Energiekette

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Funktion, Arten, Beispiele der Energiekette ✓ Schleppkette, Aufbau und Anwendungen

Die Energiekette oder auch Energieführungskette (EFK) / e-kette /Schleppketten wird in der Industrie zur Energieführung an Maschinen oder Industrierobotern eingesetzt und dient auch der sicheren Führung von pneumatischen und hydraulischen Schläuchen. Energieketten gibt es dabei in unterschiedlichen Ausführungen. Sie besitzen verschiedene Anwendungsmöglichkeiten wie in Baumaschinen, der Messtechnik oder in der Optik.


Englische Version: [Energy chains]


Energiekette
Eine Energiekette mit freitragender Anordnung in einer Trumpf-Lasermaschine

Was ist eine Energiekette? Die Energiekette ist eine Kabelführung, wie auch für Schutzschläuche oder Rohre. Energieführungsketten werden dort eingesetzt, wo bewegliche elektrische Einzelteile oder große Maschinenteile mit Energie (also Strom Spannung, Öl oder Gas) versorgt werden müssen, zum Beispiel an CNC Drehmaschinen oder Industrierobotern. Dabei werden in der Energiekette alle Schleppkettenleitungen zum gewünschten Arbeitsplatz geführt. Diese Energieführungen schützen die Kabel vor äußeren Einflüssen und verlängern somit deren Lebensdauer. Energieführungssysteme sind robust, flexibel und auf häufige Bewegungsabläufe sowie sich wiederholende Zyklen ausgelegt.

Aufbau und Ausführungen einer Energiekette

Eine Energiekette in Aktion. Wichtig sind u.a.: Geräusche und Vorkonfektionierung.

Energieketten gibt es auf dem Markt in vielen unterschiedlichen Ausführungen mit vielfältigen Einstellungen. In der Regel haben Energieführungsketten eine rechteckige Form, im Inneren werden die Kabel geführt. Die einzelnen Kettenglieder zwischen dem Anfangs- und dem Endstück lassen sich meist einzeln öffnen, sodass ein Zugriff auf Kabel und Leitungen an jedem Punkt möglich ist. Kabeln mit schon montierten Steckern können auch nachträglich und mit kleinem Montageaufwand ergänzt werden. Innerhalb der Energiekette trennen Stege die einzelnen Kabel voneinander. Am Anfangs- und Endstück sind die Kabel mit einer Zugentlastung festgeklemmt.

Energieführungssysteme gibt es aus unterschiedlichen Werkstoffen - vorwiegend aus Voll-Kunststoff, da dies kostengünstiger als Metall ist, nicht rostet und einfach zu montieren ist. Für Spezialanwendungen gibt es auch Energieführungsketten aus Stahl / Edelstahl und Kunststoff mit Aluminium-Stegen (Hybrid).

Wellschläuche mit Leitungen
Wellschläuche als Kabelführung – Quelle: icotek

Bei Energieführungsketten ist darauf zu achten, das:

  • Ausfallzeiten reduziert werden
  • die Lebensdauer erhöht wird
  • Verfahrwege entsprechend angepasst sind
  • eine universeller Nutzung möglich ist
  • sie platzsparend eingebaut werden
  • hohe Geschwindigkeiten mit besseren Standzeiten einhergehen

Wichtiges Zubehör von Energieführungsketten sind zum Beispiel Trennstege als Zwischenstücke, Wellschläuche (siehe auch verschiedene Angebote Wellschläuche) und Führungsrinnen.

Energieketten Beispiele

Freitragende Energieketten

Wenn das Obertrum einer Energiekette über den gesamten Verfahrweg das Untertrum nicht berührt, spricht man von einer „freitragenden Anordnung“. (Ein Trum (Plural: Trume) im Maschinenbau ist ein Teil oder Zweig eines laufenden Zugorgans. Ist das Zugorgan eine Kette, wird zusätzlich zwischen Untertrum und Obertrum unterschieden. Diese Applikation von Energieführungsketten ist die gebräuchlichste aller Einbauarten, wenn hohe dynamische Belastungen und lange Nutzungsdauer gefordert sind.

Für diese Formation sind Energieketten mit Vorspannung (RV = Radius mit Vorspannung) zu wählen. Produkte kleinerer Baugrößen werden nur in einer Ausführung mit einer mittleren Vorspannung (R) produziert. Diese Kennzeichnung in Verbindung mit dem Radiuswert (z. B. RV 250) finden Sie im Kettenglied angespritzt.

Durch die Vorspannung V erhält das Obertrum im unbeladenen Zustand einen leichten Bogen nach oben, der sich durch die Zuladung mit Energieträgern in die Waagerechte senkt. Dadurch ist ein optimaler Kraftfluss in den Kettengliedern gewährleistet.

Die Mitnehmerhöhe (HMA) ist immer entsprechend dem doppelten Kettenradius R zu wählen. Das Obertrum ist der bewegte Teil der Ketten mit dem Mitnehmer-Anschluss (MP) am Kettenende, der feste Ketten-Anschluss (FP) ist am Ende des Untertrums platziert. Die benötigte Einbauhöhe (HS) resultiert aus der rechnerischen Höhe (2 × R + HG) zzgl. einer benötigten Sicherheit S für den Bogen der Vorspannung (siehe Skizze).

Energiekette freitragende Anordnung
Skizze: Einbaumasse freitragende Anordnung

Im Einbauzustand kann der freitragende Anteil einen leichten Bogen nach oben oder nach unten machen, der durch die Vorspannung der Kette zustande kommt. Diese Vorspannung wird benötigt, um dem Gewicht der Zuladung entgegenzuwirken.

Man unterscheidet zwischen dem optimalen Zustand mit einem sehr geringen Durchhang FLg (dieser Bereich ist hinsichtlich Standzeit und Abrollverhalten optimal) und dem Bereich FLb mit einem max. zulässigem Durchhang. Ist der Durchhang größer als FLb, ist die Anordnung kritisch und zu vermeiden. Denn dann ist der Kraftverlauf in den Seitengliedern nicht optimal und es kann zu einem Ausfall kommen. Die zulässige freitragende Länge (FL) ist in Abhängigkeit von Verfahrweg und Zuladung entsprechend der typenspezifischen Diagramme auszuwählen.

Fehler beim Einsatz freitragender Energieketten

Ein häufiger Fehler, der bei freitragenden Energieketten passieren kann - erklärt im induux Experten-Interview von Evren Turan.


Experten-Interview: Was ist der schlimmste Fehler, der bei freitragenden Energieketten passieren kann und wie lässt sich dieser vermeiden?

Um das zu erklären, fällt mir als erstes ein langer Verfahrweg ein. Da ist das Obertrum und da das Untertrum. Und hier entsteht Abrieb. Diesen haben wir bei gleitenden Energieketten. Der Abrieb ist ein Problem, da es die Lebensdauer einer Energieführungskette drastisch reduziert. Deshalb sollte das Ziel immer sein, eine freitragende Anwendung umzusetzen. Aber auch hier können Fehler passieren: Es gibt freitragende Produkte auf dem Markt, bei denen Benutzer versuchen, die Schleppkette durch Stützen, Rollen oder Metallbleche oben zu halten. Da ist es besonders schwer, die richtige Höhe zu finden, um die Energiekette aufrecht halten zu können. Das bedeutet, dass sich die Kabelschleppkette mit der Zeit absenkt. Die Energiekette wird in einer neuen Position nie mehr dieselbe sein – sie wird sich immer verändern. Ein Fehler ist zum Beispiel: Es ist zu hoch und die Energiekette senkt sich ab. Dann ziehst und drückst Du die Energieführungskette die ganze Zeit über diese Ecken. Wenn Du Rollen benutzt, ist es etwas besser. Aber Du ziehst auch da definitiv das eine über das andere. Und das ist gar nicht gut für die Lebensdauer einer Energiekette. Deshalb ist meine Empfehlung: Entscheide Dich in so einem Fall für eine gleitende Energiekette und stelle Dich lieber dort dem Problem des Abriebs.

Bei der Nutzung von Energieführungsketten ist es notwendig, alle Parameter zu kennen. Ein Beispiel: Bestimmte Parameter der Anwendung sind gegeben, wie das Gewicht von Kabeln. Dabei macht es einen riesigen Unterschied, ob Du nun 10 kg oder 1 kg an Kabelgewicht fortbewegen musst. Das zeigt, dass sich je nach Parameter die Anwendung verändern kann. Auf dem Markt sehe ich diesen Fehler so oft! Häufig ist der Grund, dass Personen den Vorgang unterschätzen und sich nicht die benötigten Informationen einholen. Aber wie Du siehst, kann die falsche Höhe die Anwendung extrem verändern. Und so erreichst Du nicht die Lebensdauer, die Du benötigst. Deswegen: Sprich bei der geplanten Nutzung von Energieketten so früh wie möglich mit einem Experten.

Gleitende Energieketten

Energieketten Anwendungsbeispiel tiefgelegter Mitnehmer-Anschluss
Anwendungsbeispiel: Energiekettensystem mit gleitender Anordnung

Das Obertrum einer Energiekette gleitet. auf dem Untertrum. Diese Applikation von Energiekettensystemen ist überall dort zu finden, wo lange Verfahrwege gefordert sind. Der Nachteil ist, dass durch die entstehende Reibung keine hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen wie in der freitragenden Anordnung möglich.

Arten gleitender Anordnung

  • Gleitende Anwendung mit tiefergesetztem Anschluss (R>150 mm)
  • Gleitende Anordnung von geschlossenen Energieketten
  • Unterstützung bei paralleler Platzierung der Anschlusselemente am Mitnehmer und am Festpunkt
  • Unterstützung bei schräger Platzierung des Mitnehmer-Anschlusselementes

Hängende Energieketten

Energiekette hängend
Anwendungsbeispiel einer Energiekette mit hängender Anordnung

Der Radienbogen einer Energiekette hängt mit vertikaler Bewegungsrichtung nach unten. Überall dort, wo Energieträger, geführt durch eine Energieführung, eine vertikale Bewegungsrichtung durchlaufen, sollte eine „hängende“ Formation zum Einsatz kommen. In dieser Anordnung sind Verfahrwege - oder in diesem Fall Einbauhöhen - von über 100 m realisierbar. Gerade im Bereich der Materialflusstechnik - speziell in Hochregallagern mit Regalbediengeräten - ermöglichen so angeordnete Energieketten eine langlebige und kontrollierte Energieführung.

Der Vorteil: geringeren Belastung der Energiekette.

Vertikale Bewegung ohne Querbeschleunigung

Bei dieser Art der Applikation ist grundsätzlich keine seitliche Führung nötig. Allerdings kann es auch ohne Querbeschleunigung zu einer Pendelbewegung des Energiekettensystems kommen, wenn der Mitnehmeranschluss mit schnell aufeinander folgenden Verfahrzyklen in Verbindung mit hoher Beschleunigung und Geschwindigkeit verfahren wird. Diese Pendelbewegung belastet sowohl die Drehgelenke in den Kettengliedern, als auch die Anschlusselemente.

Vertikale Bewegungsabläufe mit Querbeschleunigung

Wenn zusätzlich zur vertikalen Bewegung Querbeschleunigungen auf das System einwirken - wie bei Regalbediengeräten (RGB) – ist in jedem Fall eine seitliche Führung der hängenden Energiekette vorzusehen. Grundsätzlich sollte bei der Projektierung einer solchen Applikation - Bewegung in X- und Z-Achse - das Produkt so angeordnet sein, dass die Wirkrichtung quer zur Energiekette (X-Richtung) ansteht. So können die Kräfte am besten aufgenommen werden.

Energiekette hängender Schleppkanals
Energiekette mit hängendem Schleppkanal

Grundsätzlich sind beide hängenden Kettentrums seitlich zu führen. Allerdings muss diese Führung nicht immer durchgehend über den gesamten Verfahrweg sein. Bei der Platzierung des Festpunkts (FP = unbewegliches Snschlusselement) in der Mitte des Verfahrwegs, ist eine seitliche Führung nur nach „unten“ erforderlich. Das Trum des Mitnehmer-Anschlusses (MP=bewegliches Anschlusselement) muss über den gesamten Weg der Energiekette, evtl. mit Unterbrechungen, geführt werden.

Gewichtsbelastung

Bei einer vertikal hängenden Anordnung kann nicht von einer Zuladung im Sinne von Gewichtsbelastung gesprochen werden. Wenn die in der Energiekette geführten Energieträger korrekt platziert und zugentlastet worden sind, werden die Anschlusselemente nur durch das Eigengewicht der Energiekette belastet. Das Gewicht der Energieträger hängt in diesem Fall ausschließlich an der Zugentlastung.

Stehende Energieketten

Wenn der Radienbogen eines Energieführungssystems mit vertikaler Bewegungsrichtung nach oben steht, spricht man von einer „stehenden“ Kettenapplikation. Überall dort, wo Energieträger, geführt durch eine Schleppkette, eine vertikale Bewegungsrichtung durchlaufen, und eine hängende Kettenanordnung aus Platzgründen nicht realisierbar ist, kommt eine „stehende“ Ketten-Applikation zum Einsatz. Im Gegensatz zur vertikal hängenden Anordnung sind hier Verfahrwege - oder in diesem Fall Einbauhöhen - von einigen, wenigen Metern realisierbar. Speziell in den Bereichen der Werkzeug- und Handlingsmaschinen, ermöglichen so angeordnete Energiekettensysteme auch bei sehr beengten Platzverhältnissen, eine kontrollierte vertikale Zuführung von Energieträgern.

Gegenüber einer vertikal hängenden Einbauanordnung liegen bei der vertikal stehenden Schleppkette, die geführten Energieträger immer im Radienbogen auf. Das Zusatzgewicht belastet nicht nur die Glieder der Kette, sondern ganz speziell auch die Anschlusselemente, welche die gesamte Belastung (Kette + Zuladung) dauerhaft übertragen müssen.

Energiekettenleitung

Die Energiekettenleitung oder auch Schleppkettenleitung sind eine eigens für die Nutzung in Energieführungen konzipierte elektrische flexible Leitung, etwa eine Motorleitung oder eine Datenleitung. Energiekettenleitungen werden bei sehr hoher mechanischer Belastung und Anforderung der Energiezuführung in unterschiedlichsten Umfeldern in Anspruch genommen. Ihnen wird eine hohe Flexibilität und starker Schutz gegen äußere Einflüsse nachgesagt; zudem sind sie in der Regel halogenfrei und flammwidrig.

Konfektionierte Energieketten

Konfektionierte Schleppketten enthalten bereits alle Leitungen in gewünschter Länge und mit den passenden Steckverbindern. Was sind also Vorteile von vorkonfektionierten Energiezuführungen? Zum einen können die Fertigungskosten gesenkt werden, der Logistikaufwand nimmt ab und auch die Montagezeiten werden reduziert. Außerdem sind individuelle Anfertigungen möglich, sodass auf Kundenwünsche und besondere Anforderungen eingegangen werden kann. Es gibt viele Anbieter und Produzenten von konfektionierten Energieketten. Eine bekannte Marke ist z. B. readychain® von igus. Die Firma bietet auch konfektionierte Kabel (readycable®) und Gleitlager (iglidur®) an.

3D Energieketten

3D Schleppketten sind hoch flexibel und ermöglichen Bewegungen in alle Richtungen – dies ist im Bereich der Robotik / Robotertechnik, etwa bei Mehrachs-Robotern, von Bedeutung. Neben der Flexibilität sind ein definierter Biegeradius sowie hohe Zugkraft-Aufnahme große Vorteile von 3D Energieketten. Sie sind leicht zu öffnen und auch die einzelnen Kettenelemente können mit einem Schraubenzieher einfach aufgeklappt werden. Hier finden Sie Anbieter und Produzenten von 3D Energieketten.

Montagezubehör

Zustandsüberwachung, Condition-Monitoring bei Energieketten
Condition Monitoring bei Energieketten - Quelle: igus

Marken/Anbieter

Ob Karlsruhe, Berlin, München, Mainz oder Heidelberg - in Deutschland gibt es viele bekannte Unternehmen und Drittanbieter/Großhändler, die Energieführungsketten, Zubehör und andere Lösungen rund um Energieführung anbieten. Die igus GmbH ist Entwickler und Hersteller von Kunststoff-Energieführungsketten sowie wartungsfreien Gleitlagern, Gelenklagern und Linearsystemen aus Hochleistungskunststoffen. Es gibt die Produkte in vielen verschiedenen Formen; dazu zählen unter anderem Standard Energieketten sowie Modelle speziell für lange Verfahrenswege, Schleppketten für kreisförmige Bewegungen und Energiekettensysteme, die auf eine geräuscharme und vibrationsarme Verwendung ausgelegt sind. Zum Portfolio des Unternehmens gehören außerdem Förderketten, Führungsrinnen-Systeme für Energieketten, igus chainflex® Leitungen und E-Rohre. Hier lassen sich auch mithilfe eines Konfigurators angepasste Energieführungsketten gestalten. Zudem bietet igus mit einem 3D-Drucker die Entwicklung von Gegenständen als 3D Druck an: So entstehen mithilfe von Energieketten, drylinLinear-Rundführungen und drylin Gewindetriebe physische 3D-Produkte. Für alle e-ketten von igus gibt es auch eine Lebensdauerüberwachung. Weitere bekannte kompetente Marken sind z. B.: TSUBAKI Kabelschlepp GmbH, Hartmann & König und Hermann Ickler e.K.

Online-Händler wie Amazon, Ebay oder Conrad bieten Schleppketten unterschiedlicher Marken und Größen an. Achtung: Diese sind in der Regel nicht für den industriellen Großeinsatz gedacht und lieferbar.

Anwendungsgebiete

Einsatzort von Energieführungsketten ist, wo Maschinenteile mit Energie, Daten, Flüssigkeiten oder Gasen versorgt werden.

Energieführungs-Systeme

Energieketten werden bei Maschinen häufig in kompletten Systemen eingesetzt. Hersteller bieten auch fertige Systeme an, die direkt beim Kunden montiert werden. Ein Energieführungssystem kann verschiedene Komponenten haben, dazu zählen u. a. Energieketten, Verbindungen, Schienen, Anbauteile, konfektionierte Leitungen oder Hydraulikschlauch und Hydraulikleitungen (siehe auch Hersteller Hydraulikkomponenten).

Alternativen zu klassischen Energieführungsketten stellen Stromabnehmer oder Schleifringe dar. Diese sind allerdings bei der Elektroenergie eingesetzt. Auch optische Übertragung oder Datenweitergabe per Funkwellen findet heute ihren Einsatz.

Weiterführende Informationen

Energieketten
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