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Leitung Mit Sicherheit sicher

Autor / Redakteur: Monika Zwettler / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Energieketten kommen überall dort zum Einsatz, wo bewegte Maschinenteile mit Energie, Daten, Flüssigkeiten oder Gasen versorgt werden müssen. Sie führen und schützen die innenliegenden Leitungen. Dennoch bleiben die Anforderungen an die Leitungen enorm. Die konsequente Weiterentwicklung von Werkstoffen, Prüfnormen und -verfahren sorgt für Sicherheit und Berechenbarkeit.

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Hohe Ansprüche stellt der dauerbewegte Einsatz an die Leitungen. Neue Werkstoffe und Prüfverfahren erhöhen die Lebensdauer.
Hohe Ansprüche stellt der dauerbewegte Einsatz an die Leitungen. Neue Werkstoffe und Prüfverfahren erhöhen die Lebensdauer.
(Bild: Igus)

In der Industrie ist vieles in Bewegung, was auch für die bewegten Leitungen große Herausforderungen darstellt. Um diese an bewegten Maschinenteilen vor übermäßigen Zug- und Torsionskräften – aber auch vor äußeren Einwirkungen wie beispielsweise Schlägen oder Schweißfunken – zu schützen, werden oftmals Energieketten eingesetzt.

Eine Energiekette versorgt ein Maschinenteil mit Energie, Daten und Medien und macht zugleich jede Bewegung mit. Der Grad der Bewegung reicht von simplen Hüben bis hin zu sechsachsigen Roboter-Anwendungen. Damit die innenliegenden Leitungen den Belastungen viele Millionen mal standhalten, und es nicht etwa nach wenigen tausend Zyklen zu Aderbrüchen oder dem berüchtigten Korkenzieher-Effekt kommt, müssen Material und Aufbau der Leitungen optimal aufeinander abgestimmt sein.

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Langzeitversuche liefern verlässliche Prognosen

Die Praxis zeigt, dass selbst hochflexible Leitungen im bewegten Einsatz in Energieketten oft rasch an ihre Belastungsgrenzen stoßen. Lässt sich ihre Lebensdauer vorhersagen? Standard-Normtests wie sie von VDE, IEC oder UL durchgeführt werden, lassen im Hinblick einer Leitung in der Kette laut Rainer Rössel, Leiter des Geschäftsbereiches Chainflex Leitungen bei Igus, kaum eine klare Aussage zu. Denn um verlässliche Prognosen darüber treffen zu können, wie sich eine Leitung in der Kette verhält, bleibt nur der Langzeitversuch in der Energiekette selbst. Einschlägige Normen simulieren auf anderen Wegen den Verschleiß lediglich beispielswiese mit dem Einsatz von Rasierklingen, Nadeln oder Schleifpapier. Dies jedoch hat häufig mit den tatsächlichen Gegebenheiten nichts zu tun. „Wir haben in der Kette kein Schleifpapier, keine Rasierklinge und in der Regel auch keine Nadel“, erklärt Rössel. „Wir haben einen Kettenwerkstoff und die Leitung.“

36 Monate Garantie

Um die Lebensdauer verlässlich voraussagen zu können, betreibt Igus als Spezialist für Kunststoffe und Leitungen in Bewegung ein 1750 m² großes Testlabor für bewegte Leitungszerstörung in Energieketten, in dem auf 58 verschiedenen Testständen die Produkte im Dauerbetrieb auf ihre Belastbarkeit geprüft werden. Dank dieser Versuchsreihen können zuverlässige und klare Aussagen getroffen werden, um Haltbarkeit und Lebensdauer planbarer zu machen – Igus gibt 36 Monate Garantie auf die Chainflex-Leitungen. Für den Kunden resultiert daraus laut Frank Blase, CEO und Geschäftsführer bei Igus, Sicherheit und Ökonomie.

Verschiedenste Teststände

Da es auf die genaue Abbildung der realen Arbeitsbedingungen ankommt, sind Testachsen mit unterschiedlichsten Verfahrwegen und Beschleunigungen oder Witterungsbedingungen vorhanden. Für die Erprobung von großen Energiekettensystemen, wie sie etwa bei Krananlagen zum Einsatz kommen, ist ein Außentestgelände mit einem Verfahrweg von bis zu 240 m Verfahrweg vorhanden. Hier wurden bereits Komponenten mit 4 m/s und einer Zusatzlast von 8 kg/m auf eine Gesamtleistung von 25.000 km erfolgreich getestet.

Einsatz bei extremen Temperaturen simulieren

Ebenso werden Temperaturverläufe von -40 bis 60°C untersucht. Dem eigens hierfür umgebauten Seecontainer, in dem diese Verläufe realisiert werden können, kommt eine zentrale Bedeutung zu. Anders als bei der sonst üblichen Kältewickelprüfung, bei der Testleitungen auf einen Dorn aufgewickelt und einmalig auf Prüftemperatur heruntergekühlt werden, stehen hier Leitungen und Ketten bei entsprechenden Testtemperaturen unter realistischen Bewegungsbedingungen auf dem Prüfstand. Diese müssen den Millionen von Hüben und eben der im echten Einsatz zu erwartenden Biegebeanspruchung standhalten. Eine Prüfung gilt dann als bestanden und somit die notwendige Kälteflexibilität als erwiesen, wenn keine Mantelbrüche festgestellt werden können.

Wichtig für Energieketten: Hohe Abriebfestigkeit

Nicht immer dreht es sich bei den Tests um Extremtemperaturen. Bei Kundenanfragen geht es zumeist um Leitungen, die noch bei -5°C sicher funktionieren. Igus bietet deshalb seit über vier Jahren eine ölbeständige PVC-Mischung, die über eine hohe Abriebfestigkeit bei einer großen Temperaturbandbreite verfügt. Dies sei ein absolutes Novum auf dem Markt, denn übliche PVC-Mischungen für kettentaugliche Leitungen erfüllen diese Anforderungen bis heute nicht. Ein weiterer Vorteil: Bei eher gemäßigten Temperaturen ist es nicht zwangsläufig notwendig, auf teurere Mantelwerkstoffe wie PUR oder TPR zurückzugreifen.

Bündel statt Lage

Die Erkenntnisse, die bei der laufenden Analyse aller Tests gewonnen werden, fließen bei Igus seit über 25 Jahren in die Entwicklung des stetig wachsenden Sortiments von Leitungen ein. Dies führte neben neuartigen Materialien zur Einführung der Bündelverseilung, wie sie bei Stahlseilen üblich ist. In einem aufwändigen Verfahren werden bei der Bündelverseilung Adern in Einzelbündel mit drei, vier oder fünf Adern verseilt, die dann wiederum zu einer Gesamtverseilung der Bündel miteinander verseilt werden. Bei großen Verseilaufbauten geschieht dies um ein Zugentlastungselement. Das Ergebnis ist eine Leitung, die bewegungsrobust und absolut kettentauglich ist, da – im Unterschied zu einer lagenverseilten Leitung – jede der Adern bei der Bewegung in der Energiekette gleichermaßen im Innen- und auch im Außenradius bewegt wird und dadurch einseitige Streckungen und Stauchungen vermieden werden.

Leitungen für die Robotik

Bei noch extremeren Bewegungen kommen Leitungen zum Einsatz, deren Leitungsaufbau ebenfalls komplexer ist. Diese sogenannten „Roboterleitungen“ werden vor allem bei Industrierobotern eingesetzt und müssen extremste Bewegungen, Biegungen und Torsionen mitmachen. Spezielle Dämpfungselemente geben den Adern hierbei die notwendige Bewegungsfreiheit im Leitungsinnern. Denn, je mehr die Leitung „zugedreht“ wird – an die Grenze der Belastung gerät – desto schwieriger wird es, die Leitung zu tordieren. Besondere Schirme und Außenmaterialien sorgen zusätzlich für eine optimale Haltbarkeit der Leitungen.

1.040 verschiedene Leitungen für den Einsatz in Energieketten

Die Lebensdauer einer Leitung im Einsatz in der Energiekette hängt von einer Vielzahl von Variablen ab, die bei Aufbau und der Materialwahl zu berücksichtigen ist. So bietet die chainflex-Produktfamilie von Igus aktuell 1.040 verschiedene Leitungen. Wie lange Leitungen bei entsprechender Anwendung halten werden, können Anwender selbst berechnen, da die Testergebnisse von jährlich über 2 Milliarden Testzyklen aus dem Labor in eine Datenbank einfließen, auf Grundlage derer das freizugängliche Online-Tool zur Lebensdauerberechnung auf der Igus-Website basiert.

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