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Aus elektrischer Sicht ist Kupfer ein vorteilhafter Werkstoff für Automatisierungsleitungen, denn er besitzt einen geringen elektrischen Widerstand und ist mit etablierten Methoden leicht zu verarbeiten. Bild: Nexans
Belastbares Material eröffnet neue Applikationen

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Die Kraft hybrider Kupferleiter

Text: Philipp Teepe, Nexans
Automatisierungsleitungen sollen dünn, flexibel und über Jahre mechanisch belastbar sein – das ist schwer zu kombinieren. Ein neues Leitermaterial ist nun viel belastbarer als bisherige Kupferleiter, was weniger Kompromisse in der Applikation erfordert.

Ob es um Automatisierungsleitungen in der Robotik geht oder solche für Schleppketten: Beiden Anwendungen ist gemein, dass sie den Strom- und Datenleitungen eine Vielzahl schwierig kombinierbarer Eigenschaften abverlangen. Hohe Flexibilität, Eignung für enge Biegeradien, Abriebfestigkeit und elektrische Schirmung gehören ebenso zu den Anforderungen wie minimaler elektrischer Widerstand sowie Öl- und Chemikalienresistenz. Sie sollten auf Dauer erfüllt werden.

Aus elektrischer Sicht ist Kupfer ein vorteilhafter Werkstoff für Automatisierungsleitungen, denn er besitzt einen geringen elektrischen Widerstand und ist mit etablierten Methoden leicht zu verarbeiten. Das ungiftige Material ist zudem auf dem Weltmarkt vergleichsweise preiswert und einfach verfügbar. Ein Nachteil von Kupferleitern ist, dass sie bei ständiger Biege- oder Torsionsbeanspruchung leichter brechen als Leiter aus anderen Metallen. Um bei Schleppkettenanwendungen dennoch eine hohe Lebensdauer der Leitung zu erreichen, werden verschiedene Maßnahmen ergriffen, um die natürliche Schwäche des Kupfers zu minimieren. Neben einem verbesserten Aufbau des Kupferleiters (feinstdrähtig, Class 6) werden die Adern mit optimierten Verseilschlaglängen verdrillt. Zudem kann durch Einlegen von Füllmaterialien oder auch durch einen Innenmantel ein stabilerer Aufbau erreicht werden.

Für extrem fordernde dynamische Anwendungen mussten bisher anstelle von Kupferleitern solche aus metallischen Legierungen verwendet werden. Die legierten Werkstoffe haben den Nachteil, dass ihre Leitfähigkeit im Vergleich zu Kupfer um bis zu 30 Prozent geringer ausfällt. Dies kann nur durch einen größeren Leiterquerschnitt ausgeglichen werden, was die Kabel oder Leitungen dicker und schwerer macht und zu größeren Steckern führt.

Hybrider Aufbau macht Kupfer belastbarer

Um Anwendern bessere Leitungslösungen bieten zu können, hat die Nexans Metallurgie Deutschland ein neues, hybrides Leitermaterial aus Kupfer zur Serienreife gebracht. Es bietet die guten elektrischen Eigenschaften von klassischem Kupfer und verfügt gleichzeitig über verbesserte mechanische Eigenschaften. Zu den Merkmalen der neuen Lösung zählt eine elektrische Leitfähigkeit, die mindestens 96 Prozent der Leitfähigkeit von reinem Kupfer entspricht. Zudem kann die Zugfestigkeit des Leiters beinahe verdoppelt werden und die Wechselbiegefestigkeit des Leiters wird um zirka 70 Prozent erhöht. Durch den hohen Leitwert kann bei vergleichbarem Widerstand, gleichen Abmessungen und ohne Änderungen im Weiterverarbeitungsprozess eine höhere Lebensdauer erreicht werden.

Umgekehrt genügt bei Verwendung des neuen Leitermaterials und unter Beibehaltung der Zugfestigkeit oder der mechanischen Belastbarkeit ein kleinerer Querschnitt als bei den bisherigen Leitungen mit legierten Leitern. Diese höhere mechanische Robustheit des hybriden Kupferleiters kann verwendet werden, wenn die Lebensdauer der am Markt verfügbaren Leitungsqualitäten nicht ausreicht. Dabei kann es sich um Torsionsanwendungen, Vibrationsbelastungen oder den Schleppketteneinsatz mit sehr engen Biegeradien handeln.

Der Einsatz des neuartigen Leiters ist nicht allein auf die Automatisierungsbranche begrenzt. So konnte Nexans den Leiter bereits in Automobilanwend­ungen einsetzen, in denen herkömmliche Leitermaterialien der Vibrationsbelastung nicht standhielten. Je nach Anwendung können auch auf Basis des neuen Leitermaterials Leitungen angepasst und erprobt werden. Nexans hat alle Schritte der Kabel- beziehungsweise Leitungsproduktion im Haus vereint: von der Metallurgie und der Entwicklung über die Produktion von Isoliermaterialien sowie alle Fertigungsschritte bis hin zum Test. Im Nexans Research Center und im Motion Application Center können sowohl diverse Material- und Flammtests als auch Dauertests unter mechanischer Belastung wie bei einem Schleppketten- und Roboterbetrieb durchgeführt werden.

Neue Automatisierungsleitungen für hohe Temperaturen

Die neuen, schleppkettenfähigen Motionline-Automatisierungsleitungen der Nexans Deutschland erfüllen die Anforderungen der Glasindustrie sowie der Metall- und Kunststoffverarbeitung an hohe Temperaturbeständigkeit. Während viele Schleppkettenleitungen für Umgebungstemperaturen bis 60 °C ausgelegt sind, halten die neuen Automatisierungsleitungen bis 125 °C aus. Da gängige Thermoplaste bei so hohen Temperaturen verspröden, hat Nexans einen speziellen Werkstoff zur Isolierung der Adern und für den Mantel entwickelt. Er ähnelt in der Abriebfestigkeit Polyurethan und ist genauso widerstandsfähig gegen Öl und Chemikalien. Zudem ist er auf dauerhafte Bewegung ausgerichtet. Die Motionline-Leitungen sind gemäß Underwriters Laboritories zugelassen und als Servo-, Motor- oder Geberleitung für Automatisierungsanwendungen erhältlich.

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