Flexibel ist nicht gleich flexibel
Unterschiede bei Kabeln im industriellen Einsatz
Konstruktion, Werkstoffe und Prüfverfahren bestimmen die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer flexibler Kabel.
Bei der Kabelauswahl kann der Begriff „flexibles Kabel“ leicht missverstanden werden. Die Bezeichnung allein sagt wenig darüber aus, für welche Bewegungsarten und Belastungen ein Kabel tatsächlich ausgelegt ist. Flexibilität umfasst vielmehr unterschiedliche mechanische Eigenschaften, die von Faktoren wie Anwendung, Bewegungsprofil, Kabelkonstruktion und nachgewiesener Lebensdauer abhängen.
Die Auswahl flexibler Kabel hat zudem erhebliche Auswirkungen. Die Wahl des falschen Typs kann zu vorzeitigem Ausfall, kostspieligen Austauschmaßnahmen und ungeplanten Ausfallzeiten führen. Dabei ist zwischen Installationsflexibilität und dauerhafter Bewegungsflexibilität klar zu unterscheiden.
Dieser Artikel beschreibt die verschiedenen Bezeichnungen für flexible Kabel in modernen industriellen Systemen und fasst deren Eigenschaften und Merkmale zusammen. Außerdem wird erläutert, warum ordnungsgemäße Prüfungen entscheidend sind, um nachzuweisen, dass sie für die jeweilige Anwendung ideal sind, und es werden bewährte Verfahren für die Auswahl eines optimalen Kabels vorgestellt, das im vorgesehenen Anwendungsszenario zuverlässig funktioniert.
1. Stationäre Anwendungen (Flexibilität für die Installation)
Flexible Kabel für stationäre Anwendungen sind so ausgelegt, dass sie während der Installation gebogen werden und danach statisch verbleiben. Zu den Anwendungen, die typischerweise statische Kabel erfordern, gehören Schalttafeln, Kabelkanäle und fest installierte Maschinen, wo meist nur begrenzter Bauraum zur Verfügung steht. Daher müssen die Kabel auch bei kleinen Biegeradien zuverlässig installiert werden können, ohne, dass ihre elektrische oder mechanische Leistungsfähigkeit beeinträchtigt wird. Werden zusätzlich Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) gestellt, kann die notwendige Schirmkonstruktion die Flexibilität des Kabels beeinflussen.
Flexible Steuerkabel mit kompaktem Aufbau ermöglichen kleine Biegeradien und eignen sich daher besonders für Anwendungen mit begrenztem Bauraum. Durch eine auf Flexibilität ausgelegte Leiter- und Verseilkonstruktion werden mechanische Belastungen bei wiederholten Biegebeanspruchungen reduziert. Gleichzeitig bieten diese Kabel eine kostenminimierende Lösung für zahlreiche Steuer- und Energieversorgungsanwendungen.
2. Kabel für Dauerbewegungen in Schleppketten und dynamischen Anwendungen
Systeme und Anlagen, die ununterbrochen mit häufigen linearen Bewegungen, oft bei hohen Geschwindigkeiten, betrieben werden, erfordern äußerst strapazierfähige Kabel. Kabel für Dauerbiegungen sind speziell für dauerhaft wiederkehrende Biegebewegungen ausgelegt, die typischerweise bei Schleppketten, Automatisierungssystemen, Roboterarmen und Verpackungsanlagen auftreten. Der Nennbiegeradius liegt je nach Konstruktion zwischen dem 5- und 10-fachen des Kabelaußendurchmessers, wodurch eine lange Lebensdauer von Millionen von Biegezyklen in automatisierten Systemen gewährleistet ist.
Bei kontinuierlichen Bewegungsabläufen sollten ausschließlich Leitungen eingesetzt werden, die speziell für dynamische Biegebeanspruchungen entwickelt und entsprechend geprüft wurden. Insbesondere in Schleppkettenanwendungen sind eine hohe Biegewechselfestigkeit sowie eine nachgewiesene Lebensdauer unter Dauerbewegung entscheidende Auswahlkriterien. Darüber hinaus sollten Kabel für kontinuierliche Biegung aus robusten Materialien wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PUR) oder thermoplastischem Elastomer (TPE) bestehen, um Abrieb, Chemikalien und Reinigungsvorgängen standzuhalten und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.
3. Torsionsbeanspruchung in der Robotik und Drehanwendungen
Torsionskabel werden überall dort eingesetzt, wo Kabel dauerhaft Verdrehbewegungen ausgesetzt sind, beispielsweise in Robotersystemen, Windkraftanlagen oder rotierenden Maschinenelementen. Tordierbare Kabel können in Kabelkanälen oder unter trockenen, nassen oder feuchten Bedingungen eingesetzt werden und überall dort, wo Kabelkanäle nicht möglich sind.
Torsionskabel eignen sich für mittlere mechanische Beanspruchungen und verfügen über fein verseilte Leiter, die es ermöglichen, sie über Millionen von Torsionszyklen hinweg ohne Beschädigung um ihre Achse von ±90° bis ±360° oder mehr zu verdrehen. Einige Kabel weisen Torsionswinkel von ±450° auf einer Länge von 0,5 m auf. Torsionsfähige Leitungen verfügen zudem über robuste PUR- und PVC-Mäntel sowie eine hochwertige TPE- und PVC-Isolierung, die die Lebensdauer der Kabel unter extremen Biegebelastungen erhöht.
4. Tray Cables: Für feste Verlegung konzipiert
Dies ist ein weiterer Kabeltyp, der häufig mit Kabeln für dynamische Anwendungen verwechselt wird. Trotz ihrer robusten Konstruktion sind diese Kabel nicht für kontinuierliche Bewegungen ausgelegt. Tray Cables werden häufig mit hochflexiblen Leitungen für dynamische Anwendungen verwechselt. Trotz ihrer robusten Konstruktion sind diese Leitungen nicht für kontinuierliche Bewegungsabläufe ausgelegt. Sie wurden speziell für die Verlegung in Kabelpritschen und Kabelkanälen nach UL 1277 entwickelt und können je nach Ausführung auch für Außenverlegungen gemäß den Anforderungen des National Electrical Code (NEC) eingesetzt werden. Die mehradrigen Leitungen eignen sich als Steuer-, Daten- und Energieleitungen für industrielle Anwendungen. Typische Einsatzbereiche sind die Industrieautomation, Steuerungssysteme, Windkraftanlagen sowie Fertigungs- und Produktionsanlagen. Tray Cables werden als Type TC (Tray Cable) klassifiziert und erfüllen die entsprechenden Anforderungen für die Verlegung in Kabelpritschen. Durch ihre robuste Konstruktion und die Erfüllung der Stoß- und Quetschanforderungen nach UL 1277 eignen sich Tray Cables insbesondere für anspruchsvolle industrielle Umgebungen, in denen eine zuverlässige Energie- und Signalübertragung gefordert ist.
Je nach Ausführung verfügen Tray Cables über öl- und UV-beständige Mantelwerkstoffe, erhöhte Temperaturbeständigkeiten sowie definierte Eigenschaften im Brandfall. Typische Einsatzgebiete sind beispielsweise Fließ- und Montagebänder, Flaschenfüllanlagen oder Werkzeugmaschinen. Obwohl diese Leitungen flexibel verlegt werden können, sind sie nicht für dauerhaft wiederkehrende Biege- und Torsionsbeanspruchungen ausgelegt, wie sie in Schleppketten- oder Robotikanwendungen auftreten.
Warum die Konstruktion entscheidend ist
Die mechanischen Eigenschaften eines Kabels werden maßgeblich durch seine Konstruktion, den Leiteraufbau sowie die verwendeten Isolations- und Mantelwerkstoffe bestimmt. Werden Kabel außerhalb ihres vorgesehenen Einsatzbereichs verwendet, können Verdrillungen, Leiterbrüche oder Mantelbeschädigungen bereits nach kurzer Betriebszeit auftreten.
Um die Flexibilität eines Kabels zu beurteilen, sollten sich die Leiter im Inneren angesehen werden. Leiter mit hoher Litzenanzahl aus Zinn oder blanken Kupferlitzen mit extrafeinen Drähten bieten eine höhere Biegsamkeit, um Belastungen standzuhalten und engere Biegungen ohne Ermüdung oder Bruch zu überstehen. Feine Litzen müssen fachgerecht konstruiert sein, um ein Knicken zu vermeiden.
Im Gegensatz dazu verwenden Kabel für Kabelrinnen in der Regel konventionell verseilte und gröbere Leiter, die Bewegungen nicht aushalten können, auch wenn sie sich während der Installation biegen mögen.
Bei durchgehend flexiblen Kabeln maximieren Leiter mit einem kurzen Litzenabstand die Lebensdauer des Kabels unter ständiger Biegung und mechanischer Beanspruchung. Die optimale Verseilung für dauerhaft flexible Kabel richtet sich nach den jeweiligen Bewegungs- und Belastungsanforderungen der Anwendung. Die Auslegung der Kupferlitzen erfolgt anwendungsspezifisch, um die erforderlichen Biegeeigenschaften und die gewünschte Lebensdauer zu erreichen.
Ein weiterer Faktor für die Flexibilität von Kabeln? Die Kernkonstruktion. Bei Kabeln mit gebündelten Adern sind die Leiter in kleine Gruppen unterteilt, die häufige Bewegungen besser auffangen können. Geschichtete Adern sind gröber als gebündelte Adern und eignen sich in der Regel nicht für dynamische Anwendungen.
Außerhalb des Kabels werden für den Mantel häufig Polyurethan (PUR) und Polyvinylchlorid (PVC) verwendet, da diese Materialien bei schnellen, sich wiederholenden Bewegungen flexibel sind, in industriellen Umgebungen langlebig und gegen Öle und Chemikalien beständig sind.
Prüfverfahren liefern belastbare Nachweise
Die tatsächliche Eignung einer Leitung für flexible Anwendungen lässt sich nur durch aussagekräftige Prüfungen und validierte Testergebnisse nachweisen. Prüfverfahren unter definierten Bedingungen ermöglichen eine Bewertung der mechanischen Belastbarkeit, der Zuverlässigkeit im Einsatz sowie der zu erwartenden Lebensdauer. Gleichzeitig tragen sie dazu bei, ungeplante Anlagenstillstände und vorzeitige Ausfälle zu vermeiden.
Flexible Leitungen werden durch verschiedene Prüfverfahren hinsichtlich ihrer mechanischen und elektrischen Leistungsfähigkeit bewertet:
Leitungen für dynamische Anwendungen werden unter definierten Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Biegeradien und Bewegungsabläufen wiederholten Biegebeanspruchungen ausgesetzt. Während der Prüfung werden unter anderem die elektrische Funktion sowie mögliche Leiterbrüche, Mantelschäden oder Verformungen überwacht. Die erzielbaren Biegezyklen sind abhängig von Konstruktion, Werkstoffen und Einsatzbedingungen. Die meisten Leitungen halten 8 bis 10 Millionen Biegezyklen stand, während einige Kabel sogar 20 Millionen Zyklen erreichen können.
Bei der Torsionsprüfung wird die Leitung wiederholt um ihre Längsachse verdreht. Dabei werden die mechanische Belastbarkeit der Konstruktion sowie die dauerhafte elektrische Funktionsfähigkeit überprüft. Bewertet werden unter anderem mögliche Schäden an Mantel, Isolierung oder Leiteraufbau sowie das Verhalten der Leitung unter langanhaltender Torsionsbeanspruchung.
Flexible Leitungen werden hinsichtlich ihres zulässigen Mindestbiegeradius geprüft. Dieser wird in der Regel als Vielfaches des Leitungsaußendurchmessers angegeben und stellt einen wichtigen Parameter für die sichere Installation und den zuverlässigen Betrieb dar.
Zusätzlich werden Mantel- und Isolationswerkstoffe auf ihre Beständigkeit gegenüber mechanischen, thermischen und chemischen Einflüssen geprüft. Dazu gehören beispielsweise Tests hinsichtlich Öl-, Chemikalien- oder Abriebbeständigkeit sowie weitere materialtechnische Untersuchungen zur Bewertung der Langzeitstabilität.
Worauf sollte bei der Auswahl einer flexiblen Leitung geachtet werden?
Die Auswahl einer geeigneten Leitung sollte nicht allein auf der Frage beruhen, ob sie flexibel ist. Entscheidend sind vielmehr die konkreten Einsatzbedingungen und die daraus resultierenden mechanischen Anforderungen. Dabei sollten insbesondere folgende Kriterien berücksichtigt werden:
- Handelt es sich um eine statische oder dynamische Anwendung?
- Um welche Art von Bewegung handelt es sich: Biegung, Torsion oder beides?
- Wie hoch ist die erforderliche Lebensdauer?
- Wurde das Kabel für genau diesen Anwendungsfall getestet?
Die Berücksichtigung dieser Kriterien sowie die Bewertung relevanter Prüf- und Anwendungsdaten bilden die Grundlage für eine anwendungsgerechte Leitungswahl. Auf diese Weise lassen sich Ausfallrisiken reduzieren sowie eine hohe Anlagenverfügbarkeit und Betriebssicherheit sicherstellen.