Komponenten unter extremen Belastungen Das ist bei Spezialkabeln für die Robotik zu beachten!

Kabelfertigung bei Lapp Muller
Kabelfertigung bei Lapp Muller

Robotersysteme stellen enorme Anforderungen an die Kabel. Die eingesetzten Leitungen müssen nicht selten über 10 Mio. Rotationen und Biegewechselbewegungen überstehen. Enge Biegeradien und aufwändige Schirmkonzepte machen das Design sehr komplex.

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Kabelfertigung bei Lapp Muller

Ein Blick in die Produktionshallen von Lapp Muller, dem Spezialisten für Roboterleitungen

Lapp Muller, ein Unternehmen der Lapp-Gruppe, ist einer der wenigen Spezialisten für die Produktion von Roboterleitungen und kennt alle Anforderungen in Bezug auf Kabelaufbau, Schirmung und Materialzusammenstellung.

»Spezialleitungen sowie Sonderanfertigungen sind nahezu Standard im Bereich der Robotik«, verdeutlicht Frank Rothermund, Market Manager Robotics von Lapp. Lapp Muller mit Sitz in Grimaud an der südfranzösischen Cote d‘Azur fertigt seit mehr als 30 Jahren spezielle Steuer- und Datenleitungen für die Robotik, Sonderleitungen sowie entsprechende Kabelkonfektionen. Auch entwickelt das Unternehmen hochkomplexe Hybridleitungen, die aufgrund von beengten Platzverhältnissen in Robotersystemen stärker als in anderen Applikationen nachgefragt sind. Bei diesen hybriden Kabeln, bei denen die unterschiedlichen Leitungen in einer Außenhülle gebündelt sind, ist vor allem die Elektromagentische Verträglichkeit ein kritischer Faktor. Denn nicht selten treffen hier Leitungen für eine hohe Energiezufuhr mit Datenleitungen auf engem Raum zusammen, was ein gutes Schirmkonzept zwingend erforderlich macht.

Zwei Schirmkonzepte im Vergleich:

Im Allgemeinen gibt es zwei verbreitete Möglichkeiten, die Abschirmung bei der Kabelherstellung zu realisieren. Bei der ersten, dem Kupferabschirmgeflecht, werden Kupferdrähte zu einem engmaschigen Geflecht verarbeitet. Damit lassen sich besonders hohe Abschirmwerte gegenüber elektromagnetischer Strahlung erzielen.

Die Geflecht-Schirmung - nicht immer unproblematisch

Die Geflecht-Schirmung kommt daher oft bei den angesprochenen Hybridkabeln zum Einsatz. »In Anwendungen der Robotik kann diese Art der Schirmung allerdings zu Problemen führen«, erläutert Jacques Besio, Leiter Produktion bei Lapp Muller. »Durch die Bewegungsabläufe der Robotersysteme sind die Kabel extremen Biegewechselbewegungen und hoher Torsion ausgesetzt. Bei starken Verdrehungen verschieben sich die Lagen des Kupferdrahtgeflechts nach innen und außen.« Dabei entstehen nicht nur Schäden im Kupfergeflecht selbst, es können auch andere Komponenten des Kabels beschädigt werden. »Bei einer Torsion von 360 Grad pro Meter lässt die Effizienz der Geflecht-Abschirmung oft bereits nach 100.000 Bewegungszyklen nach. Es entstehen kleine Brüche und Löcher im Kupfergeflecht, welches die Strahlung dadurch immer weniger abschirmen kann«, verdeutlicht der Experte. Zur Veranschaulichung des Problems: Bei Biegewechselbewegungen mit einem Radius vom Zehnfachen des Außendurchmessers eines Kabels entsteht das gleiche Problem erst nach zwei bis drei Millionen Bewegungszyklen.

Vor- und Nachteile der Umlegung/Umwicklung

Daher setzt man bei Kabeln für die Robotik häufig auf die zweite bewährte Abschirmmethode, die Umlegung. Umlegungen bestehen aus einer spiralförmigen Umwicklung mit Kupferdrähten bzw. Kupferfolie in nur einer Laufrichtung. »Diese Methode eignet sich besonders gut für den dynamischen Einsatz, da der Verschleiß sehr gering ist«, erklärt Jacques Besio. »Denn durch die gleiche Laufrichtung reiben sich die Kupferlagen nicht aneinander. Damit wird eine hohe Effizienz der Abschirmung während der gesamten Lebenszeit des Kabels gewährleistet.« Bei Wechselbiegebewegungen mit einem Radius vom zehnfachen des Außendurchmessers eines Kabels kann die Abschirmung über 10 Millionen Bewegungszyklen überleben, ohne Schaden zu nehmen. Aber auch bei einer Torsion von 360 Grad pro Meter kann eine ähnliche Lebensdauer erreicht werden! Trotzdem gibt es auch hier Einschränkungen. Der Nachteil gegenüber der Geflecht-Methode liegt darin, dass bei bestimmten Torsionen oder Biegebewegungen vorübergehend Lücken im Abschirmungsnetz auftreten können, wodurch die Schirmwirkung insgesamt leidet. Die Abschirmungswerte und damit die elektromagnetische Verträglichkeit sind also im Idealzustand beider Abschirmungen bei der Geflecht-Methode höher. »Entscheidend für die Wahl des Materials ist das Einsatzfeld des Kabels«, stellt Jacques Besio klar.

Vereinfacht kann man es so ausdrücken: Benötigt man die größtmögliche Abschirmung und kann einen kürzeren Lebenszyklus in Kauf nehmen, sollte die Wahl auf ein Kupferabschirmgeflecht fallen. Ist die lange Einsatzdauer ohne Schäden am Kabel entscheidend, bietet sich eine Umlegung an.

In den meisten Fällen haben die Kunden genau definierte Anforderungen an die Kabelsysteme, die sie in ihren Robotersystemen einsetzen wollen. Können diese Kriterien nicht mit einem Produkt aus dem Standardsortiment erfüllt werden, so berät Lapp individuell und entwickelt Sonderleitungen, die genau auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind. Dabei kann das Unternehmen natürlich auch auf seine Erfahrungswerte mit seinen aus dem Standardproduktprogramm zurückgreifen bzw. bestimmte Kabel abwandeln oder weiterentwickeln.