Kabel-Werkstoffe

Kleine Kabel-Kunde

Material-Know-how für Kabel und Stecker. Bei Kabeln und Steckern gilt: Nur wenn die Materialien zur Anwendung passen, kann der Nutzer sicher sein, dass die Funktionen stimmen. Deshalb werden alle Verbindungslösungen in den Testzentren von Lapp regelmäßig auf Herz und Nieren getestet.

Bei der Bewitterungsprüfung wird die Alterungsbeständigkeit bei Sonneneinstrahlung (UV), sowie bei Einfluss von Ozon und Klima getestet. Hierfür werden die Leitungen im Testgerät Trocken- und Beregnungsphasen, erhöhter Temperatur sowie einer Ozonkonzentration bis 1.000 ppm (0,1 Prozent) ausgesetzt. (Bild: Lapp)

Aus welchem Material besteht ein Kabel? Innen aus Kupfer mit einem Kunststoff drumherum für den Isolator und den Mantel, werden viele sagen. Doch so einfach ist es nicht. Oft kommen für Mantel und Isolator zwei unterschiedliche Kunststoffe zum Einsatz, für die es zudem jede Menge Variationsmöglichkeiten gibt. Die Materialvielfalt ist notwendig, weil kein Kunststoff alle Anwendungen abdecken kann. Je spezieller der Einsatzzweck ist, umso spezieller ist häufig auch das Material. Und weil das noch nicht kompliziert genug ist, gibt es das gleiche Spiel bei den Steckverbindern. Auch dort konkurrieren mehrere Werkstoffe um die Gunst der Kunden. Gut, wenn man genau den Einsatzzweck kennt und einen Hersteller mit profundem Know-how über Kabel und Steckverbinder .

Je nach Anwendung unterschiedliche Anforderungen
Lapp zeigt zwei Beispiele, die zeigen, wie unterschiedlich die Anforderungen sein können: Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie benötigt Materialien, auf denen Bakterien keinen Halt finden und die nicht weich werden, wenn sie mit heißem Dampf und aggressiven Reinigungsmitteln traktiert werden. In Bussen und Straßenbahnen dagegen müssen sie vor allem strenge Normen zum Brandschutz einhalten. Ein einziger Werkstoff deckt dies nicht ab. Gleiches gilt für Stecker, Kabeldurchführungen, Dichtungen und weiteres Zubehör.

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Wo die Brandgefahr hoch ist, müssen die Adern mit flammwidrigem Material isoliert sein. Der einfachste Weg zu gutem Flammschutz sind Halogene, die dem Kunststoff beigemischt werden. Die Sache hat aber einen Haken: Wo sich Menschen aufhalten, etwa in Bussen und Bahnen, haben Halogene den Nachteil, dass sie bei Brand giftige Rauchgase bilden, die sich mit dem Löschwasser der Feuerwehr zu ätzenden Dämpfen verbinden.

Vier Wochen lang lagen Kabelverschraubungen in aggressiven Reinigungsmitteln. Die Skintop Hygienic aus Edelstahl blieb unverändert. Bei Kabelverschraubungen aus vernickeltem Messing kam es zu Verfärbungen. (Bild: Lapp)

Werkstoffe mit Synergie
HFFR-Kunststoffe (Halogen Free Flame Retardant) sind toxisch unbedenklich, benötigen aber einen Füllgrad der Additive von bis zu 60 Prozent, worunter die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs leiden können. Eine neue Alternative sind so genannte Synergisten, Kombinationen aus zwei Stoffen, die gemeinsam einen besseren Flammschutz erbringen als jeder der beiden Ausgangsstoffe alleine. Ein Beispiel ist ein Synergist aus Aluminiumtrihydrat und Silanverbindungen. Aluminiumtrihydrat reagiert bei Feuer zu Aluminiumoxid und Wasser, eine endotherme Reaktion, die dem Feuer Energie entzieht. Es bildet zudem eine Kruste aus verbranntem Material, das als Schutzschicht dient.

Der Mantel hat keine elektrische Funktion, er soll das Innere des Kabels vor Umwelteinflüssen wie Abrieb, Chemikalien, Reinigungsmittel, UV-Licht, Temperatur und vielem mehr schützen. Die meisten Kabel haben Mäntel aus Polyvinylchlorid oder aus dem sehr robusten Polyurethan (PUR). Seine chemischen Bindungen gehören zu den festesten die es gibt. Das macht die Verarbeitung schwierig, sowohl bei der Herstellung des Kabels als auch bei der Konfektionierung, weil sich der Mantel schlecht schneiden lässt. Außerdem ist PUR brennbar und teuer. Ein guter Kompromiss aus der hohen Widerstandsfähigkeit von PUR und der einfachen Verarbeitung von PVC sind die Leitungstypen Ölflex 408P und ÖLFLEX 409P, die einen PUR-Außenmantel haben sowie eine zwickelfüllende Funktionsschicht aus PVC, die den Leerraum zwischen den Adern ausfüllt.

Bei der energiedispersiven Röntgenfluoreszenz-Analyse (EDX) wird überprüft, ob die RoHS-Richtlinie eingehalten wird und ob die Leitung halogenfrei ist. Außerdem können damit die Halogenfreiheit, sowie Flammschutzmittel identifiziert werden. (Bild: Lapp)

Glatt dank Spezial-TPE
Für die Lebensmittelindustrie sind nahezu alle diese Materialien ungeeignet. Für sie hat Lapp einen neuen Mantelwerkstoff aus Spezial-TPE entwickelt. Auf den Robust-Leitungen von Lapp finden Mikroben kaum Halt, sie lassen sich auch leicht reinigen. Das Geheimnis des speziellen thermoplastischen Elastomers ist die glatte Oberfläche dank einer ausgeklügelten Mischung von Additiven, die mikroskopische Lücken im Material füllen und die auch bei intensiver Reinigung mit dem Dampfstrahler nicht aus der Kunststoffmatrix auswaschen.

Bei den sogenannten Kabel-Systemprodukten wie Kabel-/Schlauchdurchführungen oder Steckergehäusen scheint der Fall klar: Edelstahl ist das Material der Wahl, vor allem in der Lebensmittelindustrie. Es rostet nicht und es gibt keine Beschichtung, die irgendwann abblättern könnte. Doch so einfach ist der Fall auch hier nicht. Gerade die Lebensmittelindustrie setzt gerne hypochlorige Säure ein, die sich zu Salzsäure zersetzt und organische Substanzen abtötet. Gängiger V2A-Edelstahl wird von hypochloriger Säure angegriffen und ist deshalb für viele Anwendungen in der Lebensmittelindustrie nicht ideal. Für solche Fälle gibt es mit V4A eine widerstandsfähigere Legierung, die unter anderem auch für teure Schweizer Armbanduhren verwendet wird. Sie ist extrem hart und widersteht Schlägen oder der Reinigung mit harten Bürsten.

Bei der Schleppkettenprüfung werden FD-Leitungen auf ihren Dauereinsatz in Energieführungsketten mit bis zu zehn Millionen Biegezyklen getestet. Mit den Leitungen werden Prüfungen mit verschiedenen Biegeradien, Verfahrwegen und Beschleunigungen durchgeführt. Hierbei werden die Leitungen kontinuierlich auf die Widerstandsveränderung der Adern und des Schirmgeflechts überwacht. (Bild: Lapp)

V4A ist aber aufwändiger zu bearbeiten, bei unbehandelter Oberfläche ist es rau, die Reibung ist hoch. Daher ist es nicht möglich, eine Schraube aus V4A-Stahl in ein Gewinde aus V4A zu drehen, sie würde steckenbleiben. Lapp unterzieht seine Produkte aus V4A-Edelstahl, zum Beispiel die EHEDG-zertifizierte Kabelverschraubung SKINTOP® HYGIENIC, einer speziellen Oberflächenbehandlung, die die Reibung verringert. Eine glatte Oberfläche ist auch wichtig, um eine perfekte Reinigung zu gewährleisten. 

Edelstahl – nicht immer erste Wahl
Bei Rechtecksteckverbindern ist Edelstahl unüblich, weil sich das Metall wegen seiner Härte nicht sinnvoll bearbeiten lässt, es müsste vielmehr aus dem vollen Block gefräst werden, das wäre nicht bezahlbar. Eine Alternative bietet Lapp mit dem EPIC® ULTRA: Das Gehäuse des Rechtecksteckers besteht aus vernickeltem Zink-Druckguss. Dieses Material ist korrosionsbeständig, etwa im Salznebel auf Ölbohrplattformen oder eben auch in der Lebensmittelindustrie. Und es bietet optimale EMV-Eigenschaften. Kunststoffgehäuse, die zum Teil auch widerstandsfähig sind gegen Säuren und Laugen, müssen bei der elektromagnetischen Verträglichkeit passen.

Eine neuralgische Stelle ist immer dort, wo Metall auf Metall trifft, zum Beispiel eine Kabeldurchführung auf einen Schaltschrank. Dort ist eine Dichtung notwendig, die bei Temperatur- und Medienbeständigkeit vergleichbare Eigenschaften haben muss wie die Materialien, aus denen die anderen Komponenten der Steckverbinder oder Verschraubungen bestehen. Fluorkarbon-Kautschuk (FKM) deckt viele Anforderungen ab. Er ist beständig gegen Witterung, Alterung und Ozon sowie gegen Chemikalien und hält Temperaturen bis 200 Grad Celsius aus. Für moderate Umgebungsbedingungen eignet sich auch Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). Für sehr kalte Umgebungen ist FKM nicht geeignet, unter minus 20 Grad sollte man besser auf Silikon ausweichen, auch in heißen Umgebungen ist Silikon im Vorteil.

Kein Königsweg
Lapp hat die Erfahrung gemacht, dass viele Anwender teure Kabel- oder Edelstahl-Komponenten nur ordern, weil sie die Medien nicht genau kennen, mit denen diese in Kontakt kommen. Oder die Anwender verwenden bei Leitungen und Steckverbindern Standardprodukte und nehmen in Kauf, dass diese häufig ausgetauscht werden müssen. Einen Königsweg gibt es nicht, nur ein sorgfältiges Abwägen aller Vor- und Nachteile. Die Experten von Lapp kennen ihre Produkte genau und sollten immer konsultiert werden, bevor ein Anwender sich für eine – möglicherweise ungeeignete – Variante entscheidet. pb

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