Mehr Flexibilität

Dauerelastische Kabel für die Automation – auch Continuous-Flex-Kabel genannt – waren immer schon etwas teurer. Entwicklungen für medizinische Geräte und Elektrowerkzeuge haben jetzt

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Dauerelastische Kabel für die Automation – auch Continuous-Flex-Kabel genannt – waren immer schon etwas teurer. Entwicklungen für medizinische Geräte und Elektrowerkzeuge haben jetzt zu kostengünstigeren Kabeln geführt, die sich auch gut in der Automatisierungstechnik einsetzen lassen. Was hier zu beachten ist, lesen Sie in diesem Beitrag.

Biegsame Kabel werden in Geräten wie beispielsweise Werkzeugmaschinen eingesetzt, in denen sich Motoren und Positioniersensoren auf Schneidköpfen und Bestückungsarmen ständig bewegen. Zusätzlich sind diese dauerelastischen Kabel in Sichtsystemen, Portalrobotern, Robotern, Fließbändern und Handgeräten weit verbreitet. In einigen Anwendungen sind die Kabel in Kabelträgern (Schleppketten) installiert.

Dauerelastische Kabel sind so konstruiert, dass sie zusätzlich zu der ursprünglichen Biegung, in der sie eingesetzt werden, einer ständigen Wechselbiegung ausgesetzt werden können. Ist ein Flex-Kabel nicht richtig konstruiert, kann bereits vor Ablauf der zu erwartenden Lebensdauer des Kabels eine Fehlfunktion oder ein Ausfall auftreten.

Unterschied zwischen flexiblen und dauerlastischen Kabeln

Ein einfaches flexibles Kabel ist nicht auf Dauerbiegebelastung ausgelegt. Es fällt bei andauernder Bewegung in sich zusammen, was zu einem Peitschen des Kabels und somit einer Fehlfunktion führen kann. Einer der Hauptgründe dieses Ausfalls besteht darin, dass ein flexibles Kabel nicht für die Reibung, die während der Dauerbewegung entsteht, ausgelegt ist.

Die Reibung im Kabel entsteht durch die Leitungsbewegungen im Kabel. Im Kabelinneren gleichen die Leitungsadern die Änderungen des Biegeradiusses bei einer Biegung des Kabels um 180° aus. Beim Hin- und Herbewegen entsteht Reibung mit entsprechenden Begleiterscheinungen wie Abrieb, Wärme, Verschleiß etc.

Auswahlkriterien für dauerelastische Kabel

Beim Design eines Kabels für Automatisierungsanwendungen sind deshalb komplexe Zusammenhänge zu berücksichtigen. Die folgende vereinfachte Beschreibung soll dabei helfen, die Produktkonstruktion eines dauerelastischen Kabels einfach und schnell zu definieren.

Bei den primären Kabeladern müssen Isoliertyp und Verseilung der Leitungsadern beachtet werden. Die Verseilung der Kabeladern muss höher sein als in den meisten üblichen Kabeln. Als Faustregel gilt eine Strangdicke unter 36 AWG (American Wire Gauge) als guter Ansatz.

So besteht zum Beispiel eine Leitung von 16 AWG aus 105 Strängen mit 36 AWG. Bei extrem flexiblen Kabelkonstruktionen wird eine Seilkonstruktion verwendet. Die Leitungskonstruktion bei einem 12-AWG-Kabel besteht aus 7X24/30 AWG.

Isolierung

Isoliermaterialien in Continuous-Flex-Kabeln müssen extrem resistent gegen Abrieb sein. Sie können verstärkt werden, um einen geringen Umfang und somit einen geringeren Gesamtdurchmesser zu erreichen. Dazu eignen sich vor allem Thermoplast-Polyester-Elastomere. Isolierungen mit einer geringeren Oberflächenhaftung verursachen weniger Reibung. Die Reibung, die während der Bewegung entsteht, kann auch durch die Verwendung von Bändern, Kalk, Trennmitteln und festen Füllmaterialien reduziert werden.

Damit ein Kabel verschiedenen Biegungsradien standhält, sind die Schichtung der Kabel und die Verlegungslänge wichtig. Bei nicht richtig bestimmten Verlegungslängen werden die Leitungen aus ihrer Lage gedrückt und können gespannt oder geknickt werden, was schließlich zum Ausfall des Kabels führt.

Neutralisierung

Die Neutralisierung aller Kabelkrümmungen ist ein weiteres, wesentliches Attribut von Continuous-Flex-Kabeln. Am besten kann man diese Neutralisierung im Vergleich mit einem Gartenschlauch erklären. Was passiert wenn man einen Gartenschlauch mit der Hand aufrollt und dann gerade auszieht? Beim Abrollen knickt der Schlauch. Wird ein Schlauch aber von einer Spule abgerollt, die speziell für Gartenschläuche entwickelt wurde, werden diese Knicke minimiert.

Bei der Produktion von dauerlastischen Kabeln unterstützen Planeten-Rotationsmaschinen, die einzelne Leitungsadern zu Kabeln bündeln, die Neutralisierung der Leitung. Hier werden Spulen eingesetzt, die sich mit der gleichen Drehung bewegen, die bei einer konventionellen Verkabelung auftreten.

Abschirmung

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Konstruktion der Abschirmung, falls diese Eigenschaft erforderlich ist. In einer korrekten Kabelkonstruktion wird dies durch Ummantelung der Leitungsadern mit einem Gewebe aus Kupfer oder Aluminiumfolie erreicht. Bei Continuous-Flex-Kabeln sind Folien nicht zu empfehlen, da sie die Rollbewegung beinträchtigen, die durch die Installation verursacht wird. Hier sollte man besser ein Geflecht einsetzen, um die elektromagnetische Beeinflussung gering zu halten.

Ummantelung

Der letzte wichtige Faktor ist die Materialauswahl für die Ummantelung. Continuous-Flex-Kabel müssen sehr elastisch oder federnd sein, um ihre Form in einer Biegung zu bewahren.

Ein Kabel mit guten Biegeeigenschaften wird gerade, sobald es flach hingelegt wird. Außerdem muss bei der Ummantelung auch die Scheuerfestigkeit beachtet werden sowie die Zulassungen durch die verschiedenen Prüfstellen.

Für erstklassige Kabel werden teure Polyurethane verwendet, die sehr gute Eigenschaften in Bezug auf Scheuerfestigkeit, niedrige Temperaturen, Chemikalien und Schneideflüssigkeiten aufweisen. Problematisch bei diesen Materialien sind die Kosten und fehlende Zulassungen für bestimmte Anwendungen, wie z.B. PLTCs oder Tauwerk.

Bei der Wahl des Materials für die Ummantelung sollten Kompromisse wie beispielsweise die Lebensdauer (die Anzahl der Biegezyklen, die ein Kabel aushält) sowie Forderungen nach UL- und CSA-Zulassungen und Beständigkeit gegen Chemikalien in Betracht gezogen werden. Bei Madison Cable ist ein breites Angebot von Verbindungsrezepturen (inklusive RoHS-konforme Versionen) verfügbar.

Ausblick

Auf dem Markt werden viele praktikable, wenn auch teure Ausführungen von Automationskabeln angeboten. Bei Kenntnis der Eigenschaften und des Aufbaus dauerelastischer Kabel können Entwickler in der Automatisierungsindustrie neue und kostengünstigere Alternativen in Betracht ziehen. In der letzten Zeit wurden viele zu herkömmlichen Kabeln kostengünstigere Alternativen entwickelt, die und die für den jeweilgen Einsatz erforderlichen nationalen Sicherheitsbestimmungen erfüllen.

Tyco Electronics, Tel. +49(0)89 6089681

*Reinhard Fritzsche arbeitet als Applikationsingenieur bei Tyco Electronics in Ottobrunn.

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