Energieketten - Typen, Einbau, Anbieter

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Energieketten oder auch Energieführungsketten (EFK) /Schleppketten werden in der Industrie zur Energieführung an CNC Drehmaschinen oder Industrierobotern eingesetzt und dienen der sicheren Führung von pneumatischen und hydraulischen Schläuchen. Energieketten gibt es dabei in unterschiedlichen Ausführungen. Sie besitzen verschiedene Anwendungsmöglichkeiten wie z. B. in Baumaschinen, der Messtechnik oder in der Optik.
Synonym(e): Energieführungskette, e-kette, Schleppkette


Energieketten von Igus
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Englische Version: [Energy chains]

Die Energiekette ist eine Kabelführung, wie auch Schutzschläuche oder Rohre. Energieführungsketten werden dort eingesetzt, wo bewegliche elektrische Einzelteile oder große Maschinenteile mit Energie (also Strom, 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 Leitungen vor äußeren Einflüssen und verlängern somit deren Lebensdauer. Ohne die Führung würden sich die Kabel unkontrolliert bewegen. Energieketten sind auf häufige Bewegung ausgelegt, sind robust und flexibel.

Aufbau und Ausführung von Energieketten

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

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

Energieketten gibt es aus unterschiedlichen Werkstoffen - vor allem 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).

Bei Energieführungsketten ist darauf zu achten, dass:

  • 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, Wellschläuche und Führungsrinnen.

Anordnungsformen

Die Kettenapplikationen einer Energiekette sind: Die ➀ freitragende, die ➁ gleitende, die ➂ hängende und die ④ stehende Anordnung.

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 Energieketten ist die gebräuchlichste aller Einbauarten, wenn hohe dynamische Belastungen und lange Nutzungsdauer gefordert sind.

Energiekette Vorspannung der freitragenden Energiekette
Vorspannung V der freitragenden Energiekette

Für diese Formation sind Energieketten mit Vorspannung (RV = Radius mit Vorspannung) zu wählen. Energieketten 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 (siehe Abbildung).

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. Die Energieleiter sind im oder unmittelbar hinter beiden Kettenanschlüssen mit einer Schutzvorrichtung zu versehen. Um einen problemlosen Ablauf der Energiekette zu gewährleisten, kommt ein Kanalsystem zum Einsatz.

Fehler bei der Anwendung freitragender Energieketten

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


Wie das Interview mit Energieketten-Experte Evren Turan von Murrplastik Systemtechnik zeigt, können beim Einsatz freitragender Energieketten verschiedene Fehler auftreten. Der O-Ton des Videos ist hier nochmal wiedergegeben:

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

Evren Turan: 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 Energiekette drastisch reduziert. Deshalb sollte das Ziel immer sein, eine freitragende Anwendung umzusetzen. Aber auch hier können Fehler passieren: Es gibt freitragende Anwendungen auf dem Markt, bei denen Anwender 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 die selbe 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 Anwendung von Energieführungsketten ist es sehr wichtig, alle Parameter zu kennen. Ein Beispiel: Du hast bestimmte Parameter durch die Anwendung gegeben und Du hast das Gewicht der Kabel. 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 total verändern kann. Auf dem Markt sehe ich diesen Fehler so oft! Häufig ist der Grund, dass Anwender 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 brauchst. Deswegen: Sprich bei der geplanten Nutzung von Energieketten so früh wie möglich mit einem Experten.

Gleitende Energieketten

Energieketten Anwendungsbeispiel tiefgelegter Mitnehmer-Anschluss
Anwendungsbeispiel: Energiekette mit gleitender Anordnung; Tiefergelegter Mitnehmer-Anschluss mit rückwärtigen Kettengliedern in der Triebwerksfertigung bei BMW Birmingham (GB)

Wenn das Obertrum einer Energiekette auf dem Untertrum gleitet, spricht man von einer „gleitenden Anordnung“. Diese Applikation von Energieketten ist überall dort zu finden, wo lange Verfahrwege gefordert sind. Der Nachteil ist, dass durch die entstehende Reibung keine so hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen wie in der freitragenden Anordnung möglich.

Der Biegeradius für eine gleitende Anwendung sollte so klein wie möglich gewählt werden, wobei der Mindestbiegeradius der einzubauenden Energieträger (Leitungen, Schläuche usw.) zu berücksichtigen und nicht zu unterschreiten ist.

Arten gleitender Anwendung Beschreibung der Verwendung
Gleitende Anwendung mit tiefergesetztem Kettenanschluss (R>150mm) Bei der Nutzung von Kettenradien größer 150 mm sollte der Mitnehmeranschluss heruntergesetzt werden, damit sich das Obertrum möglichst frühzeitig ablegen kann und ins Gleiten kommt. Dadurch werden folgende Belastungen stark reduziert: Spannungen im Kettenglied, Spannungen durch Schwingungen im Bereich des Durchhangs
Gleitende Anwendung von geschlossenen Energieketten Geschlossene Energieketten sind problemlos auch in gleitender Applikation einsetzbar. Die optimale Höhe des Mitnehmeranschlusses ist wie bei offenen Ketten zu wählen. Rückwärtig drehbare Kettenglieder (RüR) müssen über ein festes Unterlegblech / Mitnehmeranschlussblech unterstützt werden.
Unterstützung bei paralleler Platzierung der Kettenanschlüsse am Mitnehmer und am Festpunkt Das Mitnehmeranschlussblech ist so zu gestalten, dass der Kettenanschluss parallel zur Bewegungsachse steht. Der Mitnehmeranschluss kann „oben“, „unten“ oder „stirnseitig“ erfolgen. Bei der Befestigung des Anschlusselements „unten“ oder „stirnseitig“ und der Platzierung des Mitnehmeranschlussbleches „unten“ ist Folgendes zu berücksichtigen: die unterstützten Kettenglieder müssen vollständig aufliegen. Das erste Glied nach dem Kettenanschluss bei Drehung/Bewegung darf nicht gegen die Blechkante „unten“ drücken können. Bei der Befestigung „oben“ und der Platzierung des Mitnehmeranschlussbleches „unten“ ist Folgendes zu berücksichtigen: Die unterstützten Kettenglieder müssen vollständig aufliegen. Das erste Glied nach dem Kettenanschluss bei Drehung darf nicht gegen die Blechkanten „oben“ und „unten“ drücken können.
Unterstützung bei schräger Platzierung des Mitnehmer-Kettenanschlusses Wird das Mitnehmeranschlussblech so gestaltet, dass der Kettenanschluss nicht parallel zum Untertrum befestigt ist, sondern eine Linie mit den nächsten Kettengliedern bildet, sollten die Glieder unmittelbar hinter dem Kettenanschluss mit einem rückwärtigen Radius versehen werden. Bei Kettenlängen größer 20 m Länge (entspricht ca. 40 m Verfahrweg bei mittiger Einspeisung) entstehen durch die Reibung der energy chain hohe bis sehr hohe Zugkräfte. Das am stärksten belastete Bauteil ist der Kettenanschluss am Mitnehmer (MP). Für problemlose Belastungen müssen an diesem Ende (MP) die flexiblen Kettenanschlüsse verwendet werden, da die Befestigung in Verlängerung des Seitenbandes erfolgt und somit kein Moment zwischen Befestigungspunkt und Seitenstrang auftritt.

Hängende Energieketten

Energieketten hängende Anordnung
Anwendungsbeispiel einer Energiekette mit hängender Anordnung

Wenn der Radienbogen einer Energiekette mit vertikaler Bewegungsrichtung nach unten hängt, spricht man von einer „hängenden“ Anordnung. 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 gegenüber einer vertikal „stehenden“ Anordnung liegt in der geringeren Belastung der Schleppkette. In der „stehenden“ Anordnung liegen die geführten Energieträger im Radienbogen auf. Das Zusatzgewicht belastet nicht nur die Glieder, sondern ganz speziell auch die Kettenanschlüsse, die die gesamte Belastung (Schleppkette + Zuladung) dauerhaft übertragen müssen.

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 Energieketten-Systems 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 Kettenanschlüsse. Neben sehr hohen Verschleißerscheinungen kann es auch zu einem Bruch der Kettenteile führen. Dann sollten sie seitlich geführt werden.
Vertikale Bewegung mit Querbeschleunigung
Wenn zusätzlich zur vertikalen Bewegung Querbeschleunigungen auf das System einwirken - wie z. B. 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 - die Energiekette so angeordnet sein, dass die Wirkrichtung quer zur Energiekette (X-Richtung) ansteht. So können die Kräfte am besten aufgenommen werden.
Energieketten hängende Anordnung Führungskanal

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 = unbeweglicher Kettenanschluss) in der Mitte des Verfahrwegs, ist eine seitliche Führung nur nach „unten“ erforderlich. Das Trum des Mitnehmer-Anschlusses (MP=beweglicher Kettenanschluss) 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 Kettenanschlüsse nur durch das Eigengewicht der Energiekette belastet. Das Gewicht der Energieträger hängt in diesem Fall ausschließlich an der Zugentlastung.

Stehende Energieketten

Wenn der Radienbogen einer Energiekette mit vertikaler Bewegungsrichtung nach oben steht, spricht man von einer „stehenden“ Ketten-Applikation. 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 Energieketten 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 Kettenanschlüsse, welche die gesamte Belastung (Kette + Zuladung) dauerhaft übertragen müssen.

Energiekettenleitung

Die Energiekettenleitung oder auch Schleppkettenleitung ist eine eigens für die Verwendung in Energieführungen konzipierte elektrische flexible Leitung, zum Beispiel eine Motorleitung oder eine Datenleitung. Energiekettenleitungen werden bei sehr hoher mechanischer Belastung und Anforderung der Energieführung in unterschiedlichsten Umfeldern in Anspruch genommen. Ihnen wird eine hohe Flexibilität und starker Schutz gegen äußere Einflüsse nachgesagt. Generell sind Leitungen zur Energiezuführung 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 Hersteller von konfektionierten Energieketten. Eine bekannte Marke ist z. B. readychain® von igus.

3D Energieketten

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

Montagezubehör

  • Zugentlastungssystem
  • Ablagewannen-System

Marken/Anbieter

Ob Karlsruhe, Berlin, München, Mainz oder Heidelberg - in Deutschland gibt es viele bekannte Unternehmen, 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. Igus Energieketten gibt es in vielen verschiedenen Formen, dazu zählen unter anderem Standard Energieketten, e-ketten speziell für lange Verfahrenswege, Schleppketten für kreisförmige Bewegungen und Energieketten, die auf eine leise, 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.:

  • Die Murrplastik Systemtechnik GmbH ist Lösungsanbieter für professionelles Kabelmanagement. Die Produkte aus Kunststoff werden in nahezu allen Industriesparten eingesetzt, wenn es um das Führen, Schützen und Kennzeichnen von Leitungen geht.
  • Die TSUBAKI Kabelschlepp GmbH bietet unterschiedlichste Energieführungsprodukte, Fördersysteme und Elektroleitungen für den Einsatz von kleinen Anwendungen, wie Druckern, bis hin zu großen Einsatzgebieten, wie auf Ölplattformen, an. TSUBAKI Kabelschlepp stellt Energieketten aus Stahl/Edelstahl, Voll-Kunststoff oder Kunststoff her. Der Begriff Kabelschlepp hat sich in weiten Teilen der Branche als Gattungsbezeichnung (Deonym) durchgesetzt.
  • Hermann Ickler e.K. ist unter anderem in Mannheim, Heidelberg und Ludwigshafen vertreten.

Online-Shops

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

Anwendungsgebiete

Energiekette Anwendungsbeispiel
Anwendungsbeispiel einer Energiekette mit freitragender Anordnung in einer Trumpf Lasermaschine

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

Konfigurator

Energieketten können online konfiguriert werden. Über einen sog. OnlineEngineer/Chainbuilder werden viele Funktionen bei der Auswahl und Konfiguration passenden Produkte berücksichtigt. Tsubaki bietet bspw. laut eigener Aussage "alle notwendigen technischen und kalkulatorischen Informationen zu den Einzelprodukten aus den Bereichen Energieführungen, Leitungen und weitere Zubehörartikel". Murrplastik stellt den Chainbuilder zur Verfügung, mit dem individuelle Energieführungsketten zusammengestellt und passende Lösungen gefunden werden können.
Geplant und bereits teils realisiert worden können Kunden bei den Herstellern CAD-Modelle anfertigen lassen und downloaden. Hierfür werden wiederum spezifische Softwareprogramme zur Verfügung gestellt oder noch entwickelt.

Energieführungs-Systeme

Energieketten werden bei Maschinen häufig in kompletten Systemen eingesetzt. Hersteller bieten auch fertige Systeme an, die direkt beim Kunden montiert werden. Ein Energieführungs-System kann verschiedene Komponenten haben, dazu zählen u. A. Energieketten, Verbindungen, Schienen, Anbauteile, konfektionierte Leitungen oder Hydraulikkomponenten. Außerdem gibt es erweiterte Komponenten für Zusatzfunktionen, z. B. ein Ablegewannen-System für Geräuschdämmung.

Alternativen zu klassischen Energieketten stellen Stromabnehmer oder Schleifringe dar. Diese sind allerdings bei der Elektroenergie eingesetzt. Auch optische Übertragungen oder Übertragungen per Funkwellen finden heute ihren Einsatz.