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Stresstest in der Folterkammer

Schleppkettentest- und Torsionsprüfanlagen für Kabel und Leitungen
Stresstest in der Folterkammer

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‚Es sind doch nur Kabel‘, denken leider immer noch viele Entwickler. Noch schlimmer ist es, wenn sie bei der Konstruktion ihrer Maschine erst gar nicht an die zu verbauenden elektrischen Leitungen denken. Dabei kann auch eine defekte Leitung eine Maschine stilllegen. Denn die Anforderungen an diese C-Teile steigen ständig und sollten daher nicht unterschätzt werden. In den Testzentren von Helukabel werden elektrische Leitungen auf Herz und Nieren geprüft.

Nach Informationen der Helukabel GmbH in Hemmingen

Seit 1988 fertigt Helukabel im Mittelfränkischen Windsbach verschiedenste Kabel. Dort entstehen hochwertige Leitungen für den Einsatz in der Industrie, im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Energieversorgung. Das Unternehmen konnte am Standort kontinuierlich wachsen, sodass die Produktionsfläche immer wieder erweitert werden musste und das Werk mit 9000 m² erneut aus allen Nähten platzt. Die Beteiligung am Kabelwerk Meißen im Jahr 2012 ergab nur eine geringe Entspannung.
Kabel verdienen Aufmerksamkeit
Viele Maschinenbauer haben die Notwendigkeit von Tests der elektrischen Leitungen in anspruchsvollen Anwendungen in der Vergangenheit ignoriert und dafür Lehrgeld bezahlen müssen. Denn es sind eben nicht nur Kabel und schon gar nicht in hoch dynamischen Anwendungen, wie sie beispielsweise im Werkzeugmaschinenbau zu finden sind. Die Maschinen werden kleiner, die zu bewegenden Massen geringer und ihre Achsen schneller. Wird der Bauraum enger, müssen auch die Biegeradien der Leitungen enger werden. Hinzu kommt eine stetig steigende Dynamic in den Maschinen. Während früher die Achsen mit maximal 0,5 m/s² beschleunigt wurden, werden diese heute in den High-End-Maschinen mit bis zu 50 m/s² beschleunigt. All das führt zu einer höheren mechanischen Beanspruchung für die Leitungen. Daher sollte gegebenenfalls im Vorfeld – bestenfalls schon während der Entwicklungsphase – getestet werden, ob die projektierten Leitungen den Umgebungsbedingungen standhalten.
Fällt eine in Deutschland gebaute Maschine in Indien aus, ist die Schadensbehebung meist aufwendig. Gerade in den High-End-Maschinen wird den Leitungen in ihrer Funktion als C-Teil viel zu wenig Beachtung geschenkt. Kommt eine Maschine in der Automobilproduktion durch einen simplen Kabelbruch zum Stillstand, können sich die Ausfallkosten schnell zu hohen Beträgen summieren.
Fehlerursachen sind vielfältig
Besonders hohem Stress sind die in Schleppketten verlegten Leitungen ausgesetzt. Aufgrund des ständigen Biegens und Streckens während der Bewegung der Schleppkette müssen sie sehr hohe mechanische Anforderungen erfüllen. Die Beanspruchung der Leitungen in einer Schleppkette hängt dabei von Verfahrweg, Biegeradius, Geschwindigkeit und Beschleunigung ab. Diese vier technischen Daten werden bei Kundenanfragen stets geprüft. Je besser der Kunde diese Variablen bestimmen kann, desto detaillierter kann der Hersteller geeignete Leitungen anbieten. Welche Kriterien dabei zu erfüllen sind, lässt sich leider oft nur empirisch ermitteln. Bei Helukabel wird eine umfassende Datenbank mit umfangreichen Erfahrungswerten gepflegt, die herangezogen werden können. In der Regel muss jedoch getestet werden. Da es ein Unterschied ist, ob eine Anlage im 3-Schichtbetrieb ununterbrochen läuft oder im Einschichtbetrieb auch regelmäßige Stillstandzeiten hat, gibt es eine Garantie auf die Anzahl der Zyklen. Das sind in Schleppkettenleitungen etwa 5 Mio. So ein Test beansprucht entsprechende Zeit: Beispielsweise benötigt er in der 5-m-Anlage des Herstellers, die durchgängig mit sehr hohen Beschleunigungen gefahren wird, etwa ein 3/4 Jahr.
Fällt eine Leitung in der Schleppkette aus, gibt es drei Fehlerquellen: Aderbruch, Abrieb oder Korkenziehereffekt. Ein Aderbruch kündigt sich im Vorfeld durch eine Erhöhung des Leiterwiderstandes an. Hat eine in der Schleppkette verlegte Leitung zu viel oder zu wenig Spiel, reiben die relativ scharfkantigen Plastikteile der Kettenglieder an den flexibel verlegten Leitungen in der Kette. Der Mantel reibt sich auf, deutlich bevor eine maximale Zyklenzahl von 5 Mio. erreicht wird. Hinzu kommen andere konstruktive Fehler der Kabel und Leitungen. Werden sie beispielsweise für den falschen Biegeradius ausgelegt, gehen sie wahrscheinlich vor Ablauf der Lebensdauer kaputt. Das ist dann insofern tückisch, weil die Leitung am Anfang funktioniert und sich die Schwachstellen erst nach einiger Zeit zeigen. Um solchen Schäden während der Anwendung vorzubeugen, betreibt Helukabel in seinen Fertigungsstätten sieben Schleppkettentestanlagen und zwei Torsionsprüfstände.
Schleppkettentestanlagen bis 40 m
Im Testzentrum Windsbach werden die Kabel und Leitungen in ihren Schleppketten mit bis zu fünffacher Erdbeschleunigung quasi hin und her geschossen. Monatelang werden sie dabei härtesten Bedingungen ausgesetzt. Erst wenn die Prüflinge die Tests gemäß den Vorgaben der Kunden schadlos überstanden haben, übernimmt der Hersteller die Garantie für den vorgesehenen Einsatzfall. Die neu angeschaffte 5-m-Schleppkettentestanlage (Geschwindigkeit 10 m/s; Beschleunigung 50 m/s²) ist eine Maschine mit einer 5-m-Achse, die mit 5 g beschleunigen kann.
Insgesamt wird auf sieben Anlagen mit 1, 3, 5, 18 und 40 m Verfahrweg (Geschwindigkeiten bis zu 7 m/s; Beschleunigungen bis zu 50 m/s²) getestet. Auf allen Anlagen lassen sich Ketten mit gebräuchlichen Biegeradien einsetzen, die der Hersteller auch zum Austausch bereithält.

INFO-TIPP
Kabel und Leitungen werden nach VDE und IEC für Europa bzw. nach UL und CSA für die USA spezifiziert und genormt:

PRAXIS PLUS
Zur Prüfung der Torsionseigenschaften hat Helukabel in eine Torsionsprüfeinrichtung für Roboteranwendungen investiert. Die gestiegenen Anforderungen insbesondere in Werkzeugmaschinenbau und Robotik lassen auch immer mehr – aber leider dennoch zu wenige Anwender – ihre elektrischen Leitungen auf Torsionsfähigkeit testen. Auch sollten sich die Konstrukteure vor Ort ein Bild machen. Die neue Anlage bietet einen Drehwinkel von ±720° bei einer Einspannlänge von 2 m und einer Drehgeschwindigkeit von 360°/s. Im eigens gebauten Testturm zur Torsionsprüfung für Anwendungen in Windenergieanlagen werden die Kabel ständig mit der größtmöglichen Torsion von ±150°/m belastet. Damit sind die Testbedingungen um ein vielfaches extremer als in der Realität. In dem 8 m hohen Gittermast ist der Loop 1:1 dem einer Windkraftanlage nachgebaut. Bis zu 20 Kabel können hier gleichzeitig getestet werden.
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