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Beispiel 3: getestet, getestet, getestet! “Millionen Doppelhübe” in der Energiekette

 

Profibusleitungen in dauerbewegtem industriellen Einsatz

Für den Anwender ist der Leitungs-Markt kaum noch zu überblicken. Der Wettbewerb der Leitungs-Anbieter steigt und die verschiedenen Hersteller übertreffen sich gegenseitig in ihren “Garantierte Lebensdauer”-Aussagen für Leitungen bei Anwendungen in Energieführungsketten. Da ist in Katalogen die Rede von zehn Millionen oder gar 50 Millionen Doppelhüben (DH) – es geht um die Lebensdauer von Leitungen in bewegten Anwendungen.

Bei genauerer Betrachtung der genannten Zahlen bleibt nicht selten die Frage offen, wie bzw. wie realitätsnah (Beispiele: Länge des Verfahrwegs, Versuchsradien etc.) getestet wurde, um diese Hubzahlen garantieren zu können. Auch Angaben, dass Leitungen nach VDE 0472, Teil 603 Prüfart H, getestet werden, sind für die Ermittlung der Lebensdauer in Energiezuführungsketten nicht hilfreich, da der Rollenprüfstand keine Aussage liefern kann und auch die vorerwähnte VDE-Norm keine Prüfanleitung für Spezialleitungen in Energiezuführungsketten ist.

Lebensdauer-Unterschiede

Anfang 2002 wurde im igus®-eigenen Versuchslabor daher eine Grundsatzuntersuchung zum Thema "Lebensdauer von Profibusleitungen in realen Anwendungen" in Auftrag gegeben. Ziel war es, eventuelle Lebensdauerunterschiede zwischen der chainflex®-Leitung CFBUS.001 von igus® und einer Profibusleitung eines Marktführers zu untersuchen. Die dafür notwendigen Versuchsparameter wurden anhand der Katalogdaten des Wettbewerbers gewählt:


Katalogangaben Prüfling “A”
zweiadrige Profibusleitung
Prüfling “B”
igus® Chainflex® CFBUS.001
 
Querschnitt (2 x AWG24)C (2 x 0.25 mm2)C
Garantierte Lebenserwartung Min. 4.0 Mio. Zyklen Im Versuch zu
ermitteln
Biegeradius > = 60 mm 85 mm
Durchmesser 8,0 mm 8,5 mm
Katalogdaten Stand 2002 Stand 2002

Versuchparameter laut Katalogdaten des Wettbewerbers

Ein für diese Leitung sinnvoller Versuchsaufbau ist in jedem Fall eine gleitende Anwendung, da vor allem bei längeren Verfahrwegen und längeren Übertragungsstrecken Profibussysteme hier wegen ihrer Datensicherheit Anwendung finden.

Um zerstörungsfrei prüfen zu können und dadurch in kurzer Zeit eine große Anzahl von Biegezyklen zu erreichen, wurde eigens eine reale Profibus-Übertragungsstrecke aufgebaut. Am Festpunkt der Versuchskette befindet sich in einem PC eine Profibus-Master-Steckkarte. Über die zu untersuchenden Leitungen wird eine Verbindung zu einem Profibus-Slave aufgebaut, der sich am Mitnehmer befindet. So lässt sich mit einem Diagnoseprogramm die Übertragungsrate definieren. Möglicherweise fehlerhaft übertragene Datenpakete können angezeigt werden. Eingestellt wurde die höchstmögliche Übertragungsrate von 12 Mbit/s.

Die Anfang 2002 gestartete Grundsatzuntersuchung, die bis heute noch fortgeführt wird, führte bereits nach vergleichsweise geringer Hubzahl von nur 420.000 DH zu einem Totalausfall des Prüflings "A", der nach Katalogangaben mindestens 4,0 Mio Zyklen sicher funktionieren sollte. Somit weicht die tatsächlich erreichte Lebensdauer um Faktor 10 von den Katalogwerten ab.

Dagegen befindet sich der Prüfling "B", die CFBUS.001, immer noch weiter im Test ohne fehlerhafte Datenübertragungen. Inzwischen sind über 14,0 Mio. Doppelhübe erreicht.

Konstruktion und Werkstoffe

Gründe für den erheblichen Lebensdauerunterschied sind im Wesentlichen die unterschiedlichen Konstruktionsparameter zwischen Prüfling "A" und Prüfling "B" (CFBUS.001), sowie die unterschiedlichen Werkstoffe, die bei der Konstruktion der Leitungen Verwendung gefunden haben. Bei allen Prüflingen besteht die Aderisolation des Busses aus einem geschäumten Werkstoff. Dessen vorteilhafte elektrische Eigenschaften stellen sicher, dass die von der Norm gegebenen Übertragungseigenschaften erreicht werden. Einen Nachteil dieses Werkstoffes bildet jedoch seine ungünstige mechanische Biegewechselfestigkeit. Die Kräfte, welche bei der Biegung auf das Buspaar wirken, sollen vom Elementmantel aufgenommen werden, um die mechanische Beanspruchung der Aderisolation zu entlasten.

Hochelastischer Elementmantel

Der Prüfling "B" (igus®) wurde deshalb mit einem mechanisch hochwertigen, extrudierten TPE-Innen- bzw. Elementmantel zwickelfüllend versehen, um das Buspaar vor mechanischen Einwirkungen während des Biegevorgangs zu schützen. Der Elementmantel muss hochelastisch sein. Ein mechanisch minderwertiger Elementmantel aus preiswerten Füllstoffen dient – ebenso wie Füller oder Bandierungen, die bei vielen anderen Konstruktionsprinzipien häufig Anwendung finden – nur dazu das Buspaar rund zu formen. Er vermag aber nicht dieses vor der hohen mechanischen Belastung in der Kette zu schützen. Auftretende Zug- und Stauchungskräfte wirken innerhalb der Leitung schließlich besonders an solchen Stellen auf die Adern, wo der Elementmantel gebrochen ist.


Versuchsparameter  
 
Verfahrweg: S = 5,0 m
Geschwindigkeit ca.: V = 3,5 m/s
Beschleunigung ca.: a = 7,5 m/s2
Radius ca.: 55 mm


Der Aufbau des Prüflinge "B" (CFBUS.001) ist zum einen durch einen mechanisch hochwertigen, zwickelfüllenden TPE-Elementmantel gekennzeichnet. Er entlastet mechanisch das Buspaar, fixiert die Adern in einer definierten Position und rundet ab.

Weiterhin sorgen die extrem kurzen Schlaglängen der Adern und die speziellen Leiter dafür, dass keine hohen Zug- oder Stauchbeanspruchungen auf einer großen Aderlänge wirken. So lassen sich relativ geringe Biegeradien mit hohen Zyklenzahlen verwirklichen.

Anzahl Doppelhübe im Test  
Gebrochener Elementmantel

Ein mechanisch minderwertiger Elementmantel kann das Buspaar nicht vor der hohen mechanischen Belastung in der Energiekette schützen.

 

Neu: UL- und CSA-Zulassung

chainflex® CFBUS-Leitungen sind jetzt auch mit UL- und CSA-Zulassung sowie DESINA-konform für alle gängigen Feldbussysteme lieferbar. Der hochabriebfeste, flammwidrige TPE-Außenmantel wird mit hohem Druck auf den mit einem abgestimmten Flechtwinkel gefertigten Geflechtgesamtschirm extrudiert, um die Leitung zusätzlich zu stabilisieren.

Die Buselemente, die mit einer besonders kurzen Schlaglänge verseilt sind, werden durch einen zwickelfüllend extrudierten TPE-Innenmantel geschützt, und erfüllen durch die Auswahl abgestimmter Isolierwerkstoffe und Fertigungsverfahren die geforderten Busparameter.

Wie alle chainflex®-Leitungen ist auch die neue CFBUS-Serie jetzt ab Lager ohne Schnittkosten oder Mindermengenzuschläge für alle gängigen Feldbusse lieferbar.

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