Schluss mit Systemausfall

Autor / Redakteur: RAINER RÖSSEL* / Reinhard Kluger

Energie, Daten und Luft führt ein Energieketten-System durch die Fabrik, das hohen Datendurchsatz sogar bei langen Leitungen ermöglicht. Es besteht aus vier Elementen in einer selbstführenden Kette in einem kompakten Führungskanal. Diese neuartige Konstruktion ermöglicht horizontale und vertikale Führungen.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Die in der Fabrik stets unermüdlich werkelnden Portalroboter und Regalbediengeräte, sie haben jetzt eine Achillesverse weniger: Dort ersetzt ‚Micro Flizz‘ künftig die wartungsintensiven Stromschienen solcher Automatisierungsgeräte – einschließlich der aufwändigen erforderlichen Lichtschranken. Diese Energiekette von igus, die über einen unten laufenden kugelgelagerten Wagen einen beweglichen Verbraucher versorgt, läuft in einer Rinne in einem kompakten, Platz sparenden Aluminium-Führungskanal. In diesem werden Ober- und Untertrum Gewicht sparend voneinander getrennt. Aufgrund der geringen Kraftweinwirkung minimieren sich Reibung und Verschleiß. Nach oben hin bietet das geschlossene System Schutz vor Schmutz, Staub und herab fallenden Teilen. Die Kölner entwickelten mit diesem Komplett-System einen bauraumneutralen Ersatz für die wartungsintensive Stromschiene. Somit wird die Fabrik wieder sicherer, fallen zudem weniger störende Wartungsarbeiten an.

Verseilt gegen Stauchung

Der sprunghaft angestiegene Automatisierungsgrad in den Fabriken verknappt den vorhandenen Bauraum, und immer kürzere Produktionszyklen belasteten Energieketten und Leitungen bis zum kompletten Systemausfall. Vor diesem Hintergrund begannen die Kölner schon früh, nach Lösungen für den sensiblen Leitungsbereich zu suchen. In langen Versuchsreihen testete man neue Materialien und Techniken und brachte schließlich mit „Chainflex“-Leitungen eine Innovation auf den Markt, die das Unternehmen heute zum Spezialisten für komplette Energieführungs-Systeme gemacht haben.

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So begann die Erfolgsstory solcher Leitungen mit dem ebenso pragmatischen wie simplen Anspruch der Kunden: ein Energieführungs-System muss einfach nur funktionieren. Das aber setzt die einwandfreie Funktion aller Komponenten voraus, auch und gerade die der darin eingesetzten Leitungen. Genau hier gab es Probleme. Bedingt durch ständig – oft sogar sprunghaft – steigende Belastungen infolge der zunehmenden Automation, fielen früher immer häufiger die geführten so genannten „kettentauglichen“ Leitungen aus, obwohl die Energieführung selbst einwandfrei funktionierte.

So genannte „Korkenzieher“ waren die Ursache, dauerhafte Verformung einer geführten, bewegten Leitung durch zu hohe Beanspruchung, hohen Mantelabrieb sowie Aderbrüche. Sie legten in Extremfällen die ganze Produktion lahm und verursachten hohe Kosten. Denn beim Biegevorgang staucht in der Bewegung die im Innenradius der Leitung liegende Ader und streckt die im Außenradius liegende Ader. Das geht aber nur solange gut, wie die Materialelastizität ausreicht. Sobald jedoch die Material- ermüdung einsetzt, kommt es zu bleibenden Verformungen, und die Adern schaffen sich durch Auslenkung aus der vorgegebenen Bahn eigene Stauch- und Streckzonen: der Korkenzieher entsteht und der Adernbruch folgt meist schnell danach. Und dann schoben sich nur allzu oft die Energieketten- und Leitungshersteller den ‚Schwarzen Peter‘ des Ausfallverursachers gegenseitig zu – und der Kunde blieb mit seinem Problem nicht nur alleine, sondern zudem auch auf den Kosten sitzen. Dies zu verhindern war die Idee von igus, fortan alles aus einer Hand zu liefern, alles aufeinander abgestimmt.

Schafft 30 Millionen Bewegungen bei 4 x d

Der Kern des Leitungsausfalls liegt also im Problem der Leitungsstauchung und die, so fand man in Forschungen heraus, hat vor allem mit der Art der Verseilung der Leitung zu tun. Denn bei der herkömmlichen Lagenverseilung werden die Leitungsadern in mehreren Schichten rund um ein Zentrum mehr oder weniger fest, meist relativ lang verseilt und mit einem auf Schlauch extrudierten Mantel versehen. Durch die ständige Biegung der Leitung in der bewegten Energieführung dehnen sich auf Dauer die Adern aus und brechen.

Die nötige Stabilität bleibt erhalten

Also suchte man in Köln nach einer Möglichkeit, wie man diesen Effekt vermeiden konnte und wurde bei den Stahlseilen fündig: Diese wurden in sogenannten Bündeln verseilt und konnten so die aufgeführten Effekte vermeiden. Aus dieser Idee entwickelte das Kölner Unternehmen seine „Chainflex“-Leitungen für Energieketten, die wegen ihrer sehr aufwändigen Bündelungsverseilung diese Probleme verhindern.

Bei der Bündelverseilung werden zunächst die Adern, die aus speziellen Litzen bestehen, in besonders kurzer Schlaglänge zu Einzelbündelgruppen zu drei, vier oder fünf Adern verseilt. Diese Einzelbündel werden dann erneut um ein zugfestes Kernelement in abgestimmter Schlaglänge verseilt. Durch diese Mehrfach-Verseilung der Adern wechseln im Gegensatz zur herkömmlichen Lagenverseilung alle Adern im gleichen Abstand mehrfach den Innen- und Außenra- dius der gebogenen Leitung. Zug- und Stauchkräfte gleichen sich damit um die hochzugfeste Kernkordel aus, die dem Verseilgebinde die nötige innere Stabilität gibt. So bleibt die Verseilung auch bei höchster Biegebeanspruchung stabil.

Für jede Umgebung den richtigen Werkstoff

Die „Chainflex“-Leitungen von igus haben einen zugentlastenden Kern, einen zwickelfüllend extrudierten Innenmantel (bei geschirmten Leitungen) oder einen zwickelfüllend extrudierten Außenmantel. Das geschlossene Schirmgeflecht mit einer optischen Bedeckung von 90% und einem optimierten Schirmgeflechtwinkel sichert dabei einen optimalen EMV-Schutz. Damit gelten sie als die quasi „unkaputtbaren“ unter den Leitungen speziell für Energieketten. Die „Chainflex“-Leitungen gibt es in inzwischen über 750 Typen und sieben unterschiedlichen Mantelwerkstoffen, die auf die Einsätze vor Ort und die Umgebungszustände zugeschnitten sind. Eine Mindestabnahmelänge, wie es in der Branche häufig üblich ist, gibt es dabei nicht, geliefert wird ausschließlich die Länge, die der Kunde für seine Anwendung gerade braucht.

So kommen „Chainflex“-Leitungen der Reihe CF98 mit extrem kleinen Biegegraden von 4 x d zum Beispiel in Bussen und Bahnen zum Einsatz, wo sie zuverlässig Türen öffnen und schließen. Die CF98-Leitungen bestehen aus einer neuen Leiterlegierung, die dafür sorgt, dass die Leitung auch bei Biegeradien von unter 4 x d gut 30 Millionen Biegungen und mehr in Energieketten sicher standhalten kann und damit eine um das 30-fach höhere Lebensdauer bei gleichen Anwendungsparametern realisieren kann im Vergleich zu herkömmlichen Leitungen. Ganz andere und deutlich komplexere Aufgabe übernehmen dagegen die Busleitungen der „Chainflex“-Serie. Und in den späten neunziger Jahren war igus der erste Anbieter, der das Thema Ethernet sozusagen auf die Kette brachte. Nicht erst seit dieser Zeit sind Busleitungen von igus in der Branche etabliert. Im vergangen Jahr stellte das Unternehmen erfolgreich die erste FireWire-Leitung (1394a) für die bewegte Energieführung in der digitalen Kameratechnik vor. Damit sind industrielle Energieketten-Anwendungen mit einem Datenvolumen von bis zu 400 MBit pro Sekunde möglich – und dies über eine Leitungslänge von bis zu 10 m.

Mit Micro Flizz, von igus erstmalig zur Hannover Messe 2006 vorgestellt, gibt es jetzt im Reigen der unterschiedlichen bewegten Energieführungen eine mechatronische Lösung. Sie ermöglicht ein selbstführendes Energieketten-System, entwickelt mit Flachleitung, Lichtwellenleiter und Kupfer-LWL-Koppler, Datenumsetzungssysteme für den industriellen Einsatz für hohe Datenraten auch bei sehr langen Leitungslängen. Das System aus vier aufeinander abgestimmten Elementen besteht aus einer selbstführenden Energiekette im kompakten Führungskanal, einer speziell entwickelten Flachleitung für die Leistungsübertragung, einer Glas-Lichtwellenleitung für die Datenübertragung und einem industriellen Kupfer-LWL-Koppler als elektronischen Umsetzer, den Kunden dezentral an die Maschine anschließen können. Diese mechatronische Kompaktlösung für die horizontale wie vertikale Führung von Energie, Daten und Luft ermöglicht sichere Beschleunigungen, und zwar von bis 100 m/s² und mehr sowie für Arbeitsgeschwindigkeiten bis 6 m/s und das sogar im Dauerbetrieb.

igus Tel. +49(0)2203-9649-0

*Dipl.-Ing. (FH) Rainer Rössel, Leiter Entwicklung/Marketing Chainflex & ReadyChains, igus GmbH.

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