Birtaş Kablo Industrie-, Bewegungs- und Steuerleitungen: Auswahlleitfaden

Ein elektrisch korrekt dimensionierter Leiterquerschnitt einer Industrieleitung bedeutet nicht automatisch, dass sie in einer bewegten Maschine zuverlässig arbeitet. Wiederholte Biegungen in der Energiekette, Torsion am Roboterarm, Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge, Ölkontakt, Abrieb und elektromagnetische Störungen wirken gemeinsam auf Leiter, Aderverseilung, Schirm und Außenmantel ein. Deshalb müssen bei der Auswahl von Bewegungs- und Steuerleitungen zunächst Bewegungsart, Umgebung, Signalaufgabe und erwartete Betriebsweise definiert werden, bevor die Frage „Wie viele Adern, wie viele Quadratmillimeter?“ beantwortet wird.

Das Portfolio von Birtaş Kablo unterteilt industrielle Bewegungsleitungen in die Bereiche bewegte Energieketten, Krane und Trommeln sowie Robotikbewegungen. Bei Steuerleitungen gibt es Untergruppen wie PVC, PUR, HFFR, TPE, Servomotor-, Encoder- und Robotikleitungen. Diese Kategorien hängen zusammen, sind jedoch nicht gleichbedeutend. Eine flexible Steuerleitung für die feste Verlegung auf einer Kabelrinne ist nicht automatisch für kontinuierliche Energiekettenzyklen geeignet. Ebenso darf eine energiekettentaugliche Leitung nicht ohne Prüfung des Datenblatts für das Torsionsprofil einer Roboterachse eingesetzt werden.

Flexibilität nicht mit Dauerbewegungsfestigkeit verwechseln

Die Bezeichnung „flexible Leitung“ beschreibt häufig die einfache Montage oder den mehrdrähtigen Leiteraufbau. Eine Leitung für kontinuierliche Bewegung ist dagegen dafür ausgelegt, wiederholte mechanische Belastungen bei einem bestimmten Biegeradius, einer bestimmten Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verlegeführung aufzunehmen. Bei der Eignungsbewertung zählt nicht nur die Leiterklasse. Auch die Schlaglänge der Aderverseilung, der Lagenaufbau, Trennelemente, die Beweglichkeit des Schirms sowie das Zusammenspiel von Innen- und Außenmantel sind wichtig. Die Katalogbezeichnung „hochflexibel“ ist keine Zusage einer unbegrenzten Zyklenlebensdauer, wenn die Installationsbedingungen nicht eingehalten werden.

Für das Bewegungsprofil sind Hublänge, Zyklushäufigkeit, tägliche Betriebsdauer, maximale Geschwindigkeit und Beschleunigung sowie eine mögliche Drehung der Leitung um ihre eigene Achse und auftretende Zugbelastungen zu dokumentieren. In der Energiekette müssen außerdem Gewicht, Füllgrad der Kette und Reibung zwischen den Leitungen berücksichtigt werden. Bei frei hängenden Verbindungen stehen dagegen Pendelbewegungen, Zug und die auf den Anschlusspunkt übertragenen Lasten im Vordergrund. Fehlen diese Angaben in der technischen Spezifikation, lassen sich unterschiedliche Leitungen mit gleicher Aderzahl und gleichem Querschnitt nicht fundiert vergleichen.

Auswahl von Steuerleitungen für bewegte Energieketten

In der Energiekette wird die Leitung so angeordnet, dass sie der neutralen Achse der Kette folgt und sich gleichmäßig mit dem vorgegebenen Radius biegt. Eine zu dicht gefüllte Kette kann dazu führen, dass Leitungen gegeneinander gedrückt werden. Werden unterschiedliche Durchmesser unkontrolliert übereinander angeordnet, können Reibung und Torsion entstehen. Die Leitung muss an beiden Enden entsprechend den Herstellervorgaben und der Kettenkonstruktion befestigt werden und darf im bewegten Abschnitt keiner Zugbelastung ausgesetzt sein. Bei horizontalen Anwendungen mit langen Hüben sind zusätzlich die Stütz- und Führungsgeometrie zu bewerten.

Das Produkt BIRTFLEX-EF 6514-PUR von Birtaş Kablo wird auf der offiziellen Produktseite als TPE-isolierte, hochflexible Steuerleitung mit PUR-Mantel beschrieben. Als Leiteraufbau wird EN 60228 Klasse 6 und als Bemessungsspannung 300/500 V angegeben. Das zugehörige Produktdatenblatt nennt für den festen Einsatz −50 bis +90 °C und für den bewegten Einsatz −15 bis +80 °C; der minimale Biegeradius beträgt bei fester Verlegung 4 × D und bei bewegtem Einsatz 7,5 × D. Diese Werte sind ausschließlich Auswahlparameter für die angegebene Ausführung dieser Produktfamilie. Der Radius der Energiekette muss anhand des tatsächlichen Außendurchmessers der Leitung und des gewählten Querschnitts erneut geprüft werden.

Die Wahl eines PUR-Mantels allein beseitigt nicht alle chemischen und mechanischen Risiken. Der Hersteller beschreibt für dieses Produkt Beständigkeit gegen Weiterreißen, Abrieb, Kerben, Witterung, Kälte, Öl, verschiedene Chemikalien, Hydrolyse, Mikroben, Ozon und UV. Dennoch müssen die konkrete Chemikalie am Einsatzort, ihre Konzentration und Temperatur sowie die Kontaktdauer bestätigt werden. Auch die flammwidrige Eigenschaft ist anhand der Optionen und Kennzeichnungen der jeweiligen Produktvariante zu bewerten. Die Bezeichnung „PUR“ bedeutet nicht, dass jede Rezeptur dasselbe Brandverhalten oder dieselbe chemische Verträglichkeit aufweist.

Schirmung und niedrige Kapazität bei Steuersignalen bewerten

Steuerstromkreise für Schütze, Bremsen, Ventile und allgemeine digitale I/O weisen nicht dieselbe elektromagnetische Empfindlichkeit auf wie analoge Kleinsignale. Werden Steuersignale in der Nähe einer Motorleitung eines drehzahlgeregelten Antriebs, einer Starkstromleitung oder einer schnell geschalteten Last geführt, müssen getrennte Leitungsführung, Schirmung und Potenzialausgleich gemeinsam geplant werden. Die Auswahl einer geschirmten Leitung gleicht weder einen fehlerhaften Schirmanschluss noch eine Kabelrinne ohne Trennung von Leistungs- und Signalleitungen aus.

BIRTFLEX-EF 659-C-PUR wird auf der offiziellen Produktseite als PP-isolierte, hochflexible und geschirmte Steuerleitung mit PUR-Mantel vorgestellt. Ausdrücklich genannt werden der Schutz vor äußeren elektrischen Störungen durch ein Schirmgeflecht aus verzinnten Kupferdrähten sowie die niedrige Kapazität und die Auslegung für bewegte industrielle Anwendungen. Die Produktfamilie kommt für Bereiche wie Energieketten, Förder- und Produktionslinien, Montagelinien und Robotikanwendungen in Betracht. Die genaue Aderzahl, der Querschnitt, der Außendurchmesser, die Spannung, die Temperatur und der Biegeradius müssen der Tabelle des bestellten Produktcodes entnommen werden.

Ziel des Schirmanschlusses ist es, Störströmen einen niederimpedanten und definierten Ableitweg bereitzustellen. Ein Anschluss des Geflechts über eine lange, dünne Anschlusslitze kann die Schirmwirkung bei hohen Frequenzen beeinträchtigen. Bevorzugt werden geeignete Kabelverschraubungen oder 360-Grad-Schirmklemmen. Die Entscheidung über beidseitigen Anschluss, einseitigen Anschluss oder Funktionserdung muss im Rahmen der technischen Planung anhand von Signalart, Frequenz und Potenzialausgleich der Anlage getroffen werden. Die Aufgaben von Schutzleiter und Signalschirm dürfen nicht verwechselt werden.

Robotikbewegungen erfordern eine eigene Leitungsklasse

An einem Roboterarm mit sechs Achsen wird eine Leitung nicht nur in derselben Ebene vor- und zurückgebogen. Sie ändert ihre Richtung über verschiedene Achsen und wird entlang ihrer Länge tordiert. Die Kategorie Robotikbewegungen von Birtaş Kablo beschreibt auf Kategorieebene neben kontinuierlicher Biegung und schnellen Achsbewegungen auch eine Torsion von bis zu ±180 Grad pro Meter. Dieser Grenzwert darf nicht automatisch für jedes Produkt und jede Installation übernommen werden. Torsion, Prüflänge und Bewegungsbedingungen müssen anhand des Datenblatts des ausgewählten Produkts geprüft werden.

BIRTFLEX-EFF ROBOT 7612-PUR-JZ ist ein Beispiel für eine TPE-isolierte, extraflexible Steuerleitung mit PUR-Mantel. Die offizielle Beschreibung nennt Robotikanwendungen mit mechanischer Beanspruchung, Zug, Biegung und Torsion sowie Energieketten als Einsatzbereiche. Der Hersteller beschreibt den Leiteraufbau als feindrähtiger als EN 60228 Klasse 6, annähernd Klasse 7. Zudem gibt er an, dass die Adern mit Füllelementen in geeigneter Schlaglänge verseilt sind und ein PTFE-Trennelement verwendet wird. Dieser Aufbau beschreibt die Produktkonstruktion. Die Lebensdauer im Einsatz wird zugleich durch die Roboterbahn und die Montagequalität bestimmt.

Die Bezeichnungen PVC, PUR, HFFR und TPE richtig einordnen

Materialkürzel müssen immer zusammen mit der Leitungsschicht betrachtet werden, in der das Material eingesetzt wird. Die Aderisolierung kann aus PP oder TPE bestehen, der Innenmantel aus einer anderen Mischung und der Außenmantel aus PVC oder PUR. PVC-Steuerleitungen können bei geeignetem Produkt und fachgerechter Installation eine wirtschaftliche Option für feste oder begrenzt bewegte industrielle Anwendungen sein. Ein PUR-Außenmantel bietet sich für bewegte Anwendungen mit starker Abriebbeanspruchung, Öl und Witterungseinflüssen an. Die Bezeichnung HFFR bezieht sich auf Anforderungen hinsichtlich Halogengasen und Rauchentwicklung im Brandfall. Sie bestimmt allein nicht die Eignung für mechanische Bewegung.

Eine Leitung kann gleichzeitig „halogenfrei“, „flammwidrig“, „ölbeständig“ und „für bewegten Einsatz geeignet“ sein. Jede Eigenschaft beruht jedoch auf einer eigenen Prüfnorm und definierten Bedingungen. Für die technische Dokumentation sollten deshalb nicht nur Werbeaussagen, sondern auch die jeweilige Prüfnorm, das Produktdatenblatt und bei Bedarf ein Qualitätsnachweis angefordert werden. Unterliegt die Anwendung besonderen Brandschutzanforderungen, etwa in Krankenhäusern, Tunneln, öffentlichen Verkehrsmitteln oder Fluchtbereichen, sind zusätzlich die CPR-Klasse und die für das Projekt geltenden Vorschriften zu prüfen.

Leistungs-, Steuer-, Servo-, Encoder- und Datenleitungen unterscheiden

In derselben Energiekette einer Maschine können Motorversorgung, Bremsleitung, Thermistor, Encoder-Rückführung, Sicherheitsstromkreis und Ethernet-Leitung geführt werden. Diese Stromkreise unterscheiden sich hinsichtlich Spannung, Strom, Frequenz und Störempfindlichkeit. Werden nicht kompatible Aufgaben zur Verringerung der Aderzahl in einer einzigen Leitung zusammengefasst, kann dies Risiken für Isolationskoordination, EMC und Wartung verursachen. Soll eine Hybrid- oder Servoleitung eingesetzt werden, müssen der Aufbau der Leistungsadern und Steuerpaare, die Schirmanordnung sowie die Anschlussanforderungen des Antriebsherstellers produktspezifisch geprüft werden.

Die Querschnittsberechnung richtet sich nicht allein nach dem Dauerstrom. Zu bewerten sind Leitungslänge, Spannungsfall, Anlaufstrom, Umgebungstemperatur, nebeneinander angeordnete Leitungsbündel in der Kette und die thermischen Auswirkungen des bewegten Einsatzes. Bei Steuer- und Analogsignalen sind Schleifenwiderstand, Kapazität und Schirmung wichtig, bei Encoder- oder Datenleitungen dagegen Impedanz, Paarverseilung und Zielprotokoll. Bezeichnet der Hersteller eine Leitung als „Steuerleitung“, darf sie nicht allein deshalb als Ethernet- oder Servo-Rückführungsleitung eingesetzt werden, weil der Steckverbinder passt.

Praxisregeln für die Anordnung in Energieketten

1. Tatsächlichen Außendurchmesser verwenden: Berechnen Sie den minimalen Biegeradius anhand des Außendurchmessers des ausgewählten Produktcodes und nicht anhand der nominellen Familienbezeichnung.
2. Leitung drallfrei verlegen: Wickeln Sie die Leitung von der Spule ab, ohne sie um ihre eigene Achse zu verdrehen. Ziehen Sie keine Schlaufen seitlich ab, da dadurch Torsion entsteht.
3. Freiraum vorsehen: Sorgen Sie in der Kette für genügend Platz, damit sich die Leitungen frei bewegen können, ohne übereinanderzuliegen.
4. Unterschiedliche Durchmesser berücksichtigen: Ordnen Sie Leistungsleitungen mit großem Durchmesser und dünne Signalleitungen mithilfe geeigneter Trennstege an.
5. Zugbelastung vermeiden: Lassen Sie die Leitung im bewegten Abschnitt nicht unter Zug stehen. Legen Sie die Befestigungspunkte nach den Vorgaben des Ketten- und Leitungsherstellers fest.
6. Bewegungsweg testen: Prüfen Sie in den beiden Endlagen und in Zwischenpositionen auf Quetschungen, Reibung, Überlagerungen und Belastungen der Anschlüsse.

Inbetriebnahme- und Wartungsplan

Bei der Abnahmeprüfung werden Leitungskennzeichnungen, Produktcodes und Spulenangaben mit der Projektliste abgeglichen. Isolation, Aderdurchgängigkeit sowie PE- und Schirmanschlüsse werden mit geeigneten Prüfverfahren kontrolliert. Die Maschine wird zunächst mit niedriger Geschwindigkeit betrieben und anschließend schrittweise auf Betriebsgeschwindigkeit gebracht. Dabei werden der Umlenkbereich der Kette, die Relativbewegung der Leitungen und die Anschlusspunkte beobachtet. Bei Roboteranwendungen werden alle programmierten Positionen sowie Not-Halt- und Wiederanlaufbewegungen bewertet. Die Prüfspannung des Messgeräts muss so gewählt werden, dass angeschlossene Elektronik nicht beschädigt wird.

Bei der regelmäßigen Wartung wird auf glänzende Stellen, Abflachungen, Schnitte oder Risse im Außenmantel, Späne und Schmutz in der Kette, gelockerte Befestigungen sowie Zugbelastungen an Steckverbindern geprüft. Wird bei einer defekten Leitung nur der beschädigte Abschnitt innerhalb des Bewegungsbereichs durch eine Verbindungsstelle repariert, kann dies das Biege- und Dichtheitsverhalten beeinträchtigen. Die Ersatzleitung muss anhand des vollständigen Produktcodes und für dieselben Bewegungsbedingungen geprüft werden. Die Leitung darf nicht lediglich ausgetauscht werden, ohne die Grundursache des Fehlers zu beheben.

Für ein Angebot erforderliche technische Daten

• Leitungsaufgabe, Spannung, Strom, Aderzahl, Querschnitt sowie Signal- oder Protokollangaben
• Bewegungsklasse: feste Verlegung, freie Bewegung, Energiekette, Robotik, Festoon oder Trommel
• Hub, Zyklen, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Torsion, Zugbelastung und vorhandener Biegeradius
• Innen- oder Außenbereich; minimale und maximale Temperatur sowie Einzelheiten zum Kontakt mit Öl und Chemikalien
• Anforderungen hinsichtlich UV, Ozon, Wasser, Abrieb, Funken, Schweißspritzern und Brandverhalten
• Schirmung, PE, Aderkennzeichnung, Mantelfarbe, Steckverbinder und Anschlusskonzept
• Innenabmessungen der Energiekette, Füllgrad, Trennstege, vorhandene Leitungen und dreidimensionale Leitungsführung
• Erforderliche Normen, Zertifikate, Prüfberichte, Leitungslängen, Toleranzen und Ersatzteilmengen

Oskons Auswahlansatz betrachtet die Leitung nicht als maschinenunabhängiges Verbrauchsmaterial, sondern als gemeinsame Komponente der mechanischen Bewegung, der elektrischen Anforderungen und der Umgebungsbedingungen. Nach der Auswahl eines geeigneten Kandidaten aus der Produktfamilie von Birtaş Kablo werden der vollständige Produktcode, das aktuelle Datenblatt und die Installationsbedingungen gemeinsam geprüft. Ziel dieser Vorgehensweise ist es, eine in der realen Anwendung nachvollziehbare und wartbare Verkabelungslösung zu schaffen, statt lediglich den höchsten Katalogwert auszuwählen.