führen können.

Bewegung – oder in diesem Fall die Biege- und Torsionsfestigkeit – sind wichtige Faktoren bei der Kabelauswahl, insbesondere für dynamische Systeme und Anwendungen, die in Bewegung sind.

Durchgehende Flexkabel

Durchgehende Flexkabel sind oft die beste Wahl für Anwendungen, bei denen sich das Kabel wiederholt entlang einer einzigen Ebene bewegt (wie beispielsweise in einer Kabelführung, einer Gleitbaugruppe oder einem Linearantrieb). Bedenken Sie, dass sich ein Kabel im Laufe seiner Lebensdauer möglicherweise millionenfach biegen kann und Standardkabel nicht dafür ausgelegt sind, dieser hohen Belastung durch wiederholte Bewegungen standzuhalten.

Merkmale der Continuous-Flex-Kabel:

• Feine Leiterlitzen zur Verringerung innerer Spannungen.
• Eine kurze Litzenlänge zur gleichmäßigeren Verteilung der Biegekräfte.
• Flexible Isolationsmaterialien zur Vermeidung von Rissbildung.
• Bewegungsfreundliche Füllstoffe zur Formstabilität und zur Verringerung der inneren Reibung.
• Abriebfeste Ummantelungen zum Schutz vor Umwelteinflüssen und Verschleiß.

Achten Sie bei der Auswahl eines Kabels für eine Anwendung mit Bewegungsabläufen darauf, dass es für dauerhafte Biegebelastung ausgelegt ist. Die Flexibilität Ihres Kabels verlängert dessen Lebensdauer und sorgt für eine höhere Zuverlässigkeit in automatisierten Bewegungssystemen. 

Torsionsbeständige Kabel

Torsionsbeständige Kabel sind speziell dafür ausgelegt, Verdrehungen entlang ihrer Längsachse standzuhalten. Verdrehungen treten häufig in rotierenden Baugruppen, mehrachsigen Automatisierungsanlagen und in der Robotik auf. Bei diesen Anwendungen kann ein Kabel pro Meter Kabellänge einer Drehung von ±90°, ±180° oder mehr ausgesetzt sein, weshalb ein entsprechend ausgelegtes Kabel unerlässlich ist.

Im Gegensatz zum herkömmlichen Biegen können Torsionsbelastungen alle Schichten des Kabels beschädigen – die Leiter, Füllstoffe, Abschirmungen und Ummantelungen. Die Wahl eines ungeeigneten Kabels kann später zu zahlreichen Problemen führen, darunter Abschirmungsrisse, Überlastung der Leiter, Risse in der Ummantelung und Signalverschlechterung. 

Merkmale der torsionsfesten Kabel: 

• Spezielle Leiterverseilung für kontrollierte Verschiebung.
• Verstärkte Abschirmung, die auch bei Biegung und Drehung reißfest ist.
• Optimierte Litzenlängen, um die Verdrillungskräfte entlang des Kabels auszugleichen.
• Flexible Mantelmaterialien, die riss- und verschleißfest sind.
• Mehrschichtiger Aufbau zur Stabilisierung der inneren Komponenten auch unter Verdrillungsbeanspruchung.

Die Torsionsfestigkeit wird durch Tests ermittelt, die die Haltbarkeit über Tausende oder sogar Millionen von Torsionszyklen gewährleisten. Die Leistungsfähigkeit des torsionsfesten Kabels wird in der Regel in Grad pro Meter angegeben. 

Umgebungs- und mechanische Faktoren, die die Leistung von Kabeln beeinflussen

Bei der Auswahl des richtigen Motor- und Servokabels für Ihre Anwendung sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Die elektrischen und mechanischen Bedingungen müssen ebenso bewertet werden wie alle Faktoren, die die Umgebung beeinflussen, in der das Kabel verlegt wird. 

Zu den Überlegungen gehören:

• Temperatur: insbesondere bei Kabeln, die in der Nähe von Motoren und beheizten Maschinen verlegt sind.
• Chemische Beanspruchung: Schmiermittel, Öle, Kühlmittel, Prozesschemikalien und Lösungsmittel können Kabelmäntel und Isolierungen zersetzen.
• Drehzahl: Schnellere Zyklen führen zu höheren mechanischen Belastungen; Kabel sollten für die Drehzahl der Anlage ausgelegt sein.
• Biegeradius: Kabel haben einen Mindestbiegeradius; die Wahl eines Kabels unterhalb des Nennradius führt zu übermäßiger Belastung und Materialermüdung.
• EMI: Industrielle Systeme werden oft in Umgebungen mit hohem Störpegel betrieben, daher müssen Kabel abgeschirmt sein.
• Mechanische Entlastung: Maßnahmen wie Zugentlastungen, Kabelschleppketten und eine ordnungsgemäße Verlegung können helfen, Belastungen zu vermeiden und die Lebensdauer der Kabel zu verlängern.

Bei der Auswahl eines Motor- oder Servokabels ist es wichtig, den Verwendungszweck sorgfältig zu prüfen und den Kabelaufbau an Ihre Anwendung anzupassen. 

Für stationäre Anwendungen und Anwendungen mit geringer Beanspruchung sind PVC- oder PUR-Ummantelungen in Verbindung mit Standard-Litzenkonstruktionen in der Regel die richtige Wahl. Eine einfache Abschirmung kann ebenfalls verwendet werden, sofern die EMI-Werte niedrig sind. 

Für Anwendungen, die dynamische Biegebelastungen erfordern, sollten Sie auf Kabel achten, deren Leiter und Abschirmung für Dauerbiegung ausgelegt sind. PUR-Ummantelungen sind in der Regel die beste Wahl, da sie eine hohe Abriebfestigkeit bieten. Achten Sie außerdem auf optimierte Litzenlängen, die darauf ausgelegt sind, das Biegeverhalten zu verbessern und zu unterstützen. 

Anwendungen mit Drehbewegungen und Robotik erfordern torsionsbeständige Kabel. Achten Sie auf Kabel mit verstärkten Geflechtabschirmungen und mehrschichtigen Ummantelungen, die ein Aufreißen verhindern. Die im Kabel verwendeten Materialien müssen für mehrachsige (in mehrere Richtungen verlaufende) Bewegungen geeignet sein.

Die Auswahl des richtigen Kabels für Ihre Anwendung ist von entscheidender Bedeutung. Die mechanische Konstruktion des Kabels muss auf die Betriebsumgebung abgestimmt sein, um eine möglichst lange Lebensdauer zu gewährleisten und das Risiko von Ausfallzeiten, Wartungsarbeiten oder Ausfällen zu minimieren. 

Motor- und Servokabel zeichnen sich durch eine hohe Biege- und Torsionsfestigkeit aus. Sie sind in der Regel die beste Wahl für:

• Sechsachsige Roboterarme
• Automatisierte Schweißzellen
• Bestückungsanlagen
• Delta-Roboter
• Verpackungsmaschinen
• CNC-Maschinen und Bearbeitungszentren
• Anwendungen mit kontinuierlichen Bewegungsabläufen
• Führungsfahrzeuge (AGVs)
• Fördersysteme
• Portalroboter
• Industrielle Druck- und Verarbeitungsanlagen.

Es gibt noch viele weitere mögliche Anwendungsbereiche für Motor- und Servokabel. Wenn eine Anwendung Bewegungsunterstützung erfordert, trägt das richtige Kabel dazu bei, Genauigkeit, Systemeffizienz und Zykluszuverlässigkeit zu gewährleisten. 

Es ist wichtig, dass Sie sich darauf verlassen können, dass Ihre Motor- und Servokabel eine stabile Stromversorgung und eine störungsfreie Signalübertragung gewährleisten. Oft verbinden sie teure Komponenten und wertvolle Systeme unter äußerst anspruchsvollen Bedingungen. Daher ist es entscheidend, das Kabel genau auf die jeweilige Anwendung abzustimmen.

Wenn Sie Unterstützung bei der Auswahl von Kabeln benötigen, die für dauerhafte Biege- oder Torsionsbewegungen ausgelegt sind, stehen wir Ihnen gerne zur Seite. Bei IEWC bieten wir eine große Auswahl an zuverlässigen, hochwertigen Kabeln. Unser Support-Team hilft Ihnen gerne dabei, die perfekte Lösung zu finden. Kontaktieren Sie uns noch heute oder fordern Sie ein Angebot an.