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Werkstoffe und Fertigungsverfahren

Entwicklung von Kabelmänteln braucht Ideen und Kreativität

| Autor/ Redakteur: Christian Hohnen* / Ines Stotz

Mäntel sind ein Fixpunkt bei der Konstruktion von Kabeln und Leitungen. Als äußere Schutzhülle sorgen sie für Langlebigkeit und störungsfreien Betrieb – unter oft schwierigsten Bedingungen. Deshalb sind hier einfallsreiche Lösungen gefragt.

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Mantelmaterialien: Passgenau ausgelegte Werkstoffe und Additive sowie besondere Fertigungsverfahren sorgen für Schutz und Performance.
Mantelmaterialien: Passgenau ausgelegte Werkstoffe und Additive sowie besondere Fertigungsverfahren sorgen für Schutz und Performance.
(Bild: TKD Kabel)

Beim Konfigurieren des optimalen Kabelmantels sind vielfältigste Faktoren zu beachten. „Das macht das Ganze zu einer spannenden Aufgabe“, sagt Sven Seibert, Leiter Produktmanagement bei TKD, einem der führenden Anbieter von Spezialkabeln in Europa. „Je mehr wir über die echte Anwendung wissen, umso präziser können wir die passende Lösung aufspüren.“

Ganz oben auf der Checkliste steht die Abfrage nach dem Umgebungsstress, dem eine Leitung ausgeliefert ist. Dabei geht es etwa um thermischen Stress, mechanische Aspekte wie Flexibilität, Zugbelastung, Abrieb- bzw. Trittfestigkeit oder chemische Belastungen – etwa Kontakt mit Lösungsmitteln, Ölen, etc. Im Focus stehen auch Parameter wie Flammwidrigkeit, Halogenfreiheit oder UV-Beständigkeit. Oft sind diese Vorgaben an Normen wie DIN, IEC, HAR, oder UL/CSA gekoppelt, die erfüllt werden müssen.

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Kabelmantel – Ausbalancieren mit vielen Parametern

„In der Praxis ist es fast immer eine Kombination verschiedenster Faktoren, die bei der konkreten Auslegung des Kabelmantels maßgeblich sind“, so Seibert. „Nicht selten müssen wir mit einer Vielzahl von Parametern jonglieren.“ Dabei wartet TKD mit einem breiten Spektrum unterschiedlicher Kunststoffe auf, die sich über das Hinzufügen spezieller Additive oder besondere Fertigungsverfahren noch einmal punktgenau justieren lassen.

Dieser Ansatz greift schon bei PVC, dem Klassiker unter den Mantelwerkstoffen. PVC, das vor allem in klimatisierten Räumen und bei normaler Belastung punktet, ist relativ kostengünstig und in einer Vielzahl von Varianten verfügbar. Diverse Auslegungen sind möglich – wie Biegewechselfestigkeit oder Flammwidrigkeit. TKD setzt ausschließlich hochwertige „High-Grade“-Mischungen ein, mit denen sich einschlägige Prüfungen nach VDE, UL und anderen Vorschriften sicher bestehen lassen.

Geht es um anspruchsvollere Performance, stehen TPE-Compounds hoch im Kurs. Sie enthalten außer dem Basispolymer Additive, die das endgültige Profil (z. B. Härte, chemische Beständigkeit, Entflammbarkeit) ausbilden. Favorit in der TPE-Familie ist der hochwertige Werkstoff Polyurethan (PUR), der dank seiner Allroundeigenschaften bestens für In- und Outdoor-Einsätze geeignet ist. Kabelmäntel auf PUR-Basis zeichnen sich durch mechanische und chemische Robustheit aus. Sie bestechen durch Kälteflexibilität (bis -55 °C) und sind für hohe Dauertemperaturen (+95 °C und mehr) geeignet. Dank seiner Beständigkeit gegen Hydraulik- und Kühlflüssigkeiten, Fette und Schmierstoffe ist PUR ideal für Maschinenbau und Robotik. Auch Sonderformen gibt es: Hierzu zählen u. a. vernetzte Isolationsmaterialien, die dank einer molekular veränderten Oberflächenstruktur etwa wirksamen Schutz vor Schweißspritzern bieten.

Additive – die richtige Mischung macht´s

Je nach Einsatz greifen die TKD-Spezialisten auf optimal eingestellte PUR-Mischungen zu. Geht es etwa um höchste Abriebfestigkeit, stehen Polyurethane mit einer Shore-Härte von bis zu 95 A (extrem steif) zur Verfügung. Soll das Kabel besonders flexibel sein, kommen weiche Werkstoffe mit Shore-Härten von 65 A zum Einsatz. Um die Witterungsbeständigkeit und die Lebensdauer bei Outdoor-Einsätzen zu erhöhen, können Antioxidationsmittel und UV-Stabilisatoren beigemischt werden. Alterungsschutzmittel helfen vielen Polymeren, extreme Temperaturen für längere Zeit zu ertragen, indem die thermisch bedingte Zersetzung der Makromoleküle gezielt verlangsamt wird. „Schon geringe Beimischungen von Zusätzen können die Eigenschaften eines Kunststoffes erheblich beeinflussen”, so Seibert. „Daher gilt es, Additive bestmöglich auf den Grundwerkstoff abzustimmen.”

Neben den Allroundern PVC und PUR werden weitere Basis-Polymere verwendet. Bestseller für Einsätze auf Baustellen oder im Mining sind schwere Gummischlauchleitungen, die im Fördermittel-Portfolio von TKD als eigene Produktgruppe gelistet sind. Diese Leitungen müssen einiges aushalten. Beim Mantel bewährt sich hier das als Neopren bekannte Polychloropren, ein synthetischer Kautschuk. Für Kabel, die dauerhaft Temperaturen über 105 °C ausgesetzt sind, gibt es eine Palette von Fluorkohlenstoff-Thermoplasten (u. a. PTFE) – mit Warmfestigkeiten bis +260 °C. PTFE eignet sich auch für extrem tiefe Temperaturen. Interessant ist auch Silikongummi, ein Elastomer. Silikonmäntel kommen wegen der problemlosen Sterilisierbarkeit bevorzugt in der Medizintechnik zum Einsatz.

Ideen und Kreativität gefragt

Zu den kreativsten Lösungen zählt ein antibakterieller Mantel, der direkt auf die hygienischen Präventivanforderungen der Lebensmittelbranche abzielt. Der hierfür entwickelte „Hygienic“-Compound, der erst durch Fortschritte in der Nanotechnologie möglich wurde, reduziert das Wachstum von Mikroorganismen auf Kabelmänteln um 99 %. So lässt sich die Gefahr von Kontamination durch Verunreinigungen nahezu komplett bannen. Genutzt wird die antibakterielle Wirkung von Silber, während die sonstigen mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften des Mantels unverändert bleiben.

Auch Doppelschicht-Mäntel sind Teil des cleveren Lösungsbaukastens. Gezielt werden dabei in einem Co-Extrusionsverfahren unterschiedliche Werkstoffe bzw. Compounds miteinander kombiniert. Jüngstes Beispiel aus dem Hause TKD ist die Kaweflex Control YPUR-Serie. Ihr Zweischichtmantel verkoppelt einen kostengünstigen PVC-Layer mit einer Außenhülle aus dem teuren Hochleistungspolymer PUR. Der Anwender bekommt so die Performance von Voll-PUR – nur preiswerter. Ein weiteres Plus ist die deutlich bessere Verarbeitung. Während das Abmanteln von PUR manchmal kniffelig ist, wird es mit dem speziellen Zweischichtmantel zum Kinderspiel. Dies bedeutet mehr Effizienz beim manuellen wie automatischen Abmanteln. Ein Plus ist auch die integrierte Verschleißanzeige. Beschädigungen des grauen Außenmantels werden durch den schwarzen Innenmantel sichtbar. „In moderner Terminologie gesprochen, gibt’s hier: Predictive Maintanance – ganz analog“, so Seibert. „Es ist schon faszinierend, was man mit der äußeren Hülle eines Kabels so alles anstellen kann!“

SEMINARTIPPDas Seminar „Systematische Werkstoffauswahl“ vermittelt die Beziehung zwischen Werkstoffherstellung, Werkstoffstruktur und den daraus resultierenden Materialeigenschaften. Ziel ist es, eine gesamtheitliche Darstellung des Werkstoffauswahlprozesses vorzustellen, ausgehend von der Erstellung eines Anforderungsprofils, der Vorauswahl bis hin zur Feinauswahl und Risikobetrachtung.
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* Christian Hohnen, Marketingleiter TKD KABEL GmbH, Nettetal

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