Sonderentwicklung von Spezialkabeln für die Automatisierung

Vom Problem zum Produkt

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Kabel sind heute weit aus mehr, als nur simple Medien zur Übertragung von elektrischen Strömen. Sie sind High-Tech-Nabelschnüre zur Verbindung von Fertigungsautomaten, Robotern und Transportsystemen mit ihrem Umfeld. Die stetig steigenden Anforderungen dieser technischen Applikationen machen Sonderkabel mittlerweile zum Muss.

Der Autor Dr. Heinrich Pascher ist Marketingleiter bei Hradil Spezialkabel, Stuttgart

Der Maschinenbau und die Automationstechnik stellen heute hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Versorgungs- und Steuerleitungen:
Aggressive Umweltbedingungen, Hitze, Feuchtigkeit, Funkenflug und Chemikalien wie Kühlflüssigkeiten und Schmiermittel, hohe Strahlenbelastungen und enorme Beschleunigungen. Obendrein müssen Kabel über sehr gute EMV-Qualitäten, kleine Kabeldurchmesser und selbstverständlich über hervorragende elektrische Eigenschaften verfügen.
Bei diesen Ansprüchen stoßen Standardkabel schnell an die Grenzen des technisch Machbaren. Die Lösung sind hier spezielle Kabelkonstruktionen. Diese machen es möglich, Eigenschaften zu kombinieren, die sich bei Standardkabeln im allgemeinen ausschließen. Hradil Spezialkabel Stuttgart, hat sich auf das Thema Sonderleitungen spezialisiert.
Für den Bereich der Automa-tion heißt dies, Kabelkonstruktionen zu entwickeln, die zum einen kompakt und leicht sind, und die zum anderen Millionen Biegewechsel-Zyklen problemlos überstehen.
Sonderkabel für den extremen Robotereinsatz
Moderne Fertigungsautomaten, Robotertechnik und Transportsysteme setzen Kabel voraus, die enorm hohen mechanischen Belastungen standhalten – z.B. für Automaten mit Handhabungssystemen, die sowohl Streck- als auch Drehbewegungen kombinieren und bei denen die Kabel in aller Regel in den Hub- und Dreheinrichtungen oder in den Roboterarmen geführt werden. Bei diesen immer schneller bewegten Maschinenkomponenten treten eine ganze Reihe von „mechanischen Stressfaktoren“ für Kabel auf.
Eine ganz besondere Konstruktionsaufgabe war für die Hradil-Ingenieure, die Entwicklung einer Steuerungs- und Versorgungsleitung für einen Roboterarm, der mit vier Zyklen/Sekunde eine Hublänge von jeweils 50 cm überwindet!
Bei diesen enorm hohen Beschleunigungswerten wirken gewaltige Kräfte auf den gesamten Kabelaufbau – auch die gesamte Kabeloberfläche steht permanent unter einer enormen Spannung.
Volker Lichtinghagen, Chefingenieur bei Hradil, zeigt am Querschnitt des für diese Aufgabe speziell entwickelten Hyflex-Kabels die technische Lösung:
„Um die hohe Wechselbiegebeanspruchung bei gleichzeitig geringen Biegeradien in den Griff zu bekommen, setzen wir Alloy 135 als Leitermaterial ein.
Diese Cadmium-Chrom-Kupferlegierung zeichnet sich durch besonders hohe Zug- und Bruchfestigkeit aus“. Während das in der Kabeltechnik üblicherweise eingesetzte Elektrolytkupfer eine Reiß- und Zugfestigkeit von gerade mal 210 N/mm² erreicht, sind es mit Alloy bis zu 480 N/mm².
Innovative Materialien für neue Kabellösungen
Das Einbeziehen „neuer Materialien“ aus der hauseigenen Forschungs- und Entwicklungsabteilung ist für die schwäbischen Kabeltüftler von Hradil wichtig, da sich durch die Verwendung neuer Materialien und Materialkombinationen Sonderkabel weiter optimieren lassen.
„State of the art“ sind Hybrid-Steuerleitungen auf Polyesterbasis. „PETP“ ist ein Kunststoff, der in einzigartiger Weise die besten Charakteristika von Kunststoffen und Elastomeren vereinigt.
Er eignet sich speziell für die Isolierung elektrischer Leiter in massiver und verlitzter Ausführung.
Aufgrund der hervorragenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften von PETP können Adern mit minimalsten Wanddicken gefertigt werden.
Entsprechend lassen sich Hybridkabel realisieren, die im Vergleich zu konventionellen Leitungen um bis zu 50% im Kabeldurchmesser reduziert sind und durch ihre hohe Flexibilität mehr als 70% kleinere Biegeradien ermöglichen.
Jüngste Entwicklung ist die Verwendung von Teflon (FEP), welches als Isolierstoff für die Adern in die Aderummantelung eingearbeitet wird, um die Zugfestigkeit des gesamten Kabelaufbaus zu verbessern.
Hradil-Ingenieur Lichtinghagen zur Eigenentwicklung Kevlar als Trageorgan mit dem Kabelmantel zu verbacken: „Was eigentlich sonst keiner hin bekommt, kriegen wir jetzt hin. Die komplette Zugentlastung über den Mantel“. Damit entfällt die herkömmliche Zugentlastung mittels einer Kabelverschraubung oder Kabelmanschette.
Diese Methoden haben den entscheidenden Nachteil, dass der Aderverbund gequetscht wird, und die Zerstörung von beweglichen Kabeln vorprogammiert ist.
Ein Handikap insbesondere in der Automation und Robotertechnik, da hier bewegliche Kabel getrommelt oder in der Schleppkette zum Einsatz kommen.
Zukunftsweisende EMV Lösungen
Das Thema EMV ist besonders in der Automatisierungstechnik von besonderer Bedeutung.
Hier sind die unterschiedlichsten Komponenten aus Platz- bzw. Kostengründen auf engstem Raum untergebracht – z.B. beim dichtgedrängten Nebeneinander von Versorgungsleitungen, Sensor- und Steuerungskabeln in Kabelschlepp- und Kabelpaketen. Dies begünstigt elektromagnetische Störungen, ausgelöst durch starke Magnetfelder oder zu hohe Übertragungsfrequenzen. Hier geraten Standardkabel schnell ins Abseits.
Bei Hradil Spezialkabel werden hierfür anwenderspezifische Kabel konstruiert, die zum einen die geforderten elektrischen EMV Bedingungen erfüllen, und zum anderen den mechanischen Anforderungen nach Flexibilität und Wechselbiegebelastbarkeit gerecht werden.
Für jeden speziellen Anwendungsfall werden individuelle Konstruktionen mit unterschiedlichen Schirmungen eingesetzt. Derart werden unerwünschte Signale entweder unterdrückt oder an ihrer Ausbreitung gehindert.
Die Abschirmungstechniken reichen dabei von Seil- und Folien- über Flechtschirme bis hin zu Mehrfachschirmungen. Auch Faktoren wie die Materialauswahl, der Drahtdurchmesser, der Steigungswinkel und die Fachung entscheiden über die Dichtigkeit eines Schirmes und seine spezifische Frequenzbelastbarkeit.
Also ein weites Feld für Sonderkabel!
Ausführliche Informationen
Hradil Firmenbroschüre
KEM 486
EMV-geschirmte Leitungen
KEM 487
Innovative Kabel-
materialien
KEM 488
Internet
Kabel nur nach Maß
Seit 20 Jahren entwickelt und fertigt man bei Hradil in Stuttgart Sonderkabel ausschließlich als Maßanfertigung.
Die Anwendungsgebiete für diese Kabel reichen von der Automatisierungs- und Robotertechnik, über die Übertragungs- und Messtechnik bis hin zu Tiefsee- und Sanierungsrobotern. Individuelle Kabellösungen werden dabei – von der präzisen Bedarfsanalyse, über die Konstruktion bis hin zur Produk-tion – innerhalb weniger Wochen realisiert.
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