Eine sehr simpel aufgebaute Leitung besteht aus einem massiven Draht und einer Kunststoffummantelung. Diese Leitung lässt sich biegen und behält diese Biegung bei – wenn man sie nicht allzu oft wiederholt, denn dann bricht der Draht. Solche schlichten Leitungen kommen in Hausinstallationen vor. Einmal fest verlegt, bleibt das Kabel Jahrzehnte unberührt an seinem Platz. Für die vielen anderen herausfordernden Anwendungen, wo Leitungen mitunter extrem flexibel und bewegbar sein müssen, eignen sich solche massiven Drähte nicht.
Erfahren Sie, was flexible bzw. hochflexible Leitungen sind, worin sie sich unterscheiden, wie sie aufgebaut sind, mit welchen Eigenschaften sie überzeugen und wann und wo sie zum Einsatz kommen.
Was sind flexible Kabel bzw. hochflexible Leitungen?
Die absolute Mehrheit aller Anschluss- und Steuerleitungen sowie Datenleitungen von LAPP ist flexibel. Der Grad an Flexibilität, d. h. das Beweglichkeits- und Biegemaß einer Leitung wird jedoch durch die Aufbau- und Materialeigenschaften bestimmt. Manche Leitungen erlauben nur gelegentliches Biegen, andere dürfen Millionen Male gebogen werden. Einige Leitungen sind zudem speziell für axial verlaufende Bewegungsbelastungen optimiert, sogenannte Torsionen.
Entdecken Sie die Ballerinas unter den Leitungen!
Wussten Sie es?
Auf welche Art können flexible und hochflexible Leitungen bewegt werden und wo kommen sie zum Einsatz?
Verbleiben Leitungen in der Lage, in der sie auch installiert wurden, spricht man von einer festen Verlegung und einem statischem Einsatz. Diese fest verlegten Leitungen, typischerweise für die Gebäudeinstallation genutzt, werden nur aufgrund von Wartung, Reparatur oder eines Umbaus bewegt. Solche Leitungen werden folglich so gut wie keiner Bewegung, vor allem jedoch keiner permanenten Bewegungsbelastung ausgesetzt.
In industrieller Umgebung ist es weitaus häufiger so, dass Leitungen fast immer und überall bewegt werden: An beweglichen Maschinenteilen oder an Bearbeitungsstationen von Fertigungsstraßen, in Schleppketten, an Robotern, in Windkraftanlagen und Ölbohrplattformen, in Fahrzeugen und Motoren, an Kränen und Nutzfahrzeugen – auch in Anwendungen, wo Vibrationen auftreten.
Sehen wir uns die typischen Bewegungsbelastungen an, mit denen Leitungen konfrontiert sein können, die für den flexiblen Einsatz oder den permanent bewegten Einsatz entwickelt wurden:
Flexible Kabelführung
Die Leitungen sind dabei den Bedingungen gelegentlicher, nicht zwangsgeführter Bewegung ausgesetzt.
Typische Anwendungen:
Werkzeugmaschinen, elektrische Handgeräte, ortsveränderliche elektrische Geräte, häufiges Auf- und Abwickeln von Kabeltrommeln etc.
Biegung (lineare Bewegung)
Die Leitungen sind dauerhaft der Belastung ausgesetzt, die aus der Biegebewegung resultiert.
Typische Anwendungen
In horizontalen und vertikalen Schleppketten von automatisierten Anwendungen – einer der zermürbendsten Einsatzorte für eine Leitung.
Dort liegen Energie-, Servo- und Datenleitungen eng beieinander und bewegen sich im Arbeitstakt einer Maschine hin und her. Teilweise schneller als fünf Meter pro Sekunde mit mehr als fünffacher Erdbeschleunigung (5x 9,81 m/s²). Die Leitungen werden in der Schleppkette so verlegt, dass sie nur in eine Richtung gebogen werden.
Torsion (dreidimensionale Bewegung)
Die Leitungen sind dauerhaft der Belastung ausgesetzt, die aus der Torsionsbewegung resultiert.
Typische Anwendungen
Eine sanfte, langsame Torsion findet im Loop zwischen Gondel und Turm einer Windkraftanlage statt.
Viel dynamischer und schneller geht es hingegen in vielen Industrierobotern zu. Hier drehen sich die Leitungen mit hohen Torsionswinkeln um sich selbst, sind zudem schnellen Drehgeschwindigkeiten und intensiven Biegungen ausgesetzt. Die Leitungen sind für 3D-Bewegungen vorgesehen.
Was genau ist eine Torsion?
Unter Torsion ist nicht etwa eine Biegung der Leitung gemeint, d. h. ein Knicken oder ein Krümmen, sondern eine Drehung der Leitung in Längsrichtung in einem bestimmen Torsionswinkel um sich selbst. Dieser Torsionswinkel wird in Grad pro Meter Leitungslänge angegeben. Ein typischer Wert ist 360°/m. Solch eine Leitung kann man also pro Meter Länge einmal um ihre Achse tordieren, ohne dass sie Schaden nimmt – und das in beide Richtungen. Dies gilt für Leitungen ohne Schirmung; mit Schirmung liegt der Wert typischerweise bei 180° oder einer halben Umdrehung pro Meter.
Die Bewegungsbelastung einer Torsion kann entweder nur axial auf die Leitung einwirken, das ist jedoch eher selten der Fall, oder sie ist, und das ist viel häufiger zutreffend, eine Kombination aus gleichzeitiger Biegung und Torsion.
Im permanent bewegten Einsatz wirken oftmals starke Kräfte auf die Leitungen ein. Sie müssen für hohe Beschleunigungen, starke Abbremsung und schnelle Richtungswechsel gewappnet sein.
Wie sind hochflexible Leitungen aufgebaut?
Hochflexible (Daten-)Leitungen sind in aller Regel entweder für lineare Belastungen designt, wie sie in Schleppketten auftreten, oder für torsionale Belastungen, die überwiegend von Industrierobotern ausgehen. Es gibt es nur wenige Leitungen, die sowohl Biegungen als auch Torsionen über die gesamte Lebensdauer hinweg aushalten. Diese erkennen Sie bei LAPP am Produktnamen ROBOT.
Welche Eigenschaften sind bei Schleppkettenleitungen maßgeblich?
Leitungen müssen einige Anforderungen erfüllen, um als schleppkettentauglich zu gelten, d.h. um für den Betrieb in einer Schleppkette geeignet zu sein:
Welcher Leitungsaufbau dominiert bei Roboter- und Torsionsleitungen?
Spezielle Roboterleitungen können, sofern die Biegeradien das zulassen, wie hochflexible Schleppkettenleitungen im Schleppkettenbetrieb eingesetzt werden, wo lineare Dauerbiegungsbewegungen mit fest definierten Parametern auf die Leitungen einwirken. Umgekehrt können Schleppkettenleitungen jedoch nicht im dreidimensionalen Roboterbetrieb verwendet werden. Dies ist konstruktionsbedingt und lässt sich vereinfacht erklären, indem man einen Blick auf den grundlegenden Aufbau von Schleppketten bzw. Roboterleitungen wirft.
Bei Schleppkettenleitungen gilt das Prinzip: Je kürzer die Schlaglänge, sprich die Aderverseilung, umso biegsamer ist der Verseilverband. Bei Roboterleitungen ist genau das Gegenteil der Fall, denn je länger die Schlaglänge, desto schonender können Torsionen aufgenommen werden. Ist die Schlaglänge nämlich zu kurz, könnten die Adern bei den dreidimensionalen Bewegungen brechen.
Roboterleitungen besitzen Gleitfolien über der äußeren Lage und zum Teil auch zwischen den Lagen, damit sich der Aderverbund innerhalb des Mantels bei Torsionen gut mitbewegen kann.
Für ein leichteres Mitdrehen des Aderverbunds wird der Außenmantel zudem meist als Schlauchextrusion und nicht als Pressextrusion gefertigt.
Welche Andwendungsparameter gilt es zu beachten?
Die vorgenannten Eigenschaften wirken sich maßgeblich auf die nachstehenden Anwendungsparameter aus, die es bei der Leitungsauswahl zu beachten gilt.
Hinweis: Die Auslegung der Schleppkette muss sich immer nach den Merkmalen der Leitungen/ Schläuche richten und nicht umgekehrt. Die Lebensdauer von Schleppkettenleitungen ist jedoch maßgeblich vom korrekten Einbau in die Schleppkette, vom Kettentyp und der Kettenqualität abhängig.
Wie flexibel sind eigentlich Lichtwellenleiter?
Für sehr hohe Datenraten über lange Distanzen sind Lichtwellenleiter erste Wahl. Sie bestehen aus Kunststofffasern (POF) für kürzere Distanzen bis 70 Meter, PCF-Fasern (kunststoffumhüllte Glasfasern) für Distanzen bis 100 Meter sowie Glasfasern für noch größere Entfernungen und für Anwendungen, die höchste Datenraten erfordern. Grundsätzlich eignen sich alle Faserarten für bewegte Einsätze, sofern die empfohlenen Biegeradien eingehalten werden. Dann muss man auch keine Angst haben, dass eine Glasfaser splittern könnte. Für höchste Übertragungsleistungen sollte man bei Lichtwellenleitern allerdings einen Biegeradius des 15-fachen Durchmessers nicht unterschreiten. Darunter brechen diese zwar nicht, die Dämpfung nimmt aber zu, was heißt, dass in der engen Kurve Licht verloren geht und die Signalqualität leidet. Wie gut eine Lichtwellenleitung Bewegungen aushält, hängt wesentlich von den Materialien ab, die die Faser umhüllen. Häufig sind das Aramide, also Textilfasern, die schusssicheren Westen oder faserverstärkten Kunststoffen ihre besonderen Eigenschaften verleihen. Wird die Leitung gedehnt, nimmt die Textilhülle die Zugkraft auf und verhindert, dass der Lichtwellenleiter mitgedehnt wird.
Wie werden hochflexible Datenleitungen getestet?
Entscheidend ist nicht, was auf dem Papier steht, sondern was unter realen Bedingungen herauskommt. Im LAPP-Testzentrum finden die Prüfungen daher so statt, dass die Ergebnisse auf viele tatsächliche Anwendungen zutreffen und wir keine falschen Versprechungen machen müssen.
Unsere hochflexiblen Leitungen – eine kleine Auswahl
Mit den hochflexiblen Leitungen von LAPP sichern Sie die Produktivität Ihrer Maschinen und Anlagen.
In bewegten Anwendungen und konkret dort, wo die Bewegung letztendlich stattfindet, ist es erforderlich, dass jedes kleinste Bauteil bewegbar ist. Die Belastungen dürfen keinesfalls Beschädigungen verursachen. Denn nur wenn alle Komponenten ausreichend lange durchhalten bevor Wartungen vonnöten werden, d.h. verfügbar sind und die gefragte Leistung erbringen, lässt sich eine hohe Anlageneffektivität erzielen.
Hochflexible Anschluss- und Steuerleitungen unserer Produktmarke ÖLFLEX®
Strom? –Die wesentliche Kraft, ohne die eine Maschine überhaupt nicht funktionieren würde.
Signale? – Die Entscheidungsgeber, die bestimmen, wie eine Maschine arbeitet.
Hochflexible Ethernet-Datenleitungen unserer Produktmarke ETHERLINE®
Hochgradig belastbar, stark biegbar oder bemerkenswert tordierbar – das sind unsere ETHERLINE® Datenleitungen mit unterschiedlichen Übertragungseigenschaften (Performance gemäß Leitungskategorie „CAT“). Maßgeblich Einfluss auf das spätere Einsatzgebiet nimmt der jeweils spezifische Leitungsaufbau (2- oder 4-paarig, Folien über dem Aderverbund, mit oder ohne Trennkreuz, viele mit „Fast Connect“-Aufbau und Innenmantel, Mantelmaterial PVC oder PUR).
Hochflexible Feldbus-Datenleitungen unserer Produktmarke UNITRONIC®
Auch in Feldbussystemen besteht der Bedarf, Leitungen dynamisch einzusetzen. Eine hohe Resistenz gegen elektromagnetische Störungen ist dabei selbstverständlich. Damit Fehler in der Signalübertragung nicht passieren, sollten stets die richtigen Leitungen ausgewählt werden. Die nachfolgende Tabelle gewährt eine kleine Übersicht über hochflexible Datenleitungen für die Feldbussysteme PROFIBUS und CAN.
Hochflexible Lichtwellenleiter unserer Produktmarke HITRONIC®
Sollen Lichtwellenleiter höchsten Biegebeanspruchungen standhalten, ist auf Produkte zu setzen, die eine besondere Elastizität aufweisen und mechanisch stark belastbar sind. Dafür bieten sich kunststoffummantelte Lichtwellenleiter mit hochwertigem PUR-Außenmantel an. Große Biegeradien erlauben den Einsatz in der Schleppkette ohne dabei optische Verluste in der Datenübertragung befürchten zu müssen. Entdecken Sie nachfolgend unsere Top-Empfehlungen: