Kabel für Energieführungsketten Leitungen für rasche Bewegungsabläufe

Flexibles Kabelmaterial um Hochleistungen zu liefern.
Flexibles Kabelmaterial ist vonnöten

Bei bewegten Anwendungen müssen Kabel und Leitungen Höchstleistungen liefern. Sie dürfen beispielsweise keinesfalls brechen, wenn man sie stark biegt oder verdrillt.

Besonders stark sind Kabel in Energieführungsketten gefordert. Dort liegen Servoleitungen oft eng neben Datenleitungen und bewegen sich im Arbeitstakt einer Maschine hin und her, teilweise schneller als 5 m/s und mit Beschleunigungen über 50 m/s². Deshalb muss man bei hochdynamischen Anwendungen einiges beachten, um der Forderung nach erhöhter Lebensdauer bei geringerem Platzbedarf, reduziertem Gewicht und geringem Mindestbiegeradius Rechnung zu tragen.

Drei Bewegungsarten sind üblich

Generell unterscheidet man bei Kabeln drei Bewegungsarten: Bei der Torsion wird das Kabel in Längsrichtung verdreht; dies kommt beispielsweise in Windkraftanlagen vor, wo die Kabel von der drehbaren Gondel hinab in den Turm führen. In der Schleppkette wird das Kabel kontinuierlich verbogen und das mehrere Millionen Mal. Als dritte Bewegungsart gibt es das Auf- und Abtrommeln. Diese Form kommt oft in der Veranstaltungstechnik oder im Live-TV vor. Die Kabel werden dabei von Trommeln abgerollt und nach der Veranstaltung wieder aufgerollt und bis zum nächsten Einsatz gelagert.

Das Kabelmaterial ist entscheidend

Wie viel Bewegung ein Kabel über lange Zeit aushält, entscheidet das Material. Eine besonders wichtige Rolle spielt das Mantelmaterial. Hier müssen Eigenschaften wie Brandverhalten oder Widerstandsfähigkeit gegen Öl, Chemikalien und Reinigungsmittel kombiniert werden. Meist besteht der Mantel aus PVC. Wenn es komplizierter wird, kommen Werkstoffe wie thermoplastische Elastomere (TPE) oder Polyurethan zum Einsatz. Die Lapp-Gruppe hat für hochdynamische Anwendungen z.B. die Ölflex Servo FD 796 CP im Portfolio. Die geschirmte Servoleitung für dynamische Anwendungen in Energieführungsketten hat einen PUR-Mantel und eignet sich für raue Einsatzbedingungen. Beim Isolator der Adern hat sich in bewegten Anwendungen besonders Polypropylen bewährt. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch hohe Festigkeit, geringe Dichte und sehr gute elektrische Isolationseigenschaften aus. Entscheidend für die langfristige Funktionsfähigkeit geschirmter Leitungen ist die Beweglichkeit des Abschirmgeflechts. Insbesondere bei bewegten Leitungen in Schleppketten oder in der Robotik, wo Leitungen mit hohen Strömen und Datenleitungen dicht nebeneinander liegen, ist eine Schirmung wichtig. Die Leitungen müssen millionenfache Wechselbiegezyklen sowie Torsion aushalten. Ein normales Kupfergeflecht könnte hier langfristig nicht standhalten.

Deshalb wird für dynamische Anwendungen der Kupferdraht in einem sehr stumpfen Winkel um die Adern gelegt, sodass er auf einer kürzeren Strecke eine volle 360-Grad-Windung um die Adern macht. Das erhöht den Bedeckungsgrad und zugleich die Elastizität. Bei der Übertragung hoher Datenmengen bis 10 Gbit/s kommen Leitungen nach der Kategorie Cat. 6A. zum Einsatz. Perfekt abgeschirmt sind z.B. „Etherline Torsion Cat. 6A“ oder „Etherline FD Cat. 6A“. Dies sind Ethernetkabel für bewegte Anwendungen, in denen höchste Bandbreiten verlangt werden.

LWL für hohe Datenraten

Für noch höhere Datenraten braucht man Lichtwellenleiter (LWL). Für kürzere Distanzen bis 70 m sind Kunststofffasern (POF) verwendbar. Für Distanzen bis 100 m kommen oft PCF-Fasern (kunststoffumhüllte Glasfasern) zum Einsatz. Bei größeren Entfernungen sind Glasfasern unverzichtbar, insbesondere, wenn höchste Datenraten gewährleistet werden müssen. Wenn die empfohlenen Biegeradien eingehalten werden, eignen sich im Prinzip alle Faserarten auch für bewegte Einsätze. Für höchste Übertragungsleistungen sollte man bei Lichtwellenleitern einen Biegeradius des 15-fachen Durchmessers nicht unterschreiten. Darunter nimmt die Dämpfung zu. Das heißt, in der engen Kurve geht Licht verloren und die Signalqualität lässt nach. Für die Umhüllung der LWL verwendet man Aramide, also Textilfasern, wie sie in schusssicheren Westen verwendet werden. Kommt die Leitung unter Zug, nimmt die Textilhülle die Zugkraft auf und verhindert, dass der Lichtwellenleiter gedehnt wird oder gar reißt.

Lucas Kehl und Jürgen Beck (U.I.Lapp GmbH)