Mit der zunehmenden Automatisierung in der industriellen Fertigung steigt der Einsatz von Energieketten kontinuierlich an. Gleichzeitig wachsen die Anforderungen an die Leitungen, die bewegte Maschinenteile mit Energie, Daten und Medien versorgen, da Faktoren wie Geschwindigkeit und Beschleunigung immer anspruchsvoller werden. Das Ausmaß der Bewegung reicht dabei heute von simplen horizontalen oder vertikalen Hüben bis hin zu komplexen, mehrfachen Rotationen bei sechsachsigen Roboter-Anwendungen. Egal um was für eine Anwendung es sich handelt – sowohl die Kette als und die darin eingesetzten Leitungen müssen jede vorgeschriebene Bewegung mitmachen.

Bündelver­seilung im Querschnitt: Bekannt vom Aufbau von Stahlseilen werden hier alle Adern ­gleichermaßen belastet.

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Auch Norm-Abriebprüfungen, die den Abrieb eines Werkstoffes anhand von Sandpapier-, Nadel- oder Rasierklingentest ermitteln, dienen lediglich einem allgemeinen Vergleich. Für die Haltbarkeit eines Mantelwerkstoffes in der Energiekette ist der Test wenig aussagekräftig. Interessant wird das Abriebverhalten, wenn die beiden Gleitpartner – also Kettenwerkstoff und Leitungsmaterial – miteinander getestet und letztlich aufeinander abgestimmt werden. Bei solchen Tests werden Mantelwerkstoffe an Leitungen mit Normdurchmesser auf den Kettenmaterialien gerieben und auf diese Weise der Abrieb ermittelt. Mittels der dabei gewonnenen Erkenntnisse sind Leitungen mit modernen Mantelwerkstoffen wie PVC, PUR oder TPE entwickelt worden, die sich durch minimale Abriebwerte gegenüber beispielsweise Standard-PVC-Leitungen auszeichnen und in Aktion in der Energiekette eine optimale Performance liefern.

Neben verschiedenen Materialien haben sich Leitungen für bewegte Anwendungen in der Vergangenheit zudem in ihrem Aufbau entscheidend weiterentwickelt. So erfolgte deren Konstruktion zum Beispiel in der Bündelverseilung, wie sie von jeher bei Stahlseilen üblich ist. In einem aufwendigen Verfahren werden bei der Bündelverseilung Adern in Einzelbündel mit drei, vier oder fünf Adern verseilt, die dann wiederum miteinander verseilt werden. Bei großen Leitungsaufbauten geschieht dies um ein Zugentlastungselement herum. Das Ergebnis ist eine Leitung, die bewegungsrobust und absolut kettentauglich ist. Im Unterschied zu einer lagenverseilten Leitung wird hier jede der Adern bei der Bewegung in der Energiekette gleichermaßen im Innen- und Außenradius bewegt, wodurch sich einseitige Streckungen und Stauchungen vermeiden lassen.

Die Komplexität nimmt zu

Bei noch extremeren Bewegungen kommen Leitungen zum Einsatz, deren Aufbau entsprechend komplexer ist: etwa bei Industrierobotern, an denen sie ex-tremsten Bewegungen, Biegungen und Torsionen ausgesetzt sind. Spezielle Dämpfungselemente geben den Adern dieser ‚Roboterleitungen‘ die notwendige Bewegungsfreiheit im Leitungsinneren. Denn je mehr die Leitung ‚zugedreht‘ wird und somit 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.

Blick in die Kälte­kammer bei Igus: Hier sind Tempe­raturen von –40 bis +60 °C simulierbar.

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Bei der Frage nach der bestgeeigneten und damit sicheren Leitung sind auch Umgebungsfaktoren zu berücksichtigen. Unter rauen industriellen Bedingungen können Energiekette und Leitungen mitunter Staub und Schmutz, Feuchtigkeit, chemischen Substanzen, Stößen oder extremen Temperaturen ausgesetzt sein. Hier hat die Praxis ebenfalls gezeigt, dass nur Tests im Dauerbetrieb und unter realen Bedingungen Rückschlüsse auf die Widerstandsfähigkeit und Lebensdauer von Leitungen zulassen. Igus beispielsweise betreibt daher ein 1750 m2 großes Testlabor, in dem auf 58 verschiedenen Versuchsanlagen Anwendungen rund um die Uhr verfahren werden. Über zwei Milliarden Testhübe kommen dabei jährlich zustande.

Um beispielsweise Umgebungstem­peraturen von –40 bis +60 °C zu er­zeugen und um hohe Temperaturschwankungen zu testen, wurde eigens ein See-Container umgebaut. Darin werden Energieketten und Leitungen viele Millionen Male bewegt und die Ergebnisse ­entsprechend ausgewertet. Ganz im ­Gegensatz zu der sonst üb­lichen Kältewickelprüfung, bei der eine Leitung ­einmalig um einen Dorn gewickelt, auf die zu prüfende Temperatur heruntergekühlt und schließlich einmal bewegt wird. Weist dann der Außenmantel keine sichtbaren Beschädigungen auf, gilt die Leitung für die jeweilige Temperatur als ‚sicher‘.
Auf den Punkt gebracht: Die Sicherheit einer bewegten Leitung hängt von einer Vielzahl von Fak­toren ab, deren Auswirkungen sich letztlich nur unter realen Bedingungen testen und empirisch belegen lassen.

Autor: Rainer Rössel ist Leiter des Geschäfts­bereichs Chainflex-­Leitungen bei Igus.