Eine Energiekette lässt sich als Nabelschnur einer Maschine bezeichnen. Sie versorgt ein Maschinenteil mit Energie, Daten und Medien und macht zugleich jede seiner Bewegungen mit. Der Grad der Bewegung reicht von simplen Hüben bis hin zu sechsachsigen Roboteranwendungen. Damit die innenliegenden Leitungen den Belastungen viele Millionen mal standhalten, und es nicht etwa nach wenigen tausend Zyklen zu Aderbrüchen oder dem berüchtigten Korkenziehereffekt kommt, müssen Material und Aufbau der Leitungen optimal aufeinander abgestimmt sein.
Langzeitversuche für verlässliche Prognosen
Die Praxis zeigt, dass selbst hochflexible Leitungen im bewegten Einsatz in Energieketten oft rasch an ihre Belastungsgrenzen stossen. Standard-Normtests, wie sie von VDE, IEC oder UL durchgeführt werden, lassen bezüglich der Lebensdauer kaum eine klare Aussage zu. Denn um verlässliche Prognosen treffen zu können, bleibt nur der Langzeitversuch in der Energiekette selbst. Einschlägige Normen simulieren den Verschleiss lediglich. Um die Lebensdauer verlässlich voraussagen zu können, betreibt igus als Spezialist für Kunststoffe und Leitungen in Bewegung ein Testlabor für bewegte Leitungszerstörung in Energieketten. Auf 58 verschiedenen Testständen werden die Produkte im Dauerbetrieb auf ihre Belastbarkeit geprüft. Da es auf die genaue Abbildung der realen Arbeitsbedingungen ankommt, sind Testachsen mit unterschiedlichen 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 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 realistisch 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.
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 eine ölbeständige PVC-Mischung, die über eine hohe Abriebfestigkeit bei einer grossen Temperaturbandbreite verfügt. So ist es bei eher gemässigten Temperaturen 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 eigenen, stetig wachsenden Sortiments von Leitungen ein. Dies führte neben neuartigen Materialien auch zur Einführung der Bündelverseilung, wie sie bei Stahlseilen üblich ist. In einem aufwändigen Verfahren werden Adern in Einzelbündel mit drei, vier oder fünf Adern verseilt, die dann wiederum zu einer Gesamtverseilung zusammengefügt 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.
Mehr Bewegungsfreiheit im Innern
Bei noch extremeren Bewegungen kommen Leitungen zum Einsatz, deren Leitungsaufbau noch komplexer ist. Diese Roboterleitungen werden vor allem bei Industrierobotern eingesetzt und müssen extreme 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.
Über 1000 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 sind. So bietet die chainflex-Produktfamilie aktuell 1040 verschiedene Leitungen. Wie lange Leitungen bei entsprechender Anwendung halten werden, können Anwender selbst berechnen, da die Testergebnisse von jährlich über 2 Mrd. Testzyklen aus dem Labor in eine Datenbank einfliessen, auf Grundlage derer das frei zugängliche Online-Tool zur Lebensdauerberechnung auf der igus-Website basiert.
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