Hybride Konzepte

Kombiniertes Elektrokabel mit integrierter Hydraulik- und Pneumatikleitung. Moderne Kabelsysteme übertragen heute nicht nur elektrische Signale für technische Applikationen. Im Einzelfall ermöglichen...

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

Kombiniertes Elektrokabel mit integrierter Hydraulik- und PneumatikleitungModerne Kabelsysteme übertragen heute nicht nur elektrische Signale für technische Applikationen. Im Einzelfall ermöglichen sie sogar die zusätzliche Steuerung von pneumatischen und hydraulischen Einheiten. Typisches Merkmal solcher Hybridkabel sind eingearbeitete Druckluft- oder Pneumatikschläuche. Anwendungen für solche Sonderkabel findet man insbesondere bei der (Fern-)Steuerung von Robotern, Transportsystemen, Handlingsystemen und in der Automation. Unverkennbar ist heute der Trend in der Fluidtechnik zur Integration von Elektronik bis hin zu komfortablen Antrieben. Durch Zusammenführung von sensorischen und mikroelektronischen Regelungen verschafft sich die Fluidtechnik zunehmend neue Einsatzgebiete. So ist es heute möglich, geschlossene Regelkreise mit hoher Dynamik, großer Genauigkeit und großen Kräften zu bauen. Die Einzelkomponenten der Fluidtechnik sowie die Sensor- und Steuerungstechnik wachsen dabei insbesondere angesichts des enormen Fortschritts der elektronischen Steuer- und Rechnertechnik zusammen. So lassen sich heute hydraulisch oder pneumatisch anzusteuernde Maschineneinheiten, Ventile, Zylinder, Hubelemente in komplexe Mess-Regelkreise einbinden, die über sensorische Einheiten wie Endschalter, Näherungsschalter oder optische Systeme angesteuert werden. Eine Großzahl von Lage- und Kraftregelungen wird damit selbstjustierend. Das Zusammenwachsen von Fluidtechnik sowie sensorischen und mikroelektronischen Regelungen setzt jedoch auch entsprechende Leitungen voraus, welche die elektrischen Signale zum einen und die hydraulischen und pneumatischen Einheiten zum anderen ansteuern. In der Regel gibt es keine Probleme, wenn Steuerleitungen und Hydraulik- oder Pneumatikleitungen separat verlegt werden. Problematisch werden diese konstruktiven Überlegungen jedoch dann, wenn es kaum Platz gibt, um alle Leitungen einzeln zu verlegen. Noch problematischer wird es, wenn die Leitungen beweglich verlegt werden müssen weil die Applikation einen großen Bewegungsradius hat. Hybride Leitungskonzepte werden gefordertSo ist außer den beengten Verhältnissen zudem das Problem der hohen mechanischen Belastungen bei beweglicher Verkabelung zu lösen. Dabei ist insbesondere der Frage der Lebensdauer eines Kabels angesichts von Millionen von Biegewechselzyklen und Trommelfähigkeit zu beantworten. Die Hradil Spezialkabel GmbH, Stuttgart, hat für diese Einsatzzwecke ein Hyflex-Kabel mit integrierter Pneumatik- und Hydrauliksteuer- oder Versorgungsleitung entwickelt. Der Vorteil kompakter Hybridkabel, bei denen pneumatische oder hydraulische Versorgungs- und Steuerleitungen in einem einzigen Rundkabel integriert sind, liegt auf der Hand. Sie benötigen weniger Platz und lassen sich leichter montieren als konventionelle Einzelkabel. Vor allem aber bestechen sie durch geringere Störanfälligkeit, was sich bei den Kosten als echtes Plus erweist. Zudem lassen sich diese Hybridleitungen mit allen technischen Finessen des Sonderkabelbaus ausrüsten, um selbst gegen extreme chemische, thermische und mechanische Beanspruchungen gewappnet zu sein. Die größte technische Herausforderung für den Kabelkonstrukteur resultiert aus dem im Kabelinneren verlaufenden Druckluft- und Hydraulikschlauch, der den kompletten Kabelverbund an sich instabiler zu machen droht. Die technische Lösung: Der von Hradil verwendete Hydraulikschlauch verbindet die Vorteile der bewährten Gummi-Hydraulikschläuche mit Thermoplastikmaterialien. Gummischläuche werden zwar aufgrund ihrer Elastizität bevorzugt in hydraulischen Anlagen eingesetzt. Der integrierte PUR-Hydraulikschlauch (PUR - Polyurethan) stabilisiert jedoch den ganzen Kabelaufbau, bei einer Belastbarkeit von bis zu 10 bar Druck gilt er als äußerst druckresistent. Dabei ist bei der Konstruktion zu berücksichtigen, dass je größer der Durchmesser der innen liegenden Hydraulikleitung bemessen wird, desto weniger Platz die anderen Kabel-Elemente zur Verfügung haben. Denn eine simple Vergrößerung des Kabeldurchmessers ist nicht möglich, weil das Kabel an mechanische Grenzen stößt. Zudem muss bei der Konstruktion des Pneumatikkabels berücksichtigt werden, dass insbesondere in der Automations- und Robotertechnik eine enorm hohe Beweglichkeit der Kabel zur Tagesordnung gehört. Das heißt konkret für die Entwicklung des Kabels, dass es sich durch extreme Flexibilität und hohe Biegewechselfestigkeit auszeichnen muss. Auch der Kabelmantel muss spezielle konstruktive Eigenschaften mitbringen. Denn neben den mechanischen Stressfaktoren für das Kabel sind chemische und thermische Anforderungen zu berücksichtigen. Eine Ummantelung aus PUR stabilisiert den gesamten Kabelaufbau und schützt gleichzeitig vor Abrieb. Obendrein ist die PUR-Ummantelung selbstverlöschend und UV-beständig. In Sachen Sicherheit bildet der äußere PUR-Mantel bei austretender Hydraulikflüssigkeit im Kabelinneren eine zusätzliche Sicherheitsbarriere.Wie sich Hybridkabel im rauen Alltag bewähren, lässt sich an einem Anwendungsbeispiel der PMO Engineering AG, Dübendorf (Schweiz), erläutern. Die PMO AG ist einer der führenden Anbieter von ferngesteuerten Sanierungsrobotern, wie dem Primo-Sanierungssystem. Es gehört zu einer neuen Generation von Hightech-Robotern, die in unterirdischen Kanälen Sanierungsarbeiten ausführen: Fräsen, Schleifen, Bohren und selbst aufwändige Verschalungsarbeiten. Kombinierten Kabeln gehört die ZukunftEin Segen für alle auf ihre Finanzen bedachte Stadt- und Gemeindeverwaltungen. Denn anstatt mit dem Bagger anzurücken und das Erdreich mit teuren Tiefbauarbeiten aufreißen zu lassen, erledigt heute der Roboter dieselbe Arbeit teilweise in wenigen Stunden. Angesichts seiner ausgefeilten motorischen und sensorischen Fertigkeiten verwundert es nicht, dass der Steuerleitung eine ganz besondere Bedeutung zukommt. Über das 85 m lange Kabel wird der Roboter mit Energie sowie Druckluft und Wasser versorgt. Über zwei weitere reine Pneumatikleitungen wird Druckluft bis zu 150 bar dem Sanierungsroboter für den Antrieb weiterer Einheiten zugeführt. Zudem werden über die Hyflex-Leitung alle elektrischen Motoren sowie eine bewegliche und hoch auflösende Kamera gesteuert. Also quasi die Hightech-Nabelschnur des Roboters zur sicheren Verbindung mit der Oberwelt. Für die Entwicklung des Kabels waren die beengten Platzverhältnisse bei der Arbeit des Roboters maß gebend: Die Roboter müssen absolut präzise auf engstem Raum arbeiten können. Da gibt es nicht viel Platz für großvolumige Kabel.Besondere Bedeutung hat das Kabel, wenn sich der Roboter einmal im Wirrwarr des unterirdischen Labyrinths verfangen würde. Wenn dann keine Möglichkeit vorhanden ist, dem Havaristen einen Bergungsroboter hinterherzuschicken, wird das Versorgungskabel für den zentnerschweren Hightech-Roboter zum Abschleppseil. Insofern hat die Stabilität des gesamten Kabels eine ,,überlebenswichtige Bedeutung" für den Roboter. Doch dies ist einfacher gesagt, als getan, muss das Kabel doch eine enorm hohe Widerstandsfähigkeit hinsichtlich Zug- und Reißfestigkeit sowie Biegefähigkeit aufweisen. Die technische Lösung: Mit einem Außendurchmesser von 17,2 mm ist Hradil mit der Hydraulikleitung ein kleines technisches Meisterwerk gelungen . Man hat ein extrem zugfestes Synthetikgewebe eingearbeitet. Dieses sorgt für extrem hohe Stabilität und Biegefähigkeit und einen geringen Außendurchmesser bei gleichzeitig sehr geringem Gewicht. Eine Ummantelung aus PUR stabilisiert zudem den gesamten Kabelaufbau und schützt gleichzeitig gegen Abrieb auf dem rauen Untergrund bei unterirdischen Sanierungsarbeiten.