Igus testet Leitungswerkstoffe realitätsnah

Beim Thema Haltbarkeit von Leitungen in Energieketten ist es stets ausschlaggebend, wie Energiekette und Leitungen in einem System aufeinander abgestimmt sind. Da Igus alle Komponenten aus einer Hand fertigt, ist es dem Motion-Plastics-Spezialisten möglich, eine bestmögliche Lebensdauer für seine Komponenten zu erreichen. Dabei spielen die verwendeten Kunststoffe, neben den richtigen Leiterwerkstoffen, die zentrale Rolle im Zusammenspiel zwischen Kette und Leitung, kombiniert mit den von außen einwirkenden Faktoren wie Temperatur, Medien und Strahlung.

Die Werkstoffentwicklung sowie die darauffolgende Werkstoffprüfung nach Igus-eigener Norm spielen dabei eine ganz entscheidende Rolle, um die Haltbarkeit in der Energiekette sicherzustellen. „In der Kabelindustrie gibt es von verschiedenen normgebenden Instituten zwar bekannte Prüfverfahren, die auch sehr gut sind“, erklärt Rainer Rössel, Leiter des Geschäftsbereiches Chainflex-Leitungen bei Igus. „Allerdings sind diese zu allgemeingültig und beziehen nicht die besonderen Anforderungen der Dauerbewegung in der Kette mit ein.“

So erfüllen weder die Biegewechselprüfungen nach VDE, noch die Standardabriebprüfung die Erfordernisse einer Ketten-Leitungskombination. Bei der Biegewechselprüfung hat die Leitung einen komplett anderen Bewegungsablauf, verglichen mit dem bei der Bewegung in der Energiekette. Viele Leitungskonstruktionen, die diese Anforderungen sicher erfüllt haben, sind bei entsprechenden Igus-Normtests in einem e-ketten-Bewegungstest innerhalb kürzester Zeit ausgefallen.

Von Sandpaper, Nadeln und Rasierklingen

Auch Normabriebprüfungen, die den Abrieb eines Werkstoffes anhand von Sandpapier, Nadel oder Rasierklingentest ermitteln, sind im allgemeinen Vergleich sicherlich sehr gut. Bei diesen Tests wird mit einem abgestimmten Druck über den Mantelwerkstoff der Leitung gerieben, entweder mit Sandpapier, einer Rasierklinge oder einer Nadel.

Auf diese Art und Weise wird mit einer definierten Menge an Bewegungen Abrieb erzeugt. „Für die Aussage zur Haltbarkeit des Mantelwerkstoffes in der Energiekette ist dieser Test jedoch nicht aussagekräftig, da sich normalerweise weder Sandpapier noch Rasierklingen im Innern einer Kette befinden“, so Rössel. „Vielmehr gilt es hier, die beiden Gleitpartner – also Kettenwerkstoff und Leitungsmaterial – aufeinander zu testen und abzustimmen.“
Aus diesem Grund werden im Igus-Testlabor die Mantelwerkstoffe in Kombination mit den Werkstoffen der Energieketten auf Abrieb getestet. Dabei werden die Mantelwerkstoffe an Leitungen mit Normdurchmesser auf den Kettenmaterialien gerieben und auf diese Weise der Abrieb ermittelt. Durch diese realitätsnahen Gleitpartnertests lässt sich eine optimale Werkstoffabstimmung ermitteln und so eine hohe Funktionssicherheit bezüglich des Abriebs sichern.

Chainflex-Leitungen LWL

Igus bietet seit über 15 Jahren erfolgreich entwickelte und getestete LWL-Leitungen an, die speziell für den dauerbewegten Einsatz in Energieketten bei kleinen Radien entwickelt wurden.

Ethernet für Industrie 4.0

Smart Factory wird nur gelingen, wenn die Kommunikation in der industriellen Umgebung sicher und schnell funktionieren wird. Chainflex-Leitungen von Igus leisten dazu einen wichtigen Beitrag. Denn das Datenvolumen wird in der Zeit von Industrie 4.0 eher zu- als abnehmen. Igus bietet mit seinen seit über 15 Jahren getesteten LWL-Leitungen ein Programm an, das speziell für den dauerbewegten Einsatz in Energieketten bei kleinen Radien entwickelt wurde.

Nicht nur, dass man mit Lichtwellenleitern systemunabhängig wird, größere Übertragungsstrecken realisieren und einen absoluten EMV-Schutz sicherstellen kann. Auch können Chainflex-LWL-Leitungen mit 50 Prozent kleineren Radien in Energieketten bewegt werden als entsprechende kupferbasierende Ethernetleitungen, da bei der LWL-Leitung keine Rücksicht auf eventuelle Beeinträchtigung der Schirmung oder einer möglichen Dämpfungserhöhung gelegt werden muss.

PVC-Werkstoffentwicklung: Klingt einfach, dauert lang

Auch Medien und unterschiedliche Temperatureinflüsse spielen eine zentrale Rolle bei der Entwicklung und Prüfung von Mantelwerkstoffen für dauerbewegte Leitungen. So wird üblicherweise in der Kabelindustrie zur Ermittlung der Kälteflexibilität für bewegte Leitungen die Kältewickelprüfung heran gezogen. Bei dieser Methode werden, je nach Anforderung, bis zu drei Testleitungen jeweils auf einen Dorn aufgewickelt und entsprechend der Prüftemperatur heruntergekühlt.

Der Durchmesser des Dorns wird dabei angepasst an den zu prüfenden Leitungsdurchmesser. Hat die zu prüfende Leitung die entsprechende Prüftemperatur erreicht, wird die Leitung wieder abgewickelt. Die Prüfung gilt als bestanden, wenn optisch keine Mantelbrüche sichtbar werden. Nach erfolgreichem Test gilt dieser Mantelwerkstoff als flexibel einsetzbar bei dieser geprüften Temperatur.

Im inzwischen mit 1750 m2 weltweit größten Igus-Testlabor der Branche werden die Energieketten und Leitungen getestet und aufeinander abgestimmt. Bild: Igus

Gerade die Praxis hat aber gezeigt, dass diese Tests nicht die realistischen Bedingungen in einer Energiekette simulieren. Aus diesem Grund hat Igus es sich vor vier Jahren zur Aufgabe gemacht, eine ölbeständige PVC-Mischung zu entwickeln und zu testen, die auch tatsächlich bei Temperaturen von -5° C in einer Kette sicher funktioniert. Denn übliche PVC-Mischungen für kettentaugliche Leitungen erfüllen diese Anforderungen bis heute nicht.

Die Herausforderung lag dabei in der Entwicklung eines neuen Mantelwerkstoffes. Dieser sollte über eine gute Ölbeständigkeit in Kombination mit hoher Abriebfestigkeit bei einer großen Temperaturbandbreite verfügen.

Eine Vielzahl von Biege-, Abrieb- und Kältebiegeprüfungen bei immer wieder neuen Mischungen sowie eine Vielzahl an Prototypenfertigungen waren notwendig, um diese Eigenschaften schlussendlich zu erlangen. Speziell bei den Kälteprüfungen wurde dabei auf die Igus-Norm im hauseigenen Kühlcontainer zurückgegriffen.

Realitätsnahe Testverfahren in der Kältekammer

„Die Leitungen werden im Testlabor millionenfach unter realistischen Bedingungen getestet.“ Rainer Rössel,
Leiter Geschäftsbereich Chainflex, Igus

Im Gegensatz zur Kältewickelprüfung wird bei dieser Prüfung nicht die Leitung einmalig um einen Dorn gewickelt, auf die zu prüfende Temperatur heruntergekühlt und einmal bewegt. Vielmehr werden die Leitungen bei den zu erreichenden Testtemperaturen unter realistischen Bedingungen in der Kette ständig verfahren. „Und das nicht einmal, sondern mehrere Millionen Male“, betont Rainer Rössel.

Die Testleitungen werden dazu in einem Seecontainer, in dem Temperaturen von -40° C bis 60° C betrieben werden können, in e-ketten ständig verfahren. Hier werden sie neben der Temperaturbelastung zusätzlich der ständigen Biegebeanspruchung ausgesetzt. Die Prüfung gilt für eine Leitung dann als bestanden, wenn sie keine Mantelbrüche aufzeigt.
Die negativen Testergebnisse, sprich Mantelbrüche nach nur wenigen tauschend Hüben bei am Markt erhältlichen Mantelmischungen, waren so stark, dass am Schluss nur eine einzige speziell auf die Anforderungen in Energieketten abgestimmte, neu entwickelte PVC-Mantelmischung die strengen Igus-Prüfungen bestand. Diese speziell für den Kabelhersteller gefertigte Mischung ist inzwischen der Standard bei allen ölbeständigen PVC-Mischungen auf Chainflex-Leitungen. Sie gibt den Kunden die Sicherheit, auch bei 0° C sicher PVC-Leitungen einsetzen zu können, ohne auf wesentlich teurere Leitungen mit PUR- oder TPE-Mantelwerkstoffen auszuweichen.

Bei Versuchsreihen mit weiteren Materialien in der Kältekammer hat sich ebenfalls herausgestellt, dass im Prinzip keine am Markt erhältliche Mischung – auch nicht PUR – den angegebenen Temperaturen in der Dauerbewegung standhält. Dies führte dazu, dass Igus als erster Leitungsanbieter überhaupt heute für die verwendeten Mantelmischungen drei verschiedene Biege- und Temperaturbereiche definiert. Erstens für die feste Verlegung, zweitens für die flexible Bewegung nach VDE- oder IEC-Normen und drittens für die Bewegung in Energieketten. Denn eines ist sicher: Nur echte Dauertests unter realistischen Bedingungen geben eine sichere Auskunft über die Lebensdauer von Leitungen in Energieketten. 

Leitungshersteller Igus

Tests bestanden

Igus ist ein weltweit führender Hersteller von Energiekettensystemen und Polymer-Gleitlagern. Das familiengeführte Unternehmen mit Sitz in Köln ist in 36 Ländern vertreten und beschäftigt weltweit über 2700 Mitarbeiter. 2014 erwirtschaftete Igus mit Motion Plastics, Kunststoffkomponenten für bewegte Anwendungen, einen Umsatz von 469 Millionen Euro. Igus betreibt die größten Testlabore und Fabriken in seiner Branche, um dem Kunden innovative auf ihn zugeschnittene Produkte und Lösungen in kürzester Zeit anzubieten.