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Bild: iStock, warrengoldswain

Entwicklung und Prüfung von Leitungen in Energieketten Beweglich, aber stabil

05.10.2017

Die Dauerbewegungen, die Leitungen in Energieketten vollführen, machen eine verlässliche Lebensdauerprognose zu einem schwierigen Unterfangen. Im hauseigenen Großlabor unterzieht ein Energieketten-Spezialist seine Leitungen aufwändigen Tests unter realistischen Bedingungen, um sichere Auskunft bezüglich deren Haltbarkeit geben zu können.

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Leitungen in Energieketten – das war nicht immer eine harmonische Beziehung. In den späten Achtzigerjahren traten immer häufiger Schäden an sogenannten hochflexiblen oder kettentauglichen Leitungen auf, wenn diese in Energieketten eingesetzt wurden. Damit fiel vor über 25 Jahren der Startschuss für Igus, um sich in der Folge als Spezialist für bewegte Leitungen in Energieketten zu etablieren. Auf der Suche nach einer eigenständigen Lösung wurde Igus bald fündig: Bündelverseilung heißt das Zauberwort. Diese dem Aufbau von Stahlseilen nachempfundene Verseilung unterscheidet sich deutlich von den bis dahin verwendeten (und auch heute noch üblichen) Verseilkonzepten, den sogenannten lagenverseilten Leitungen. Bei lagenverseilten Leitungen werden die Adern in mehreren Lagen um das Zentrum der Leitung verseilt, wobei häufig noch Folien oder Vliese zwischen den Lagen eingebracht werden. Der Hauptnachteil dieses wesentlich kostengünstigeren Fertigungsverfahrens liegt darin, dass die Adern beim Biegen innerhalb des Biegeradius der Energiekette besonderen Streck- und Stauchkräften ausgesetzt sind. Diese Kräfte führen zu den gefürchteten „Korkenziehern“, besonders wenn es sich um lange, gleitende Verfahrwege und vieladrige Leitungen handelt.

Mehrfach verseilt hält besser

Ganz anders das Verfahren der bündelverseilten Chainflex-Leitungen: Bei beispielsweise 18 Adern werden diese nicht in mehreren Lagen übereinander, sondern zunächst in Dreierbündeln miteinander verseilt. Anschließend werden die insgesamt sechs Dreierbündel zu einer Gesamtverseilung verseilt. Diese mehrfache Verseilung, die auch mit unterschiedlichen Rückdrehverfahren gefertigt wird, stellt sicher, dass die einzelnen Adern innerhalb des Kettenradius nicht überdehnt werden. Unterstützt wird der Verseilverband durch zwickelfüllend extrudierte Innen- und Außenmäntel, bei denen die Zwischenräume zwischen den Adern völlig mit dem Mantelwerkstoff ausgefüllt werden. So kann sich die Verseilung nicht aufdrehen.

Bei extremeren Bewegungen, den sogenannten Torsionsbewegungen, kommen andere Leitungskonzepte zum Einsatz. Besondere Schirmaufbauten und Außenmaterialien sorgen für zusätzliche Haltbarkeit. Daher benötigen diese Leitungen Kraftausgleichselemente, lockere Verseilelemente, verschiedene Gleitebenen und andere Schirmkonzepte, um ein Überleben auch nach mehreren Millionen Torsionsbewegungen sicherzustellen. Besonders hoch sind die Anforderungen bei den geschirmten Varianten: Um die auf die Schirmdrähte einwirkenden Kräfte zu begrenzen, setzt Igus Gleitelemente unter- und oberhalb der Schirme ein. So wird die Beweglichkeit des Schirmes sowohl bezüglich der Gesamtverseilung als auch bezüglich des Außenmantels sicherstellt. Diese „weiche“ Bauweise verleiht der gesamten Leitungskonstruktion die notwendige Bewegungsfreiheit und verhindert mögliche durch vorzeitigen Aderbruch ausgelöste Maschinenstillstände.

Plastik macht das Rennen

Verseilung ist sehr wichtig, doch letztlich entscheiden die richtigen Isolations- und Mantelwerkstoffe über die Lebensdauer. Da Igus alle Komponenten aus einer Hand fertigt und testet, können die Energieketten und Leitungen in einem System optimal aufeinander abgestimmt werden. In den Testreihen im hauseigenen Labor zeigte sich deutlich, dass das Thema „Kunststoff und Leitungen“ der Schlüssel für eine lange Haltbarkeit in der Kette ist. Gemäß seinem Firmenmotto „Plastics for longer life“ konzentrierte sich der Kunststoffspezialist Igus darauf, die ständig miteinander in Kontakt tretenden Kunststoffe der Leitungen und der Energieketten zu vergleichen und zu verbessern. Kombiniert mit äußeren Faktoren wie Temperatur, Medien und eventueller Strahlung spielt dieses Thema eine zentrale Rolle im Zusammenspiel von Kette und Leitung.

Probieren geht über studieren

Zwar gab und gibt es durchaus Vorschriften beziehungsweise Normen, die sich auf bewegte Leitungen beziehen. Aber keine Norm (und kein damit verbundener Test) eignet sich wirklich für die Prüfung von Leitungen, die in Energieketten eingesetzt werden. Darum entwickelte Igus im Laufe der letzten Jahrzehnte eigene Normen zur Prüfung und Bewertung von Aufbauten und Werkstoffen. Die Werkstoffentwicklung und die darauffolgende Werkstoffprüfung nach Igus-Normen sind entscheidend, um die Haltbarkeit in der Energiekette zu gewährleisten.

Die Dauerbewegung in der Energiekette stellt eine Anforderung dar, die von den normalerweise in der Kabelindustrie eingesetzten Prüfverfahren nicht ausreichend berücksichtigt wird. So decken weder die Biegewechselprüfungen nach VDE noch die Abriebprüfung die Erfordernisse einer Ketten-Leitungskombination ab.

Bei der Biegewechselprüfung hat die Leitung einen komplett anderen Bewegungsablauf als in der Energiekette. Viele Leitungskonstruktionen, die diese Prüfung erfolgreich bestanden haben, fielen bei entsprechenden Igus-Normtests innerhalb kürzester Zeit aus. Daran wird deutlich, wie wichtig praxisgerechte Versuchsanordnungen sind, in denen sich die Anwendungsrealität verlässlich simulieren lässt. Im Rahmen groß angelegter realer Versuchsreihen mit unterschiedlichen Materialien und mit als kettentauglich beworbenen Leitungen stellte sich heraus, dass bei Dauerbewegung in der Energiekette keine der am Markt erhältlichen Mischung (auch nicht PUR) den in den Datenblättern angegebenen Temperaturen standhält. Diese Einsicht führte Igus dazu, als erster Leitungsanbieter überhaupt drei verschiedene Biege- und Temperaturbereiche für die bei Chainflex verwendeten Mantelmischungen zu definieren: für die feste Verlegung, für die flexible Bewegung nach VDE- oder IEC-Norm, und für die Bewegung in Energieketten.

Individuelle Lösungen

Nur echte Dauertests unter realistischen Bedingungen geben eine sichere Auskunft bezüglich der Lebensdauer von Leitungen in Energieketten. Daher betreibt Igus ein 2750 Quadratmetern großes Testlabor für bewegte Leitungen in Energieketten. Auf 65 verschiedenen Testständen werden die Produkte im Dauerbetrieb mit über 2 Milliarden Zyklen im Jahr auf ihre Belastbarkeit geprüft. Alle Messdaten fließen in die auf der Igus-Webseite frei zugänglichen Berechnungstools ein. So kann der Kunde online genau die richtige Leitung für seine Anwendung finden und unkompliziert deren Lebensdauer bestimmen. Dank der Realtests im Labor hat er die Sicherheit, dass die ausgewählte Leitung in ihrer vorgegebenen Bewegung funktioniert. Außerdem erhält er eine Funktionsgarantie von 36 Monaten.

Bildergalerie

  • Durch die mehrfache Verseilung wird sichergestellt, dass die einzelnen Adern innerhalb des Kettenradius nicht überdehnen.

    Bild: Igus

  • In den 40-Fuß-Klimacontainern bei igus werden Testleitungen bei Temperaturen von -40°C bis +60°C in e-ketten unter realistischen Bedingungen ständig getestet.

    Bild: Igus

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